10. 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 названиеиллюзии 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!

Астигматизм

Смотрите на надпись (Приложение 3, рис.1) одним глазом. Все ли буквы кажутся одинаково черными? Обычно одна из букв представляется более черной, нежели остальные. Но стоит повернуть надпись на 45 или 90°, чтобы казалась чернее уже другая буква. [4]

Явление это обусловлено так называемым астигматизмом, то есть неодинаковой выпуклостью роговой оболочки глаза в различных направлениях (вертикальном, горизонтальном). Редкий глаз вполне свободен от этого несовершенства. Приблизительно 10% всех людей страдают врожденным астигматизмом.

Рассмотрим ещё одну иллюзию, связанную с астигматизмом. Эта фигура  (Приложение 3, рис.2) дает другой способ обнаружить астигматизм глаза. Приближая ее к исследуемому глазу (закрыв другой), на некотором, довольно близком, расстоянии, сосредоточив взгляд на белом квадратике вверху, вы приблизительно через полминуты заметите, что нижняя белая полоса исчезнет (вследствие утомления сетчатки).

Иллюзия цвета

Проведем следующий опыт. При помощи двух осветителей будем освещать некоторое небольшое препятствие, например, вертикально поставленную линейку. Осветители ставятся на некотором расстоянии друг от друга (около 20 см) и на белом экране наблюдается тень от препятствия и две полутени (Приложение 4). В один осветитель вставим красный светофильтр, а в другой зеленый. Полутени соответственно окрасятся в те же цвета. После этого вытащим один из светофильтров, а полутень с его цветом останется. [7]

Это одна из самых эффектных естественных иллюзий. Природа возникновения цветного изображения в первой и во второй части опыта различна. В первом случае цветная тень является результатом того, что источник света «протяженный» и бихроматичный; во втором случае появление цветной полутени связанно с особенностями нашего восприятия, то есть видимость цвета – это иллюзия. [5]

Полного объяснения этому явлению пока не найдено. Известен лишь факт, что на восприятие влияет не только цвет, но и фон, который окружает рассматриваемый участок.

Для этой демонстрации можно использовать светофильтры любых цветов. Но наилучший результат получается с красным и зеленым. Эти два цвета вызывают наибольшее раздражение, наш глаз наиболее чувствителен к ним. Именно по этому их используют в светофорах. (При проведении опыта кабинет затемнять нежелательно. Опыт получается эффектно при дневном, рассеянном свете).

Опыт с приведением

Проведем ещё один опыт (Приложение 5). Когда вы смотрите на черное приведение, часть сетчатки, на которой формируется изображение, не получает ни одного светового луча. Однако окружающая часть сетчатки работает на полную мощность, посылая в мозг сигналы о ярком белом фоне вокруг приведения. Когда вы смотрите на арку, то область сетчатки, где сформировалось изображение фона, уже устала и не полностью реагирует на светлый фон под аркой, делая его темнее. Та область сетчатки, которая сформировала изображение приведения, практически не работала и не устала, так что при переводе взгляда под арку на этом месте образуется белая область по форме приведения. Поэтому вы видите белое изображение приведения под аркой. [3, 5].

Нарушение цветового восприятия

Проанализировав опубликованные отчеты дорожных служб можно прийти к выводу, что большинство аварий происходит на перекрестках. В сумерки количество происшествий резко возрастает.

На любом перекрестке есть светофор. В вечерние часы из-за понижения освещенности происходит перераспределение основной нагрузки с колбочек (цвет) на палочки (свет), так как они более чувствительны. Пик аварий приходится как раз на то время, когда одни из чувствительных клеток не включились, а другие уже не работают.

Не редко происходят ночные аварии. Водитель, который едет по трассе, внезапно увидев огни светофора из-за “ передозировки” информации может принять его за обычный фонарь (увидит огни белым). Поэтому для светофоров подбирают специальный режим задержки, чтобы глаза успели привыкнуть к цвету (Типичный светофор для городского участка с плотным движением дает зеленый свет в течение 50 секунд, желтый – 5 секунд и красный – 25 секунд).

Если долго смотреть на яркие источники зрительной информации, так же возникает цветовая иллюзия. Именно поэтому на картинах большинства художников солнце белого цвета. Особенности нашего зрения таковы ( в сетчатке глаза есть три типа цветочувствительных клеток – колбочек; максимум чувствительности одних приходится на синий цвет, других – на зеленый, третьих – на красный; в зависимости от уровня раздражения каждого типа колбочек мы воспринимаем тот или иной цвет), что если порог насыщения всех цветовых каналов пройден, то они как бы перестают работать, и для восприятия остается только белый цвет. У заходящего южного солнца интенсивность даже рассеянных компонентов велика и ее достаточно, чтобы “ перекрасить” в нашем восприятии светило в белый цвет.

Параллельные прямые ползут вкривь и вкось, от водоворотов спиралей, которые вовсе не спирали, кругом идет голова, перед глазами мелькают фантомные пятна, а неподвижные круги неудержимо вращаются. Почему?

Главное — контраст

В жизни часто бывает, что самое удивительное происходит с совершенно простыми на первый взгляд вещами. Взять хотя бы иллюзию, которую называют «решетка Германна». Все просто как пять пальцев: черные квадраты на белой бумаге. Но на пересечении белых линий появляются иллюзорные серые пятна, которые пульсируют, становясь то ярче, то темней. Вы смотрите десять секунд, тридцать. Квадраты повисают над бумагой. Минута, две. По краям квадратов появляется какое-то сияние. Десять минут. Вам кажется, вы сходите с ума. И откуда берутся серые пятна?!

Восприятие этой иллюзии, как и всего, что мы видим, начинается, когда отраженный от объекта свет попадает в наш глаз и фокусируется на светочувствительных клетках (колбочках и палочках). Механизм обработки сигналов от этих клеток сложный и многоступенчатый. Обработка начинается уже на уровне сетчатки, в состав которой входит слой ганглиозных клеток, чувствительных к перепадам яркости. Дальше информация идет в высшие отделы коры головного мозга, где обрабатываются более сложные детали картинки, прежде всего выделение фигуры и фона. И наконец, к анализу поступивших сигналов подключаются логические суждения, наш жизненный опыт и культурные стереотипы.

Важней всего для нашего глаза информация о резких изменениях яркости. Именно по перепадам яркости мы распознаем все разнообразие контуров, фигур и цветовых оттенков. Каждая ганглиозная клетка суммирует сигналы, которые поступают от определенного участка сетчатки. Механизм суммации таков, что ганглиозная клетка «молчит», если на участке нет изменения яркости, и «кричит» при резком перепаде. Поэтому контрасты по яркости выделяются и подчеркиваются: белое, окруженное черным, кажется белее.

В решетке Германна белые линии соседствуют с большими массивами черного, оттого — по контрасту — кажутся еще белее. В местах же их пересечения в поле зрения ганглиозных клеток попадает гораздо меньше черного, и цвет этих участков воспринимается без изменений. Однако на фоне «супербелых» линий он кажется более «серым» — вот и разгадка фантомов.

Сюрпризы штриховки

Процесс преломления света роговицей и хрусталиком тоже подбрасывает нам немало сюрпризов. К счастью, диагноз «астигматизм» и очки со специальными линзами мало кому достаются, но вряд ли найдется человек с роговицей и хрусталиком идеально сферической формы. Редко кто одинаково четко видит вертикальные и горизонтальные линии. От этого штриховка в разных направлениях кажется неодинаково яркой. Проявления астигматизма усиливаются, если в рисунке преобладают не наклонные, а горизонтальные и вертикальные линии — поверните страницу на 45 градусов. (Кстати, чтобы горизонтальная линия казалась равной по величине вертикальной, она должна быть более чем на 30% длиннее.)

Со штриховкой связана иллюзия Цольнера — одна из самых загадочных при абсолютной внешней простоте. В 1860 году И. Х. Поггендорф, редактор физико-химического журнала, получил статью астронома Ф. Цольнера, в которой автор описал иллюзию, случайно подмеченную им в рисунке ткани. Длинные параллельные линии, пересеченные серией коротких диагональных отрезков, кажутся расходящимися. (Проверьте на рисунке «Три в квадрате».) А внимательный редактор обратил внимание на другую особенность присланного рисунка. Кажется, что части наклонной линии до и после пересечения смещены относительно друг друга. (Попробуйте начертить фломастером линию на штриховке внизу этой страницы.) При множестве гипотез убедительного объяснения этим иллюзиям пока нет. По одной из версий, места пересечений оказываются в «поле зрения» нескольких ганглиозных клеток, одни сигнализируют мозгу: «горизонтальная», соседние перебивают их: «диагональная». Из-за наложений сигналов, возможно, и возникают подобные иллюзии.

Фон и фигура

Мы не можем одновременно анализировать все видимое вокруг, а потому ежесекундно «расчленяем» мир на объекты-фигуры, которые важны, и фон, который не важен. Поток света от фигуры попадает на центральную часть сетчатки, где расположены ганглиозные клетки с маленьким «полем зрения», дающие максимально точную информацию при суммировании сигналов от зрительных рецепторов. Поэтому фигуру мы видим во всех ее деталях и подробностях, а фон, проецирующийся на периферию сетчатки (где к каждой ганглиозной клетке идут сигналы от гораздо большего числа рецепторов), представляется менее четким. Этим, кстати, объясняется появление серых точек в решетке Германна только на периферии.

Важный вопрос — на основании каких признаков нечто выделяется из фона в фигуру? Прежде всего, если это нечто четко очерчено. Причем наличие реального контура необязательно. Три точки на листе бумаги мы будем воспринимать как треугольник, мысленно соединив их прямыми.

Выделение фигуры из фона идет на подсознательном уровне. Посмотрите на иллюзию Акиоши Катаока «Ринго». Центральная часть картинки явно выделяется в покосившийся квадрат. Почему? Приглядитесь к тонким линиям на пересечении цветных ячеек. Там, где искажения нет, нарисованы чередующиеся черные и белые крестики (внутри квадрата порядок чередования меняется). А теперь внимательно проследите за контуром «квадрата». Здесь нет ни одного правильного крестика! Сколько времени у вас бы ушло на осознание этого, не будь подсказки? А мозг молниеносно уловил различия, связал все выбивающиеся из общего порядка перекрестия замкнутым контуром и выделил фигуру.

Ощущение объема

Мир вокруг нас трехмерен, а его проекция на сетчатку глаза двумерна. Постоянно сканируя освещенные объекты, глаз отслеживает распределение света и тени по их поверхности. Мозг с невероятной скоростью обрабатывает полученную информацию и воссоздает трехмерную форму. Кажется, что по странице с иллюзией «Волны» и вправду идут волны. Эффект третьего измерения возникает благодаря белой и темно-коричневой окантовке «кофейных зерен», где темное — намек на отбрасываемую зерном тень. Положение «теней» на рисунке меняется, и в основном поэтому нам кажется, будто журнальная страница коробится от перетекающих волн.

В движеньи жизнь

Иллюзии движения — самые впечатляющие и самые труднообъяснимые. Ведущую роль здесь играет периферическое зрение. Попробуйте поднести палец к виску. Вы не будете его видеть. Но стоит пошевелить пальцем, и движение будет замечено, хотя зрительная система и не сможет распознать, что же там мелькает.

Важная информация о движении — это изменение освещенности (степени яркости) деталей объекта, улавливаемое периферийным зрением. Поэтому большинство иллюзий движения построены на регулярном повторе разных по яркости или цвету фрагментов.

Потрясающие иллюзии придумал японский психолог и дизайнер Акиоши Китаока. Когда вы смотрите на его «Невероятных змей», круги начинают медленно вращаться, а узор с ромбами (на плакате) становится пластичным и подвижным. Китаока экспериментально подобрал цвета фрагментов и их последовательность, при которых иллюзия наиболее сильна: «черный — синий, белый — желтый» или «черный — зеленый, белый — красный». Именно к таким комбинациям периферическое зрение максимально чувствительно. Изменение порядка чередования цветов задает разное направление движения. Кстати, а сколько оттенков зеленого и красного на плакате?

Наблюдение за наблюдающим

Все видят по-разному. Хрусталик и роговица имеют разную кривизну, колбочки и палочки по-разному реагируют на свет, у нас разный опыт, и так до бесконечности… Но тех, кто не способен увидеть иллюзии, меньшинство.

Вредный опыт

На восприятие зрительной информации серьезно влияет жизненный опыт. Европеец не задумываясь скажет, что на иллюзии Мюллера-Лайера один отрезок длиннее другого, а выросший среди юрт степной житель — что равны. И будет прав. Европейская культура — это культура городов, где сплошь вертикали-горизонтали и прямые углы. Если вы сидите в комнате, то ее верхний угол будет похож на левый рисунок. Такое сочетание линий характерно для удаленного объекта. А угол дома с улицы (правый рисунок) будет восприниматься как ближний. По опыту мы знаем, что дальние объекты меньше. Поэтому, когда рисунки оказываются на равном расстоянии от глаз, мозг корректирует их и «увеличивает, приближая», левый фрагмент.

Свет и цвет

Иллюзия — это когда кажущееся принимается за действительное. В этом смысле наш журнал практически сплошная иллюзия. Если вы попробуете рассмотреть в сильную лупу заинтересовавшую вас деталь на иллюстрации, то вместо полета дизайнерской мысли увидите скопище черных, желтых, голубых и пурпурных точек. Информацию о цвете мы получаем по длине отражающейся от объекта световой волны. Смешение световых лучей с разной длиной волны дает ощущение нового цвета, и зрительная система не может различить, где «чистый» цвет, а где смесь. Это свойство зрения эксплуатирует цветное телевидение. Если присмотреться к какому-то желтому фрагменту экранной картинки, то окажется, что он образован красными и зелеными точками. А все потому, что смесь равных количеств красного (длина волны 650 нм) и зеленого (530 нм) воздействует на наши рецепторы так же, как желтый (580 нм). На другой особенности нашего восприятия цвета вовсю играют продавцы и рекламисты. Почему на прилавке магазина на кусок мяса почти всегда кладут веточку зелени? Украшение здесь с умыслом. Глаз выделяет из всего окружающего прежде всего максимальные контрасты, а красный и зеленый как раз и составляют пару контрастных цветов. Так что листик петрушки сигнализирует: не проходите мимо! Другая пара цветов-антагонистов — желтый и синий, поэтому лимоны выглядят особенно аппетитными, если лежат в синих ящиках.

Оптическое искусство

Головокружение и обморок — иногда не симптомы болезни, а результат посещения художественной галереи. На выставках художников оп-арта (optical art — оптическое искусство) в 1960-е годы прошлого века на зрителя обрушивался поток визуальных эффектов, которые должны были создать иллюзию «ожившего пространства». Сюжеты картин: ритмические повторы, резкие цветовые контрасты, извилистые линии, наложения спиралей и решеток — сбивали зрителей с толку. Холсты «искривлялись» и «пульсировали». Особенно сильным ударам нервная система подвергалась там, где в дело шли динамические установки, светящиеся и отражающие свет конструкции. Эффект от всего этого был схож с эффектом LSD — другого увлечения шестидесятых.

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.

Как утверждает Акиоши Китаока, с помощью картинок, так называемых «зрительных иллюзий», можно определить психическое состояние человека, они помогают отразить его внутренний настрой. Систематическое изучение зрительных иллюзий началось примерно с середины 19 века. Во второй половине 19 — начале 20 веков было создано множество тестовых изображений, демонстрирующих наличие значительных ошибок в оценке размеров и формы геометрических фигур. В основе этих зрительных иллюзий лежит то обстоятельство, что на формирование видимого образа данного объекта всегда в большей или меньшей мере влияют объекты, располагающиеся по соседству с ним в поле зрения. Иными словами, наше зрительное впечатление о величине и форме объекта зависит от контекста, в котором он рассматривается. Это свойство нашего зрения было замечено очень давно. В частности, было обнаружено, что на воспринимаемую длину, кривизну и ориентацию линий большое влияние оказывают размеры фигур, в которые они включены, а также наличие прилегающих или пересекающих линий. Многие из придуманных в то время геометрических зрительных иллюзий стали классическими.