XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Иллюзия обмана
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Каждый человек знает поговорку «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». Но всегда ли можно ли верить тому, что мы видим? Если присмотреться, то тайны содержат даже самые простые вещи.
Тема моей исследовательской работы «Иллюзия обмана» всегда будет актуальна, так как люди используют обманы зрения во многих сферах уже не одно тысячелетие. Например, в искусстве – для изображения объёмных тел, чтобы более точно показать глубину пространства; в архитектуре – для объёма, разграничения комнат; кинематограф целиком построен на восприятии нашим зрением группы кадров как непрерывной картинки.
В основу исследования была положена следующая гипотеза: то, что мы видим, не всегда является реальным.
Объект исследования – оптические иллюзия.
Предмет исследования – причины их возникновения.
Цель работы: самостоятельно смоделировать оптические иллюзии.
Продукт: модели оптических иллюзий.
Чтобы достичь поставленных целей, необходимо выполнить следующие задачи:
-
Изучить теоретический материал по теме исследования;
-
Определить, что такое иллюзия, причины ее возникновения и какие иллюзии существуют;
-
Узнать, где в жизни применяются оптические иллюзии;
-
Создать и продемонстрировать иллюзии.
Методы исследования:
-
Анализ источников информации;
-
Проведение опытов;
-
Обобщение полученных знаний.
Теоретическая часть
-
Оптические иллюзии
Иллюзия (от лат. illūsio — «заблуждение, обман») — это обман чувств, нечто кажущееся, то есть искажённое восприятие реально существующего объекта или явления, допускающее неоднозначную интерпретацию.
Оптическая иллюзия, также зрительная иллюзия — ошибка в зрительном восприятии, вызванная неточностью или неадекватностью процессов неосознаваемой коррекции зрительного образа, а также физическими причинами. Причины оптических иллюзий исследуют как при рассмотрении физиологии зрения, так и в рамках изучения психологии зрительного восприятия.
Зрительные иллюзии связаны с некоторыми ограничениями и погрешностями процесса переработки информации в зрительной системе. При рассматривании определенных объектов в специфическом окружении или в особых условиях наблюдения, человек зачастую не вполне правильно оценивает размер, форму или цвет объектов, характер их движения, условия освещения и т. д. Часто «ошибочные» видимые образы очень убедительны, и человек, как правило, не может их «откорректировать» по своему желанию, даже если прекрасно осведомлен о том, что он должен был бы видеть, если бы зрение его не обманывало.
Происхождение оптических иллюзий
Человек видит не глазами, а посредством глаз, откуда информация передается через зрительный нерв в определенные области головного мозга, где формируется та картина внешнего мира, которую мы видим. Все эти органы и составляют нашу зрительную систему.
Причины иллюзий:
-
Наши глаза так воспринимают идущий от предмета свет, что в мозг приходит ошибочная информация;
-
При нарушении передачи информационных сигналов по нервам происходят сбои, что опять приводит к ошибочному восприятию;
-
Мозг не всегда правильно реагирует на сигналы, приходящие от глаз.
Часто оптические иллюзии возникают из-за специфической работы глаза и ошибочного преобразования сигнала мозгом. Причины некоторых иллюзий установлены, но большинство из них не имеет научного объяснения, и по сей день.
-
Виды оптических иллюзий
По происхождению оптические иллюзии делятся на три вида:
-
естественные, или созданные природой (например, мираж);
-
искусственные, или придуманные человеком (фокусы с левитацией);
-
смешанные, то есть естественные иллюзии, воссозданные человеком.
Рассмотрим некоторые виды иллюзий.
2.1 Иллюзии восприятия цвета
Уже около ста лет известно, что когда на сетчатке глаза возникает изображение, состоящее из светлых и тёмных областей, свет от ярко освещённых участков как бы перетекает на тёмные участки. Это явление называется оптической иррадиацией.
Одна из таких иллюзий описана в 1995 году профессором Массачусетского
технологического института Эдвардом Адельсоном («иллюзия тени Адельсона»). Он обратил внимание, что восприятие цвета существенно зависит от фона и одинаковые цвета на разном фоне воспринимаются нами как разные, даже если находятся близко и видны нами одновременно.
2.2. Иллюзии восприятия глубины
Неадекватное отражение воспринимаемого предмета и его свойств. В настоящее время наиболее изученными являются иллюзорные эффекты, наблюдаемые при зрительном восприятии двухмерных контурных изображений. Мозг бессознательно видит рисунки только одновыпуклые (одновогнутые). Восприятие зависит от направления внешнего (реального или подразумеваемого) освещения.
2.3. Восприятие размера
Иллюзии часто приводят к совершенно неверным количественным оценкам реальных геометрических величин. Оказывается, что можно ошибиться на 25 % и больше, если глазомерные оценки не проверить линейкой.
Глазомерные оценки геометрических реальных величин очень сильно зависят от характера фона изображения. Это относится к длинам (иллюзия Понцо), площадям, радиусам кривизны. Можно показать также, что сказанное справедливо и в отношении углов, форм и так далее.
2.4. Перевёртыши
Перевёртыш — вид оптической иллюзии, в которой от направления взгляда зависит характер воспринимаемого объекта. Одной из таких иллюзий является «уткозаяц»: изображение может трактоваться и как изображение утки, и как изображение зайца.
2.5. Движущиеся иллюзии
Иллюзии движения - самые впечатляющие и самые труднообъяснимые. Смотришь на неподвижные объекты, а они начинают двигаться. Одно и то же вращающееся изображение может вращаться в разные стороны. Большинство иллюзий движения построены на регулярном повторе разных по яркости или цвету фрагментов.
Ведущую роль в иллюзии движения 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.
-
Парадоксы зрения
Механизмы зрения, казалось бы, давно и хорошо изученные, таят в себе множество противоречий. Так, диаметры торцов палочек и колбочек (рецепторов ночного и дневного зрения соответственно) раз в десять больше размера минимальной точки изображения, воспринимаемой глазом; по законам физики на ярком свету человек должен хуже видеть мелкие детали, а в реальности – все наоборот.
Иррадиация
Это явление, принадлежащее к разряду иллюзий зрения и заключающееся в том, что светлые предметы, ярко выделяющиеся на темном фоне, кажутся нам больше своей действительной величины. Так, белый квадрат на черном фоне кажется нам больше равновеликого ему черного квадрата на белом фоне.
По той же причине узкие щели и отверстия, сквозь которые бьет солнечный свет, кажутся нам всегда шире, чем они в действительности. Светлая часть лунного диска представляется большего диаметра, чем соответствующая ей слабо освещенная темная часть диска и т.д. Благодаря иррадиации близко лежащие друг к другу на темном фоне светлые поверхности кажутся
сливающимися, и ограниченные темным экраном светящиеся поверхности кажутся переходящими за края экрана.
-
Мираж
Мираж – это игра световых лучей.
Слово “мираж” происходит от французского слова и обозначает “отражать, как в зеркале”, причем в роли “зеркала” выступает… воздух.
Миражи принято делить на три класса. К первому классу относят нижние миражи – перевернутое изображение предметов. Оказывается, воздух состоит из слоев, которые имеют разную температуру и плотность. Когда лучи переходят из одного слоя в другой, они начинают преломляться, а если разница температуры слоев большая, то лучи вообще начинают отражаться, при этом, создавая иллюзии, которые называют миражами.
Так, например, в пустыне песок раскаляется под солнцем, нижний слой воздуха нагревается и начинает отражать предметы, как зеркало.
Нижние миражи можно наблюдать также на раскаленной солнцем асфальтовой дороге.
К миражам второго класса относят верхние миражи. Они менее распространены и более живописны, чем нижние. Верхний мираж возникает, когда слои воздуха возле земли гораздо холоднее, чем верхние: изображение отрывается от земли и повисает в воздухе, иногда оно бывает перевернутым. Верхний мираж может описать дугу и вернуться на землю через сотни километров. (Над морем создаются идеальные условия для образования верхнего миража. Поэтому моряки часто видят корабли, повисшие в воздухе, и даже корабли, находящиеся далеко за горизонтом.
Существуют еще боковые миражи. Они похожи на нижние, только в этом случае все отражается не от земли, а от нагретой солнечными лучами стены.
Миражи третьего класса или фата-моргана – это таинственное явление, которое нельзя объяснить никакими законами физики.
-
Практическое применение иллюзий
На сегодняшний день иллюзии широко используются в архитектуре, дизайне, искусстве и даже в военном деле. Зрительные иллюзии стали основой кинематографа и телевидения, многих современных компьютерных и виртуальных технологий. Изучение иллюзий позволяет лучше понимать природу этого явление и расширять возможность использования иллюзий в художественной сфере. Не часто мы задумываемся о цвете стен и потолка, о расположении зеркал и светильников в комнате. Однако это всё оказывает влияние нас и нашу деятельность. Используя не хитрые законы оптики, и, применяя азы этого загадочного физического процесса — иллюзий, можно создать комфортное помещение, подходящее под человека и предназначения пространства. Несложным примером служит эта светлая комната.
Она не очень большая, но за счет небольших хитростей кажется просторной и уютной. В интерьере используются светлые цвета и оттенки. Белый потолок и зеркало отражают свет, благодаря чему в комнате хорошее освещение при дневном свете. Вертикальные полоски на одной из стен и длинные шторы визуально вытягивают комнату, кажется, что потолок выше, чем он есть на самом деле. Также благодаря иллюзиям, можно разнообразить интерьер, добавить что-то необычное и удивляющее. Например, объемный рисунок на стене или полу.
Зрительные иллюзии в одежде
Горизонтальные, вертикальные и диагональные линии в одежде. В костюме иллюзии возникают в основном за счет различных сочетаний форм, фасонных линий одежды, рисунка ткани, цвета, декоративной отделки.
Горизонтальные линии применяются в краях одежды, линиях бортов, подолов. Подобные горизонтальные линии в одежде полнят, расширяют, приземляют. Деление костюма на горизонтали дробит силуэт. Основные уровни горизонталей плечи, грудь, талия, бедра, колени, голени. Низ изделия не желательно оканчивать на этих уровнях.
Вертикальные линии и детали стройнят и прибавляют визуально рост. Применяются для создания такого эффекта продольные полосы, однобортная застежка, длинные бусы и шарфы, высокий каблук, стрелки на брюках. Но, как и в случае с горизонтальными линии их количество и толщина влияют на эффект.
Диагональные линии такие, как подрезы на одежде, асимметричный вырез горловины, платок через одно плечо и подобные являются промежуточными между вертикальными и горизонтальными, привносят динамику в костюм. Чем ближе линии к вертикальным, тем больше иллюзия стройности; чем более они стремятся к горизонтали, тем сильнее способны расширять.
Клетка чаще всего увеличивает объем. И чем крупнее рисунок, тем сильнее эффект.
Линии, расходящиеся от центра фигуры вверх: косынка, спереди завязанная в узелок, V-образный вырез горловины пиджака, расширяют верхнюю часть, сужая центр.
Линии, расходящиеся от центра вниз, расширяют нижнюю часть и линию талии, уменьшая верхнюю часть фигуры: юбка и брюки клеш зрительно сужают плечи. Если линии идут от головы вниз (шляпа с опущенными полями, распущенные волосы на прямой пробор), то это визуально сокращает рост. Линии, сходящиеся к центру фигуры например: треугольное декольте на платье плюс широкая юбка, сужают талию, расширяя верхнюю и нижнюю части фигуры. Волнистые линии например: рюши, воланы, рисунок на ткани, изгибы тела, а кроме того, добавляют объем. Круги визуально увеличивают объем и придают очертанием фигуры округлость. Зрительные иллюзии, создаваемые цветом, способны сильно изменить пропорции тела. Дизайнерам одежды хорошо известно, что в черном платье фигура кажется стройнее: черный и темные цвета зрительно уменьшают объем, тогда как светлые, и особенно теплые, тона увеличивают его.
Практическая часть.
Опыт №1.Создание иллюзии восприятия глубины
Сделаем дом и положим на крышу шарики. Поэкспериментируем с ракурсом и освещением.
.
Благодаря освещению и ракурсу крыша объекта выглядела выпуклой, но после того, как поменялся угол наблюдения – крыша стала вогнутой, какой она является на самом деле.
Опыт №2. Создание иллюзии дыры в столе
Нарисуем квадрат с диагональю на листе бумаги. Подойдет и белый лист, но цветной будет смотреться намного ярче. Нарисуем полоски в обе стороны от диагонали.
Возьмем черный маркер. Закрасим полоски через одну.
Закрасим полоски с одной стороны от диагонали карандашом, его цвет должен быть немного темнее чем цвет листа. Выбираем хороший ракурс и дыра в столе готова.
Опыт №3. Создание иллюзии с изменением направления стрелок
В данном эксперименте банка с водой выступает в качестве линзы. Свет, проходя через все препятствия, преломляется. После того, как луч света пройдёт через линзу, он искривится к центру. За пределами фокуса – точки, в которой сходятся лучи – изображение переворачивается из-за смены направления лучей.
Опыт №4. Голографическое изображение с помощью четырехгранной пирамиды
Нужно нарисовать развертку пирамиды на бумаге, вырезать, наложить, и потом склеить уже из прозрачного пластика. Развертка будет выглядеть так:
Понятно, что она состоит из четырех трапеций. Размер трапеции для смартфона будет такой: 1 сантиметр ширина верхнего основания, 3,5 сантиметров высота, 6 сантиметров ширина нижнего основания.
Склеиваем вырезанную пирамиду.
Необходимо установить специальное приложение, предназначенное для воспроизведения голограмм. Их можно найти в Google Play и App Store по поисковому запросу «голограмма». Для лучшего эффекта голограммы следует просматривать в темноте.
Опыт №5. Мираскоп
Мираскоп – это объект, состоящий из двух параболических зеркал, обращенных друг к другу и создающих иллюзию плавающей трехмерной оптики. Поскольку верхнее зеркало имеет отверстие в центре, реальное изображение объекта, помещенного в центр нижнего зеркала, появляется чуть выше отверстия верхнего зеркала.
Эта иллюзия легко объясняется с точки зрения законов физики.
Заключение
Итак, исследование оптических иллюзий подошло к концу и можно сделать вывод, что иллюзия – это не чудо, а наука. Гипотеза, выдвинутая в начале исследования, подтвердилась – не всегда то, что мы видим, на самом деле является таковым. В процессе работы были найдены три основные причины возникновения оптических иллюзий:
-
Законы физики – преломление и отражение лучей создают иллюзии, которые называют миражами.
-
Особенности строения глаза позволяют видеть иллюзии восприятия цвета и иллюзии движения, иллюзию восприятия формы и размера предмета.
-
Исследование показало, что зрение контролирует не только глаз, но и мозг. Оптические иллюзии – это обман нашего мозга, а зрение здесь лишь является посредником, который этот обман передает.
Полученные в процессе исследования знания и накопленные факты позволили научиться создавать оптические иллюзии и управлять ими. Создание своих оптических иллюзий – это невероятно интересное и увлекательное занятие.
Список использованной литературы
1. «Парадоксальный мир невозможных фигур и оптических иллюзий», Раков Д., Печейкина Ю., издательство Либроком, 2017 год
2. «Оптический иллюзии», Перельман Я., издательство СЗКЭО, 2016 год
3. «Свет в оптически неоднородной среде», Майер В., издательство МАИК, 2007 год
4. https://rus-brokgauz-efron.slovaronline.com/56194-Иррадиация
5.https://yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fhealth.yandex.ru%2Fdiseases%2Foftalmo%2Fastigmatism