Мыслим #13 Зрительное восприятие, формы и оптика

Правило линейки

Прямых линий не бывает.

Восприятие оптических иллюзий

Восприятие образа целиком с однозначной интерпретацией часто оказывается невозможным. Рассмотрите эту ситуацию на основании трёх известных примеров.

Сколько здесь кубиков? 6 или 7?

Первый рисунок наше воображение воспринимает как плоское изображение пирамиды из кубиков, причём цветовое выделение подталкивает нас к одной из двух возможных интерпретаций, в которых наличие именно шести кубиков наиболее наглядно. Многие вариант с семью кубами не способны найти самостоятельно, только с подсказкой. То есть в восприятии и интерпретации этой картинки есть предпочтительный вариант.

Кто это? Прекрасная незнакомка или ужасная ведьма?

Для изображения незнакомки ситуация меняется. Ведьма или нет, но восприятие скачет между образом молодой или старой женщины, причём нет никаких однозначных объективных указаний на предполагаемый возраст. Поэтому если от нас потребуют однозначного ответа, он будет полностью субъективен.

Что это?

• Куб в углу комнаты?
• Куб, прилепленный извне к стене большего блока который мы не видим?
• Кубическая выемка с угла большего блока?

Для третьей конструкции (справа), если присмотреться внимательно, возможны все три варианта, но только первый можно назвать очевидным с житейской точки зрения. Второй несколько абстрактен и требует допущений о форме невидимой, но возможной части объектов. Поэтому требует осознанных усилий. Третий вариант на самом деле столь же очевиден, как и первый, но требует некоторого конструкторского или родственного технико-практического опыта. Поэтому встречается реже всего и требует умения «читать чертежи», именно так и именуют этот навык интерпретации изображений.
На основании этой последовательности примеров видно, что дело именно в способности увидеть сразу несколько вариантов и дать им осмысленную интерпретацию. При этом понятие «оптическая иллюзия» ни в коем случае нельзя ограничивать геометрическими конструкциями и/или развлечениями. Его повсеместным осмысленным, можно сказать классическим применением является актёрский грим, особенно в кино.

Увидеть невидимое

Посмотрите па портрет этого мальчика; на нём не дочерчены контуры головы; только точка для носа, точка для подбородка, точка для лба. Но это не мешает опознать человеческое лицо, и даже более того, что это ребёнок мужского пола. Как это возможно?
Ваше воображение легко дополняет недостающие черты. Но это производит только воображение, потому что если вы попросите нескольких человек дополнить этот рисунок линиями, идущими от волос к глазам, от глаз к носу, от носа ко рту, от рта к подбородку, то все рисунки будут различные; на одном нос будет тонкий и длинный, на другом круглый и т.д. То есть для распознавания нужны только самые важные элементы и их взаимное расположение.

На другом рисунке на черном фоне изображены два артиста, у которых художник не нарисовал пи рук, ни ног, ни туловища. Мысленно вы видите ноги и представляете себе положение рук, в особенности, если смотреть на рисунок с небольшого расстояния.

Мы с тобой одной крови

За разнообразием внешних форм часто трудно заподозрить, что на самом деле они составлены из нескольких одинаковых фигур. Попробуйте проделать это над предложенной фигурой. Проведите прямые линии, разделив её на три одинаковых фрагмента.

Хотя мы приводим решение сразу, попробуйте найти решение самостоятельно и засеките сколько времени на это ушло.

А теперь решите аналогичную задачу, только тремя прямыми для образования 4-х одинаковых фигур.

Сравните время. Помогла ли Вам практика с более лёгкой задачей?

Кроме того, этот тип задач ещё называют «из точки в точку», то есть разделение происходит за счёт прямых, соединяющих различные вершины многоугольников и сама логика подразумевает либо отсутствие пересечений, либо пересечения в вершине многоугольника.
А теперь попробуйте представить себе трудоёмкость задачи в которой линии могут идти произвольно, пусть и без взаимных пересечений внутри исходной фигуры.
Посмотрите на это пряник в форме собачьей головы и разделите его одной линией на две одинаковые части. Способны ли Вы решить такую задачу?

Ни верха, ни низа?!

Посмотрите на кубики. Можете определить где у них верх, а где низ? Вы уверены?
Каждая сторона каждого куба может быть стороной другого куба — это зависит от того, как вы посмотрите на них, вследствие этого ваши глаза «переключатся» между двумя разными способами восприятия кубов, фигура внизу состоит из двух разных кубов, и ваши глаза будут воспринимать ее то так, то эдак.
Сама по себе эта иллюзия просто забавна, но она говорит о том, что даже выявив в данных однозначную периодичность и следование строгому шаблону, может быть совершенно не ясно «с какой стороны» подходить к их анализу.
Или даже совсем наоборот, это явная подсказка что важен именно регулярный шаблон (элемент, его структура, форма и т.п.) как глобальная характеристика и его составляющие как конкретное наполнение. А различия при рассмотрении с разных сторон (в зависимости от их взаимной непротиворечивости) указывают либо на необходимость их объединения, либо на ошибочность части (или даже всех) попыток анализа.

Толщина зеркала

Если Вас попросят замерить толщину зеркала, то видя его край сделать это элементарно. А если бока зеркала скрыты в раме или оно «утоплено» в поверхность? Как поступить тогда?

Если приложить карандаш к обыкновенному зеркалу, можно заметить, что между концом карандаша и его отражением есть некоторое расстояние. Изображение в зеркале всегда кажется находящимся на таком же расстоянии позади зеркала, на каком сам предмет находится перед зеркалом. В стеклянном зеркале отражающий слой находится на обратной стороне стеклянной пластины, поэтому толщина зеркала в точности равна половине расстояния между карандашом, прислоненным пилотную к зеркалу, и его изображением в зеркале.
Но этот метод годится только для стеклянных зеркал. Изготовленные из отполированного материала (обычно это металл) зеркала отобразят карандаш касающимся оригинала. Толщину подобного зеркала косвенно изменить нельзя.

Затенённый обман

Выглядят ли линии на рисунке прямыми?

Все линии в сетке абсолютно прямые. Но способ, которым квадраты затенены, заставляет нас думать, что линии искривлены и квадраты словно «прорастают» из центра карточки.

Изображение состыковано с фрагментом без теней, и Вы можете убедиться, что линии вовсе не искривлены и строго параллельны.

Хотя для наглядности мы говорили о тенях, на самом деле речь идёт о градиенте интенсивности некоего признака как явном проявлении изменчивости и, чаще всего, его количественных оценках, аналогов скорости и ускорения изменений. Это несомненно если рассматривать градиент как самостоятельное и существенное явление. Однако формулировка задачи подсказывает что нас должно интересовать «внешнее» разбиение информации на блоки, причём весьма регулярной структуры и преобладанием одной из характеристик по значимости (в задаче — цвет). При этом говоря о структуре, надо иметь в виду, что основную «смысловую» нагрузку может нести не структурный элемент (квадрат в нашей задаче), а именно способ/механизм их разделения с их характеристиками (в задаче пересекаются два набора параллельных прямых под прямым углом).

Копия без копирки или копира

Нет ничего легче, как скопировать рисунок, даже если вы не имеете понятия о рисовании. Звучит заманчиво, но неужели для этого не нужно специальных приспособлений?
Достаньте оконное стекло приблизительно 20 сантиметров ширины и 30 сантиметров длины. Положите рисунок перед собою па стол, а сбоку положите белый лист бумаги. Поставьте вертикально между рисунком и бумагой ваше стекло, которое будет как бы перегородкой.
Возьмите в правую руку карандаш, удерживая стекло левой рукой. Держите голову над рисунком и смотрите па белый лист через стекло. Вы увидите на бумаге точное изображение рисунка, и останется только обвести все линии карандашом, удерживая всё время левой рукою стекло перпендикулярно к столу.

«Плавающие» ступеньки

Почему гранитные ступени набережной Невы у подножия сфинксов поднимаются и опускаются в такт с волной?
Те, кто вспомнит закон Архимеда могли бы быть правы, если бы ступеньки лежали на упругом основании. Вне жидкости ступенька сжимает основание и находится в некотором «устойчивом» состоянии. Когда набежит волна, ступенька потеряет часть веса, отчего сжатие упругого основания уменьшится и каменная ступенька поднимется. Не будем спорить: эффект возможный, но не в случае жёстких соединений.

Поэтому виновной в наблюдаемом эффекте действительно является вода, но как среда распространения света. Если ступенька А свободна от воды (уровень воды 1'), то наблюдатель О видит её по прямой ОА. Если вода поднимается до уровня 2', то луч света от точки А сможет попасть в глаз только по ломаной АВО, т.e. направление ОВ, в котором глаз видит точку А, поднимается вверх на угол Дельта, отчего ступенька кажется приподнятой. Если вода поднимется еще выше (уровень 3'), то и ступенька словно поднимется выше (угол Гамма>Дельта).

Спрятать звезду

Можно ли звезду закрыть спичкой, которую вы держите в вытянутой руке? Вы смотрите одним глазом, второй закрыт.
Можно в первом приближении. Хотя спичка и маленькая, зато она близко. Ведь закрывает же во время полного солнечного затмения маленькая, но близкая Луна большое, но далекое Солнце. Почему? Потому, что угловые размеры Луны несколько больше угловых размеров Солнца. Звёзды так далеки от нас, что, несмотря на свои огромные размеры, они даже в телескоп видны как точки. Иными словами, угловые размеры их ничтожно малы. Следовательно, как ни малы угловые размеры спички, они во много раз больше угловых размеров звезды.
Рассуждение в принципе верно, но стоит провести натурный эксперимент ночью. Вот вам спичка. Выбирайте любую звезду. Вас постигнет неудача: закрыть звезду спичкой не удастся. Давайте разберёмся детально.

• Во-первых, если бы вы могли повторить эксперимент днем, то убедились бы, что звезда закрывается спичкой. Разумеется, днём это можно проверить не на звезде, а на любом другом удаленном предмете, мало отличающемся ог точки.
• Во-вторых, точку, нарисованную на бумаге, спичкой удается закрыть без труда. Правда, ночью это удается только при условии, что спичка находится ближе к точке, чем к глазу. Днём это удается всегда.

Звезду в этой задаче можно рассматривать как точечный источник света, удаленный на бесконечно большое расстояние. В этих условиях все лучи от одной звезды, попадающие в глаз, параллельны. Зрачок же нашего глаза в этой задаче не может считаться точкой. Тем более он не является ею ночью, когда вы экспериментируете со звездами: приспосабливаясь к темноте, зрачок максимально расширяется, чтобы побольше пропустить света. Создаваемая звездой тень спички, падая на зрачок, не покрывает его полностью. Поэтому при любом положении спички (рисунки сверху) часть лучей от звезды проходит в зрачок и образует на сетчатке глаза в точке изображение звезды. При этом звезда кажется просвечивающей сквозь спичку, но, разумеется, выглядит менее яркой, так как часть ее лучей перехватывается спичкой.
Днем зрачок, приспосабливаясь к яркому свету, сужается так, что его диаметр оказывается меньше толщины спички. В результате малый удаленный предмет спичкой может быть закрыт полностью. И не только малый, если спичку приблизить к зрачку ещё ближе.

С точкой, нарисованной на бумаге, дело обстоит несколько иначе. Эта точка не является удаленной. Следовательно, перехватываемые спичкой лучи, исходящие из этой точки, не параллельны. Чем ближе спичка к точке, тем больше лучей она будет перехватывать (см. рисунок); в результате зрачок глаза может оказаться целиком в «тени» спички. Это произойдет тогда, когда угловые размеры спички «с точки зрения точки» станут больше угловых размеров зрачка.

Цветной обман

Присмотритесь.
Правда ли что зелёный цвет квадрата в центре темнее, чем на остальном изображении?

Зелёный цвет совершенно одинаковый на всем изображении. Но квадрат в центре выделен чёрными линиями, в то время, как на остальной картинке они белые. Чёрный цвет линий «протекает» в центральный квадрат и начинает казаться, что он темнее, чем на самом деле.

Если вы замените черные линии белыми, то иллюзия исчезнет, и вы увидите одинаково зеленый цвет на картинке.

Контрастное выделение части изображения (информации в общем случае) может оказаться результатом естественного процесса, а не осмысленной попыткой манипуляции над её получателем. Разобраться проще в тех случаях, когда один цвет доминирует (по занимаемой площади) над любыми остальными. Если наоборот, то надо быть крайне внимательным.

Почему пена непрозрачна?

Воздух прозрачен для света, вода также. А пена – пузыри воды, наполненные воздухом, – непрозрачна. Объясните.

Взято тут

Пена состоит из множества пузырьков газа (например, воздуха) самых причудливых форм, окружённых плёнкой жидкости. Хаотично ориентированные поверхности пузырьков отражают падающий свет в разные стороны, т.е. рассеивают его и ослабляют интенсивность. Кроме того, это придаёт пене цвет падающего на неё света, так как тонкая плёнка любой жидкости (пиво, шампуни, газированные напитки и т.п.), окружающая газовые пузырьки, практически бесцветна на просвет и почти не влияет на цвет пены. Поэтому белый или солнечный свет создают ощущение непрозрачности, в то время как красный фонарь, например, окрасит пену в оттенки красного.

Живая ваза

Присмотритесь к рисунку и попробуйте определить,
когда Вы видите одно, а когда другое.

На картинке можно увидеть и два лица, и вазу — зависит от того, как вы посмотрите. Если вы сосредоточитесь на боковых частях, то они начнут казаться лицами с небольшим пространством между ними. Но если вы сфокусируетесь на центральной части, то это «пространство» станет вазой, а лица — пустым местом вокруг нее.
Хотя этот пример нацелен именно на облегчение восприятия смыслового контраста <предмет — лицо человека>, информационные комбинации с наличием преобладающей симметричности и «взаимного вычитания» (скорее всего с локальными и мелкими огрехами) характерны и для реальных данных. Но главным при их анализе должна быть двойственность (ваза — лица), так как симметрия больше является механизмом для образования этой двойственности. То есть этот простой пример несколько неожиданно служит наглядным примером структурно–функционального анализа. Это не означает вторичности функционального наполнения, оно скорее предсказуемо по своей природе и именно на этом стоит концентрироваться анализируя функциональную часть.

«Кривой» квадрат

Присмотритесь, не правда ли что у этих квадратов
стороны немного изогнуты вовнутрь?

Возьмите любой предмет с прямой стороной и приложите к сторонам квадратов на картинке. Стороны окажутся прямыми.
Но куда интереснее самого факта мнимого искажения будет то, что стороны квадрата будут казаться прогнутыми к центру, словно внутри есть тяжёлый объект и наблюдается эффект гравитационного искажения.
Эта иллюзия интересна именно этим — сможет ли зритель найти дополнительные аналогии или ассоциации воспринимая изображение целиком, а не как отдельные квадраты и концентрические окружности.

Светлее тёмного

Темнеет ли полоска в центре, слева на право?
Закройте всё, кроме неё, чтобы проверить.

Вся полоска одного цвета. Вы можете в этом убедиться, закрыв остальную часть изображения, лучше всего при помощи однотонной цветной (так нагляднее) или хотя бы белой бумаги. На исходной картинке правая часть полосы контрастирует с очень светлым фоном, выглядя при этом темнее. Левая же часть, находясь на тёмном фоне, кажется светлее.
Эта иллюзия служит подсказкой: а) для одних как выделить результат, чтобы он казался «лучше» или «хуже», являясь на самом деле «нормальным»; б) для других — учит игнорировать фон чтобы сконцентрироваться на основной информации.

Обман знания

Наряду с «обманами зрения» существуют и «обманы знания». Человек думает, что отлично знает предмет, а на проверку оказывается, что ому известны только его собственные, зачастую неверные представления о нем.

Вот карта клочка земли, омываемого волнами одного из морей.
Попробуйте по силуэту определить, что это за место.

Вероятно, вы быстро сообразили, что хоть какое-то сходство в контурах имеет полуостров Крым. Сообразили или вообразили? Сходство есть, но вот какое?

Взгляните на карту настоящего Крыма (на рисунке слева). Клочок суши с рисунка вверху является похожим, но, так сказать, зеркальным изображением карты Крыма (рисунок правее).
На самом деле данная задача иллюстрирует принятие решения на основе частичных совпадений после неискажающих преобразований. Причём картинки крайне наглядно доказывают всю приблизительность такого сравнения, так как есть как совпадающие по форме характерные участки, так и отличающихся. Но поскольку совпадающих признаков больше и их «размер» тоже больше, было принято решение о том, что эта форма напоминает полуостров Крым.