III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ИЛЛЮЗИИ В ОКРУЖАЮЩЕМ НАС МИРЕ
Пацакула Т.Н.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Актуальность исследования. Больше всего сведений об окружающем мире человек получает с помощью зрения. Еще античный философ Гераклит говорил, что «глаза – более точные свидетели, чем уши». Действительно, 90% всей информации люди получают через глаза. Мы часто не сомневаемся, что реальный мир именно таков, каким мы его видим. Но так ли это на самом деле?

В повседневной жизни мы часто встречаемся с объектами, которые нам что-то напоминают. Это могут быть облака, напоминающие лошадок, камни, напоминающие животных, или лунный месяц, похожий на человеческое лицо в профиль. Существует масса примеров, когда подобные сходства были приняты наблюдателями за нечто сверхъестественное.

Оптические иллюзии сопровождают человека в течение всей жизни. 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 человека от неприятностей, связанных со зрительными обманами. Это поможет нам лучше понимать некоторые природные явления, устройства некоторых предметов.

Важность изучения процессов оптических иллюзий связана с задачами, возникающими при внедрении в повседневную жизнь технологий стереозрения, одной из которых является технология виртуальной реальности. Большой интерес к изучению оптических иллюзий связан также с практическими задачами, стоящими в области архитектуры, дизайна и живописи. В последнее десятилетие появились новые художественные направления, которые используют особенности зрительного восприятия для создания впечатляющих художественных образов.

Объект исследования: зрение человека.

Предмет исследования: оптические иллюзии.

Цель исследования: изучить особенности проявлений оптических иллюзий в жизни человека и природе.

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

  1. Изучить специальную литературу по оптическим иллюзиям: их видам, особенностям.

  2. Изучить роль оптических иллюзий в природе, жизни и профессии.

  3. Провести опыты, иллюстрирующие оптические иллюзии:

  • Опыт с ложкой и монеткой;

  • Создать мираж в воде;

  • Изготовить невозможный треугольник Пенроуза.

  1. Провести анкетирование среди учащихся 5-х и 10-х классов, сравнить полученные результаты.

  2. Сделать выводы об изученных оптических иллюзиях.

Гипотеза исследования: оптические иллюзии не только проявляются в природе и жизни, но их можно самостоятельно создавать.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:

  • теоретический анализ проблемы;

  • эксперимент;

  • анкетирование учащихся 5-х и 10-х классов, цель которого выяснить, знают ли школьники, что такое иллюзии и встречались ли они с ними в жизни.

В анкетировании приняли участие 24 учащихся 10-х классов и 25 учащихся 5-х классов средней школы №17.

§ 1. Понятие, виды оптических иллюзий

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 [6].

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 [2]. В связи с этим выделяются три причины иллюзии:

  • 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 же приводит к ошибочному восприятию;

  • мозг не всегда правильно реагирует на сигналы, приходящие от глаз.

Универсальной классификации иллюзий не существует, так как механизмы и причины их появления довольно разнообразны и во многом не изучены. Можно классифицировать оптические иллюзии следующим образом:

Зрительные иллюзии искажения – к ним относится иллюзия Вундта (1896), линии в центре, в действительности, параллельны [8].

Иллюзии зрения или псевдоскопии — так называются неправильные представления о форме, размере, цвете и положении в пространстве предметов внешнего мира, возникающие под влиянием зрительных впечатлений. По причинам, вызывающим их, иллюзии зрения могут делиться на иллюзии: 1) проистекающие от оптических особенностей зрительного аппарата человека, 2) причина которых кроется в психике человека, в предвзятых, невольных суждениях и сопоставлениях, основанных на привычке связывать известное впечатление с явлением его вызывающей.

К иллюзиям восприятия размера относится явление иррадиации. 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. Важно отметить, что зная о данном свойстве черного цвета скрадывать размеры, дуэлянты в XIX веке предпочитали стреляться именно в черных костюмах в надежде на то, что противник промахнется при стрельбе [5, 7].

Иллюзии цвета и контраста – к ним относятся иллюзии или оптические явления, вызываемые цветом и изменяющие внешний вид предметов. Эти иллюзии связаны с тем, что глаза, сосредотачивая взгляд на одной точке, постепенно устают, и мы перестаём замечать то, что расположено вокруг конкретной точки. Весь эффект полностью пропадает, если вы начинаете моргать. Данную иллюзию зачастую не воспринимают люди, носящие контактные линзы [3].

Иллюзии движения связаны с восприятием обычного и статичного изображения как анимированного. Иллюзии движения также довольно часто встречаются в живописи. А рисунке оказывается, что линии как бы движутся в разные стороны [8]:

Эффект последействия. Наиболее знакомым и отчасти неприятным последействием являются ощущения, остающиеся после случайного быстрого взгляда на яркую электрическую лампочку. В данном случае в силу инерционности зрения последействие кратковременно.

Соотношение фигуры и фона Разделение фигуры и фона может быть проиллюстрировано с помощью двузначного рисунка, отдельные части которого могут восприниматься как в качестве фигуры, так и в качестве фона [2].

Кажущиеся фигуры. Узор фигуры изгибается внутрь. Ни один из квадратов на самом деле не искажен. Но белые точки в углах черных квадратов зрительно вытягивают углы и изгибают прилегающие стороны, вследствие чего весь узор кажется вогнутым.

Невозможные фигуры достаточно часто встречаются на древних гравюрах, картинах и иконах - в одних случаях мы имеем с явными ошибками передачи перспективы, в других - с умышленными искажениями, обусловленными художественным замыслом.

Перевернутые фигуры — один из видов оптических иллюзий, фигура, кажущаяся на первый взгляд проекцией обычного трёхмерного объекта, при внимательном рассмотрении которой становятся видны противоречивые соединения элементов фигуры. Создаётся иллюзия невозможности существования такой фигуры в трёхмерном пространстве.

Парейдолические иллюзии ли парейдолии — это иллюзорное восприятие реального объекта. В отличие от двойственных изображений, иллюзий восприятия глубины, картинок на распознавание образов, где изображения созданы специально, чтобы провоцировать возникновение иллюзий, парейдолии возникают при восприятии самых обычных объектов. Например, при рассматривании рисунка обоев или ковра, трещин и пятен на потолке, облаков можно увидеть изменчивые, фантастические пейзажи, лица людей, необычных зверей и т.п. [4].

§ 2. Иллюзии в жизни, профессии, в природе

С давних пор люди не только поражаются обманам зрения и забавляются зрительными иллюзиями, но и сознательно используют их в своей практической деятельности. Уже тысячи лет зрительные иллюзии целенаправленно используются в архитектуре для создания определенных пространственных впечатлений, например, для кажущегося увеличения высоты и площади залов. Еще более эффективно зрительные иллюзии используются в изобразительном и цирковом искусстве. Зрительные иллюзии стали основой кинематографии и телевидения, учитываются в полиграфии и в военном деле. Создаваемая при помощи технических средств виртуальная зрительная реальность занимает в жизни современного человека.

Дизайн одежды. Знание и правильное использование свойств зрительных иллюзий позволяет подчеркнуть красоту и совершенство правильной фигуры, удачно расставить модные акценты на той или иной части тела, а также придать нестандартной или полной фигуре определенный визуальный эффект.

Оп-арт. Оптическое искусство. От англ. Op-art – сокращенный вариант optical art –оптическое искусство – художественное течение второй половины 20 века, использующее различные зрительные иллюзии, основанные на особенностях восприятия плоских и пространственных фигур. Восприятие рисунка основано на оптической иллюзии: изображение существует не только на холсте, но в действительности и в глазах, и в голове зрителя [4]. Оп-арт, пользуясь строгими геометрическими построениями разрушает целостность восприятия.

Архитектура. При строительстве монументальных зданий чаще всего архитекторам приходилось бороться с кажущимся искажением их размеров с изменением расстояния, то есть в перспективе. Если, например, взглянуть на высокое здание снизу вверх, создаётся впечатление, что в верхней части оно гораздо уже, чем у основания, и отклонено назад.

3D рисунки на асфальте. Стрит-арт на асфальте. Так называется вид уличного искусства. Главный секрет изображения объемных картинок - их нужно “растягивать”. В этом и состоит мастерство исполнителя. Если наносить в обычных пропорциях, то такого эффекта достичь не получится.

Иллюзии в цирке. Иллюзия — показ фокусов, основанных на использовании специальной аппаратуры. Хитроумные аппараты осуществляют всевозможные «загадочные» исчезновения и появления вещей, а также самого артиста или его ассистентов, служат для парения предметов и людей в воздухе, распиливания их или сжигания. Устройство аппаратуры — специальные пружины, двойное дно, скрытые перегородки, особо рассчитанные механизмы, определенная установка зеркал - позволяет артисту вводить зрителя в увлекательное заблуждение.

Природный камуфляж позволяет антилопе оставаться незамеченной для многочисленных хищников. Природа одарила многих животных специальной маскировочной окраской. Это помогает многим животным охотиться, а другим прятаться эффективно от хищников [1].

§ 3. Эмпирическое изучение иллюзий

3.1. Проведение эксперимента.

Для того чтобы выяснить является ли реальный мир таким, каким мы его видим, проведем несколько опытов:

  1. Опыт с ложкой, явился наглядным примером тому, что не всегда надо верить своим глазам. Мы видим «изогнутую» ложку, но в действительности она прямая. Это происходит потому, что свет распространяется по прямой, но при переходе из одной прозрачной среды в другую, например, из воздуха в воду, направление его движения изменяется:

  1. Опыт с монетой, опущенной в стакан с водой. Мы наблюдаем две монеты, но опустили в стакан одну монету. На поверхности воды мы видим лучи света, отраженные от монеты. Вода и стекло искривляют лучи, и поэтому кажется, что перед нами две монеты:

  1. Опыт «Исчезающая монетка». Наливаем в банку воды и закрываем крышкой. Кладем монету на стол. Ставим на монетку банку с водой. Если посмотреть сквозь воду сбоку банки, то монетки не видно. Этот фокус удается из-за того, что когда свет переходит из менее плотной среды (например, воздуха), в более плотную (например, воду), на границе этих двух веществ происходит изменение направления лучей света. Когда видимый образ монетки попадает на стенку банки под слишком большим углом, монетка становится не видна снаружи.

  1. Невозможный треугольник Пенроуза. Мастерим своими руками.

3.2. Анализ результатов анкетирования.

Для изучения влияний иллюзии на человека, нами было проведено анкетирование среди учащихся 5-х и 10-х классов (анкета представлена в приложении). В анкетировании приняли участие 24 учащихся 10-х классов и 25 учащихся 5-х классов средней школы №17. Полученные данные сравнивались.

Анализ результатов в группе пятиклассников позволяет констатировать следующее. Большинство из опрошенных пятиклассников (88%) считают, что знают, что такое иллюзии (вариант ответов а). Знание об иллюзиях лишь предположительное оказалось у 12% респондентов (выбор ответа в). В группе учащихся десятых классов 45,8% утвердительно указали, что осведомлены об иллюзиях и 54,2% опрошенных не смогли утвердительно ответить на вопрос, выбрав вариант ответа «могу предположить, что такое иллюзии». Совсем не знающих об иллюзиях среди опрошенных не оказалось.

Диаграмма 1.

Распределение ответов школьников на вопрос анкеты

«Знаете ли вы, что такое иллюзии?»

Сталкивать в жизни с иллюзиями приходилось 96% пятиклассников и лишь 4% опрошенных, признались, что никогда не сталкивались с иллюзиями в своей жизни. Таких опрошенных в группе десятиклассников оказалось 79,2% и 20,8% соответственно.

Диаграмма 2.

Распределение ответов школьников на вопрос анкеты

«Приходилось ли вам сталкиваться с иллюзиями в жизни?»

При предъявлении школьникам иллюзии стрелы (Иллюзия Мюллера – Лайера), оказалось следующее: 68% опрошенных учащихся пятых классов и 50% учащихся десятых классов признали, что стрела с расходящимися наконечниками длиннее, т.е. признали наличие иллюзии; 41,7% десятиклассников посчитали, что стрела со сходящимися наконечниками длиннее; 32% пятиклассников и 8,3% школьников десятиклассников посчитали, что стрелы по длине одинаковы. У этой небольшой группы опрошенных (32% и 8,3% школьников) иллюзия не «работает».

Диаграмма 3.

Распределение ответов школьников на вопрос анкеты «Посмотрите внимательно на рисунок и укажите знаком напротив той из стрелок, которая вам кажется длиннее»

При ответе на вопрос: что вам кажется больше: высота цилиндра или ширина его полей (приложение 1)

Ответы распределились следующим образом: 52% пятиклассников и 66,7% десятиклассникам, показалось, что высота цилиндра больше; 4% учащихся 5-х классов и 20,8% учащихся 10-х классов показалось, что ширина полей больше; 44% пятиклассникам и 12,5 десятиклассникам показалось, что высота цилиндра и ширина его полей равны по длине. Таким образом, данной иллюзии оказались подвержены 52% опрошенных пятиклассников и 66,7% десятиклассников.

Диаграмма 4.

Распределение ответов школьников на вопрос анкеты:

«Что вам кажется больше: высота цилиндра или ширина его полей?»

При предъявлении иллюзии контраста (приложение 1), оказалось, что 68% опрошенных пятиклассников и 70,8% десятиклассников, отметили, что центральный круг, окруженный мелкими кружочками, кажется больше, 8% учащихся пятых классов и 8,3% десятых классов сказали, что они равны и 24% пятиклассника и 20,9% десятиклассников увидели, что центральный круг, окруженный крупными кругами кажется им больше.

Таким образом, данной иллюзии оказались подвержены 68% опрошенных пятиклассников и 70,8% десятиклассников, что составляет большинство из опрошенных.

Диаграмма 5.

Распределение ответов школьников на вопрос анкеты:

«Какой круг больше? Тот, который окружен маленькими кругами или же тот, который окружен большими?»

Таким образом, полученные нами результаты при анализе анкет, позволяют сделать следующие выводы:

  1. Иллюзии свойственны многим людям, в том числе и школьникам различных возрастов.

  2. Восприятие иллюзий имеет как сходства, так и различия в восприятии их учащимися 5-х и 10-х классов.

  3. Различия проявляются в том, что десятиклассники оказались более строги к себе и признали, что большинство из опрошенных имеют лишь представление об иллюзиях (54,2%). Среди опрошенных пятиклассников 88% утверждают, что знают, что такое иллюзии (88%).

  4. Различия касаются и того факта, что при предъявлении иллюзии стрелы (иллюзия Мюллера-Лайера) для большинства пятиклассников стрела с расходящимися наконечниками кажется больше. Ответы десятиклассников не такие уверенные. Среди опрошенных этой группы школьников есть те, кто считает, что стрела со сходящимися наконечниками кажется длиннее.

  5. В двух группах опрошенных есть школьники, на которых иллюзии не влияют. Их количество небольшое.

Заключение

Проблема восприятия зрительных иллюзий является актуальной и востребованной в связи с тем, что ее решение обогатит научные знания о процессах формирования зрительного образа.

Мнение, что иллюзии являются вредным и надуманным явлением, отрицательно влияющим на жизнь человека, ошибочно. Так же, как и мнение, что иллюзии свойственны нездоровым или очень впечатлительным людям. Большая часть иллюзий основана на вполне логичных особенностях человеческого организма. Иллюзии существуют, их можно продемонстрировать в различных экспериментах.

Иллюзии свойственны многим людям, в том числе и школьникам различных возрастов. В восприятии иллюзий школьниками отмечены как сходства, так и отличия.

Проведенная нами работа позволила сделать нам следующие выводы:

  1. Специальная литература по оптическим иллюзиям позволила узнать виды, особенности иллюзий, причины их проявлений.

  2. Изучена роль оптических иллюзий в природе, жизни и в различных профессиях.

  3. Были проведены опыты, иллюстрирующие оптические иллюзии: опыт с ложкой и монеткой; мираж в воде; изготовили невозможный треугольник Пенроуза.

  4. Было проведено анкетирование среди учащихся 5-х и 10-х классов. Было найдено сходство и различия в особенностях проявлений иллюзий среди школьников разных возрастных групп.

Литература

  1. Акбаев А. Физика и живая природа. Ижевск: Удмуртский университет 1999.

  2. Вадимов А. А., Тривас М. А. Иллюзии зрения. М.: Наука, 1971.

  3. Дёмин П. Физические эксперименты и психологические иллюзии. - М., 2006.

  4. Еженедельное приложение «Физика» к газете «Первое сентября» № 37, 2000.

  5. Кирквуд Йон: Оптические иллюзии. – М.: Издательство «Эксмо», 2014

  6. Перельман Я. «Оптические иллюзии». – М.: Издательство: «СЗКЭО Кристалл», 2016.

  7. Толанский С. Оптические иллюзии. - М.: Мир, 1967, 128 с.

  8. http://psy.msu.ru/illusion/ - официальный сайт психологического факультета МГУ им. М. Ломоносова (иллюстрации).

Приложение 1.

Анкета

Уважаемые школьники! Данное анкетирование проводится с целью изучения Вашего отношения к иллюзиям. Просим Вас ответить на представленные ниже вопросы, отметив тот вариант ответа, который в наибольшей степени отражает ваше мнение.

  1. Знаете ли вы, что такое иллюзии?

а) да; б) нет; в) могу предположить.

  1. Приходилось ли вам сталкиваться с иллюзиями в жизни?

а) да; б) нет.

  1. Приведите, пожалуйста, известный вам пример любой иллюзии. Напишите: ______________________________________________________

  2. Посмотрите внимательно на рисунок и укажите знаком V напротив той из стрелок, которая вам кажется длиннее:

  1. Отметьте свой вариант ответа: что вам кажется больше: высота цилиндра или ширина его полей?

А) высота цилиндра кажется больше;

Б) ширина полей кажется больше;

В) высота цилиндра и ширина его полей кажутся равными по длине.

6. Какой из центральных кругов вам кажется больше?Обведите в кружок знак V около той картинки, центральный круг которой кажется вам больше.