Исследовательская работа. "Оптические иллюзии

Главная

Лето

Секция «Первые шаги в науке»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Оптические иллюзии

Выполнил:

Ученик 4 «А» класса

Алябьев Павел Игоревич

г. Одинцово

2016г.

Содержание

Ведение ________________________________________ 3 стр.

Основная часть

2. 2. Иллюзии – игра зрения __________________________ 4 стр.

2.3. Почему возникают оптические иллюзии? ___________ 5 стр.

2.4. Виды оптических иллюзий _______________________ 5 стр.

2.5. 3D рисунки на асфальте _________________________ 8 стр.

3. Заключение ____________________________________ 10 стр.

4. Список литературы ______________________________ 11 стр.

Приложения.

Часто то, что мы видим обманчиво, и многое оказывается совсем не тем, чем кажется на первый взгляд.

Даже самые простые вещи могут таить в себе самые неожиданные открытия, нужно только присмотреться. Но стоит ли доверять всему, что мы видим? Можно ли увидеть то, что никто не видел? Правда ли, что неподвижные предметы могут двигаться? Каково разнообразие оптических иллюзий?

Актуальность темы .

Идея этого исследования родилась после того, как я увидел фотографии 3D рисунков на асфальте. Возникли вопросы: как создаются такие рисунки и почему их так воспринимает человек, и всегда ли мы видим то, что есть на самом деле? Мне захотелось найти ответы на все поставленные вопросы, поэтому я решил провести исследование «Можно ли верить своим глазам?» и разобраться в этом вопросе.

Цель моей исследовательской работы – изучить зрение человека и зрительные иллюзии.

Задачи:
- познакомиться со строением глаза и узнать, каким образом видит человек;
- изучить зрительные иллюзии;
- узнать, действительно ли реальный мир именно таков, каким мы его видим.

Гипотеза исследования:

«Можно ли верить своим глазам?» (см. приложение №1).

Предполагаемые результаты:

- создание информационного сообщения по теме исследования; - создание презентации по материалам исследования.

Иллюзии – игра зрения. Наша жизнь полна неожиданностей, и основное место в нем, конечно же, занимают иллюзии. Но что значит иллюзия? В толковом словаре С. И. Ожегова дано понятие слову иллюзия. Иллюзия – обман чувств, нечто кажущееся; болезненное состояние – ошибочное восприятие предметов, явлений, нечто несбыточное, мечта. По моему мнению это, прежде всего, оптический обман.

Оптической иллюзией называется несоответствующее действительности представление видимого явления или предмета вследствие строения нашего зрительного аппарата (см. приложение №2).

Попросту говоря - это неверное представление реальности.

Почему возникают оптические иллюзии? (см. приложение №3, рис.1).

Изучив литературу, я выяснил, что человек видит таким образом:
1. Свет проходит сквозь роговицу и зрачок к хрусталику.
2. Затем он проходит через хрусталик и жидкость, заполняющую глазное яблоко, и попадает на сетчатку.
3. Сетчатка принимает световой импульс и передает его зрительному нерву.
4. Зрительный нерв посылает сигнал мозгу.
5. Мозг переводит сигнал в зрительный образ.

Человек воспринимает большую часть информации об окружающем мире благодаря зрению, но мало кто задумывается о том, как именно это происходит. Чаще всего глаз считают похожим на фотоаппарат или телекамеру, проецирующую внешние объекты на сетчатку, которая является светочувствительной поверхностью. Мозг "смотрит" на эту картинку и "видит" все, что нас окружает. Однако не все так просто

(см. приложение №3, рис.2, 3).

Во-первых , изображение на сетчатке перевернуто.

Во-вторых , из-за несовершенных оптических свойств глаза картинка на сетчатке размазана.

В-третьих, глаз совершает постоянные движения: скачки при рассматривании изображений, мелкие непроизвольные колебания, относительно медленные, плавные перемещения при слежении за движущимся объектом. Таким образом, изображение

находится в постоянной динамике.

В-четвертых , глаз моргает приблизительно 15 раз в минуту, а это значит, что изображение через каждые 5-6 секунд перестает проецироваться на сетчатку.

Так что же "видит" мозг? (см. приложение №4).

Оказывается этим вопросом занимаются и учёные и они говорят, что существует много научных направлений, которые пытаются понять, каким образом мы воспринимаем окружающий мир. И одним из самых интересных способов изучения – это исследование зрительного аппарата.

Иллюзии – это искаженное неадекватное отражение свойств воспринимаемого объекта. В переводе с латыни слово «иллюз» означает «ошибка, заблуждение».

Причины иллюзий

Из дополнительной литературы я узнал, что существует три основных причины иллюзии:

1) наши глаза воспринимают идущий от предмета свет, что в мозг приходит ошибочная информация;

2) при нарушении передачи информационных сигналов по нервам происходят сбои, что опять же приводит к ошибочному восприятию;

3) мозг не всегда правильно реагирует на сигналы, проходящие от глаз.

Часто иллюзии возникают сразу по двум причинам: специфическая работа глаз и ошибочное преобразование сигнала мозгом.

Виды иллюзий.

В результате исследования я узнал еще и то, что по происхождению оптические иллюзии делятся на три вида.

Природные иллюзии (см. приложение №5).

Они созданы самой матушкой природой, без участия человека (стоит уточнить, что косвенно человек все - таки мог как-то повлиять).

Примером такого обмана зрения может послужить мираж. Конкретно приведу очень яркий пример природной иллюзии , который люди наблюдали совсем недавно: . Если Вы этого еще не видели, то посмотрите обязательно! В Китае над рекой природа сотворила что-то поистине невообразимое. Огромных размеров мираж города, со своими деревьями, зданиями и инфраструктурой; причем мираж был настолько яркий и отчетливый, что на видеозаписях можно разглядеть каждое окошечко здания этого города-призрака.

Искусственная иллюзия (см. приложение №6).

В простонародье искусственная иллюзи я это ничто иное, как фокус, трюк, уловка.

Например, левитация – иллюзия полета человека. В принципе конечно человек может летать, но в сочетании с определенными механизмами, будь это самолет или же искусственные крылья.

Смешанные иллюзии (см. приложение №7).

Пожалуй, самый большой раздел иллюзий. Он включает в себя и известные иллюзионные картинки , различные модели, и естественно этот “обман” создается человеком.

Забавное сочетание оптической иллюзии и здания при помощи фотошопа.

Вообще картинок с иллюзиями очень много, и просматривать их одну за другой очень забавно.

Между естественными и искусственными иллюзиями есть существенное различие. Если иллюзия придумана человеком, то она обязательно имеет конструктивный секрет и после сообщения его наблюдателю во многом теряет свою загадочность. Естественные же и смешанные иллюзии не изменяют силы своего воздействия, независимо от того, знает наблюдатель их секрет или нет. Нужно отметить, что оптические иллюзии рождаются не обязательно в результате игры света и тени. Так, в основе уже упомянутой иллюзии «летающая дама» лежит хитроумная механическая конструкция.

Оптические иллюзии можно классифицировать если не бесконечно, то очень долго. Это иллюзии размеров, движения, цвета, формы и так далее. А если конкретизировать, то можно разделять эти группы и дальше.

Наблюдение за иллюзиями.

По общим признакам:

Зрительные искажения (см. приложение №8, рис. 1):

иллюзия кафе "Wall".
Параллельны ли горизонтальные линии? Да, параллельны!

Двойственные изображения (см. приложение №8, рис. 2);

Иллюзии восприятия размера (см. приложение №8, рис. 3):

иллюзия Эббингауза (1902).

Какой круг больше? Тот, который окружен маленькими кругами или же тот, который окружен большими?

Они одинаковые. Особенностью восприятия предмета в пространстве является контраст предметов.

Соотношение фигуры и фона (см. приложение №8, рис. 4) :

ваза Рубина (1915).

Классический пример соотношения фигуры и фона. Можно увидеть как вазу, так и два лица;

Кажущиеся фигуры (см. приложение №8, рис. 5) :

квадрат, которого нет;

Иллюзии восприятия глубины (см. приложение №8, рис. 6):

лестница Шредера (1858).

Это лестница, ниша или просто серая полоска бумаги, сложенная гармошкой?

Иллюзии движения (см. приложение №8, рис. 7) :

Иллюзия Оучи (1977).
Пристально смотрите на шар в центре. Кажется, что узор на нем движется из стороны в сторону? Не отрывая взгляда от центра круга, подвигайте головой.
Возникла иллюзия, что узор вокруг шара сдвигается?

Невозможные фигуры (см. приложение №8, рис. 8):

Сколько тут полок? Три или четыре?

Иллюзии лица (следящие картины, перевернутые портреты)

(см. приложение №8, рис. 9) :

Эффект последействия (см. приложение №8, рис. 10):

Если 30 секунд неотрывно смотреть на левое изображение, а затем перевести взгляд пустой то должно возникнуть лицо Че Гевары.

Конечно, это неполный список зрительных иллюзий. Я предлагаю к рассмотрению лишь особенно мне понравившиеся.

3D рисунки на асфальте. Стрит-арт на асфальте (см. приложение №9).

А вот представьте себе: вы идете по городу, и вдруг перед вашими глазами предстает расщелина, из которой пытаются вырваться исчадия ада! Или вдруг на асфальте вы замечаете совершенно обычное яблоко, вот только прикоснуться к нему не получается – оно нарисованное! Когда впервые, я увидел объемные картинки на асфальте, не мог поверить, что это действительно просто рисунок. Такой вид уличного искусства я узнал, называется Стрит-арт (по англ.). По сути, современное искусство зародилось еще в XVI веке.

Прочитав много статей о современном искусстве, я узнал, чтобы создать объемное изображение на асфальте, художники используют специальное искажение, при этом рисунок смотрится объемным при взгляде с определенной точки. На одну картину уходит около трех дней.

Что касается современности, то видное место среди художников занимает Джулиан Бивер. Этот британский мастер занимается рисунками на асфальте уже более 10 лет, его работы были на улицах многих стран Европы, в Америке и в Австралии.

В России такое искусство еще слабо развито, но становится довольно модным направлением в уличном искусстве.

Искусство активно использует способность зрения к самообману в своих целях. Уже названы приемы перспективы или воспроизведения эффекта объема на плоском рисунке. Используя новомодные термины, этот эффект можно назвать «эффектом виртуального объема». Получается, что наше зрение способно воспринимать объемные картины и воспринимать их как настоящие, когда на самом деле – это всего лишь иллюзия.

Так, прошлым летом оригинальный способ спастись от аномальной жары предложил москвичам известный немецкий 3D-художник Эдгар Мюллер. Он нарисовал на городском асфальте бурлящий водопад. Картина-иллюзия помогает мысленно перенестись из пышущей жаром столицы туда, где есть вода и прохлада. Чтобы увидеть картину в формате 3D, нужно смотреть на нее через специальную, установленную рядом линзу. Она искажает перспективу, и изображение получается объемным.

Главный секрет изображения объемных картинок, их нужно “растягивать”. В этом и состоит мастерство исполнителя. Если наносить в обычных пропорциях, то такого эффекта достичь не получится. Причём творить приходится по нескольку часов.

Кстати, художники, изображающие 3 D картинки, рисуют их обычными мелками “пастель”, которыми пользуются дети на уроках рисования.

Заключение.

По ходу рассмотрения этих «иллюзий», я немного разобрался в сути их происхождения. Разумеется, я полностью не смог открыть все тайны зрительных иллюзий, так как с ними еще разбираются многие ученые. Так «Можно ли верить глазам?»

Я понял, что существует множество зрительных иллюзий, которые искажают восприятие реальных предметов.

Таким образом, восприятие одного и того же предмета может быть разным. Нельзя с уверенностью говорить, что все увиденное нами является таковым.

Каждый человек может видеть иллюзии по разному, в зависимости от психологического, физического состояния, индивидуальных особенностей и т.п. Однако очень часто люди видят то, что они хотят увидеть. Оптические иллюзии дают ключи к работе нашего мозга. Они могут помочь нам быстрее думать, улучшить память, лучше усваивать информацию и использовать весь потенциал своего мозга.

Это отличный способ заставить мозг потрудиться. Во время поиска второго образа идет тренировка глазных мышц, которые укрепляются, зрение становится более острым. Воображение развивается, поскольку пытается найти какое либо решение, совмещенное с реальностью.

Просмотр иллюзий - отдых с пользой для ума.

При желании можно создать любую иллюзию, главное - уметь различать реальность от заблуждений. Ведь счастливыми на самом деле нас делают только реальные вещи и чувства.

Ищите иллюзии вокруг, и вы больше узнаете о себе. Но при этом избегайте иллюзий в том, что важно, и цените настоящее.

Список используемой литературы:

Артамонов И.Д., Иллюзии зрения, изд.3 – М., Наука. 1969.

Большая книга веселого досуга. – 2004. – М.: Ридерз Дайджест, 2003.

Материал из интернета: .

Перельман Я.И. “Занимательная физика”. «Издание двадцатое, стереотипное»: “Наука”; Москва; ISBN 1979.

5. Толанский С. Оптические иллюзии М., Мир, 1967, с. 128, с иллюстрациями.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение №1. «Можно ли верить своим глазам?»

Приложение №2.Оптические иллюзии.

Приложение №3. Почему возникают оптические иллюзии? (рис. 1, 2, 3)

Приложение №4. Что же "видит" мозг?

Приложение №5. Естественные или природные иллюзии.

Приложение №6. Искусственные иллюзии или иллюзии, придуманные человеком.

Приложение №7. Смешанные иллюзии .

Приложение №8.

Зрительные искажения (рис. 1)

- двойственные изображения (рис. 2)

- иллюзии восприятия размера (рис. 3)

Соотношение фигуры и фона (рис. 4)

Кажущиеся фигуры (рис. 5)

- и ллюзии восприятия глубины (рис. 6)

-
иллюзии движения (рис. 7)

- невозможные фигуры (рис. 8)

- иллюзии лица (следящие картины, перевернутые портреты) (рис. 9)

- эффект последействия (рис. 10)

Приложение №9.

3
D рисунки на асфальте. Стрит-арт на асфальте.

Оптические иллюзии используют разницу между тем, что видят ваши глаза, и тем, что воспринимает ваш мозг. Они демонстрируют то, как ваша зрительная система редактирует изображение еще до того, как вы о нем узнаете - совсем как ваш персональный ассистент, который отсеивает важное от неважного. Люди создавали оптические иллюзии задолго до того, как узнали, как они работают. На сегодняшний день прогресс в неврологии позволил понять, каким образом действуют визуальные процессы, обманывающие ваш мозг. Но есть еще и те, которые объяснить пока не удалось.

Иллюзия с тенью на шахматной доске

Всем известна иллюзия, где от тела на шахматную доску падает тень, и две клетки, находящиеся вне тени и в ее пределах, выглядят как разные, черная и белая. Но на самом деле они оказываются одинакового цвета. Эдвард Адельсон в 1995 году с помощью этой иллюзии показал людям, как зрительная система человека воспринимает тень. При попытке определить цвет поверхности мозг учитывает, что поверхность находится в тени, и автоматически подает сигнал, что она должна быть воспроизведена как более светлая. Таким образом, мозг интерпретирует клетку в тени как более светлую, но на деле она имеет тот же цвет, что и клетка вне тени.

Сиреневая погоня

Данная оптическая иллюзия представляет собой черное перекрестье в центре круга, состоящего из сиреневых пятен. По очереди эти пятна исчезают, сливаясь с серым фоном. Ваша задача - сосредоточить внимание на перекрестье и ожидать - вы заметите, что сиреневые пятна на самом деле не пропадают, а становятся зелеными! Этот визуальный обман называется эффектом Трокслера и был обнаружен в 1804 году. Этот эффект сообщает о том, что человеческий глаз способен концентрироваться на чем-то движущемся, активном, игнорируя все остальное. Вашим глазам требуется немного времени на адаптацию, когда вы сосредотачиваетесь на перекрестье, чтобы привыкнуть, и тогда они начинают следить за меняющейся точкой, которая оказывается зеленой, а сиреневые сливаются с фоном как неважные.

Исчезающий свет

Если вы сосредоточитесь на мигающем свете в центре, то заметите, что желтые точки, разбросанные вокруг источника света, начинают случайным образом исчезать и появляться в неожиданных местах. Это происходит из-за феномена, который называют слепотой, вызванной движением. Он пока что не имеет общепринятого объяснения, однако большинство ученых полагают, что он возникает в первичной зрительной коре, части головного мозга, которая отвечает за обработку информации о статических и динамических объектах.

Иллюзия Геринга

В этой геометрической оптической иллюзии полосы выглядят так, будто бы они выгнуты наружу. Геринг приписывает этот эффект тому, что человеческий мозг переоценивает угол пересечения красных вертикальных и остальных синих полос. Но почему же происходит данный просчет? Вероятнее всего, это связано с человеческой склонностью визуально предсказывать будущее. Свет крайне быстро попадает на сетчатку глаза, поэтому человеческая зрительная система постепенно развивалась таким образом, чтобы компенсировать задержку между попаданием света на сетчатку и доставлением сигнала мозгу.

Иллюзия градации

Горизонтальная полоса в этой оптической иллюзии меняет свой цвет от светлого к темному, находясь на точно таком же, но только обратном фоне, который меняется от темного к светлому. Как вы уже могли догадаться, это всего лишь обман зрения. Если вы закроете фон, то увидите, что горизонтальная полоса одного цвета. Эта иллюзия похожа на самую первую, с шахматной доской - мозг анализирует обстановку, в которой находятся разные части горизонтальной полосы, и затемняет ее там, где фон светлый, и осветляет там, где фон темный.

Иллюзорное движение

На данный момент нет никакого четкого объяснения тому, из-за чего происходит иллюзорное движение. Некоторые считают, что это происходит из-за мелких непроизвольных движений глаза, которые заставляют вас думать, что изображение движется. Другие полагают, что когда вы смотрите на такой сложный узор, ваша зрительная кора начинает постепенно путать статические объекты с динамическими, поэтому вам кажется, что вы видите движение. В любом случае эта иллюзия также является обманом зрения, который действует при любых условиях, и вы не сможете переубедить свой мозг.

Попробуйте представить, что эволюция жизни на планете пошла другим путём и животные (в том числе и мы с вами) не смогли обзавестись таким чувством, как зрение. Не получается? Неудивительно - мы так привыкли полагаться на свои глаза, что даже не можем вообразить себе, каким бы был окружающий мир без оптической составляющей. При всей важности зрения, оно не так уж совершенно - скажем, некоторые сочетания сигналов способны «перехитрить» мозг (как известно, «видим» мы нейронами, а не глазами), заставив человека путаться в размерах предметов или угадывать «движение» в статическом изображении. Теперь, внимание! Сядьте поудобнее, «выключите» все чувства кроме зрения и сосредоточьтесь на экране - речь пойдёт об оптических иллюзиях .

Классические оптические иллюзии

История оптических иллюзий насчитывает не одну тысячу лет, ещё в 350 году до нашей эры Аристотель писал: «Нашим чувствам можно доверять, но их всё же легко обмануть». Великий мыслитель заметил, что если некоторое время смотреть на водопад, а затем перевести взгляд на неподвижный горный склон, может показаться, будто скалы движутся в направлении, противоположном потоку. Современные исследователи называют этот оптический феномен эффектом последействия движения или иллюзией водопада.

Когда мы наблюдаем за потоком воды, часть нейронов в нашем мозге адаптируется к однонаправленному перемещению световых сигналов, в результате, глядя после водопада на статический объект, мы некоторое время продолжаем «видеть» движение, только в обратном направлении.

Иллюзия восприятия относительных размеров

Иллюзия Эббингауза

В XIX-м веке началось активное изучение свойств восприятия и особенностей органов чувств человека. Именно тогда исследователями были разработаны оптические иллюзии, которые сейчас считаются классическими, в первую очередь - иллюзия Эббингауза.

Даже если вы не слишком интересуетесь историей психологии, она вам наверняка знакома, взгляните на рисунок. Вы, конечно, понимаете, что размеры оранжевых кругов одинаковы, так как видели такие иллюзии тысячу раз, но глаза по-прежнему вам врут - на доли секунды возникает ощущение, они всё-таки разные. Мозг человека определяет размеры предметов и изображений, исходя из величины смежных объектов и неизбежно попадает в ловушку - на фоне крупных чёрных кругов оранжевый кажется меньшим, чем рядом с маленькими кружками.

Иллюзия восприятия глубины

Итальянский психолог Марио Понцо в начале XX-го века одним из первых среди учёных продемонстрировал миру, что на восприятие размеров предметов влияют не только смежные объекты, но и глубина фона. Итальянец разработал классическую иллюзию, которая сейчас носит его имя.

Иллюзия Понцо выглядит очень просто - между двумя наклонными линиями расположены две одинаковые горизонтальные, при этом одна из них воспринимается, как более длинная. Наклонные линии создают перспективу, мозг полагает, что верхняя горизонтальная линия расположена «дальше», чем нижняя и делает поправку на «расстояние» - за счёт этого и возникает любопытный эффект.

«Волшебные» линии Мюллера-Лайера

Другая хрестоматийная оптическая иллюзия, которой более ста лет - иллюзия Мюллера-Лайера. Её суть также достаточно проста - на рисунке изображены линии со стрелками на концах, большей кажется та, что обрамлена «хвостами» стрел.

Учёные до сих пор спорят о механизме возникновения иллюзии, в настоящее время наиболее популярна следующая трактовка. Три сходящиеся линии мозг интерпретирует в качестве части трёхмерного объекта, при этом линии, образующие «остриё» воспринимаются как более близкий объект (скажем, угол здания при взгляде снаружи). «Хвостовые» стрелки в свою очередь, создают иллюзию удалённого объекта («угол комнаты»). Как и в случае с иллюзией Понцо, мозг «компенсирует расстояние» до объекта, в результате чего линии видятся разными.

Загадка Гельмгольца

Сюрпризы мозгу преподносят не только сходящиеся линии, но и параллельные вертикальные или горизонтальные. В конце XIX-го века немецкий физик и физиолог Герман фон Гельмгольц показал, что расчерченный горизонтальными линиями квадрат выглядит шире и ниже, чем точно такой же, но составленный из вертикальных линий.

Открытый Гельмгольцем феномен широко используется в производстве одежды, однако вопреки распространённому заблуждению, горизонтальные полоски на свитерах и платьях не «полнят», а строго наоборот - зрительно делают фигуру уже и выше. В модных глянцевых журнала часто встречаются советы вроде: «Носите одежду с вертикальными полосками, чтобы выглядеть стройнее», однако наука безжалостно это опровергает. Взгляните на иллюзию Гельмгольца и сами убедитесь в том, что эффект прямо противоположен.

Стоит отметить, что этот оптический обман изучен вдоль и поперёк, однако учёные пока не могут прийти к единому мнению о механизмах его возникновения.

Классические ранние иллюзии перевернули представления людей об окружающем мире - как оказалось, «верить своим глазам» можно далеко не всегда. Николас Уйэд, специалист по истории оптических иллюзий из университета Данди (Шотландия) уверен, что обманы зрения сыграли заметную роль в изучении свойств восприятия: «Создавая иллюзии, учёные осознали, что даже понимание механизма работы глаз не даёт целостного представления о природе зрения». Уэйд отмечает, что пионеры создания оптических иллюзий делали попытки объединить их одной общей теорией, однако они не увенчались успехом. Как позже обнаружилось, реакции человеческого мозга на оптические иллюзии гораздо сложнее и разнообразнее, чем виделось исследователям на рубеже XIX-го и XX-го столетий.

Иллюзии в XX-м веке

В «век войн и революций» человечество стало свидетелем множества прорывов в представлениях о природе оптических иллюзий. Достижения науки и техники дали специалистам возможность иначе взглянуть на проблему. Скажем, эксперименты Торстена Визеля и Дэвида Хьюбела доказали, что за восприятие различных зон зрительного поля отвечают разные нейроны - за это открытие исследователям в 1981-м году вручили Нобелевскую премию по медицине.

Чуть позже учёных за зрительные искажения взялись художники - в 1950-х годах появилось целое направление в искусстве, посвящённое оптическим иллюзиям, оно получило название оп-арт (от англ. optical art - «оптическое искусство»). Одним из основоположников оп-арта считается французский художник и скульптор Виктор Вазарели, его работы часто приводят в качестве ярких примеров оптических иллюзий.

Иллюзии нашего времени

В начале XXI-го века интерес к зрительным искажениям продолжает расти - появляются новые научные теории, с помощью которых учёные пытаются объяснить механизмы возникновения оптических иллюзий. Согласно одной из них, искажения происходят из-за того, что человеческий мозг постоянно «предсказывает» изображение, чтобы компенсировать задержку между самим событием и моментом его восприятия. Для примера - пока вы читаете эту статью, ваш мозг обрабатывает световые сигналы, поступающие от компьютерного монитора или экрана гаджета. На это требуется определённое время, поэтому вы в некотором роде видите не настоящее, а прошлое.

Нейробиолог Марк Чангизи полагает, что именно попытками мозга «предвидеть» картинку объясняются некоторые зрительные искажения.

Эксперименты Чангизи и его коллег из Калифорнийского технологического института показывают, что этой теории не противоречит ни одна из классических оптических иллюзий. В числе наиболее показательных примеров «предсказания» изображения мозгом Чангизи называет знаменитую иллюзию Геринга. Когда человек движется вперёд, видимые им объекты движутся по радиальным линиям, поэтому мозг склонен воспринимать подобные изображения как признак перемещения в пространстве. «Эти механизмы отлично работают в реальной жизни, но они же заставляют мозг ошибаться, когда человек видит радиальные линии и при этом остаётся на месте» - отмечает исследователь.

Куб Неккера и другие «капризы» мозга

Изобретение магнитно-резонансной томографии стало настоящим подарком для исследователей оптических иллюзий - наука наконец-то смогла хотя бы в общих чертах понять, что происходит в мозге человека при их восприятии. Так, изучая мозговую деятельность человека, глядящего на куб Неккера, учёные сделали вывод, что мозг неоднозначно воспринимает глубину изображения. Нейроны будто «спорят» между собой, какую картинку следует считать «истинной», в результате наблюдатель видит куб то в одном положении, то в другом.

Схожим образом дело обстоит и с другой известной оптической иллюзией - так называемой сеткой Германа. Взгляните на изображение - боковым зрением вы «видите» серые точки на пересечении белых линий, но стоит сфокусировать взгляд на одной «серой точке», как она тут же «исчезает». Согласно одному из наиболее популярных среди учёных объяснений этого явления, среди нейронов идёт непрерывная «борьба» за обработку тёмных и светлых участков изображения, что и заставляет человека «замечать» мерцающие точки.

Новейшие представления об иллюзиях

Благодаря современным методам исследований человечество знает, что за восприятие оттенков цвета, форм предметов и их перемещения в пространстве отвечают разные участки мозга, но каким образом мы получаем целостное изображение, во многом остаётся загадкой. Энтузиасты разрабатывают всё новые и новые способы обмануть зрение, переосмысливая и дополняя классические иллюзии. Глядя на них, мы прилежно «позволяем» собственному мозгу ввести нас в заблуждение, а в итоге появляется больше вопросов, чем ответов.

В наше время интерес к проблеме столь высок, что на протяжении вот уже десяти лет специалисты ежегодно проводят конкурс на лучшую оптическую иллюзию. Скажем, в 2014-м году эту награду получила динамичная иллюзия Эббингауза, которая гораздо убедительнее обманывает зрение, чем классический статичный вариант. По словам невролога Сюзанны Мартинес-Конде, входящей в состав жюри конкурса, за счёт постоянного изменения размеров смежных объектов эффект новой иллюзии в несколько раз сильнее, чем у неподвижного изображения, предложенного Германом Эббингаузом.

Мартинес-Конде признаёт, что большая часть современных исследований оптических иллюзий основывается на работе, проделанной учёными XIX-го века. Скажем, Герман Гельмгольц первым понял, что человеческие глаза постоянно совершают быстрые согласованные движения, так называемые саккады. Чтобы понять о чём речь, закройте один глаз и слегка надавите пальцем на нижнее веко другого - «картинка», которую видит ваш мозг тут же придёт в движение. В обычной жизни мы не замечаем этих микроскопических «подёргиваний», потому что мозг давным-давно научился сглаживать изображение, но когда он сталкивается с непривычной ситуацией (механическое воздействие на глазное яблоко), саккады проявляют себя во всей красе.

По мнению Сюзанны, именно саккады играют ключевую роль в знаменитой иллюзии «Вращающиеся змеи», которую разработал японский психиатр Акиоши Китаока. В ходе экспериментов со «Змеями» Мартинес-Конде и её коллеги выяснили, что при взгляде на иллюзию активизируются те же нейроны, что и при взгляде из окна быстро движущегося поезда, когда кажется, что пейзаж «едет мимо», а не наоборот. При этом, если с помощью некоторых ухищрений заставить наблюдателя прекратить саккады, иллюзия исчезает.

Невролог объясняет это следующим образом: видимость движения во «Вращающихся змеях» создаётся за счёт большого количества оптической информации, поступающей в разные участки сетчатки глаз. Определённое сочетание световых сигналов обманывает мозг, заставляя его воспринимать статическое изображение, как динамичное. Саккады постоянно обновляют «картинку», не давая мозгу адаптироваться к ней, если же они приостанавливаются, через некоторое время уходит и иллюзия движения.

1.Введение 1

2.Понятие оптической иллюзии 4

3.Виды иллюзий 5

4.История открытий 11

5.Заключение 12

6.Литература 13

ВВЕДЕНИЕ В настоящее время, несмотря на развитие науки и техники, человек продолжает пользоваться своими субъективными оценками по всем направлениям. Конечно, если это касается нематематических наук, то в этом нет ничего плохого, но когда речь идет об оценках, при ошибке в которых, может произойти непоправимое, то тогда следует забыть об интуиции и воспользоваться измерительными приборами. Это, безусловно, касается так называемой оценки «на глаз». Выражение «обман зрения» очень распространено. К сожалению, наш глаз не точный прибор в мире, поэтому и ему свойственно ошибаться. Эти ошибки называют оптическими иллюзиями. Их известно очень большое количество и все они не однотипны, как и причины, их возникновения. Вот два жизненных случая: В Калифорнии есть гора, о которой местные автомобилисты говорят, что она обладает магнитными свойствами. Дело в том, что на небольшом участке дороги длиной 60м у подножья этой горы наблюдаются необыкновенные явления. Участок этот идет наклонно. Если у автомобиля, едущего вниз по наклону, выключить мотор, то машина катится назад, т.е. вверх по наклону, как бы подчиняясь «магнитному притяжению» горы. Это поразительное свойство горы считалось установленным настольно достоверно, что в соответствующем месте дороги красуется даже доска с описанием феномена. Нашлись, однако, люди, которым показалось сомнительным, чтобы гора могла притягивать автомобили. Для проверки произвели нивелировку этого участка дороги. Результат получился неожиданным: то, что все принимали за подъем, оказалось спуском с уклоном в 2 градуса. Такой уклон может заставить автомобиль катиться без мотора на очень хорошем шоссе. Иллюзией зрения объясняются также рассказы путешественников о реках, вода в которых течет вверх по уклону. Привожу выписку об этом из книги одного физиолога, профессора Бернштейна «Внешние чувства»: «Во многих случаях мы склонны ошибаться при суждении о том, горизонтально ли данное направление, наклонено ли оно вверх или вниз. Идя, например, по слабо наклоненной дороге и видя на некотором расстоянии другую дорогу, встречающуюся с первой, мы представляем себе подъем второй дороги более крутым, чем на самом деле. С удивлением убеждаемся мы затем, что вторая дорога вовсе не так крута, как мы ожидали». Это объясняется тем, что мы принимаем дорогу, по которой идем за основную плоскость, к которой относим наклон других направлений. Мы бессознательно отождествляем ее с горизонтальной плоскостью и тогда, естественно, представляем преувеличенным наклон другого пути. Этому способствует то, что мышечное наше чувство совсем не улавливает при ходьбе наклонов в 2-3 градуса. На улицах Москвы, Киева и других холмистых городов часто приходится наблюдать иллюзию, о которой говорит ученый - физиолог. Еще любопытнее другой обман зрения, которому случается поддаваться в неровных местностях: ручей кажется нам текущим в гору! При спуске по слабо наклонной дороге, идущей вдоль ручья, который имеет еще меньшее падение, т.е. течет почти горизонтально, нам кажется, что ручей течет вверх по уклону. В этом случае мы тоже считаем направление дороги горизонтальным, так как привыкли принимать ту плоскость, на которой стоим, за основу для суждения о наклоне других плоскостей. Поэтому, чтобы люди допускали меньше ошибок, безоговорочно доверяя своим глазам, им необходимо учитывать некоторые особенности своего зрительного аппарата.

ПОНЯТИЕ ОПТИЧЕСКОЙ ИЛЛЮЗИИ

Оптической иллюзией называется несоответствующее действительности представление видимого явления или предмета вследствие особенностей строения нашего зрительного аппарата. Попросту говоря - это неверное представление реальности. (Важно отметить, что здесь не имеются в виду несоответствия, которые связаны с индивидуальными нарушениями зрения, например, с дальтонизмом.)

Почему возникают оптические иллюзии? Зрительный аппарат человека - сложно устроенная система со вполне определенным пределом функциональных возможностей. В нее входят: глаза, нервные клетки, по которым сигнал передается от глаза к мозгу, и часть мозга, отвечающая за зрительное восприятие. В связи с этим выделяются три основные причины иллюзии:

1) наши глаза так воспринимают идущий от предмета свет, что в мозг приходит ошибочная информация;

2) при нарушении передачи информационных сигналов по нервам происходят сбои, что опять же приводит к ошибочному восприятию;

3) мозг не всегда правильно реагирует на сигналы, приходящие от глаз.

Часто оптические иллюзии возникают сразу по двум причинам: являются результатом специфической работы глаза и ошибочного преобразования сигнала мозгом.

По происхождению оптические иллюзии делятся на три вида:

естественные, или созданные природой (например, мираж);

искусственные, или придуманные человеком (например, фокус “левитация” или, как говорят в народе, “летающая дама”;

смешанные, то есть естественные иллюзии, воссозданные человеком (например, известные иллюзионные картинки, модель миража).

Нужно отметить, что оптические иллюзии рождаются не обязательно в результате игры света и тени. Так, в основе уже упомянутой иллюзии «летающая дама» лежит хитроумная механическая конструкция.

ВИДЫ ИЛЛЮЗИЙ

Иллюзии зрения

Оптические иллюзии, или Алгебра невозможного.

Известно, что наше зрение несовершенно и иногда мы видим не то, что существует в действительности. Но тот факт, что огромное большинство людей получают иногда одинаковые ошибочные зрительные впечатления, говорит об объективности нашего зрения и о том, что оно, дополняемое мышлением и практикой, дает нам относительно точные сведения о предметах внешнего мира. С другой стороны, тот факт, что разные люди в процессе зрительного восприятия обладают различной способностью ошибаться, иногда видят в предметах то, чего другие не замечают, говорит о субъективности наших зрительных ощущений и об их относительности.

Говоря в общем о причинах зрительных иллюзий (ошибок, обманов), следует, во-первых, указать, что иногда они появляются вследствие специально созданных, особых условий наблюдения, например: наблюдение одним глазом, наблюдение при неподвижных осях глаз, наблюдение через щель и т.п. Такие иллюзии исчезают при устранении необычных условий наблюдения.

Во-вторых, подавляющее большинство иллюзий зрения возникает не из-за оптического совершенства глаза, а из-за ложного суждения о видимом, поэтому можно считать, что обман здесь возникает при осмысливании зрительного образа. Такие иллюзии исчезают при изменении условий наблюдения, при выполнении простейших сравнительных измерений, при исключении некоторых факторов, мешающих правильному восприятию.

Наконец, известен ряд иллюзий, обусловленных и оптическим несовершенством глаза, некоторыми особыми свойствами различных анализаторов, участвующих в зрительном процессе (сетчатка, рефлексы нервов).

К иллюзиям зрения не относятся оптические фокусы и загадочные привидения, создаваемые при помощи зеркал, проекционных аппаратов и других технических устройств, а также интересные оптические явления, иногда наблюдаемые в природе (миражи, северные сияния). Появление последних обусловлено оптическими свойствами земной атмосферы. Во всех этих случаях наш глаз ошибается потому, что его умышленно обманывают или при помощи технических приспособлений, или за счет особого состояния Среды между глазом и объектом наблюдения. Также не являются иллюзиями восприятия обманы зрения, возникающие у некоторых людей в сумерках и темноте, когда недостаточное освещение затрудняет работу глаз и создает особое настроение и искажения ощущений в результате близорукости, дальнозоркости, дальтонизма и других дефектов зрительного аппарата, не характерных для большинства людей.

Иллюзии, связанные с особенностями строения глаза

Слепое пятно. Наличие слепого пятна на сетчатой оболочке глаза впервые открыл в 1668 г. известный французский физик Э.Мариотт. Дело в том, что сетчатая оболочка глаза в том месте, где в глаз входит зрительный нерв, не имеет светочувствительных окончаний нервных волокон. Поэтому изображения предметов, приходяшихся на это место сетчатки, не передаются в мозг и, следовательно, не воспринимаются. Слепое пятно, казалось бы, должно мешать нам видеть весь предмет, но в обычных условиях мы этого не замечаем. Во-первых, потому что изображения предметов, приходящиеся на слепое пятно в одном глазу, в другом проектируются не на слепое пятно; во-вторых, потому, что выпадающие части предмета невольно заменяются образами соседних частей или фона окружающими этот предмет (на рисунке исчезающая фигура заменяется белым фоном).

Иррадиация. Явление иррадиации (по-латыни - неправильное излучение) состоит в том, что светлые предметы на темном фоне кажутся более увеличенными против своих настоящих размеров и как бы захватывают часть темного фона. Когда мы рассматриваем светлую поверхность на темном фоне, вследствие несовершенства хрусталика как бы раздвигаются границы этой поверхности, и эта поверхность кажется нам больше своих истинных геометрических размеров. На рисунке за счет яркости цветов белый квадрат кажется значительно большим относительно черного квадрата на белом фоне.

Иллюзии при движении объекта

При движении объекта наблюдения встречается также ряд зрительных иллюзий, которые обусловлены некоторыми свойствами нашего зрительного аппарата. Например, если круг с окрашенным сектором привести во вращение, то весь круг нам кажется окрашенным. Это можно объяснить способностью нашего глаза в течение долей секунды удерживать зрительное впечатление, хотя видимый предмет уже исчез из вида.

Существует иллюзия, которую можно назвать спиралью Плато, а если проще - эффект волчка. Если диск со спиралью (волчок) вращать по часовой стрелке, то после продолжительного фиксирования её глазом у нас возникает впечатление стягивания всех ветвей спирали к центру; при вращении спирали в обратном направлении мы видим расхождение спиралей в обратном от центра к периферии. Если после длительного рассматривания движущейся спирали взглянуть на неподвижные предметы, мы увидим их движение в обратном направлении. Так, например, если после длительного наблюдения за местностью из окна движущегося поезда или за водой из окна движущегося парохода мы переведем взгляд на неподвижные предметы внутри поезда или парохода, то нам покажется, что они тоже движутся, но в обратном направлении. Эти иллюзии связаны с последовательными движущимися образами.

На свойстве нашего глаза в течении 0,1 секунды “видеть” то, что уже исчезло основан кинематограф: при смене 24-х кадров в секунду и при перекрытии окна проектора в момент смены кадра особым экраном (обтюратором) наш глаз не замечает этой смены и воспринимает не движение ленты, а более медленное движение фигур, проектируемых на экран. Телевидение также использует закон зрительного впечатления. В этом случае на люминесцирующем экране электронно-лучевой трубки приемника электронный луч, с очень большой скоростью, как бы “рисует” изображение видимой нами картины, двигаясь по горизонтальным строкам и от строки к строке смещаясь по вертикали. Вследствие большой скорости перемещения электронного луча от верхней части экрана строчками до нижней его границы, мы не замечаем этого движения, а воспринимаем изображение в целом.

Иллюзии цветового зрения

Важнейшим свойством нашего глаза является его способность различать цвета. Одно из явлений - явление смещения максимума относительной видности при переходе от дневного зрения к сумеречному - состоит в том, что при сумеречном зрении (при низких освещенностях) не только понижается чувствительность глаза к восприятию вообще, но и что в этих условиях глаз обладает пониженной чувствительностью к цветам длинноволнового участка видимого спектра (красные, оранжевые), но зато обладает повышенной чувствительностью к цветам коротковолновой части спектра (синие, фиолетовые). Красный мак и василек на рисунке при дневном освещении кажутся по яркости близкими друг к другу. В сумерках мак кажется совершенно темным, а василек более светлым.

Иногда при рассматривании цветных объектов мы также встречаемся с ошибками зрения или иллюзиями. Во-первых, иногда о насыщенности цвета мы ошибочно судим по яркости фона или по цвету окружающих его предметов. В этом случае действуют также закономерности контраста яркостей: цвет светлеет на темном фоне и темнеет на белом. Во- вторых, существует понятие собственно цветовых контрастов, когда цвет наблюдаемого нами объекта изменяется в зависимости от того, на каком фоне мы его наблюдаем. Иллюзии этого рода нам встречаются в следующих видах. Черный круг на рисунке кажется слегка красноватым на зеленом фоне, когда мы прикрываем рисунок тонкой прозрачной бумагой, то иллюзорный красный цвет становится ещё более заметным (стирается резкость границ и уменьшает разницу в яркости поля и фона и тем усиливает проявление эффекта). Аналогично черный круг на красном будет казаться зеленоватым, на фиолетово-голубом фоне - зеленовато-желтым и на голубом - медно-красным.

Другим видом цветовой иллюзии является то, что некоторые цвета воспринимаются как “выступающие”, а другие как “отступающие”. Этот факт наглядно иллюстрирует приводимый рисунок. Рассматривая левую фигуру, мы склонны думать, что это усеченная пирамида, обращенная вершиной к нам. А вот на левой мы скорее представим себе туннель с выходным отверстием вдали. “Выступающими” цветами обычно кажутся цвета красно-оранжево-желтые (или “теплые”), а “отступающими” кажутся цвета зелено-синие (или “холодные”).

Иллюзии восприятия размера

Ещё во времена античности людей приводил в замешательство тот факт, что на горизонте луна и солнце кажутся больше, чем когда они находятся высоко в небе. Этот обман зрения получил название иллюзии луны. Весь эффект состоит в том, что наличие земли создает впечатление, что луна у горизонта находится дальше, чем луна в зените, так как заполненное пространство между наблюдателем и горизонтом создает впечатление большей протяженности, чем незанятое пространство между наблюдателем и небом над головой. Поэтому нам кажется, что луна на горизонте выглядит больше, чем взошедшая луна.

Мы вообще привыкли, что все удаляющиеся к горизонту предметы уменьшаются на сетчатке по своим линейным размерам: люди, поезда, облака, самолеты... “Если бы мы увидели аэроплан, поднявшийся над горизонтом за дальней деревней, такого же размера, как видим его над головой, он показался бы больше самой деревни и, вероятно, представлял бы ужасающее зрелище”, - пишет известный английский физик Уильям Брэгг в книге “Мир света”. Так и луна: приближаясь к горизонту, она должна была бы уменьшаться в размерах, как самолет, этого властно требует опыт. А так как “возле горизонта” означает для наших “бессознательных умозаключений”, что луна стала дальше, чем когда находилась над головой, надо что-то делать с фактом углового постоянства углового размера диска. Вот и получается психологически, что диск стал крупнее. Иначе, удаляясь, он никак не мог бы оставаться того же углового размера. И мы видим луну огромной!

Портретные иллюзии

Многим приходилось видеть так называемые загадочные, как бы живые, портреты, которые всегда смотрят на нас, следя за нашими передвижениями и обращая глаза туда, куда мы переходим. Это объясняется тем, что зрачки глаз на портрете помещены в середине разреза глаз. Именно такими мы видим глаза, смотрящие на нас, когда же глаза смотрят в сторону, мимо нас, то зрачок и вся радужная оболочка кажутся нам находящимися не на середине глаза, а смещенными в бок. Когда мы отходим в сторону от портрета, зрачки, конечно, своего положения не меняют - остаются посреди глаз, а так как все лицо мы продолжаем видеть в прежнем положении по отношению к нам, то нам и кажется, что портрет повернул голову и следит за нами.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЙ

Впервые исследование в области оптических геометрических иллюзий было сделано физиком Оппелем. Затем было более 200 научных работ на эту тему, где все авторы пытались найти свое объяснение этой проблеме. Каждый ученый долго разыскивал свою теорию на этот счет, однако, видимо, никто так и не догадался, что эти иллюзии, скорее являются правилом, нежели исключением и что эти особенности зрения и восприятия накладывают свой отпечаток на всю нашу повседневную жизнь, а не только на отдельные картинки. С особенностями зрения были очень хорошо знакомы древние греки - расстояние между колоннами Парфенона были разными, а зрителями воспринимались как одинаковые - иллюзия. Но один архитектор, более близкий нашему времени спроектировал здание с очень высокой точностью, а когда его построили, то оказалось, что если наблюдать спереди, то линия крыши вогнута наружу, если сбоку, то - вовнутрь. Все расстояния были четко промерены, но неточности не нашлось - особенности человеческого зрения. Иллюзия. Как одну из задач этой научной работы мы попытались классифицировать наиболее известные оптикогеометрические иллюзии и объяснить возможность появления некоторых из них.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

90% информации приходит в наш мозг через глаза. Даже если человек живет без розовых очков, он не всегда сможет реально оценить увиденную ситуацию. Так устроен наш глаз. Зная особенности зрения, человек может анализировать получаемую картинку, понимать, когда глаза его обманывают, а когда изображение полностью реально.

Подобные знания могут существенно облегчить жизнь, избавив от неприятностей, связанных со зрительными обманами. Помогут лучше понимать некоторые природные явления, устройства некоторых предметов (светофор).

Не стоит забывать, что оптические иллюзии сопровождают нас в течение всей жизни. Поэтому знание основных их видов, причин и возможных последствий необходимо каждому человеку.

ЛИТЕРАТУРА

1. Википедия

2. Учебник по физике 11 класс. Издательство Просвещение.

Городская научно-практическая конференция

школьников и учащейся молодежи

Научное общество учащихся «Открытие»

МОУ «Лицей №1656»

Направление: ФИЗИКА

Оптические иллюзии

Выполнили: Грицай Дмитрий,

Колесов Дмитрий

9 класс МОУ «Лицей № 166»

Руководитель:

Пужульс Ирина Николаевна,

учитель физики высшей

МОУ «Лицей № 1656 »

г.Томск – 2007

Введение ...........................................................................................................3

Глава I . Объяснение оптических иллюзий с точки зрения

физики, биологии, психологии.

1.1. Зрительный процесс с точки зрения биологии.......................................5

1.2. Психология зрения....................................................................................5

1.3. Физическая оценка окружающего...........................................................6

Глава II

2.1. Воображение и реальность......................................................................7

2.2. Невозможные фигуры - особенность воображения..............................8

Глава III . Оптические иллюзии.

3.1. Оптические иллюзии - неотьемлемая часть человеческой жизни… 11

3.2. История открытий ……………………………………………………..12

3.3. Классификация оптических иллюзий ……………………………..12-15

3.3.1. Иллюзия пересечения ………………………………………………..12

3.3.2. Иллюзия «продолжения-обрыва» …………………………………..13

3.3.3. Иллюзия искривления ……………………………………………….13

3.3.4. Иррадиация ………………………………...………………………...14

3.3.5. Внешнее давление на размеры предмета ………………………......15

Заключение …………………………………………………………………16

Научная литература ………………………………………………………17

Введение.

В настоящее время, несмотря на развитие науки и техники, человек продолжает пользоваться своими субъективными оценками по всем направлениям. Конечно, если это касается нематематических наук, то в этом нет ничего плохого, но когда речь идет об оценках, при ошибке в которых, может произойти непоправимое, то тогда следует забыть об интуиции и воспользоваться измерительными приборами. Это, безусловно, касается так называемой оценки «на глаз».

Выражение «обман зрения» очень распространено. К сожалению, наш глаз не точный прибор в мире, поэтому и ему свойственно ошибаться. Эти ошибки называют оптическими иллюзиями. Их известно очень большое количество и все они не однотипны, как и причины, их возникновения. Вот два жизненных случая:

В Калифорнии есть гора, о которой местные автомобилисты говорят, что она обладает магнитными свойствами. Дело в том, что на небольшом участке дороги длиной 60м у подножья этой горы наблюдаются необыкновенные явления. Участок этот идет наклонно. Если у автомобиля, едущего вниз по наклону, выключить мотор, то машина катится назад, т.е. вверх по наклону, как бы подчиняясь «магнитному притяжению» горы. Это поразительное свойство горы считалось установленным настольно достоверно, что в соответствующем месте дороги красуется даже доска с описанием феномена.

Нашлись, однако, люди, которым показалось сомнительным, чтобы гора могла притягивать автомобили. Для проверки произвели нивелировку этого участка дороги. Результат получился неожиданным: то, что все принимали за подъем, оказалось спуском с уклоном в 2 градуса. Такой уклон может заставить автомобиль катиться без мотора на очень хорошем шоссе.

Иллюзией зрения объясняются также рассказы путешественников о реках, вода в которых течет вверх по уклону. Привожу выписку об этом из книги одного физиолога, профессора Бернштейна «Внешние чувства»: «Во многих случаях мы склонны ошибаться при суждении о том, горизонтально ли данное направление, наклонено ли оно вверх или вниз. Идя, например, по слабо наклоненной дороге и видя на некотором расстоянии другую дорогу, встречающуюся с первой, мы представляем себе подъем второй дороги более крутым, чем на самом деле. С удивлением убеждаемся мы затем, что вторая дорога вовсе не так крута, как мы ожидали».

Это объясняется тем, что мы принимаем дорогу, по которой идем за основную плоскость, к которой относим наклон других направлений. Мы бессознательно отождествляем ее с горизонтальной плоскостью и тогда, естественно, представляем преувеличенным наклон другого пути.

Этому способствует то, что мышечное наше чувство совсем не улавливает при ходьбе наклонов в 2-3 градуса. На улицах Москвы, Киева и других холмистых городов часто приходится наблюдать иллюзию, о которой говорит ученый - физиолог. Еще любопытнее другой обман зрения, которому случается поддаваться в неровных местностях: ручей кажется нам текущим в гору!

При спуске по слабо наклонной дороге, идущей вдоль ручья, который имеет еще меньшее падение, т.е. течет почти горизонтально, нам кажется, что ручей течет вверх по уклону. В этом случае мы тоже считаем направление дороги горизонтальным, так как привыкли принимать ту плоскость, на которой стоим, за основу для суждения о наклоне других плоскостей.

Поэтому, чтобы люди допускали меньше ошибок, безоговорочно доверяя своим глазам, им необходимо учитывать некоторые особенности своего зрительного аппарата.

Цели работы:

1. Объяснить природу возникновения оптических иллюзий.

2. Объяснить с точки зрения биологии, психологии и физики возможность их появления.

3. Классифицировать оптические иллюзии.

4. Показать применение особенностей нашего воображения на примере невозможных фигур.

Задачи:

1. Изучить литературу.

2. Освоить методику анализа и синтеза.

3. Выделить существенные признаки рассматриваемых иллюзий.

4. Сгруппироватьиллюзии содинаковыми существенными признаками.

5. Сделать выводы.

Научная новизна:

Была проведена классификация оптических иллюзий.

Глава I . Объяснение оптических иллюзий

с точки зрения физики, биологии, психологии.

1.1. Зрительный процесс с точки зрения биологии.

Глаз человека - сложнейший оптический прибор, с помощью которого человек воспринимает 90% окружающей нас жизни. Астроном и физик Иоган Кеплер в 19 веке рассмотрел устройство глаза с точки зрения оптики. Он показал, что на глазном дне формируется изображение окружающих предметов. По законам оптики такое изображение должно быть перевернутым. Именно поэтому перевернутым видит мир новорожденный младенец. Но постепенно мозг начинает переворачивать изображение и привыкает к этому. Интересно, что, если человек будет долго продолжать носить очки, переворачивающие изображение, то мозг опять поставит его «на ноги». А вот линзу, подобную хрусталику глаза люди не создали и по сей день. Ведь он может, становясь, то более выпуклым, то менее «наводить резкость» на ближние и дальние предметы. Но, если этот механизм нарушается, то у человека появляется, либо дальнозоркость, либо близорукость, поэтому ему в таком случае приходится носить очки.

Дно, на которое попадает и формируется изображение в уменьшенном виде, передает изображение сетчатке, которая воспринимает его. Между хрусталиком и сетчаткой лежит прозрачное стекловидное тело, похожее на студень. Благодаря тому, что внутри сетчатки есть зрительный пурпур, выцветающий под действием света, мы можем его воспринимать. Сетчатка состоит из клеток, называемых палочками и колбочками. Благодаря палочкам мы воспринимаем черно-белое изображение. Колбочки различают цвет: одни - синий, другие - зеленый, третьи - красный. Все остальные цвета являются для человеческого глаза смешанными.

1.2. Психология зрения.

Вместе с тем известно, что изображение, попав нам в глаз и дойдя до сетчатки по специальным мозговым каналам, попадает в головной мозг, где и формируется. При этом импульсы зрительной системы ничем не отличаются от импульсов нервных клеток носа, кожи уха. Мозг воспринимает их сообщения зрительными образами только потому, что знает, откуда они пришли. Там человек и представляет изображение. Но почему мозг способен представить изображение. Этим вопросом с недавнего времени занимается психология.

Мозг человека, помимо восприятия, мышления, памяти и ряда других психических процессов имеет особенную форму психики, присущую исключительно людям - воображение.

Ни в чем другом, кроме воображения, не проявляется идеальный и загадочный характер психики. Можно предполагать, что именно воображение, желание понять и объяснить привлекло внимание к психическим явлениям в древности, поддерживало и продолжает его стимулировать в наши дни. Что же касается загадочности этого феномена, то она состоит в том, что до сих пор нам почти ничего ни известно о механизме воображения, в том числе о его анатомо-физиологической основе. Даже то, в каком отделе головного мозга локализовано воображение, науке не известно.

Благодаря воображению человек творит, разумно планирует свою деятельность и управляет ею. Почти вся человеческая материальная и духовная культура является продуктом воображения и творчества людей, а какое значение эта культура имеет для психического развития и совершенствования вида «гомосапиенс», мы все уже достаточно хорошо знаем. Воображение выводит человека за пределы его сиюминутного существования, напоминает ему о прошлом, открывая будущее. Обладая богатым воображением, человек может «жить» в разном времени, что не может позволить себе никакое другое живое существо в мире. Прошлое зафиксировано в образах памяти, произвольно воскрешаемых усилием воли, будущее представлено в мечтах и фантазиях.

Воображение во многом помогает человеку в тех случаях жизни, когда практические действия или не возможны, или затруднены, или просто нецелесообразны (бесполезны).

От восприятия воображение отличается тем, что его образы не всегда соответствуют реальности, в них есть элементы фантазии, вымысла. Если воображение рисует сознанию такие картины, которым ничего или мало чего соответствует в действительности, то оно носит название фантазии.

1.3. Физическая оценка окружающего.

Физика, в свою очередь, является точной наукой, поэтому, чтобы не вгрызаться в полемику - фантазия важнее и нужнее или реальность, скажем, что и реальность несет немаловажную роль. Человек видит все вокруг себя в уменьшенном размере, воспринимает только солнечные лучи. Из биологии известно, что глаз - орган неидеальной точности. На глаз влияют мышцы различной силы, у сетчатки глаза есть некоторая кривизна, оба глаза расположены горизонтально, в них есть слепые пятна, да и вообще: область бинокулярного зрения у человека мала и видит он только перед собой, в то время как муха со своими фасеточными глазами способна видеть и сзади и воспринимать более 300 изображений в секунду!

Поэтому доверие такому варианту субъективной оценки как «на глазок», особенно в физике, не оправданно. Следовательно, то, что есть на самом деле, мы воспринимаем с искажениями.

Глава II . Особенности человеческого воображения.

2.1. Воображение и реальность

Воображение может быть четырех основных видов: активное, пассивное, продуктивное и репродуктивное. Сталкиваясь с оптическими иллюзиями, люди без воли обманывают свой разум, чаще всего даже не замечая этого и, лишь прибегнув к помощи измерительных приборов, обнаруживают несоответствие. Некоторое время назад вы смогли убедиться в этом. Посмотрите на рисунок 1: на нем две перпендикулярные друг другу палочки, которые пересекаются.

Они равны, но кажется что вертикальная заметно длиннее горизонтальной. Когда наблюдателей просили нарисовать на самом деле равные палочки, то от реальных размеров результат отличался на 33%! Образы пассивного воображения возникают помимо воли и желания человека. Но никакая фантазия не способна изобрести нечто такое, что не было бы человеку известно, следовательно: человек сознательно будет изображать эти палочки с несоответствием в 33%, так как уверен в своей правоте и, даже узнав об ошибке, он и в дальнейшем будет ее совершать, ведь именно в таком виде они будут для него равными, к тому же это закоренелая привычка, избавиться от которой практически невозможно.

Как было написано выше, именно благодаря воображению человек способен творить. Но чаще всего, импульсом творческого процесса является активное (усилием воли), продуктивное (сознательное конструирование без воспроизведения созданного до…) и репродуктивное (копирование) типы воображения.

Гораздо реже таким толчком служит пассивное воображение. Хотя известно на примере поэзии, как автор непроизвольно сочиняет стихи, при этом стремится найти возможность записи новой рифмы, чтобы не потерять ее. Говорят: появилось вдохновение. Кроме того, творческий процесс, начинаясь, как правило, с волевого усилия, т.е. с акта воображения, постепенно настолько захватывает автора, что воображение становится спонтанным, и уже не он творит образы, а образы владеют и управляют художником, и он подчиняется их логике.

2.2. Невозможные фигуры - особенность воображения.

Поэтому появилась цель подробнее рассказать об особом виде иллюзий и рисунков: невозможные фигуры и объекты. Первую невозможную фигуру создал в 1934 году шведский художник Оскар Ройтерсверд, изобразив девять кубиков в особом порядке (рис.2).

Перу Ройтерсверда принадлежат сотни вариантов. Три из них, в том числе кубики, были воспроизведены на серии почтовых марок, выпущенных в Швеции в 1982 году.

Но, пожалуй, самая известная из невозможных фигур - это треугольник Пенроуза, (рис.3) опубликованный в 1958 году в «Британском психологическом журнале» Л. и Р. Пенроузами.

Они основывались на рисунке Ройтерсверда. Присмотревшись к треугольнику, мы видим, что все три угла этой рамы являются прямыми, хотя ясно, что этого быть не может. Здесь вступают в конфликт между собой усвоенные нами с детства правила изображения предметов на плоском листе бумаги.

Еще больше подливает масла в огонь конфликта между воображением и здравым смыслом - чертеж, показывающий, как можно сделать треугольник Пенроуза (рис.4).

Как вы видите для этого нужно всего то три деревянных кубика и три брусочка, соединенных палочками, как показано здесь или клеем - и готово!

Несмотря на всю простоту этого треугольника, можно нарисовать невозможную фигуру из меньшего количества элементов. Обратите внимание на этот пример из двух брусков (рис.5): справа они лежат друг на друге, а слева - рядом друг с другом.

Поняв принцип рисования простых невозможных фигур, можно рисовать и более сложные. Обратите внимание на эту трапецию (рис.6) - принцип ее рисования заключен в том, что углы её, если к ним приглядеться, на самом деле прямые, аналогично углам в невозможном треугольнике Пенроуза.

А этот кубик (рис.7) примечателен тем, что, если вспомнить из геометрии его определение - все грани равны между собой, это совсем не кубик, хотя три средние грани, образующие перевернутый значок «Мерседеса», равны, но остальные, видимые нам шесть граней, нет. Вот объяснение его невозможности.

Известны фигуры, в которых пропадает один элемент или промежуток между элементами. Они близки по принципу начертания к «полуторабрусковым» рисункам. Попытайтесь сосчитать количество брусков на этом рисунке 8.

Неверно предполагать, что «невозможность» - удел лишь геометрических фигур. Такими эффектами пользовались и продолжают пользоваться художники сюрреализма, футуризма и ряда других направлений в живописи.

Вот продукт воображения некоего художника (рис.9). Это невозможный камертон, от которого исходит вполне нормальная тень, от которой отходят вполне нормальные, звуковые волны.

Как известно, к телескопу часто прикрепляют меньшую телескопическую трубу, так называемый искатель, позволяющий более или менее точно навести основной телескоп на тот участок неба, который мы хотим рассмотреть. Тогда сколько дополнительных подзорных труб пристроено к этому телескопу (рис.10).

И, если вы их обнаружите, где, собственно, основная-то труба!?

Вилка Дьявола (рис. 11) была таковой названа одним из увидевших за «феномен» превращения из четырехугольника с двумя отходящими прямоугольными параллелепипедами в трехштырьковую вилку с цилиндрическими концами.

Но на самом деле принцип вилки Дьявола очень прост - элементарен. Как известно, у части прямоугольного четырехугольника сбоку видно лишь три грани, а у цилиндра при наблюдении сбоку - две линии завершения, следовательно - три плюс три и разделить на два - три цилиндрика.

По принципу «вилки Дьявола» нарисовано множество картинок на другие темы и сюжеты. К примеру, на этой картинке (рис.12) три человечка слева несут три трубы, а два справа им помогают нести два... бруска.

А на этой картинке (рис.13) использованы свойства тени и, конечно, эффект исчезновения элемента.

Глава III . Оптические иллюзии.

3.1. Оптические иллюзии - неотьемлемая часть человеческой жизни

Ряд очень важных особенностей человеческого зрения позволил нам создавать изображения на плоскости, а воспринимать в объеме. А ведь это обман зрения. Смешение цветов на холсте мы бы восприняли пятнами, и картина была бы для нас множеством клякс на бумаге. Поэтому, то, что мы видим на картине лишь иллюзия повседневности.

3.2. История открытий.

3.3. Классификация оптических иллюзий.

3.3.1. Иллюзия пересечения.

Вновь обратимся к картинке, на которой изображены горизонтальная и вертикальная линии (рис.1). Как было замечено - горизонтальная линия кажется гораздо короче вертикальной, если не прибегать к помощи измерительных инструментов. Одной из причин такой ошибки является пересекающая вертикальная линия. Причина нашей ошибки в том, что у человека есть бинокулярное зрение - серединка от общей картины, воспринимаемой глазами; по мере удаления от середины взгляда зрение перестает быть таким же четким, как в радиусе бинокулярного. Поэтому взгляд человека «приковывается» к пересекающей линии, а то, что левее и правее падает за радиус наиболее четкого зрения. Горизонталь поделена надвое, поэтому и кажется меньше, попадая в слабые фланги рисунка.

В результате получаются очень большие ошибки, но утешает одно - они возникают лишь тогда, когда экспериментатор довольствуется только оценкой на глаз, не прибегал к помощи масштабной линейки.

3.3.2. Иллюзия «продолжения-обрыва».

Рис.14

Иллюзия, которую вы сейчас наблюдаете (рис. 14) известна вот уже более ста лет. К концам двух равных по длине линий пририсованы стрелки, к одной - расходящиеся в разные стороны, к другой - сходящиеся навстречу друг другу. Правая линия кажется короче левой. Наиболее ярко такая иллюзия проявляется, если стрелки делят точно пополам, но нижняя кажется намного длиннее верхней. После того, как наблюдатель нарисовал «действительно равные» линии, то несоответствие с реальностью составило 33%. Все дело в том, что стрелки направления служат в одном случае как ложное удлинение, а в другом - укорачиванием. Стрелки, направленные навстречу друг другу, являются «продолжением» вертикальной линии, а стрелки, идущие в разных направлениях, наоборот - «ограничителями» длины.

3.3.3. Иллюзия искривления.

С искривлением прямых существует множество всевозможных иллюзий. На этой картинке (рис.15) из-за заднего плана создается впечатление, что эти линии вовсе не параллельные линии, а дуги.

Рис.15

В данном случае визуальное искривление связано в первую очередь с задним планом. Дело в том, что, если вы заметили, на первый план как бы выходят не две линии, а пятно с исходящими от него лучами. Пятно «приковывает» бинокулярное зрение, и две линии выходят за его пределы. У глаз есть еще одно очень интересное свойство: прямые линии под пестротой цветов становятся дугообразными. Обратите внимание на эту картинку: на ней через каждую вертикальную кривую изображена прямая, но под действием черных и белых зигзагов и чередованием кривых и прямых, кажется, что здесь-то прямого ничего нет.

Известно, что черные и белые цвета могут вызывать у человека множество иллюзий - так устроена сетчатка. Поэтому существует множество способов игры со слабостями зрения. На этой картинке (рис.16) создается впечатление искривленных горизонтальных линий потому, что смещены между собой черные и белые квадратики.

На самом деле горизонтальные линии параллельны.

3.3.4. Иррадиация.

Уже более века известно, что на сетчатке глаза возникает изображение, состоящее из светлых и темных областей, свет от ярко освещенных участков как бы перетекает на темные участки. Это называется иррадиацией. Наблюдать такое последствие контраста можно на этом рисунке 17.

На пересечении белых линий, между черными квадратами образуются так называемые вспышки серого цвета.

Темные предметы всегда кажутся меньшими светлых предметов того же размера. Если рассматривать одновременно черный круг и белую окружность одинаковых размеров на светлом фоне, то площадь окружности будет нам казаться на 20% больше площади круга.

В темной одежде люди кажутся тоньше, чем в светлой. Солнце на закате образует «выемку» в линии горизонта.

Иррадиация зависит только от несовершенства нашего зрительного аппарата.

3.3.5. Внешнее давление на размеры предмета.

У человеческого мозга есть одно потрясающее свойство сравнения. Так, говоря о величине слона, мы мысленно сравниваем его с другими объектами, и он кажется нам гигантским. Но мало кто из людей видел синего кита в полный размер. Но, если сравнивать синего кита со слоном, то слон покажется глазу величиной с собаку. Этим объясняется еще один тип зрительных иллюзий.

Посмотрите на эти кружки (рис.19). Вам ясно видно, что правый кружок заметно меньше левого, но на самом деле это не так.

Оба кружка по размеру одинаковы. И виною этой иллюзии является все то же сравнение. Левый объект окружают круги большего диаметра, чем левого и из-за этого создается впечатление, что правый кружок больше. В реальной жизни ребенку воспитатель в детском саду кажется гигантом, но дети растут и, когда ребенок станет такого же роста, как и воспитатель, он перестанет ему казаться таким.

У треугольника (рис.20) в этом параллелограмме стороны АВ и АС равны, хотя под действием внешних объектов создается впечатление, что АВ длиннее.

Заключение.

В этой работе были рассмотрены и изучены особенности зрительного аппарата, благодаря которым возникают оптические иллюзии, с точки зрения физики, биологии и психологии. Были найдены и прочитаны статьи на эту тему. В работе были сделаны попытки классифицировать на несколько основных типов оптические иллюзии. Было выяснено, что виною их возникновения являются не только особенности глаза, но и головного мозга. Поэтому эту проблему нельзя изучать однобоко, пользуясь лишь физикой.

Хочется напомнить еще раз: искажения зрения, о которых было написано выше, присуще каждому из нас. Поэтому ошибки, связанные с ними присущи как простым смертным, так и профессионалам-художникам, архитекторам и многим другим. Помните: наши глазомерные оценки геометрических величин находятся в непосредственной зависимости, как от физических параметров, так и от психологических особенностей.

Даже в самых серьезных научных работах и проектах можно допустить ошибку, которая может привести к ужасным последствиям, пользуясь даже в малой доле оценкой на глаз.

Научная литература.

1. Аксенова М., Измайлова С. Энциклопедия для детей. Том Биология. М.,

«Аванта+» 1994. с.29.

2. Перельман Я.И. Занимательная механика. 1979, с.123.

3. Перельман Я.И. Занимательная физика. М. 1981, с.73.

4. Иванов П.С. Журнал «Наука и жизнь». М. 1989, № 4, с.116.

5. Трайтака Д.И. Биология. Справочные материалы. М., «Просвещение» 1994,

6. Рассел К., Картер Ф. Улучши свой интеллект. Минск, «Попурри» 1996, с.45.

Разделы