Оптические иллюзии

Муниципальное общеобразовательное учреждение Гимназия № 3  

г.Тейково Ивановской  области

155043, г. Тейково, ул. Молодёжная, 24, Тел:(49343) 2-12-81,  e-mail: teikovo-school_3@mail.ru

Исследовательская работа на тему:

«Оптические иллюзии»

                                                          Выполнил:

                                                                           учащийся  4 «В» класса

                                                                    МОУ Гимназии №3

                                                                                Меренков Иван Андреевич

                                                             Руководитель:

                                                                 учитель начальных классов

Леванова Юлия Алексеевна

 2017 год

Содержание

Введение

Видимое не всегда соответствует действительному.

(Н. Коперник)                                                              

Мы привыкли воспринимать окружающий нас мир как данность, поэтому не замечаем, как наш мозг обманывает своих же хозяев. С давних пор люди не только поражаются обманам зрения и забавляются зрительными иллюзиями, но и сознательно используют их в своей практической деятельности, пытаясь изобразить объёмные тела на плоскости так, чтобы чувствовалась глубина пространства. Уже тысячи лет зрительные иллюзии целенаправленно используются в архитектуре для создания определённых пространственных впечатлений, например, для кажущегося увеличения высоты и площади залов. Ещё более эффективно зрительные иллюзии используются в изобразительном и цирковом искусстве. Зрительные иллюзии стали основой кинематографии и телевидения, учитываются в полиграфии и военном деле. Создаваемая при помощи технических средств виртуальная зрительная реальность занимает в жизни современного человека огромное место и тесно переплетается с действительностью.

Выражение «обман зрения» очень распространено. К сожалению, наш глаз не точный прибор, поэтому и ему свойственно ошибаться.  Несовершенство нашего бинокулярного зрения, бессознательные ложные суждения, психологические стереотипы и прочие искажения мировосприятия служат поводом для возникновения оптических  иллюзий. Их огромное множество.

Цели моей работы - изучить виды и характер оптических иллюзий; доказать существование оптической иллюзии в реальной жизни.

Для реализации проекта мне необходимо решить следующие задачи: исследовать разные источники информации; собрать информацию о различных видах оптических иллюзий; посетить сайты виртуальных иллюзий; создать оптические иллюзии самостоятельно.

Наше восприятие 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? Мне очень хочется найти ответы на все поставленные вопросы.

Гипотеза: не всегда то, что мы видим на самом деле, является таковым.

Проблема исследования: возникновение оптических иллюзий.

Методы: информационный, аналитический, исследовательский.

Раздел 1 «Теоретический»

1.1. Оптические иллюзии. Причины их возникновения

Оптической иллюзией называется  несоответствующие действительности представление видимого явления или предмета вследствие особенностей строения  нашего зрительного аппарата, попросту говоря – это неверное представление реальности. Оптические иллюзии не связаны с индивидуальными нарушениями зрения, например  с дальтонизмом.

Почему происходит  оптические  иллюзии? Зрительный аппарат человека – сложно устроенная система со вполне определенным  пределом   функциональных возможностей. В неё 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 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.

      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).

Глаз - это сложная оптическая система. Световые лучи попадают от окружающих предметов в глаз через роговицу. Роговица в оптическом смысле - это сильная собирающая линза, которая фокусирует расходящиеся в разные стороны световые лучи. Причем оптическая сила роговицы в норме не меняется и дает всегда постоянную степень преломления. Склера является непрозрачной наружной оболочкой глаза, соответственно, она не принимает участия в проведении света внутрь глаза. Преломившись на передней и задней поверхности роговицы, световые лучи проходят беспрепятственно через прозрачную жидкость, заполняющую переднюю камеру, вплоть до радужки. Зрачок, круглое отверстие в радужке, позволяет центрально расположенным лучам продолжить свое путешествие внутрь глаза. Более периферийно оказавшиеся лучи задерживаются пигментным слоем радужной оболочки. Таким образом, зрачок не только регулирует величину светового потока на сетчатку, что важно для приспособления к разным уровням освещенности, но и отсеивает боковые, случайные, вызывающие искажения лучи. Далее свет преломляется хрусталиком. Хрусталик тоже линза, как и роговица. Его принципиальное отличие в том, что у людей до 40 лет хрусталик способен менять свою оптическую силу - феномен, называемый аккомодацией. Таким образом, хрусталик производит более точную дофокусировку. За хрусталиком расположено стекловидное тело, которое распространяется вплоть до сетчатки и заполняет собой большой объем глазного яблока. Лучи света, сфокусированные оптической системой глаза, попадают в конечном итоге на сетчатку. Сетчатка служит своего рода шарообразным экраном, на который проецируется окружающий мир. Роговица и хрусталик - это две собирательные линзы, и изображение, проецируемое на сетчатку, также перевернутое. Другими словами, небо проецируется на нижнюю половину сетчатки, море - на верхнюю, а корабль, на который мы смотрим, отображается на макуле. Макула, центральная часть сетчатки, отвечает за высокую остроту зрения. Другие части сетчатки не позволят нам ни читать, ни наслаждаться работой на компьютере. Только в макуле созданы все условия для восприятия мелких деталей предметов. В сетчатке оптическая информация воспринимается светочувствительными нервными клетками, кодируется в последовательность электрических импульсов и передается по зрительному нерву в головной мозг для окончательной обработки и сознательного восприятия.

Глаз человека, обеспечивающий зрительное восприятие окружающего мира, представляет собой исключительно сложное образование. Его роль заключается в том, чтобы точно фиксировать форму, цвет и взаиморасположение предметов в пространстве. Это ворота, через которые световые сигналы извне поступают в центральную нервную систему. У большинства животных глаза расположены на переднем конце тела, на котором расположена голова. Лишь у первых беспозвоночных животных, способных видеть, восприятие света осуществляется приборами другой локализации. Так, у пиявки «глаза» оказываются на заднем конце тела. Многощетинковые черви воспринимают свет несколькими «глазами», расположенными на боковых поверхностях тела. Глаз или глазное яблоко является световоспринимающей частью зрительного анализатора, который включает нервные пути, а также область головного мозга, где происходит анализ изображения.

1.2. Виды оптических иллюзий

1 иллюзия

«Невозможные фигуры»

Один из популярных видов оптических иллюзий – невозможные фигуры. Суть заключается в том, что эти фигуры вполне возможно нарисовать на бумаге, но в реальном мире они существовать попросту не могут. Остановимся на некоторых фигурах:

• «Невозможный трезубец»

Один из ярких представителей невозможных фигур. Как не старайся определить, где начало среднего зубца не выйдет.

• «Треугольник Пенроуза»

Он также популярен среди невозможных фигур и иллюзий в целом, как и невозможный трезубец. Он чем-то даже похож на последнего. В нём также не получится определить  начало фигуры.

• «Бесконечная лестница»

Впервые эта фигура была опубликована в 1958 году Лайонелом и Роджером Пенроузами вместе с трибаром и другими примерами зрительных иллюзий в British Journal of Psychology. Перед нами предстает лестница, ведущая, казалось бы, вверх или вниз, но при этом человек, шагающий по ней, не поднимается и не опускается. Завершив свой визуальный маршрут, он окажется в начале пути. Если бы вам в самом деле пришлось пройти по этой лестнице, вы бы бесцельно поднимались и спускались по ней бесконечное число раз. Можно назвать это нескончаемым сизифовым трудом! С тех пор как Пенроузы опубликовали эту фигуру, она появлялась в печати чаще, чем какой-либо другой невозможный объект. "Бесконечную лестницу" можно встретить в книгах об играх, головоломках, иллюзиях, в учебниках по психологии и другим предметам.

• «Невозможный куб Эшера».

Все же творчество Эшера интересно математикам не только потому, что в его работах можно обнаружить отголоски конкретных математических результатов. Скорее они вызывают ассоциации с общими математическими идеями. Платон считал, что абстрактные идеи живут отдельно в "мире чистых сущностей" (таковы идеи пространства и времени). В таком, платоновском понимании мир Эшера и мир математики.

Отец Морица однажды обнаружил рисунок своего сына, на котором был изображен... квадратный круг.

В процессе своей работы он черпал идеи из математических статей, в которых рассказывалось о мозаичном разбиении плоскости, проецировании трехмерных фигур на плоскость и неевклидовой геометрии.

Он был очарован всевозможными парадоксами и в том числе "невозможными фигурами". Парадоксальные идеи Роджера Пенроуза были использованы во многих работах Эшера. Наиболее интересными для изучения идеями Эшера являются всевозможные разбиения плоскости и логика трехмерного пространства. Эшер создал свою невозможную фигуру. И использует его в своих картинах для создания большей загадочности и абсурда.

Также существует еще много подобных иллюзий.

2 иллюзия

«Иллюзия цвета и контраста»

Увы, человеческий глаз не совершенен, и мы ,сами того не замечая, часто опираемся на цветовое окружение и яркость фона объекта. Это ведет к очень интересным оптическим иллюзиям.

• Иллюзия «Серые квадраты»

Оптические иллюзии цветов – одни из самых популярных видов обмана зрения.

На самом деле, квадраты A и B окрашены в один и тот же цвет.

Такая уловка возможна благодаря особенностям работы нашего мозга. На квадрат B падает тень без резких границ. Благодаря более темному «окружению» и плавному градиенту тени кажется, что он значительно темнее квадрата A.

• Иллюзия «Зеленая спираль»

На этой фотографии всего три цвета: розовый, оранжевый и зеленый. Голубой цвет здесь лишь обман зрения. Если заменить розовый и оранжевый на черный, то вот что получится:

3 иллюзия

«Иллюзии-перевертыши»

Самый многочисленный и веселый жанр рисунков-иллюзий строится на перемене направления взгляда на объект. Самые простые рисунки-перевертыши нужно просто развернуть на 180 или 90 градусов.

• «Лошадь и лягушка»

• «Король и шут»

• «Баба Яга и Дед Мороз»

• «Кошка и мышка»

4 иллюзия

«Иллюзия движения»

Большинство из них основано на тонкостях сочетания цветов, яркости объектов и их повторе. Все эти уловки вводят в заблуждение наше периферическое зрение, в результате чего механизм восприятия сбивается, сетчатка фиксирует изображение прерывисто, скачкообразно, и мозг активирует участки коры, отвечающие за распознавание движения.

• «Плывущая звезда»

Сложно поверить, что эта картинка – не анимированный gif-формат, а обыкновенная оптическая иллюзия. Рисунок был создан японским художником Кая Нао в 2012 году. Ярко выраженная иллюзия движения достигается благодаря противоположенной направленности узоров в центре и по краям.

Существует довольно много подобных иллюзий движения, то есть статических изображений, кажущихся подвижными.

На данной картинке почти всё состоит из фракталов

5 иллюзия

«Мираж»

В природе существуют явления, глядя на которые, вы можете не поверить своим глазам. Миражи и оптические иллюзии, встречающиеся в природе, поражают наше воображение.

Люди с давних времен сталкивались с видениями кораблей, зданий, гор и не могли найти этому объяснения. В отличие от галлюцинации, миражи являются реальным оптическим феноменом, который можно сфотографировать. Другое дело, что эти явления не возникают по заказу. Однако есть места на нашей планете, где шансы увидеть уникальную оптическую иллюзию гораздо больше.

В Антарктиде, ясный и чистый воздух четко фокусирует удаленные объекты. Восприятие глубины становится невозможным, и мир приобретает удивительный двухмерный вид. Ранние исследователи Антарктиды скрупулезно наносили на карты и схемы острова, мысы и горные хребты, которые больше никто никогда не видел.

Забавным примером этого явления стал случай, произошедший с шведским исследователем, который в своей записной книжке описал скалистый мыс с двумя необычными симметричными долинными ледниками. Как оказалось, он на самом деле смотрел на моржа.

Присмотритесь. Вы что-то видите? Например, лицо девушки…
а на самом деле - это всего лишь удачное расположение песка, валунов,
растений и угол падения света создают такую иллюзию.

Наш мозг воспринимает картинку в целом, а не отдельными частями
(ведь мы не рассматриваем пиксели на мониторе мы видим целостное изображение),
на этом свойстве нашего мозга построено множество зрительных иллюзий.

И воздушные замки, и более простые миражи связаны с тем, что атмосфера, окружающая нас, «работает» как гигантская линза. Мы как бы погружены в нее и глядим изнутри на весь мир. Она своеобразно преломляет и искривляет пути световых лучей. Поэтому сквозь воздушную призму мы часто видим предметы не такими, какие они есть, на самом деле.

        Мираж в  старинном предании рассказывается, что у мифического короля Артура была сестра-волшебница Фата-Моргана. Свою волшебную силу она, по преданию, проявляла, устраивая всевозможные обманчивые воздушные картины. Поэтому явление миража довольно часто называли фата-морганой.

Нам и самим нетрудно устроить явление миража. Если плита у вас в кухне будет сильно раскалена и вы наклонитесь так, чтобы глаз ваш находился почти на уровне раскаленной плиты, вы увидите тогда, что маленькие предметы, лежащие немного выше поверхности плиты (кусочек хлеба, например), отражаются в плите, как в зеркале.

Сложное оптическое явление в атмосфере, состоящее из нескольких форм миражей, при котором отдаленные предметы видны многократно и с разнообразными искажениями вида предметов носит название Фата-Моргана.

Проще всего в лабораторных условиях наблюдать мираж в воде. Металлическую банку с черными стенками располагаем в сосуде с белым дном, который заполнен холодной водой. Быстро наполнив банку кипящей водой, получаем снаружи банки градиент температуры. При взгляде сверху можно наблюдать мираж – стенки банки выглядят белыми.

1.3. Применение оптических иллюзий в жизни

Камуфляж

При восприятии фигуры и фона мы склонны видеть, прежде всего  пятна меньшей площади, а также пятна более яркие “выступающие. Чем больше контраст, тем лучше заметен объект и тем отчетливее видны его контур и форма.  

 Чем меньше контраст, тем менее заметен объект. На основе иллюзии «Фигура и фон» делают камуфляжную одежду для военных и охотников. В годы Великой Отечественной войны такие камуфляжные халаты  использовали снайперы и разведчики. Такой природный камуфляж  часто встречается в природе.

        Природный камуфляж

Природный камуфляж позволяет антилопе оставаться незамеченной для многочисленных хищников. Подобный способ маскировки очень популярен в животном мире. Одна загвоздка – он больше подходит домоседам, нежели путешественникам. Ведь едва лишь изменится окружающий пейзаж, как животное тут же станет «видимым», не хуже алой вишенки на срезе головки белого сыра.

Хитрая зелень

В тростниковых листьях прячутся целых три дымчатых травяных змеи: одна из них, правда, куда то спрятала свою мордочку. Благодаря нежно-зеленой коже – точь – в -  точь того же цвета, что и окружающая растительность – змей почти невозможно заметить.

                       Как скала

У нерпы шкура окрашена в разные оттенки серого цвета и прекрасно сливается с прибрежным каменистым пейзажем. Такая маскировка отлично защищает от алчных глаз сухопутных хищников – проверено многократно! Для нерпы это очень важно. Ведь, будучи первоклассным пловцов, на суше она превращается в медлительного увальня.

                                            Сова в камуфляже

Увидеть лапландскую сову совсем непросто – свой дневной отдых она проводит в густом лесу. В светлое время суток эта ночная охотница выбирает тенистое место и ветку где-нибудь посредине ствола высокого дерева. И сидит на этой ветке в полной неподвижности. Серо-белое оперение совы делает хищницу почти невидимой на фоне коры дерева. А когда птица смыкает веки, скрывая золотистый блеск своих глаз, эффект выходит еще более потрясающий.

Одежда по сезону

Эти модницы облачаются в новую одежду, лишь только меняется время года. Белые куропатки носят коричневое оперение (под цвет кустарника) летом, серое (под цвет скал) осенью и ослепительно-белое (под цвет снега) зимой. Таким образом, окрас птиц, обитающих в высокогорной тундре, всегда соответствует изменениям в среде обитания. Точнее, соответствовал…. Из-за климатических сдвигов снег в последние годы стал выпадать позже, а таять раньше. Всего лишь через несколько недель куропатки в «свадебных платьях» окажутся на фоне серых скал. В это время они будут очень уязвимы.

1.4. Оптические иллюзии в фотографиях

Эра цифровых технологий открыла перед любым человеком возможность стать фотографом, выразить себя посредством фотографического творчества. Сегодня никого не удивишь качественно сделанными фотографиями, ведь порой для их создания достаточно только наличие хорошего цифрового фотоаппарата и умение корректировать свои фото в различных цифровых редакторах.

Под наплывом большого количества достаточно качественных фотографий на первый план в оценке того или иного фотографа выходит идея, оригинальность и креативность его мышления.  Поэтому появляется все больше фотографов, использующих разнообразные оптические иллюзии в своих снимках.

Оптические иллюзии, вызванные неточностью коррекции зрительных образов, всегда вызывают неподдельный интерес благодаря своей необычности и оригинальности. Существует множество оптических иллюзий и искажений, которыми могут пользоваться фотографы в своем творчестве. Один из самых распространенных – это эксперименты с перспективой в фотографии. Своеобразные, необычные фотографии получаются на основе простого оптического обмана, когда близкие предметы отдаляются, а дальние – приближаются, большие объекты на картинке кажутся меньше, а маленькие, наоборот, больше.

Некоторые фотохудожники используют в своих изображениях двойную перспективу, создавая оптические иллюзии, которые заставляют зрителя рассматривать одно и то же фото с разных точек, пытаясь уловить отдельные детали, скрытые от первого взгляда. Другие искусно управляют светотенью и объемными поверхностями. Третьи фотографируют на открытой диафрагме, чтобы получить резкий передний план и размытый задний для создания интересных оптических искажений. Благодаря своему зрительному восприятию человек определяет размер объекта по его фону, что также используется фотохудожниками для создания необычных оптических иллюзий.

Раздел 2 Экспериментальный

«Создание фотографий с оптическими иллюзиями»

Сначала может показаться, что оптическая иллюзия создаётся легко. На самом деле так и есть, но перед тем как добиться впечатляющих результатов, учёные потратили достаточно много сил и времени на изучение структуры глаза, его особенностей, особенностей зрения и на то, как глаза реагируют на отдельные визуальные раздражители. Но на сегодняшний день оптическая иллюзия считается не только одним из методов исследования, обманы зрения считаются полезными для развития и природной тренировки глаз, а совсем недавно оптические иллюзии стали применять в жизни ещё и как своеобразный, креативный способ самовыражения через художественные произведения, в основном это картины, иллюстрации или же фотографии. Легче всего делать оптические иллюзии в абстрактной форме со специфической графикой и цветотоном, намного сложнее обмануть зрение через картину или иллюстрацию, для этого понадобятся специальные разработки, и, конечно же, немаловажную роль играет профессионализм самого автора. Но самым сложным считается специальная фотосъёмка, направленная на воспроизведение оптического обмана. Такая фотография по праву считается искусством; от фотографа, конечно, многое зависит, аппаратура также играет не последнюю роль. Самое главное в этом деле — особое везение, ведь такие фотографии чаще всего нельзя редактировать, оптическая иллюзия на них должна быть изначальной, что без сомнения увеличивает как стоимость, так и значение таких фотографий. Фотографии с оптическими иллюзиями в последнее время всё больше и больше приобретают свою популярность, создаются специальные выставки, так как эти фотографии больше относятся к искусству, нежели к научной деятельности.

Вот и я решил испробовать себя в роли фотографа и доказать существование оптической иллюзии в реальной жизни. Для этого мне понадобились: фотоаппарат (телефон с функцией фотографирования), подручные инструменты, креативное мышление, а также помощь моих одноклассников.

И вот, что у меня получилось:

Заключение

Изучив работу по теме «Оптические иллюзии» я узнал, как объясняется данное явление и, где мы на практике можем встретиться с данным явлением.

Итак, мы убедились в том, что, все - таки, иллюзии существуют, но не стоит забывать, что 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. Не стоит забывать, что оптические иллюзии сопровождают нас в течение всей жизни. Поэтому знание основных их видов, причин и возможных последствий необходимо каждому человеку.

Думаю, что в будущем я продолжу работу по этому вопросу, так как, например, я не нашел ответов на некоторые вопросы, например, «Почему, когда мы смотрим фильм, то видим, что  колёса движущейся машины  вращаются в обратную сторону?».

Теперь, когда я изучил оптические иллюзии,   я могу использовать их, чтобы создавать собственные иллюзии, а также классифицировать любые иллюзии, которые мне встретятся.

Литература

1. Еженедельное приложение «Физика» к газете «Первое сентября» — 1997. — № 28.

2. Еженедельное приложение «Физика» к газете «Первое сентября». — 2000. — № 37.

3. http://allday.ru/index.php.

4. http://freshpics.blogspot.com/2010/01/opticalillusions-by-octavio-ocampo.html.

5. http://www.kulturologia.ru/blogs/300109/10618/.

6. http://www.netlore.ru/node/2713.

7. http://www.netlore.ru/Steven_Gardner.

8. http://www.uznayvse.ru/interesting-facts/samiye-krutiye-opticheskie-illuzii.html

9. https://ru.Wikipedia.org