XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Оптические иллюзии: смотрите и удивляйтесь

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Евтефеев К.И. 1

---

1МАОУ гимназия 12 г. Новосибирск

Рассохина Е.В. 1

---

1МАОУ гимназия 12 г. Новосибирск

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Еще с древних времен известно свойство человеческого разума искаженно воспринимать действительность. Визуальные парадоксы очаровывают и приводят в восторг многих людей уже долгие годы. Еще в Древней Греции оптические иллюзии были известны как “оптические обманы” и активно изучались такими известными философами и математиками, как Платон и Евклид.

В тоже время иллюзии с давних времен воспринимались как сбой в работе зрительной системы человека. С другой же стороны иллюзии активно используются человечеством для создания пространственных впечатлений, а также в цирковом и изобразительном искусстве.

Стоит ли верить тому, что видишь и можно ли увидеть то, что не видит никто? Обманывают ли глаза мозг человека? Постараемся разобраться в этом.

1. Цели и задачи исследования

Целью моего проекта является изучение природы оптических иллюзий, определение их видов и изучение областей их применения. Также целью является самостоятельное создание оптической иллюзии.

Задачи исследования:

1. Изучить виды оптических иллюзий, их различия

2. Выяснить причины возникновения иллюзий

3. Продемонстрировать примеры оптических иллюзий

4. Провести исследование, в ходе которого выяснить подвержены ли ученики из моего класса иллюзиям или нет.

Гипотеза: иллюзия – это загадка зрения или обман мозга.

2. Что такое иллюзия

«Действительность – это иллюзия,

хотя и очень стойка».

Альбрет Эйнштейн

Слово «иллюзия» происходит от латинского слова «illudo», что означает «обманывать, надсмехаться, разыгрывать». Можно сказать, что иллюзия – это несоответствующее действительности представление видимого явления или предмета в следствие особенностей строения нашего зрения.

Существует выражение «обман зрения», которое широко известно и распространено повсеместно. Это объясняется тем, что наш глаз – это неточный прибор и ему свойственно ошибаться. Глаз получает информацию и передает ее мозгу, который в свою очередь обрабатывает ее и создает восприятие, которое может отличаться от действительности. Это происходит из-за особенностей обработки мозгом зрительной информации. Известно, что мозг создает только ту реальность, которая ему интересна. Оптические иллюзии обманывают мозг человека с помощью цвета, формы, размеров, шаблонов и перспектив. Исследование данного феномена началось еще в конце XIX века, но до сих еще нет точного объяснения многих из них.

Зрение — лишь инструмент, помогающий мозгу составить полную картину реальности. Вы можете всё правильно воспринимать глазами, но если ему недостаточно информации, или же она противоречива, то целостный и/или корректный образ сформироваться не сможет. Иногда такие нарушения восприятия являются симптомами патологий, а иногда это лишь оптические иллюзии.

Широко известный оптический обман такой, как мираж в пустыне возникает из-за усталости и жажды. В таком состоянии мозг способен выдавать желаемое за действительное и замечать образы колодца или поселения на пустом месте.

Иллюзия восприятия света происходит из-за особенностей строения сетчатки глаза — иногда мозг неверно оценивает длину волны. Как показали исследования, человеческий глазомер может ошибаться на 25% в своих измерениях, поскольку сделанные им оценки сильно зависят от фона изображений.

Бывают статичные картинки, которые кажутся движущимися — это результат рассинхронизации работы мозга. В таком случае одни элементы изображения вызывают возбуждение нейронов, в то время как другие — тормозят их. Мозгу сложно одновременно обрабатывать противоречивые сигналы, поэтому нам кажется, что изображение движется.

3. Виды оптических иллюзий

Разновидностей оптических иллюзий достаточно много, их можно разделить по признакам: восприятие размеров предметов, цветов, размеров фигур в зависимости от фона, кажущихся объектов, движения, глубины.

Основные группы оптических иллюзий следующие:

1. Геометрические иллюзии — это искажения восприятия размеров, форм, расстояний и углов между объектами, вызванные особенностями зрительного восприятия. Они возникают из-за несовершенства нашего зрения и особенностей обработки визуальной информации мозгом.

К примеру, иллюзия Мюллера-Лайера (рисунок 1).

Рисунок 1 – Иллюзия Мюллера-Лайера

Эта иллюзия состоит в том, что отрезок, на конце которого «острие» кажется короче того отрезка, у которого на конце «хвостовые» стрелки.

2. Иллюзии движения — это феномены, при которых наш мозг воспринимает движение объектов, даже когда на самом деле они не двигаются. Иллюзию движения создают быстро движущиеся неподвижные изображения. Они возникают из-за различных факторов, таких как контрастность, мерцание, повторение.

Рисунок 2 - Иллюзия спирали

Иллюзия спирали основана на повторяющихся узорах или формах. Если они расположены по спирали, наш мозг интерпретирует это как движение.

3. Иллюзии цвета — это явления, возникающие из-за особенностей восприятия цвета человеческим глазом. Они могут быть вызваны различными причинами, включая особенности освещения, контрастность цветов, угол зрения и другие факторы.

Рисунок 3 - Иллюзия цвета

Цвета, которые окружают объект обманывают человеческий глаз, заставляя его видеть неверно интерпретировать цвет.

4. Иллюзии восприятия глубины — это явление, при котором наш мозг ошибочно воспринимает расстояние или глубину объекта, основываясь на визуальных сигналах. Это может происходить из-за различных факторов, таких как размер, цвет, контраст, текстура, движение и относительное расположение объектов в поле зрения.

Рисунок 4 - Иллюзия восприятия глубины

К примеру, данная иллюзия может быть создана с помощью использования игры света и тени или особой геометрии здания.

4. Причины возникновения иллюзий

Мозолистое тело — самая большая структура мозга, соединяющая полушария, которая и отвечает за восприятие иллюзий. Причины возникновения оптического обмана можно условно разделить на следующие группы:

- ложная передача сигналов при помощи нервов. Вследствие этого мозг получает неверную информацию и выдаёт искажённое изображение;

- отражающийся от других предметов свет, который неправильно воспринимается зрительной системой, из-за чего получается эффект обмана зрения;

- временное нарушение мозговой деятельности, в связи с которым поступает недостоверная информация.

Зачастую, иллюзии возникают сразу по нескольким причинам. Иллюзии вводят в заблуждение наше зрение и вызывают искаженное восприятие объектов. Это может быть вызвано несколькими причинами:

1. Физические характеристики объектов. 

Объекты могут иметь определенные физические свойства, такие как цвет, форма, размер, текстура, яркость и контраст, которые влияют на то, как они воспринимаются зрением. Например, иллюзия Мюллера-Лайера показывает, что два объекта с одинаковым расстоянием между ними, но с разными внутренними углами могут восприниматься как разные по длине.

2. Психологические факторы. 

Зрение человека не является совершенным и может быть подвержено ошибкам восприятия, вызванным психологическими факторами. Эти ошибки могут включать в себя предубеждения, стереотипы, ожидания и предыдущий опыт, которые могут влиять на интерпретацию зрительных стимулов. Например, Иллюзия Эббингауза показывает, что две линии, которые кажутся параллельными, на самом деле являются сходящимися.

3. Геометрические искажения. 

В некоторых случаях оптические иллюзии возникают из-за геометрических искажений, связанных с перспективой, проекцией или искажениями линз. Например, на картинке с лестницей, кажется, что она ведет вверх, хотя на самом деле она ведет вниз.

4. Мозговые процессы. 

Оптические иллюзии также могут быть результатом процессов, происходящих в мозге. Зрительная система человека постоянно обрабатывает и интерпретирует информацию, поступающую от глаз, и иногда эти процессы могут приводить к ошибкам или неправильным выводам.

5. Примеры оптических иллюзий и области их применения

1. Иллюзии движения

Статичные изображения создают ощущение движения благодаря определённой композиции и взаимодействию элементов.

2. Зрительные иллюзии

Иллюзия Понцо (оба оранжевых отрезка имеют одинаковую длину).

Оптические иллюзии очень популярны и используются во многих отраслях сегодня. К примеру, в своей работе их активно используют архитекторы для создания определенных пространственных впечатлений и дизайнеры для создания визуальных эффектов в одежде и привлечения внимания к деталям. Также оптические иллюзии можно использовать для создания иллюзии трехмерности на двухмерных изображениях. Это особенно полезно в веб-дизайне и дизайне мобильных приложений.

Также иллюзии успешно используются художниками и цирковыми артистами, особенно фокусниками. Они используются учеными и применяются ими в психологии и нейронауке для изучения возможностей мозга человека, а также для изучения процессов восприятия и обработки информации в мозге. В медицине оптические иллюзии используются для диагностики различных заболеваний, связанных со зрением или восприятием.

Оптические иллюзии широко используются в рекламе. Они помогают привлечь внимание потребителей к товару или услуге и создают впечатление уникальности и инновационности.

 Оптические иллюзии также активно используются в технологиях, например, в виртуальной реальности или дополненной реальности. Они позволяют создавать более реалистичные и захватывающие впечатления для пользователей. Использование оптических иллюзий в фотографии помогает создавать интересные и необычные эффекты, которые привлекают внимание зрителей.

6. Исследование

В ходе исследования мы провели анкетирование, в котором приняли участие 25 учеников из моего класса. Анкета участника представлена в Приложении № 1.

Было установлено, что большинство учеников знает или когда-либо слышали, что такое оптическая иллюзия. Однако же, 24% респондентов ответили, что не знакомы с оптическими иллюзиями (Рисунок 5).

Рисунок 5 – ответы на вопрос «Знаешь ли ты, что такое оптическая иллюзия»

Большинство опрошенных считают, что оптическая иллюзия – это обман мозга – 75%, а не загадка зрения – 25% (Рисунок 6).

Практически все (92% опрошенных) верно ответили, что родоначальником оптических иллюзий считается итальянский психолог Марио Понцо и его зрительная иллюзия с длиной двух отрезков, расположенных удаленно друг от друга на фоне уходящего вдаль железнодорожного полотна.

Рисунок 5 –Ответы на вопрос «Оптическая иллюзия – загадка мозга или обман зрения?»

Далее в анкете были предоставлены варианты существующих оптических иллюзий. Респондентам нужно было отметить те, которые они знают. Результат представлен на рисунке 7.

Рисунок 7 – варианты оптических иллюзий

Из рисунка 7 следует, что большинство опрошенных знакомы с иллюзиями движения – 80% опрошенных, про спрятанные образы слышали только 40%, соответственно знакомы с данной иллюзией меньше всего. Про геометрические иллюзии знают 64% респондентов, а вот иллюзии цвета и глубины набрали по 56%.

Следующий вопрос касался такой иллюзии как решетка Германа. При взгляде на нее невольно видны серые точки. Был поставлен вопрос как сделать так, чтобы пропали серые точки. 72% опрошенных ответили верно – нужно просто взглянуть на пересечение белых линий и точки пропадут из поля зрения. Но 54% опрошенных ответили, что не видят никаких серых точек. Также 4% отметили, что нужно взять белый маркер и попросту закрасить точки. Что, конечно, же является неверным решением.

На вопрос, где же могут использоваться оптические иллюзии, большинство опрошенных (68%) не дало ответ, сказав, что не знают. Остальные же предположили, что иллюзии могут использоваться в головоломках, фокусах, цирковом искусстве и даже в гипнозе.

Опрос показал, что только 20% учеников моего класса пытались самостоятельно создать, нарисовать оптическую иллюзию. Для меня же эта тема близка и очень интересна. Я создал собственную оптическую иллюзию, она показана на рисунке 8.

Рисунок 8 – оптическая иллюзия глубины

Изучив ответы на вопросы, можно сделать вывод о том, что большинство учащихся моего класса подвержены иллюзиям, но не совсем понимают природу их происхождения. Но все-таки большинство считает, что иллюзия – это обман мозга.

7. Выводы

В данной работе были рассмотрены причины возникновения иллюзий, их природа и разновидности. Было выяснено, что оптические иллюзии являются результатом сложного взаимодействия физических характеристик объектов, психологических факторов и мозговых процессов. Иллюзии разнообразны по своему характеру и по причинам, лежащим в их основе.

Понимание этих причин и механизмов может помочь нам лучше понять, как наша зрительная система воспринимает и интерпретирует визуальные стимулы, а также может привести к новым открытиям и разработкам в дизайне, архитектуре, фотографии и других областях. Однако, чтобы избежать ошибок и искажений, необходимо понимать причины возникновения этих иллюзий. Появление иллюзий связано не только с особенностями строения глаза, но и с особенностями головного мозга. Поэтому эту тему нельзя изучать иллюзии, используя только законы физики.

Также было выяснено, что оптические иллюзии окружают и сопровождают нас в течение всей жизни. Люди не могут полностью контролировать то, что они видят и легко поддаются иллюзиям. Поэтому знание основных видов, причин и возможных последствий воздействия на человека необходимо каждому из нас.

Заключение

Хорошо известно, что наш мозг – это сложный орган, который еще до конца не изучен. Поэтому объяснить все принципы возникновения ошибок в зрительном восприятии и появлении оптических иллюзий пока так и не удалось. Но ученые продолжают свои исследования и разрабатывают все новые методы для их изучения. Этому способствует прогресс в области компьютерной техники.

Оптические иллюзии вызывают большой интерес как среди ученых, так и среди людей других профессий, таких как художники, дизайнеры и модельеры и другие. Ведь иллюзии создают новое в развитие науки и искусства. А нам остаётся только смотреть на оптические иллюзии и удивляться тому, что мы видим.

Список использованных источников

• Культурология. РФ «Оптические иллюзии мастеров графики» http://www.kulturologia.ru/blogs/300109/10618

• Интеллектуальные развлечения «Оптические иллюзии, обманы зрения и феномены: двойственные образы» www.log-in.ru 

• РБК: Пять популярных оптических иллюзий и почему они возникают https://trends.rbc.ru/trends/social/6336c3539a7947deb5ccaf76?from=copy

• Пэт Джейкобс «Оптические иллюзии. Более 100 оптических чудес, загадок, трюков задач», 2019 год

• Яков Перельман. «Оптические иллюзии», 2020 год

• Раков Д., Печейкина Ю. «Парадоксальный мир невозможных фигур и оптических иллюзий», 2017 год

Приложение № 1

Анкета участника опроса на тему «Оптические иллюзии»

1. Знаешь ли ты, что такое оптическая иллюзия?

а) да б) нет

2. Как ты думаешь оптическая иллюзия – это загадка зрения или обман мозга?

а) зрения б) мозга

3. Кто придумал оптические иллюзии?

а) Альберт Эйнштейн б) Марио Понцо в) Никола Тесла

4. Какие из перечисленных ниже иллюзий ты знаешь (отметь все варианты):

- геометрические иллюзии

- иллюзии движения

- иллюзия цвета

- спрятанные образы

- иллюзия глубины

5. На картинке изображена иллюзия - решетка Германа. Посмотри на нее внимательно и ответь, как сделать так, чтобы серые точки исчезли?

а) это невозможно, мы всегда будем их видеть

б) взять белый маркер и закрасить

в) нужно посмотреть на пересечение белых линий

6. Создавал (а) ли ты самостоятельно оптические иллюзии?

а) да б) нет

7. Как ты думаешь, где (в какой области) используются в жизни оптические иллюзии?

а) не знаю

б) напиши свой ответ _______________________________________________