исследовательская работа "Обман зрения"

Вторая Донская Императора Николая II кадетская школа

Донского Государственного Технического университета

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

«Обман зрения»

                                                                          Выполнил:

                                                                  воспитанник 3 «В» класса

        Крылов Денис

Ростов-на-Дону 2014

Содержание

       Введение________________________________________________     3

1. Некоторые виды оптических иллюзий______________________    4-10

2. Экспериментальные исследования восприятия иллюзий______    11-13

3.  Создание фотографий с оптическими иллюзиями___________  14

4.  Заключение __________________________________________ 15

5. Список литературы_____________________________________16

6. Приложение__________________________________________17-28

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. Попросту говоря – это неверное представление реальности.  Их известно очень большое количество, и все они не 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 решил провести исследование «Обман зрения»   и разобраться в этом вопросе.

 Цель, которую я перед собой поставил в исследовании -  Выяснить, что лежит в основе оптической иллюзии - чудеса или наука?

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие

задачи:

1.  Подобрать материал о видах оптических иллюзий, причинах их возникновения.

2.  Провести исследование, в ходе которого можно будет определить процент объективности восприятия объекта учащимися моего класса.

3. Научиться управлять иллюзиями.

Объект исследования - оптические иллюзии.

Предмет исследования - причины возникновения оптических  иллюзий.

Гипотеза исследования – в основе иллюзий лежат обычные природные явления.

Некоторые виды оптических иллюзий.

Изучая данный вопрос  в энциклопедической литературе и в Интернет - сети, я выяснил, 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.

Виды оптических иллюзий:

Естественные оптические иллюзии

Миражи

           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 (Рис.20).

          К миражам второго класса относят верхние миражи (Рис. 21). Они менее

распространены и более живописны, чем нижние. Верхний мираж возникает, 6

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.  

            Тысячи туристов и жителей восточно-китайского города Пенглай в

2006 году стали свидетелями редкого явления — огромного миража (Рис. 22).

Туман, нависавший над берегом, создал иллюзию изображения города с

современными высотными зданиями, широкими городскими улицами, 7

шумными автомобилями и толпами людей, которые были четко видны.

Мираж длился несколько часов, а до его появления 2 дня шли проливные

дожди.

             Одним из лучших мест в мире для наблюдения миражей является

Аляска. Чем злее стужа на Аляске, тем четче и красивее возникают в небесах

миражи.

Слепое пятно

           В процессе исследования я узнал удивительные особенности строения

нашего глаза. Так, например, существует слепое пятно глаза, открытое

французским физиком Мариоттом в 1668г. Слепое пятно – это место

сетчатки, где зрительный нерв вступает в глазное яблоко. Известен рисунок

Мариотта для нахождения слепого пятна (Рис. 8). Если смотреть на крестик

правым глазом (левый глаз должен быть закрыт), приближая или отдаляя

рисунок от глаза, наступает момент, когда черный кружок не виден.

Получается, что из-за слепого пятна я должен видеть окружающий мир

с пробелами? Оказывается, нет! У нас два глаза, поэтому, когда изображение

попадает в зону слепого пятна одного глаза, второй глаз видит все

подробности.

           Рассмотрим, как устроено наше зрение. Луч света, отражаясь от какого-

нибудь предмета, попадает на роговицу и проходит через зрачок. За зрачком

располагается хрусталик, похожий на прозрачную линзу, который 8

преломляет свет и фокусирует его на сетчатке. Дальше зрительный нерв

передает сигнал в затылочную долю головного мозга и человек видит

изображение. Это значит, зрение контролирует не только глаз, но и мозг.

Поэтому когда говорят об «обмане зрения» правильнее было бы

сказать, что на самом деле нас обманывает наш собственный мозг, когда

анализирует увиденное.

             На этом этапе исследования я сделал для себя еще одно открытие -

человек-невидимка из романа английского писателя Герберта Уэллса не мог

видеть! У него прозрачны и зрачок, и хрусталик, поэтому лучи через глаза

невидимого человека проходят без препятствий и не могут собраться в одну

точку, чтобы создать образ на сетчатке. Таким образом, человек – невидимка

должен быть слеп!

Иллюзия восприятия размера

Одной из самых известных иллюзий восприятия размера является иллюзия Мюллера-Лайера (Рис. 1). Посмотрев на этот рисунок, многие  скажут, что отрезок со стрелками наружу длиннее отрезка со стрелками, направленными внутрь. На самом деле отрезки равны.

    Два совершенно равных кружка в середине воспринимаются как разные по величине в зависимости от того, окружают ли их большие или меньшие кружки.(Рис. 2)

          Иллюзия с кружками объясняется действием закона контраста, предмет будет казаться больше своей реальной величины на фоне мелких предметов, и наоборот.

 Еще один пример такого вида иллюзии – иллюзия Понцо (Рис. 3). Всем очевидно, что дальний отрезок гораздо больше ближнего. Однако, и в этом случае они равны. Иллюзия создается из-за ошибки нашего мозга, потому что он привык, что, чем дальше предмет, тем он меньше.  

  Искажение формы предметов (рис.4-5).

 Параллельные линии будут  восприниматься как непараллельные, если их рассматривать на фоне взаимно пересекающихся косых линий. Круг теряет свою правильную форму, если его рассматривать на фоне кривых линий.

Этот вид иллюзий находит свое объяснение в том, что резко выраженные особенности фона влияют на восприятие расположенных, на этом фоне предметов.

 Переоценка вертикальных линий. (рис.6) Из двух линий одинакового размера вертикальная всегда воспринимается зрительно, как значительно большая по сравнению с горизонтальной. В связи с этой иллюзией высота предметов кажется нам больше ее действительной величины.(Женщина справа кажется ниже и толще)

Движущиеся иллюзии (рис.7)

 Неподвижное изображение кажется движущимся. Одно и то же вращающееся изображение может вращаться в разные стороны.

Геометрические иллюзии создают огромные возможности для художников, фотографов, модельеров. Однако инженерам и математикам приходится быть осторожными с чертежами и подкреплять «очевидное».

Иллюзия восприятия цвета

Важнейшим свойством нашего глаза является его способность различать цвета (Рис.8). Но и здесь иллюзиям удалось меня обмануть. На рисунке среди полос синего и желтого цвета я увидел два оттенка красного и два оттенка зеленого цвета, хотя реально есть только один красный и один зеленый цвет. Ошибка возникла из-за яркости фона и цвета окружающих предметов.

 В решетке Геринга на пересечении белых полос, за исключением того пересечения, на котором я фиксировал взгляд, были видны маленькие серые пятна (Рис. 9). Получается, можно увидеть то, чего нет!?

Иллюзия движения

Иллюзии движения - самые впечатляющие и самые труднообъяснимые (Рис.10, 11). 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. Известный создатель иллюзий движения А.Китаока проводил исследования и выяснил интересные факты. Оказывается, некоторые люди иллюзию движения увидеть не могут (по некоторым оценкам, их около 5%).

Другой факт не менее интересен: пожилые люди чаще, чем молодые не видят

движение.

  Искусственные иллюзии

Двойственные изображения

Двойственные изображения - это изображения, в которых человек выделяет для себя либо фон, либо фигуру в зависимости от его восприятия картинки (Рис. 12, 13 ).

Изображения – перевёртыши

Как ни крути, как не переворачивай изображения-перевертыши, а картинки местами не меняются. (Рис. 14, 15).

Невозможные фигуры и объекты

Существует огромный класс так называемых "невозможных фигур", ошибочно или умышленно нарисованных с ошибками, в результате чего возникают забавные визуальные эффекты (Рис.16)

Распознавание образов

Иллюзии распознавания образов характеризуются тем, что порой на изображении очень сложно определить то, что на нём изображено (Рис. 17). Иногда сам основной рисунок не позволяет увидеть дополнительное изображение, иными словами не позволяет распознать образ. Если же всё-таки изображение распознано, при последующих просмотрах картинок его уже можно увидеть без труда.

Смешанные иллюзии

Это, пожалуй, самый большой раздел иллюзий (Рис. 18, 19). Он включает в себя и известные иллюзионные картинки, различные модели, и естественно этот “обман” создается человеком. Ярким примером смешанной оптической иллюзии являются потрясающие рисунки на асфальте, которые под определенным углом просмотра смотрятся очень эффектно!

Применение оптических иллюзий

Оптические иллюзии не новы в архитектуре. Архитекторы Древнего Рима имели знания по оптике, которых было вполне достаточно, чтобы создавать великолепные оптические иллюзии на полах в технике мозаики.

В Одессе есть очень популярная достопримечательность «Ведьмин дом». Оптическая иллюзия плоского дома создается благодаря тому, что боковые стены дома построены под острым углом. Рассматривая дом таможни в Австралии, кажется, что этажи то расширяются, то сужаются, хотя каждый этаж дома одинаковой высоты.

Иллюзии в цирке создаются за счет использования специальной техники - двойное дно, специальные пружины, скрытые перегородки, определенная установка зеркал. Хитроумные аппараты осуществляют всевозможные "загадочные" исчезновения и появления вещей и людей, служат для парения предметов и людей в воздухе, распиливания их или сжигания.

Модный мир - мир зрительных иллюзий. В истории костюма можно проследить, как «сужали» талию с помощью очень широких юбок, делали ноги длиннее с помощью завышенной линии талии. Вертикальные линии и детали одежды (полосы, стрелки на брюках, длинные шарфы, высокие каблуки) визуально стройнят и увеличивают рост. Контрастные вертикальные полосы, идущие по внешним бокам одежды, делают силуэт приталенным. Горизонтальные же линии (швы, карманы, оборки, ремешки на обуви) полнят. Клетка увеличивает объём, а круги придают формам округлость. Костюм в одном цвете даёт видимость высокого роста, выглядит более изысканно и элегантно, а одежда с яркими цветовыми пятнами полнит.

Экспериментальные исследования восприятия иллюзий

Я привел примеры несколько видов оптических иллюзий. Следующим шагом является небольшой эксперимент с участием учащихся нашего 3В класса. Поддадутся ли они иллюзии зрительного восприятия?  Я покажу им, по очереди каждому, оптические иллюзии и попрошу их ответить на мои вопросы.

В эксперименте приняли участие 25 учащихся 3 В класса:

1-й рисунок

Какой из кругов, расположенный посередине больше?

  ЛЕВЫЙ                                ПРАВЫЙ

     А) Левый больше

      Б) Правый больше

      В) Одинаковые 

2-й рисунок

Подсчитайте  количество ног у слона, изображенного на рисунке:

1. 4 ноги
2. 5 ног
3. 6 ног
4. 7 ног

3 -й рисунок

На рисунке изображены два красных отрезка. Какой из них длиннее. Левый или правый?

      А) Левый         длиннее

            Б) Правый  длиннее

            В) Одинаковые        

ВЫВОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:

Я провел исследования среди учащихся нашего 3 «В» класса   и определил процент восприятия иллюзий школьниками. Эксперимент показал, что мы не всегда видим то, что есть на самом деле, следовательно, наша гипотеза верна. Мы пришли к выводу: объекты и явления, которые мы видим, не всегда соответствуют реальности  и являются правдой. Проведенный анализ учит нас, что не всегда следует ограничиваться только оценкой на глаз, а следует подключать логику и производить измерения.

Люди не могут полностью контролировать то, что они видят  и легко поддаются  иллюзии.  В  моём эксперименте - это в среднем 71% учащихся за 3 опыта.

И, наконец, я попробовал свои силы в создании фотографий с оптическими иллюзиями.

Сначала может показаться, что оптическая иллюзия создается легко, на самом деле так и есть, но перед тем как добиться впечатляющих результатов ученые потратили достаточно много сил и времени на изучение структуры глаза,  его особенности, особенности зрения и на реакцию глаз. Но на сегодняшний день оптическая иллюзия считается не только одним из методов исследования, обманы зрения считаются полезными для развития и природной тренировки глаз, а совсем недавно оптические иллюзии стали применять в жизни.  В основном это картины, иллюстрации или же фотографии.

Фотографии с оптическими иллюзиями в последнее время все больше и больше приобретают свою популярность, создаются специальные выставки, так как эти фотографии больше относятся к искусству, нежели к научной  деятельности.

Я тоже решил попробовать себя в этом искусстве.

 Ну как, мне удалось?

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 – практически в основе всех иллюзий лежат обычные природные явления. В процессе работы были найдены три основные причины возникновения оптических иллюзий:

1. Законы физики – преломление и отражение лучей создают иллюзии,

которые называют миражами.

2. Особенности строения глаза позволяют видеть иллюзии восприятия

цвета и иллюзии движения, явление иррадиации и астигматизм, и,

конечно, слепое пятно.

3. 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.

Тот факт, что не все иллюзии на сегодняшний день имеют свое научное объяснение, возможно, говорит о том, что недостаточно изучено зрение человека.

Полученные в процессе исследования знания и накопленные факты позволили научиться создавать оптические иллюзии и управлять ими. Было бы интересно сделать в классе «Уголок иллюзий», где ребята знакомились бы с основами физики, проводили разные эксперименты и исследования, приносили и демонстрировали свои изобретения. В качестве первых экспонатов «Уголка иллюзий» предлагаю изготовленные мной   альбом оптических иллюзий. На сегодняшний день в изучении иллюзий осталось еще немало тайн, которые ждут своих открытий.  

         Список используемой литературы

           1. Перельман Я.И. “Занимательная физика”

2. Ресурсы интернет

3. Толковый словарь русского языка С.И. Ожегова

ПРИЛОЖЕНИЕ