XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Оптические иллюзии или как работает зрение
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Когда мы смотрим на мир, нам кажется, что окружающие видят то же самое, что и мы. Так ли это на самом деле? Узнать сложно, потому что невозможно увидеть мир чужими глазами. Когда я посетила картинную галерею в прошлом году, меня удивило, как художник на плоском листе бумаги с помощью красок и кисти может изобразить другой мир, как окно в свою интересную историю. Это может быть пейзаж или портрет и, кажется, что то, что изобразил художник можно потрогать, как бы шагнуть через раму и очутиться по ту сторону картины. Мне показалось интересным, видят ли другие люди окружающий мир, также как и я. Каким образом люди могут создавать необычные или реалистичные картины? Можно ли увидеть то, чего нет на самом деле? Стоит ли доверять всему, что мы видим? Правда ли, что неподвижные предметы могут двигаться, а два одинаковых предмета казаться нам разными по размеру? В своей проектной работе мы постараемся найти ответы на эти вопросы.
Я предположила, что если изучить виды оптических иллюзий и механизм их создания, то можно и самой научиться создавать оптические иллюзии.
Для проверки моей гипотезы я поставила следующие задачи:
Изучить дополнительную литературу и узнать, что такое оптическая иллюзия и какие они бывают.
Изучить, как работает зрение, и понять, кто нас обманывает: глаз или мозг?
Провести опрос одноклассников и убедится в том, что оптические иллюзии видят и другие люди.
Выполнить практическое задание и создать свою оптическую иллюзию.
Основная часть
Что такое оптическая иллюзия?
Углубившись в размышления, я предположила, что наш глаз не точный прибор, поэтому ему свойственно ошибаться. 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.
Эти ошибки в народе называют «обман зрения» или оптическими иллюзиями. Говоря простыми словами - это неверное представление реальности. Их известно очень большое количество, все они разные, как причины их возникновения.
Начну изучение материала с понятия иллюзия.
Иллюзия — это обман чувств или искажение восприятия окружающего мира или явления (источник https://ru.wikipedia.org/wiki/Иллюзия).
Иллюзии могут быть зрительные, звуковые, вкусовые, обонятельные или осязательные, как обман одного из основных органов чувств.
Оптическая иллюзия — это обман зрения (источник https://ru.wikipedia.org/wiki/Оптическая_иллюзия).
Оптические иллюзии бывают двух видов: искусственные (придуманные человеком) и природные (созданные самой природой).
Иллюзии живой природы
В природе визуальные иллюзии встречаются у животных и природных явлений. В животном мире такое явление называют мимикрией.
Мимикрия - это сходство окраски или формы у некоторых животных и растений с другими или с окружающей средой, полезное им в борьбе за существование.
Это свойство позволяет животным маскироваться в окружающей среде: одним оно помогает защититься от нападения хищников, другим в процессе охоты незаметно подкрадываться к добыче. Мимикрия может проявляться в подражании формы и цвета, или того и другого одновременно.
Иллюзии в живой природе:
|
Сова прячется в дупле |
|
|
Настоящим рекордсменом в маскировке является хамелеон. Он мгновенно приспосабливается к окружающему его фону и принимает подходящую окраску. |
|
|
Прямокрылое насекомое, получившее название «Странствующий лист». Такое сравнение - не случайность, тело и лапки насекомого имеют поразительное сходство с зеленым листом. |
Иллюзии природных явлений:
|
Солончак Уюни — высохшее соляное озеро на юге пустынной равнины в Боливии. Является крупнейшим солончаком в мире. Внутренняя часть покрыта слоем соли. Во время сезона дождей солончак покрывается тонким слоем воды и превращается в самую большую в мире зеркальную поверхность. |
|
|
Северное сияние. Это удивительное по красоте свечение в небе, похожее на акварель или разноцветное сияние. Оно возникает в верхних слоях атмосферы, вследствие взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра. |
|
|
Мираж – необычайно красивое, но опасное явление. Опасность заключается в том, что путники, следуя за возникшим перед взором озером, в жаркой безводной пустыне, могут сбиться с пути. |
Искусственные иллюзии
Иллюзии восприятия цвета
|
Иллюзия Морон-Бур-Росса: В каждом прямоугольнике правая часть (в треугольнике) кажется темнее, чем левая, хотя на самом деле, яркость одинаковая. |
Иллюзия негатива
Если смотреть в центр изображения (черную точку) в течение 30 секунд, а затем вместо данного рисунка подставить черно-белую фотографию, то глаза, как фотоаппарат, воспроизведут из негативного изображения позитивное(цветное) и перенесут его на фотографию.
Контрастные иллюзии
|
Иллюзия Эббинсгауза: Один и тот же предмет воспринимается как более крупный среди маленьких фоновых предметов и менее крупный среди больших фоновых предметов |
Искривляющие иллюзии
|
Иллюзия искривления происходит за счет чередования красных и белых точек, в результате чего создается ощущение кривизны. |
Восприятие глубины
|
Благодаря правильному расположению теней, фигура кажется уходящей вглубь |
Восприятие размера
|
Визуальные оценки геометрических реальных величин зависят от характера фона изображения. Кажется, что шары одного размера, хотя верхний - меньше. |
Перевёртыши
|
Изображение может трактоваться и как изображение утки, и как изображение зайца. |
Движущиеся иллюзии
|
Одно и то же анимационное изображение может казаться вращающимся объектом по часовой стрелке, против часовой или попеременно. |
Вывод: Таким образом, я узнала, что существует очень много оптических иллюзий. Одни из них уже хорошо изучены. А над другими ученые все еще ломают голову и не могут полностью объяснить их возникновение.
Что нас обманывает: зрение или мозг?
Глаза – это орган зрения, с помощью которого животные и люди получают информацию об окружающем мире. Но глаз это всего лишь инструмент, на самом деле мы видит не глазами, а посредством глаз. Глаза человека получают зрительную информацию, которая передается в мозг. Затем мозг обрабатывает ее, и после этого мы способны различать предметы, формы и цвета.
Хотя мы «видим» нашим мозгом и им же различаем цвета, глаза выполняют очень важную и незаменимую функцию. Они воспринимают семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Как же глаз различает цвета?
Вот как объясняет это теория цветного зрения. Глаз содержит три вида клеток, реагирующих соответственно на красный, зеленый и синий цвет. Если все три вида нервных клеток получают одинаковое раздражение, мы видим белый. Если в глаз попадает в основном зеленый цвет, клетки, отвечающие за зеленую часть спектра, раздражаются, и мы видим зеленый. Когда предмет желтый, стимулируются «зеленые» и «красные» клетки. Так работает зрение человеческого глаза.
Зрение живых организмов устроено по-разному, поэтому зрительное восприятие всех живых существ отличается.
Например, змеи видят тепловое излучение, благодаря специальным (инфракрасным) рецепторам, расположенным на голове.
Лошадь не видит часть предметов прямо впереди себя, они как бы попадают в слепую зону. Так же они не видят такое количество цветов как мы. Их мир окрашен в серые, желтые и голубые цвета.
Что касается птиц, то их зрение чем то схоже с человеческим, но не совсем. Помимо обычных цветов, они могут видеть, ультрафиолетовое излучение, которое человек не видит. Благодаря особой структуре глаза, птицы могут фокусироваться на выбранном предмете и видеть его в увеличении. Например, орлы и другие хищные птицы могут разглядеть мышь, бегущую по полю с высоты в 1,5 километра.
Насекомые имеют тысячи зрительных рецепторов, которые создают широкий угол обзора, обширнее, чем видим мы. Так же они воспринимают изображение в замедленной скорости и видят ультрафиолет. Например, за счет строения глаза мухи, она видит мир с многочисленных сторон, что позволяет ей быть неуязвимой.
Кошки плохо различают цвета, но угол обзора у них больше, чем у нас, поэтому они лучше видят по бокам. В темноте кошки видят в 6 раз лучше человека, их зрачки расширяются и сужаются, адаптируясь к любому освещению.
Собаки не видят красный и оранжевый цвета, но хорошо различают голубой и фиолетовый, а так же видят ультрафиолет. При этом они могут отличать до 40 оттенков серого цвета.
Вывод: Если смотреть на глаз как на орган, который передает информацию нашему мозгу, то он не может передать того, что он не увидел или не разглядел. Всю функцию восприятия берет на себя мозг. Наше зрение всего лишь отражает то, что наш мозг думает о ней. Зрительные иллюзии появляются тогда, когда мозг не верит глазам и подправляет то, что мы видим. Так рождаются иллюзии.
Опрос одноклассников
Для того чтобы проверить, действительно ли люди поддаются оптическим обманам, я решила провести анкетирование одноклассников, обучающихся 2 «Б» класса «Магнитогорского городского многопрофильного лицея при Магнитогорском техническом университете им Г. И. Носова». Я подобрала несколько оптических иллюзий и предложила им ответить на вопросы.
Мною были предложены 6 различных иллюзий. В опросе участвовало 25 человек. Анкетируемым были продемонстрированы иллюзии, после чего каждый заполнил анкету, и отметил тот ответ, который увидел для каждого изображения. По результату опроса были собраны следующие данные:
Иллюзия «Увлечение Трокслера» на исчезновение изображения при фокусировании на заданной точке: 8 человек увидели исчезновение, 6 смогли частично уловить схожее ощущение, 11 - не увидели ожидаемого эффекта.
Иллюзия «Синий и зеленый» на цветовое восприятие: 22 ученика увидели два цвета, а значит, распознали иллюзию, 1 – увидел синий, а на 2 опрошенных иллюзия не сработала. Они распознали зеленый, какой изображен на самом деле.
«Сцинтилляционная решетка» на проявление не существующих элементов изображения: у 20 человек иллюзия сработала, у 5 ожидаемого эффекта не обнаружилось.
Иллюзия «Черное на белом» на проявление изображения при смене фона: результат аналогичный предыдущему тесту. У 20 сработало, у 5 - нет.
Иллюзия «Квадраты» на движение неподвижной картинки: 19 учеников ощутили движение, 6 – нет.
«Картина Эдварда Боинга» на образное представление: 16 опрошенных разглядели оба образа, 8 человек смогли увидеть только одно, а 1 анкетируемый не увидел ни одного образа.
Вывод: Опрос показал, что оптические иллюзии в большинстве своем работают, и почти каждое из представленных изображений видело большинство анкетируемых. Только более сложная иллюзия (1), требующая фокусировки взгляда, сработала в меньшей степени. Больше всего сработал цветовой обман зрения, хотя двух учеников изображение не смогло ввести в заблуждение, и они смогли увидеть единственно правильный цвет. Также, хотелось бы отметить, что только 1 человек из 25 смог разглядеть все представленные иллюзии.
Хочу заметить, что результаты такого же анкетирования, которое я провела среди своих родных, показало практически 100% попадание. Родным я показывала распечатанные на цветном принтере картинки. Таким образом, могу предположить, что эффект оптической иллюзии зависит от качества изображения и угла зрения, через который ты рассматриваешь иллюзию.
Практическое задание
Изучив тему оптических иллюзий, а также разобрав основные приемы их визуализации, приступила к созданию оптической иллюзии. Я решила использовать прием Эббинсгауза, и создать иллюзию размера объектов.
Мне понадобились карандаш, линейка, ножницы, клей и цветной картон. Для начала я нарисовала 3 разных квадрата. Затем я вырезала их, после чего использовала их в качестве шаблона.
Из цветного картона я обрисовала и вырезала 2 средних квадрата, 10 маленьких и 6 больших аналогичных фигуры.
После я разместила подготовленные квадраты на контрастном листе картона и приклеила их.
Задуманный мной прием сработал: одинаковые квадраты не кажутся одинаковыми, а значит, создать свою иллюзию у меня получилось.
Заключение
Когда мы слышим фразу «видеть мир по-разному», мы редко задумываемся о том, что она значит на самом деле. Прислушавшись к этому простому выражению, я обнаружила много невероятно интересных вопросов. В поиске ответов на них, я выбрала работу над темой оптической иллюзии.
Работая над этой областью, я смогла понять не только, что такое оптические иллюзии, но и какими они бывают, как они работают и как создаются. Важным открытием для меня стало то, что природа является главной создательницей иллюзий. Одним из ее творений является наш глаз, как инструмент получения визуальной информации, а другим - наш мозг, который на самом деле является тем, что преобразует полученную информацию в знание о мире. Также, я узнала, что все живые существа на планете действительно видят мир по-разному.
В процессе работы над темой, я провела интересное исследование о действии визуальных иллюзий на обычных людей. В этом мне помогли мои одноклассники, по результатам анкетирования которых я смогла убедиться в том, что оптические иллюзии работают. Также, я получила уникальный опыт создания своей оптической иллюзии, и смогла почувствовать себя творцом.
Работа над проектом позволила расширить мой кругозор, узнать много интересного и захватывающего об окружающем мире, и получить знания о природе глаза и его возможностях.
Список источников и литературы
Свободная энциклопедия «Википедия»: https://ru.wikipedia.org
Оптические иллюзии: http://www.wolfnight.ru/forum/forum_theme.php?theme=77
Примеры мимикрии у животных и растений: https://www.syl.ru/article/359570/primeryi-mimikrii-u-jivotnyih-i-rasteniy
Миражи: https://prirodainfo.ru/atmosfera/mirazhi
10 оптических иллюзий, созданных самой природой: https://notivory.com/press-center/news/10-opticheskikh-illyuziy-sozdannykh-samoy-prirodoy/
Мир глазами животных: https://oculusvet.ru/article/mir-glazami-zhivotnykh/
Иллюзия обмана или как нас обманывает наш мозг: https://bombora.ru/blog/stati/illyuziya-obmana-ili-kak-nas-obmanyvaet-nash-mozg/
26 оптических иллюзий, которые вас удивят: /https://new-science.ru/26-opticheskih-illjuzij-kotorye-vas-udivyat/