Зрительные иллюзии

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 огромное место и тесно переплетается с действительностью.

Зрительные иллюзии связаны с некоторыми ограничениями и погрешностями процесса переработки информации в зрительной системе. Действительно, при рассматривании определенных объектов в специфическом окружении или в особых условиях наблюдения человек зачастую не вполне правильно оценивает размер, форму или цвет объектов, характер их движения, условия освещения и т. д. Часто «ошибочные» видимые образы очень убедительны, и человек, как правило, не может их «откорректировать» по своему желанию, даже если прекрасно осведомлен о том, что он должен был бы видеть, если бы зрение его не обманывало. Кроме того, к разряду зрительных иллюзий относят не только систематические ошибки восприятия, но и множество изобретенных людьми впечатляющих зрительных эффектов, в основе которых лежат фундаментальные свойства зрительных механизмов, а не их недостатки. Таким образом, большинство классических иллюзий, демонстрирующих значительные отличия параметров видимого образа от физических параметров объекта, имеет смысл рассматривать как проявление таких «недостатков» зрительной системы, которые фактически являются продолжением ее достоинств.

В научной и популярной литературе описаны многие сотни зрительных иллюзий. Причины некоторых из них давно установлены, а других — до конца не раскрыты до сих пор. Поскольку видимые образы являются результатом длинной цепи преобразований и анализа световых сигналов на их пути через оптический аппарат глаза, сетчатку и множество мозговых отделов зрительной системы, очевидно, что разные зрительные иллюзии могут отражать особенности функционирования разных звеньев этого пути. В связи с этим зрительные иллюзии естественным образом распадаются на ряд категорий. Одни зрительные иллюзии объясняются свойствами оптического аппарата глаза, другие отражают особенности связей между нейронами сетчатки или зрительной коры, третьи определяются характером взаимодействия двух глаз, четвертые порождаются процессами адаптации или утомления, пятые связаны инерционными свойствами нервных путей, шестые — с влиянием глазодвигательной системы и т. д. Однако процесс познания природы зрительных иллюзий осложняется тем, что причины большинства зрительных иллюзий носят множественный характер, т. е. в эти иллюзии вносит вклад целый комплекс факторов, относящихся к разным этапам процесса переработки зрительной информации.

Систематическое изучение зрительных иллюзий началось примерно с середины 19 века. Во второй половине 19 — начале 20 веков было создано множество тестовых изображений, демонстрирующих наличие значительных ошибок в оценке размеров и формы геометрических фигур. В основе этих зрительных иллюзий лежит то обстоятельство, что на формирование видимого образа данного объекта всегда в большей или меньшей мере влияют объекты, располагающиеся по соседству с ним в поле зрения. Иными словами, наше зрительное впечатление о величине и форме объекта зависит от контекста, в котором он рассматривается. Это свойство нашего зрения было замечено очень давно. В частности, 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.

Прогресс техники в последние десятилетия неизмеримо увеличил возможности создания новых иллюзий, большая часть которых относится к числу динамических, т. е. возникающих при наблюдении подвижных и меняющихся изображений, которые удобно генерировать при помощи компьютерной техники.

Геометрические иллюзии

Одна из самых популярных и изученных зрительных иллюзий — иллюзия Мюллера-Лиера (Mueller-Lyer, 1889). Исходный рисунок содержит два равных горизонтальных отрезка с прилегающими более короткими отрезками разной ориентации, создающими впечатление стрелок и усиков. Большинству испытуемых отрезок со стрелками кажется значительно короче отрезка с усиками. Если уменьшать отрезок с усиками до тех пор, пока он не покажется равным отрезку со стрелками, у многих взрослых людей объективная разница в длине отрезков превысит 30% (ошибки в оценке длины изолированных отрезков обычно не превосходят 1-2%).

Иллюзии Целльнера демонстрируют влияние наклонных пересекающих линий на восприятие параллельности. Можно представить 2 варианта таких иллюзий. В первом случае прямые параллельные линии пересекаются пучком лучей, расходящихся из центральной точки. Параллельные линии воспринимаются заметно искривленными — расстояние между центральными точками кажется больше, чем между крайними. Во втором случае более близкая к точке расхождения лучей вертикальная сторона квадрата кажется длиннее противоположной.

Зрительные иллюзии, обусловленные перспективой, возникают, если сравниваемые по величине отрезки или фигуры накладываются на сетку линий, намекающих на трехмерность сцены. При этом создается впечатление разной удаленности фигур, так как человеку трудно отрешиться от влияния своего жизненного опыта, говорящего ему, что объекты равной величины, находящиеся на разных расстояниях от глаз, должны быть видны под разными углами зрения, и наоборот — объекты, видимые под равными углами зрения, но находящиеся на разных расстояниях, должны иметь разную величину.

Возникновение бинокулярных зрительных иллюзий обусловлено работой механизмов бинокулярного зрения. Например, если свернуть лист писчей бумаги в трубочку диаметром около 3 см и глядеть через нее вдаль, приставив ее к одному глазу, а вторым глазом разглядывать ладонь второй руки, приставленную вплотную к дальнему концу трубки, большинство людей увидит в ладони четкую дыру, сквозь которую хорошо просматриваются удаленные предметы. Здесь бинокулярные механизмы объединяют два направления, соответствующие зрительным осям левого и правого глаз, в одно направление. Другой пример бинокулярной зрительной иллюзии можно наблюдать, если поместить кисти рук на расстоянии 30-40 см от лица, расположив указательные пальцы горизонтально и сведя их вместе, а затем посмотреть мимо пальцев вдаль. При этом обычно начинает казаться, что между пальцами появился объект, похожий на сосиску. Эта «виртуальная сосиска» будет тем длиннее, чем дальше будет находится точка фиксации взора. Эта иллюзия объясняется особенностями работы механизмов, формирующих единый бинокулярный образ предмета на основе несколько различающейся информации, поступающей от левого и правого глаз.

Строго говоря, любое изображение может быть истолковано многими различными способами, но зрительная система человека обычно мгновенно отдает предпочтение самой привычной и наиболее вероятной интерпретации, так что воспринимаемый образ не претерпевает радикальных изменений во времени. Однако можно создать изображение, для которого будут равновероятными две или более интерпретации. В таком случае зрительная система будет колебаться в выборе решения, и видимые образы будут сменять друг друга — возникнет иллюзия «выворачивания фигур». Примером могут служить изображения, не содержащие точных признаков того, какие точки находятся ближе (выше) других, в частности — ортографическая проекция куба, заданного только своими ребрами. При длительном наблюдении такого куба кажется, что его передняя и задняя грани все время меняются местами, т. е. куб как бы все время выворачивается. С помощью секундомера можно даже оценить число таких изменений за минуту.

Иллюзии Каниши (Kanizsa, 1955) эффектно демонстрируют мощь экстраполяционных и интерполяционных механизмов зрения человека. Основой таких иллюзий являются наборы геометрических фигур с вырезами, соответствующими ситуации частичного прикрывания этих фигур непрозрачным объектом. Хотя на рисунке никаких деталей прикрывающего объекта нет, у зрителя возникает стойкая иллюзия, что он видит его. Это происходит потому, что зрительная система, ориентируясь на вырезы, порождает так называемые когнитивные контуры (порождаемые сознанием человека в силу сложившейся у него системы зрительного восприятия) и немного высветляет образованную ими замкнутую поверхность.

В последние годы было предложено много стереоскопических вариантов иллюзии Каниши — стереопар, позволяющих зрительной системе формировать на основе когнитивных контуров не плоские, а объемные иллюзорные конструкции.

Хотя зрительные механизмы человека обеспечивают ему возможность узнавать объекты, рассматриваемые в разных ракурсах и в разной ориентации, человек привыкает к определенным условиям наблюдения, преобладающим в повседневной жизни. Вследствие этой привычки разные ориентации объектов становятся для человека существенно неравноправными. Особенно это касается человеческих лиц и печатного текста. Перевернув фотографию человека вверх ногами, мы можем не узнать его или ошибочно оценить выражение его лица, а, перевернув текст, мы будем читать и анализировать его медленнее. Привычка воспринимать объекты в определенной ориентации укрепляется с возрастом, если этому не препятствует характер деятельности человека. Как правило, у дошкольников эта привычка еще не очень сильна. Например, им часто безразлично, как держать книгу во время чтения.

Если человек долго смотрит на вращающийся структурированный объект, и этот объект внезапно останавливается, человеку начинает казаться, что после остановки объект начинает вращаться в обратную сторону — наблюдается последействие вращения. Эту иллюзию хорошо наблюдать, используя круги со случайно нанесенными пятнами.

При наблюдении вращающихся эксцентрических кольцевых фигур возникает так называемый стереокинетический эффект — объект приобретает сильную иллюзию глубины. Интересно, что при наблюдении одним глазом (монокулярно) иллюзия обычно заметно сильнее, чем при бинокулярном наблюдении, что объясняется влиянием бинокулярных механизмов восприятия глубины. У людей с нарушениями бинокулярного зрения разница между бинокулярными и монокулярными условиями может отсутствовать или иметь обратный знак.

Автор: Г.И. Рожкова