Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Умыганская средняя общеобразовательная школа»
«Обман зрения или попросту иллюзия»
Исследовательская работа
Автор: Крушевская Фаина,
ученица 8 класса
Руководитель: Побойко Ольга Павловна, учитель математики
с. Умыган
2015
Содержание
Введение…………………………………….…………………………………...3
Основная часть
Некоторые виды оптических иллюзий………………………………….4
Анатомия зрения………………………………………………...............4
Зрительные иллюзии……………………………………….……………5
Оптико-геометрические иллюзии.............................................................7
Анализ тестирования, связанного со зрительными иллюзиями...........12
Использованиезрительных иллюзий человеком................................15
Заключение .…………………………………………….................................17
Список литературы ……………………………….........……….....……….…..18
ВВЕДЕНИЕ
Выражение «обман зрения» в жизни встречается очень часто. К сожалению, наш глаз не точный прибор в мире, поэтому и ему свойственно ошибаться. Эти ошибки называют оптическими иллюзиями.
Слово «иллюзия» происходит от латинского illusere – обманывать.Попросту говоря – это неверное представление реальности. Их известно очень большое количество, и все они разные, как и причины, их возникновения.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.
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, поэтому я решила провести исследование «Обман зрения или попросту иллюзия» и разобраться в этом вопросе.
Цель, которую я перед собой поставила в исследовании
- Выяснить, что лежит в основе оптической иллюзии - чудеса или наука?
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
Подобрать и изучить материал о видах оптических иллюзий, причинах их возникновения.
Объяснить возникновение иллюзии с точки зрения геометрии, физики и биологии.
Провести исследование, в ходе которого можно будет определить процент объективности восприятия объекта учащимися моей школы.
Найти примеры использования оптических иллюзий.
Создать комплекс упражнений с геометрическими иллюзиями для умственной гимнастики.
Объект исследования - оптические иллюзии.
Предмет исследования - причины возникновения оптических иллюзий.
Гипотеза исследования – в основе иллюзий лежат обычныеприродные явления.
Методы исследования.
изучение научной литературы, сопоставление существенных признаков, доказательство, анализ, сравнение, обобщение.
Результатом моего исследования является создание комплекса упражнений с геометрическими иллюзиями для умственной гимнастики.
Основная часть.
Некоторые виды оптических иллюзий.
Изучая данный вопрос, я выяснила, что в переводе с латыни слово "иллюзия" означает "ошибка, заблуждение". Это говорит о том, что иллюзии с давних времен означает некие сбои в работе зрительной системы. Во второй половине 19 — начале 20 веков было создано множество тестовых изображений, которые говорят об ошибках того что мы на них видим. ОПТИЧЕСКАЯ ИЛЛЮЗИЯ-это впечатление о видимом предмете или явлении, несоответствующее действительности, т.е. оптический обман.
Оптические иллюзии делятся на три вида:
· естественные, или созданные природой;
· искусственные, или придуманные человеком;
· смешанные, то есть естественные иллюзии, воссозданные человеком.
Анатомия зрения
Человек воспринимает большую часть информации об окружающем мире благодаря зрению.
Когда наш мозг получает очередную картинку, она подвергается всестороннему анализу. В некоторых случаях результаты анализа оказываются неточны или не могут охватить все смысловые нагрузки данной картинки.
Ученые, объясняя феномен зрения, часто сравнивают глаз с фотоаппаратом. Свет, подобно тому, как это происходит с линзами аппарата, попадает в глаз через небольшое отверстие — зрачок, расположенный в центре радужной оболочки глаза. Зрачок может быть шире или уже: таким образом, регулируется количество попадающего света. Далее свет направляется на заднюю стенку глаза — сетчатку, в результате чего в мозгу возникает определенная картинка (образ, изображение).Свет, проникая в глаза, способствует возникновению целого ряда явлений и процессов в нашем сознании, естественно, влияя на нашу жизнь в целом. Более того: хорошо видеть — не значит просто иметь острое зрение. Зрение формирует саму нашу жизнь, определяя не только то, насколько точно и отчетливо мы можем воспринимать свет, различать цвета и видеть те образы, что проходят перед нами, но и то, как мы проживаем собственную жизнь, что мы при этом испытываем и как взаимодействуем с окружающим миром.
Зрительные иллюзии.
Зрительная иллюзия – ошибка в зрительном восприятии, искажение пространственных соотношений признаков воспринимаемых объектов, ошибка в оценке и сравнении между собой длин отрезков, величин углов, расстояний между предметами, в восприятии формы предметов, совершаемые наблюдателем при определенных условиях.
С давних пор люди пытались объёмные тела изобразить на плоскости так, чтобы их сразу можно было отличить от плоских, чтобы чувствовалась глубина пространства.Была разработана научная теория перспективы, позволяющая «обмануть зрение». Пути науки и искусства переплетались на протяжении столетий. Геометрия дарила живописи новые изобразительные возможности, обогащала язык живописи, а живопись эпохи Возрождения стимулировала исследования по геометрии.
В настоящее время люди не только поражаются обманам зрения и забавляются зрительными иллюзиями, но и сознательно используют их в своей практической деятельности. Иллюзии применяются в архитектуре, изобразительном искусстве, цирковом искусстве, кинематографии и даже в военном деле.
Оптические обманы - не случайные спутники нашего зрения: они сопровождают его при строго определенных условиях, с неизменным постоянством закономерного явления и имеют силу для каждого нормального человеческого глаза. Человеку свойственно поддаваться иллюзиям зрения, обманываться относительно источника своих зрительных впечатлений, так как:
во-первых, изображение на сетчатке перевернуто;
во-вторых, из-за несовершенных оптических свойств глаза картинка на сетчатке расфокусирована или размазана;
в-третьих, глаз совершает постоянные движения, то есть, изображение находится в постоянной динамике;
в-четвертых, глаз моргает приблизительно 15 раз в минуту, а это значит, что изображение через каждые 5-6 секунд перестает проецироваться на сетчатку.
Поскольку человек обладает бинокулярным зрением, то фактически он видит два размытых, дергающихся и периодически исчезающих изображения, а значит, возникает проблема совмещения информации, поступающей через правый и левый глаз.
Что касается причин, обусловливающих ту или иную иллюзию зрения, то только для весьма немногих оптических обманов существует твердо установленное, бесспорное объяснение; к ним принадлежат те, которые обусловлены строением глаза: иррадиация, иллюзия Мариотта (слепое пятно), иллюзии, продолжаемые астигматизмом, и т. п.
Иллюзии, связанные с особенностями строения глаза
Иррадиация
Какой из внутренних квадратов больше? Черный или белый?
Явление иррадиации состоит в том, что светлые предметы на темном фоне кажутся более увеличенными против своих настоящих размеров и как бы захватывают часть темного фона. Когда мы рассматриваем светлую поверхность на темном фоне, вследствие несовершенства хрусталика как бы раздвигаются границы этой поверхности, и эта поверхность кажется нам больше своих истинных геометрических размеров. На рисунке за счет яркости цветов белый квадрат кажется, значительно, большим относительно черного квадрата на белом фоне.
Эффектом иррадиации объясняется и различное впечатление от поверхностей, покрытых поперечными или продольными полосками. Поле с поперечными полосками кажется более низким, чем поле с продольными, так как белый цвет окружающий поля проникает наверху и внизу между полосками и визуально уменьшает высоту поля.
Слепое пятно
Естественные иллюзии появляются из-за особенностей в строении нашего зрительного аппарата. На поверхности сетчатки, у основания зрительного нерва, есть участок лишенный чувствительных к свету клеток. Лучи, приходящие в эту зону, не воспринимаются нами. Мы можем «терять» элементы окружающей нас картинки, если они совпадают со слепым пятном.
Проведем эксперимент.
Закрыв правый глаз, смотрите левым на верхний крестик с расстояния 20 - 25 сантиметров. Вы заметите, что средний большой белый кружок исчезает совершенно, хотя оба меньших кружка по бокам его хорошо видны. Если, не меняя положения рисунка, смотреть на нижний крестик, кружок исчезает только отчасти. Этот опыт носит имя своего создателя – Мариотта.
Исчезновение элемента обусловлено тем, что при указанном положении глаза относительно фигуры изображение кружка попадает на так называемое слепое пятно - место входа зрительного нерва, нечувствительное к световым раздражениям.
Астигматизм
Астигматизм - это неодинаковая выпуклость роговой оболочки глаза в различных направлениях (вертикальном, горизонтальном). Если в течение длительного времени смотреть одним глазом на довольно близком расстоянии, сосредоточив взгляд на белом квадратике вверху, вы приблизительно через полминуты заметите, что нижняя белая полоса исчезнет (вследствие утомления сетчатки).
Оптико-геометрические иллюзии
Перспектива. С точки зрения геометрии линейная перспектива - это способ изображения фигур, основанный на применении центрального проектирования.
Вообще построение центральной проекции фигуры - задача не из простых. Она рассматривается в одном из разделов прикладной математики - начертательной геометрии изучающей пространственные фигуры при помощи построения их изображений на плоскостях проекций. Начертательная геометрия широко применяется в инженерном деле, строительной практике, в архитектуре и живописи.В этой части своей работы мы постараемся по возможности доказать некоторые из них.
Мы часто видим сходящиеся вдали параллельные линии (полотно железной дороги, шоссе и т. п.). Это явление называется перспективой.
Рассмотрим две «убегающие» от нас параллельные линии (трамвайные или железнодорожные). Они кажутся сходящимися в некоторой точке горизонта. При этом сама точка представляется нам бесконечно удаленной и недосягаемой. Зрение словно пытается убедить нас в том, что вопреки законам геометрии параллельные прямые пересекаются.
Эта иллюзия объясняется тем, что объект (шпала), находящийся на различных расстояниях от наблюдателя, виден под разными углами зрения и по мере удаления вдоль параллельных прямых (рельсов) его угловой размер уменьшается, что приводит к
видимому уменьшению расстояния между линиями (в данном случае оно определяется величиной шпалы). Очевидно, когда угол зрения достигает некоторой "критической" величины, глаз перестает различать удаляющийся объект как тело, имеющее размеры, и прямые «сливаются» для него в одну точку.
Существует предельное значение угла зрения - наименьшее значение, при котором глаз способен видеть раздельно две точки.
Рассмотрим два примера. На одном рисунке соблюдено правило перспективы и человек находящийся на большем расстоянии от нас имеет меньший рост. При рассмотрении другого рисунка перспектива соблюдена только относительно прямых и возникает иллюзия, что последний человечек имеет наибольший рост, хотя они одинаковые.
Рельеф и глубина. Интересные зрительные иллюзии имеют место при условиях видимого нами рельефа или глубины рисунка. Возникновение этих иллюзий связано со способностью глаза видеть предметы на разных расстояниях, со способностью воспринимать пространство по яркости предметов, по их теням и по числу промежуточных объектов. С другой стороны, эти иллюзии возникают и в процессе осмысливания видимого. Мозг, воспринимая предмет, искажает видимое нами рельефное изображение. Изображен каркасный куб. С какой стороны вы на него смотрите: сверхуили снизу? А может быть сбоку? При длительном наблюдении происходит удивительная трансформация: кажется, что грани куба все время меняют свое положение! При этом взгляд фиксируется то на одной, то на другой грани.
Еще пример. Сколько здесь сыра?
Переоценка вертикальных линий.
В силу исторически накопленного опыта, с одной стороны, и благодаря расположению линии, соединяющей глаза человека в горизонтальной плоскости, с другой, человек обладает способностью точнее определить на глаз горизонтальные расстояния, чем высоту предметов. Поэтому большинство людей обладает способностью преувеличивать вертикальные протяженности по сравнению с горизонтальными, и это также приводит к иллюзиям зрения. Если предложить ряду лиц начертить вертикальную и горизонтальную линии одинаковой длины, то в большинстве случаев начерченные вертикальные линии будут короче горизонтальных. При делении на глаз вертикальной линии пополам обычно середина оказывается слишком высоко (это ясно видно из приводимого рисунка).
На другом рисунке нам кажется, что правая фигура уже и выше (взгляд скользит по вертикали) левой фигуры. На самом деле обе эти фигуры - правильные заштрихованные квадраты с равными сторонами. Значит, заполненное пространство нам всегда кажется шире незаполненного и по горизонтали и по вертикали? Однако это не всегда так, и многое в этом зависит от направления, по которому скользит наш взгляд, стремясь воспринять фигуру.
Направление линий. Разнообразны иллюзии, относящиеся к восприятию направлений линий. Пример таких иллюзий дан на следующих рисунках. Длинные, косо направленные прямые линии на одном рисунке кажутся расходящимися в разные стороны. На этом рисунке прямые паралельные линии кажутся изогнутыми.
Такого же характера оптическая иллюзия, изображённая на втором рисунке.
”Целое” и “часть”.Очень многие ошибочные зрительные впечатления обусловлены тем, что воспринимаемые нами фигуры и их части не отдельно, а всегда в некотором соотношении с окружающими их другими фигурами, некоторым фоном или обстановкой. К этому разделу относится, пожалуй, самое большое количество зрительных иллюзий, встречающихся в практике.
Сравнивая две фигуры, из которых одна действительна меньше другой, мы ошибочно воспринимаем все части меньшей фигуры меньшими, а все части большой - большими (“целое больше - больше и его части”). Это хорошо видно, скажем, на примере с линейкой: левый отрезок на ней кажется нам длиннее правого, хотя на самом деле они равны. Это обуславливается психологическим аспектом восприятия.
Зрительные иллюзии могут иметь место вследствие так называемого общепсихологического закона контраста, т.е. обстановки, окружения этих частей и их взаимосвязи с другими частями фигуры.
“Фигура” и “фон”.
Здесь мы рассмотрим ряд иллюзий зрения, обусловленных влиянием контраста яркости, т.е. отношения разности яркостей объекта и фона к яркости фона. Во-первых, на более темном фоне мы видим фигуры более светлыми и, наоборот, на светлом - более темными. Во-вторых, при восприятии фигуры и фона мы склонны видеть, прежде всего, пятна меньшей площади, а также пятна более яркие “выступающие”, причем чаще всего фон нам кажется лежащим дальше от нас, за фигурой. Чем больше контраст яркости, тем лучше заметен объект и тем отчетливее видны его контур и форма. На рисунке большинство видит в первую очередь вазу, а затем два силуэта.
Перевертыши. Перевертыш – вид оптической иллюзии, в которой от направления взгляда зависит характер воспринимаемого объекта. Одна из таких картин «лошадь-лягушка» и «лошадь – человек».
Иллюзии переработки информации. Некоторые иллюзии возникают в связи с переработкой поступающей информации. Человек иногда видит мир не таким, каков он есть на самом деле, а таким, каким хотел бы его увидеть, поддаваясь сформированным привычкам, потаенным мечтам или страстным желаниям. Он ищет нужную форму, цвет или другое отличительное качество объекта среди представленных во внешнем мире. Это свойство избирательности называется феноменом перцептивной готовности.
Посмотрите на рисунок. Символ в центре - буква или цифра? Если рассматривать горизонтальный зрительный ряд, состоящий из букв, в центре будет "В" - к этому наблюдатель подготовлен буквенным рядом. Если смотреть на вертикальный ряд, окажется, что это вовсе не буква, а число 13 - к такому решению подтолкнулицифры.
Подобные иллюзии обусловлены более высоким уровнем обработки информации, когда характер решаемой задачи определяет то, что воспринимает человек в окружающем мире.
Иллюзии движения можно считать самыми интересными и труднообъяснимыми. Неподвижные фигуры кажутся подвижными. В них важнейшую роль играет периферическое зрение. Для возникновения данной иллюзиинеобходимо изменение степени яркости и цвета деталей объекта, которое улавливается периферическим зрением. Поэтому большинство иллюзий движения построены на регулярном повторе разных по яркости или цвету фрагментов.
"Невозможные объекты". Наверное, вы, когда то встречали такие слова. А что они значат? Само слово объектозначает какой – то предмет, который можно рассматривать, трогать, изучать. Как же он может не существовать?
Например, невозможный треугольник – трибар, придуманный английским математиком Роджером Пенроузом в 1954 году. Что же невозможного в этой фигуре?
С первого взгляда трибар кажется просто изображением равностороннего треугольника. Но стороны, сходящиеся вверху рисунка, кажутся перпендикулярными. В тоже время левая и правая грани внизу тоже кажутся перпендикулярными. Если смотреть на каждую деталь отдельно, то она кажется реальной, но, в общем, эта фигура существовать не может. Она не деформирована, но при черчении были неправильно соединены правильные элементы.Все три фигуры, изображенные ниже, составлены из очень простых, вполне существующих частей. Но эти части соединены между собой каким- то правдоподобным, но совершенно невозможным образом.
Анализ тестирования, связанного со зрительными иллюзиями
Мной было проведено тестирование учащихся 5,8 и 9 классов. Всего приняло участие 11 человек.
Я показала, по очереди, оптические иллюзии и попросила ответить на мои вопросы.
1. Какой из квадратов, расположенных посередине, больше?
А) левый Б)правый В) одинаковые
2.Какой из кругов, расположенный посередине, больше?
ЛЕВЫЙ ПРАВЫЙ
А) Левый Б) Правый В) Одинаковые
3. Какая из окружностей больше?
А) левая Б) правая В) одинаковые
4. На рисунке изображены два отрезка (синий, красный). Какой из них длиннее. Синий или красный?
А) Синий длиннее Б) Красный длиннее В) Одинаковые
5. Сравните по высоте. Какие линии выше?
А) слева б) справа в) одинаковые по высоте
6. Параллельны ли линии?
7. Что вы видите на рисунке?
| 2 лица | 2 | 18% |
| бокал | 2 | 18% |
| 2 Лица и бокал | 4 | 36% |
| Другое. | 3 | 27% |
8. Что вы видите на рисунке?
| A B C | 1 | 9% |
| A C 12 13 14 | 0 | 0% |
| ABC 12 13 14 | 8 | 73% |
| Другое. | 2 | 18% |
Количество ошибок при выполнения тестирования выражено в процентах:
Иррадиация – 27%
Переоценка вертикальных линий – 82%
Направление линий- 64%
”Целое” и “часть”- 58%(среднее значение из 3 заданий)
“Фигура” и “фон” – 27%
Иллюзии переработки информации – 27%
Результаты я представила в виде гистограммы.
![]()
При обработке результатов тестирования я обратила внимание на то, что наибольшее количество ошибок приходится назрительное искажение размеров фигур и расположения линий, когда воспринимаются фигуры и их части не отдельно, а в соотношении с окружающими их другими фигурами, некоторым фоном или обстановкой.Такие иллюзии могут иметь место вследствие так называемого общепсихологического закона контраста, т.е. обстановки, окружения этих частей и их взаимосвязи с другими частями фигуры. При ответах на вопросы теста учащиеся старших классов, а также хорошо успевающие по точным предметам учащиеся менее склонны к обманам зрения, так как способны объяснить увиденное используя знания по геометрии, физики, черчению и биологии.
Использованиезрительных иллюзий человеком.
Идея исследования причин иллюзий, её использование в практической жизни не нова. В научной и публистической литературе много работ посвящено использованию зрительных иллюзий в живописи, архитектуре, дизайне интерьера, моделировании одежды. Я хотела бы уделить внимание новым направлениям применения обманов зрения.
Оп-арт- художественное направление, возникшее во второй половине ХХ века, основанное на применение в искусстве различных оптических иллюзий, зависящих от зрительных особенностей восприятия плоских и пространственных фигур.
Сторонники оп-арта создают свой особый мир, уникальные произведения, которые не имеют ничего общего с окружающей действительностью, но отличаются гипнотической притягательностью, которая влечет зрителя.
Оп–арт открывает перед человеком красоту и выразительность геометрического рисунка, который, не смотря на свою внешнюю четкость и неизменность, позволяет по новому взглянуть на возможности обычных форм и фигур, способных перевернуть окружающее пространство.
Интерьерный и ландшафтный дизайн, промышленная графика, реклама, архитектура, сфера развлечений стали ярким подтверждением реализации необычных проектов и форм оп-арта.
Стрит-арт – уличное искусство, значительное культурное явление 20-го века, насчитывающее тысячи километров задействованной городской площади. Для стрит-арта весь мир является одним огромным холстом, к стрит-арту относятся граффити, трафаретное граффити, постеры, уличные инсталляции. Стрит-арт – социальное явление, отражающее мысли и устремления общества.
3D стрит-арт
В начале 21-го века художники стрит-арта начали создавать 3D-изображения, выполненные с учетом перспективы и угла зрения, появился термин «оптические иллюзии». Благодаря своим интерактивным иллюзиям получил известность Курт Вернер, бывший сотрудник НАСА. Свои математические навыки теперь художник использует для создания огромных напольных и настенных фресок. Люди, которые фотографируют эти творения стрит-арта, словно взаимодействуют с персонажами на рисунках и тем самым «оживляют» их.
Изображения с эффектом оптических иллюзий можно использовать в борьбе с агрессивным вождением.
Заключение
Я выяснила, что такое зрительные иллюзии.Изучениепричин их возникновения помогает избегать зрительных искаженийпредметов, вносить необходимые поправки в изображение.
Обманы зрения представляют собой живой интерес для художника, кинематографа, архитектора, дизайнера, модельера,физиолога, врача, психолога и наконец, для каждого любознательного человека. Иллюзии можно наблюдать при любых условиях, без каких-либо приспособлений. Причина обмана объяснима. Зрительные иллюзии можно объяснить с помощью законов геометрии, физики и биологии.
Для себя я поняла, что применение иллюзий можно рассматривать как прогрессирующее и занимательное искусство. Игры с оптическими иллюзиями помогают изменять сознание, заманивают наш мозг на новые уровни восприятия.
Я создала свой комплекс упражнений (тренажер для глаз) со зрительными иллюзиями для умственной гимнастики и с удовольствием поделилась им с учащимися школы.
Считаю, что я достигла поставленных задач.
Список используемой литературы
1. С. Толанский, «Оптические иллюзии». — М.: Мир, 1967. — С. 128.
2. О. Рутерсвард, «Невозможные фигуры». — М.: Стройиздат, 1990.
3. П.Дёмин, «Физические эксперименты и психологические иллюзии». - М., 2006.
4. Х. Шиффман, «Чувство и восприятие». - СПб., 2003.
5. И.Д. Артамонов, «Иллюзии зрения», изд.3 – М., Наука, 1969
6. Я.И. Перельман, «Занимательная физика». – М., АСТ, 2010
7. Н.Ф. Четверухин, «Начертательная геометрия», М.1963г
8. В.М. Розин, «Перспектива в геометрии и живописи», М 1998 г
9.П Франческа, «О живописной перспективе», энциклопедия 2000
10. И.Я Депман., Виленкин Н.Я. За страницами учебника математики. М-1988г.
11. Г.И. Косоуров Не верь глазам своим//Квант-1970.-№10-С. 18-20.
Интернет ресурсы.
http://www.illusion.turist.by/main/index/index.php - Зрительные иллюзии и феномены
http://www.sciam.ru/2004/6/ochevidnoe.shtml - Иллюзии зрительного восприятия. Очевидное-невероятное. Журнал «В мире науки», июнь 2004 № 6
http://www.yugzone.ru/book/gregory.htm - Л.Р. Грегори «Разумный глаз»
