Восприятие оптических иллюзий
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине: «Механика. Молекулярная физика»
Тема: «Иллюзии и парадоксы зрения»
Специальность: 03.03.03 Радиофизика
Руководитель (преподаватель)_________________ М.Б.Файн
Выполнили студенты 1 курса группы № 7 ___________ Верхозина Р.В.
___________ Пачулия К.А.
Ростов-на-Дону
2022
Оглавление
Введение. 3
Глава 1. 5
Виды оптических иллюзий по происхождению.. 5
Глаз и зрение человека. 5
Восприятие оптических иллюзий.. 6
Мираж.. 6
Необыкновенные колеса. 9
Зелёный луч. 11
Эффект Фехнера-Бенхема. 12
Объяснение эффекта Фехнера-Бенхема. 12
Глава 2. 14
Стеклянные чечевицы под водой.. 14
Картинка-перевертыш... 15
Диск Нипкова. 17
Заключение. 19
Список литературы.. 20
Введение
Иллюзия – это искажение, неадекватное отражение свойств восприимчивого объекта. illūsiō — «заблуждение, обман») — это: обман чувств, нечто кажущееся, то есть искажённое восприятие реально существующего объекта или явления, допускающее неоднозначную интерпретацию; программный номер иллюзиониста; в переносном смысле — нечто несбыточное, мечта.
Оптические иллюзии
Оптическая иллюзия, также зрительная иллюзия — ошибка в зрительном восприятии, вызванная неточностью или неадекватностью процессов неосознаваемой коррекции зрительного образа, а также физическими причинами. Оптические иллюзии делятся на 2 типа:
1. Иллюзии вследствие несовершенства глаза как
оптического прибора;
2. Иллюзии, за которые отвечает весь зрительный
аппарат, включая мозговые отделы.
|
|
|
Оптическая иллюзия — ошибка в зрительном восприятии, попросту говоря оптический обман нашего мозга.
Во-первых, изображение на сетчатке перевёрнуто.
Во-вторых, из-за несовершенных оптических свойств глаза, картинка на сетчатке расфокусирована, то есть размыта.
В-третьих, глаз совершает непрерывные движения, значит, изображение находится в постоянной динамике.
В-четвёртых, глаз моргает примерно 15 раз в минуту, поэтому изображение через каждые 5 - 6 секунд престаёт проецироваться на сетчатку.
В-пятых, надо учитывать существования «слепого пятна».
На протяжении всей истории люди сталкивались с оптическими иллюзиями того или иного рода. Достаточно вспомнить мираж в пустыне, иллюзии, создаваемые светом и тенью, оптические явления в природе, а также относительным движением. Например, монета, опущенная на дно стакана кажется лежащей на поверхности.
Все это лишь несколько любопытных явлений, которые встречаются в природе. Когда эти явления, обманывающие ум и зрение , были впервые замечены, они стали волновать воображение людей. Более того, с давних времен оптические иллюзии использовались, чтобы усилить воздействие произведений искусства или улучшить внешний вид архитектурных творений. Древние греки прибегали к оптическим иллюзиям, чтобы довести до совершенства внешний вид своих великих храмов.
|
|
|
Систематическое изучение зрительных иллюзий началось
+-+-
середины 19 века. Во второй половине 19 – начале 20 веков было создано множество тестовых изображений, показывающих наличие значительных ошибок в оценке размеров и формы геометрических фигур.
Было обнаружено, что на воспринимаемую длину, кривизну и ориентацию линий большое влияние оказывают размеры фигур, в которые они включены, а также наличие прилегающих или пересекающих линий. Многие из придуманных в то время геометрических зрительных иллюзий стали классическими.
С появлением и развитием компьютерных технологий в современной жизни, оптический обман зрения нашел своё отражение в оригинальных картинках, основанных на иллюзии восприятия.
Глава 1
Виды оптических иллюзий по происхождению
По происхождению оптические иллюзии делятся на три вида:
1)естественные, или созданные природой
(мираж);
2) искусственные, или придуманные человеком;
3) смешанные, то есть естественные иллюзии, воссозданные человеком. Между естественными и искусственными иллюзиями есть немаловажное различие. Если иллюзия придумана человеком, то она обязательно имеет конструктивный секрет и после сообщения его наблюдателю во многом теряет свою многозначительность . Естественные же и смешенные иллюзии не изменяют силы своего воздействия, независимо от того, знает наблюдатель их секреты или нет.
|
|
|
Глаз и зрение человека
Зрение человека (зрительное восприятие) — способность человека воспринимать информацию путём преобразования энергии электромагнитного излучения светового диапазона, осуществляемая зрительной системой.
Глаз человека представляет собой сложный, с точки зрения механики, орган, который наделён всем необходимым для наблюдения внешнего мира. И, к сожалению, он обладает определенным недостатками, связанными с особенностью своего строения. Эти недостатки способствуют получению искаженной информации, которую наш мозг принимает за действительную.
Почему возникают оптические иллюзии?
Зрительная система человека- сложно устроенная система со вполне определенным пределом функциональных возможностей. В неё входят: глаза, нервные клетки, по которым сигнал передаётся от глаза к мозгу, и часть мозга, отвечающая за зрительное восприятие. В связи с этим выделяются три основных причины иллюзии:
|
|
|
1) Наши глаза так воспринимают идущий от предмета свет, что в
мозг приходит ошибочная информация;
2) При нарушении передачи информационных сигналов по
нервам происходят сбои, что приводит к
ошибочному восприятию;
3) Мозг не всегда правильно реагирует на сигналы,
проходящие от глаз.
Часто иллюзии возникают сразу по двум причинам: являются результатом специфической работы глаз и ошибочного преобразования сигнала мозгом.
Восприятие оптических иллюзий
С возрастом, по мере накопления знаний о предметах в целом, наше видение мира меняется. Возникает противоречие между тем, что видят наши глаза, и тем, что знаем о предмете наблюдения, поэтому на одни и те же иллюзии по-разному реагируют люди разных возрастов.
Известно, что восприятие оптических иллюзий очень индивидуально: одни видят то, что не видят другие. Исследователи отмечают, что влияет не только социальный опыт человека, но и образование.
Классифицируем иллюзии по при природе образования так:
1) Иллюзии, в основе которых лежит только оптика;
2) Оптические иллюзии, связанные с механикой;
3) Оптические иллюзии, связанные с молекулярной физикой.
Рассмотрим два последних вида описанных нами иллюзий.
Мираж
Мира́ж — оптическое явление в атмосфере: преломление потоков света на границе между резко различными по плотности и температуре слоями воздуха. Для наблюдателя такое явление заключается в том, что вместе с реально видимым отдалённым объектом также видно и его отражение в атмосфере.
Миражи бывают, условно говоря, трех видов. Условно - потому что они по своей форме и по причинам, вызывающим их, очень разнообразны.
Атмосферные миражи делятся на три класса: озерные(нижние); верхние (дальнего вида); боковые миражи.
Нижний мираж
Нижние миражи возникают преимущественно в тех случаях, когда слои воздуха у поверхности Земли разогреты настолько, что лучи света, исходящие от предметов, сильно искривляются. Описав дугу у поверхности, они идут снизу вверх.
Тогда можно вдруг увидеть деревья и дома, как будто отражённые в воде. На самом деле это перевёрнутые изображения далёких ландшафтов.
Если в жаркий летний день встать на железнодорожное полотно или холмик над ним, когда солнце находится немного сбоку или сбоку и чуть впереди железнодорожного пути, то можно разглядеть, как рельсы в двух-трех километрах от нас как будто погружаются в искрящееся озеро, словно пути залило наводнением. При приближении к "озеру" - оно отодвинется, и сколько бы мы ни шли, оно неизменно будет находиться в 2-3 километрах от нас. (Рисунок 1)
Природа озерного миража изучена в деталях. Солнечные лучи накаляют почву, от которой нагревается нижний слой воздуха. Он в свою очередь устремляется вверх, тут же заменяясь новым, который нагревается и утекает вверх. Световые лучи всегда искривляются от теплых слоев в сторону более холодных. В физике это явление называется рефракцией и известно со времен Птолемея. Лучи от светлого неба, направляясь к земле, загибаются над ней кверху и по наклонной доходят до нашего глаза снизу, точно отражаясь от чего-то над самой землей. Видим мы, конечно, кусочек неба, только ниже места, где оно расположено на самом деле. А блеск и переливания вызваны неоднородностью потоков теплого воздуха, поднимающегося от горячей поверхности.
Верхний мираж
Этот вид миражей по своему происхождению не сложнее "нижних", но разнообразнее. Их принято называть "миражами дальнего видения". (Рисунок 2) 
Воздух нагревается от поверхности Земли, и с высотой его температура падает. Однако если над слоем прохладного воздуха оказывается более тёплый и сильно разреженный воздушный слой, а переход между ними довольно резок, то рефракция значительно усиливается. Лучи света, идущие от предметов на Земле, описывают подобие дуги и возвращаются вниз, иногда за десятки и сотни километров от своего источника. Тогда мы наблюдаем "поднятие горизонта", так называемый верхний мираж.
Жители Лазурного берега Франции ясным утром не раз видели, как на горизонте Средиземного моря, где вода сливается с небом, из моря поднимается цепочка Корсиканских гор, до которой от Лазурного берега примерно двести километров.
В том же случае, если дело происходит в самой пустыне, поверхность которой и прилегающие слои воздуха раскалены солнцем, наверху давление воздуха может оказаться большим, лучи станут загибаться в другую сторону. И тогда уже любопытные явления будут происходить с теми лучами, которые должны были, отразившись от предмета, сразу уткнуться в землю. Hо нет, они будут заворачивать кверху и, пройдя перигей где-то возле самой поверхности, уйдут в него.
Боковые миражи
 |
Этот вид миражей может возникнуть в тех случаях, когда слои воздуха одинаковой плотности располагаются в атмосфере не горизонтально, как обычно, а наклонно или даже вертикально. Такие условия создаются летом, утром, вскоре после восхода Солнца у скалистых берегов моря или озера, когда берег уже освещен Солнцем, а поверхность воды и воздух над ней еще холодные. (Рисунок 3)
Боковые миражи неоднократно наблюдались на Женевском озере. Видели лодку, приближающуюся к берегу, а рядом с нею точно такая же лодка удалялась от берега. Боковой мираж может появиться у каменной стены дома, нагретой Солнцем, и даже сбоку от нагретой печи. Голландский астроном и популяризатор науки Марсель Миннарт предлагал такой оптический фокус: "Встаньте у длинной стены (не менее 10 м) на расстоянии вытянутой руки и смотрите на блестящий металлический предмет, который ваш товарищ постепенно приближает к стене у другого конца. Когда предмет окажется на расстоянии нескольких сантиметров от стены, его контуры исказятся, и вы увидите на стене его отражение, как если бы она была зеркальной. В очень жаркий день изображений может быть даже два".
Природа этого миража точно такая же, как у озерного. Конечно, лучи света отражаются не от стены, а от примыкающей к ней более горячей прослойки воздуха.
Необыкновенные колеса
Доводилось ли вам через щели забора или, еще лучше, на экране кино следить за спицами колес быстро движущегося автомобиля? Вероятно, вы замечали при этом странное явление; автомобиль мчится с головокружительной быстротой, колеса же едва вертятся, а то и вовсе не вертятся. Мало того: они вращаются иной раз даже в противоположном направлении! Эта иллюзия настолько необычайна, что приводит в недоумение всех, кто замечает ее в первый раз. Объясняется она следующим образом. Следя за вращением колеса через щели в заборе (перемещая взгляд вдоль забора), мы видим колесные спицы не непрерывно, а через равные промежутки времени (доски каждое мгновение заслоняют их от нас). Точно так же и кинематографическая лента запечатлевает изображение колес с перерывами в отдельные моменты (24 кадра в секунду). Здесь возможны три случая. Во– первых, возможно, что за время перерыва колесо успеет сделать целое число оборотов (без разницы сколько, главное чтобы число было целое). Тогда спицы колеса на новом снимке займут то же положение, что и на прежнем. В следующий промежуток колесо сделает опять целое число оборотов (промежуток и скорость автомобиля не изменяются), – и положение спиц остается прежнее. Видя все время одно положение спиц, мы заключаем, что колесо вовсе не вернется (средний столбец Рисунок 4).
Рисунок 4. Необыкновенные колеса.
Второй случай; колесо успевает в каждый промежуток сделать целое число оборотов и еще весьма малую часть оборота. Наблюдая за сменой таких изображений, мы о целом числе оборотов не будем и догадываться, а увидим лишь медленное вращение колеса (каждый раз на долю оборота). В результате нам покажется, что, несмотря на быстрое перемещение автомобиля, колеса вращаются медленно. Третий случай: в течение промежутка между съемками колесо делает неполный оборот, отличающийся от полного на небольшую долю (например, поворачивается на 315°, как в третьем столбце Рисунок 4). Тогда какая-либо определенная спица будет казаться вращающейся в обратном направлении. Это впечатление будет до тех пор, пока колесо не изменит скорость вращения. Остается внести маленькие дополнения в наше объяснение. В первом случае мы, ради простоты, говорили о числе полных оборотов колеса; но так как спицы колеса похожи одна на другую, то достаточно, чтобы колесо повернулось на целое число промежутков между спицами. То же относится и к другим случаям. Возможны и еще случаи. Если на ободе колеса имеется метка, а все спицы похожи друг на друга, то случается, что обод движется в одном направлении, спицы же в обратном! Если же имеется метка на спице, то спицы могут двигаться в обратном направлении, нежели метка, – она будет словно перескакивать со спицы на спицу. Когда в кино показывают обыкновенные сцены, эта иллюзия мало вредит естественности впечатления.
Но если на экране хотят объяснить действие какого-нибудь механизма, то этот обман зрения может породить серьезные недоразумения и даже совершенно извратить представление о работе машины. Внимательный зритель, видя на экране мнимо-неподвижное колесо мчащегося автомобиля, легко может, сосчитав его спицы, судить до некоторой степени о том, сколько оборотов делает оно в секунду. Обычная быстрота подачи ленты – 24 кадра в секунду. Если число спиц автомобильного колеса 12, то число его оборотов в секунду равно 24: 12, т. е. 2, или по одному целому обороту в 0,5 секунды. Это – наименьшее число оборотов; оно может быть и больше в целое число раз (т. е. вдвое, втрое и т. д.). Оценив диаметр колеса, можно делать заключения и о скорости движения автомобиля. Например, при диаметре равном 80 см имеем, в рассмотренном случае, скорость около 18 км/час (36 км/час, 54 км/час и т. д.). Рассмотренная сейчас иллюзия зрения используется техникой для подсчета числа оборотов быстро вращающихся валов. Объясним, на чем основан этот способ. Сила света лампы, питаемой переменным током, не остается постоянной: через каждую сотую долю секунды свет ослабевает, хотя при обычных условиях мы никакого мерцания не замечаем. Но представим себе, что таким светом освещен вращающийся диск, изображенный на рисунке 5.
Если диск вращается так, что делает 0,25 оборота в сотую долю секунды, то произойдет нечто неожиданное: вместо обычного ровного серого круга глаз увидит черные и белые секторы, словно бы диск оставался неподвижен.
Рисунок 5. Диск с черными и белыми секторами.
Зелёный луч
Ещё один «парадокс» будоражит умы уже не одно столетие. Этот эффект принято называть «зелёный луч». Для того, чтобы его увидеть, необходимо дождаться у моря погоды и наблюдать заходящее солнце. Если на горизонте небо ясное, то в момент захода за горизонт иногда красное солнце на мгновение станет зелёным. Объяснений было множество, в том числе влияние «зеленоватых» паров воды, спонтанное образование световодных каналов в атмосфере, скачкообразное изменение коэффициента преломления, кратковременное психическое «очарование» и др. Со временем это явление пополнилось ещё и мистикой, якобы ещё реже луч может быть даже синий. При множестве "объяснений" до сих пор никто не удосужился промоделировать это явление. Проведём следующий опыт.
Перед освещённой белой стеной установите яркий красный светодиод, включите его и зафиксируйте на нём взгляд на несколько секунд, затем выключите его. На фоне белой стенки вы увидите — зелёный луч! Включая и выключая светодиод, вы можете наблюдать его сколько угодно раз.
В темноте глазные рецепторы поляризованы (заряжены). При попадании света они деполяризуются (разряжаются) и при затемнении поляризуются вновь. При этом меняется и направление движения зарядов. Так, как сигнал цветности зависит не только от величины разбаланса рецепторов, но и от направления движения зарядов, отклонение цвета будет происходить в разные стороны от точки белого (см. нел. координатную систему) вдоль прямой, проходящей через эту линию. Видимый цвет при переключении «свет — тьма» будет меняться на противоположный.
Эффект Фехнера-Бенхема
Эффект Фехнера-Бенхема - следует относить к динамическим эффектам зрения проявляющимся в возникновении ощущения цветов, возникающих при наблюдении модулированного по времени светового потока естественного белого света. Наиболее известным примером реализации эффекта является диск Бенхема, вращающийся диск, с нанесенными на него в определённом порядке чёрно-белыми полосами - секторами.
Само ощущение цвета от действия неокрашенного белого света с позиций трёхкомпонентной теории кажется просто невероятным. Белый свет в одинаковой степени должен действовать на все три типа колбочек; иначе он действует на палочку, но никакой цветовой информации (согласно трёхкомпонентной теории) она выдать не может. Попытки объяснить эти явления приводили к одному: если цвета нет, то цветового сигнала рецептора также быть не должно.
Поэтому наблюдателю только кажется, что он видит цвет; ощущение цвета - субъективное явление, обусловленное особенностью работы мозга. Это явление было отнесено к области с названием «психофизика». Попыток дать объяснение этому эффекту в литературе мало. Его либо приводят без объяснений, либо предпочитают вообще не упоминать о нем.
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 45; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!