Геометрия зрения. Зрительные иллюзии

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Гимназия № 24»

XXII научная конференция МАГНИ

Геометрия зрения, зрительные иллюзии.

Автор: ученик 5В класса

МАОУ «Гимназия №24» Кулинченко Ярослав

Консультант: учитель математики

Щетинина Наталья Сергеевна

Магадан, 2018

Содержание

Введение…………………………………….…………………………………....3

Зрительные иллюзии……………………………………….……………………5

Анатомия зрения………………………………………………............................6

Оптико-геометрические иллюзии.........................................................................9

Анализ тестирования, связанного со зрительными иллюзиями.......................16

Использование зрительных иллюзий человеком.........................................18

Практическая работа по созданию рисунков с иллюзиями………………....20

Заключение .……………………………………………......................................21

Список литературы ……………………………….........……….....……….…..22

ВВЕДЕНИЕ

"...не верь глазам своим!" Козьма Прутков

В гимназии я изучаю такой предмет, как наглядная геометрия. Это наука со своим специфическим методом познания мира, так как она изучает форму и взаимное расположение фигур в пространстве, их свойства. Это пространство, которое окружает нас. Все предметы в окружающем нас мире имеют три измерения, хотя не у всех можно указать длину, ширину, высоту. Мир, в котором мы живем, наполнен геометрией домов и улиц, гор и полей, творения природы и человека. Представители естественных наук, в частности физиков и астрономов всегда волновала надежность визуальных наблюдений.

Когда мы были маленькими, наши мамы говорили нам, что небо голубое. А так ли это на самом деле? Мы задаемся вопросом: "Как устроено человеческое восприятие?" Мы знаем, что 90% информации человек получает с помощью зрения, но также нам известно выражение "Не верь глазам своим".

Как и все мои сверстники, я активно пользуюсь сетью интернет, общаюсь с друзьями. Мне очень нравятся телепередачи «Игры разума» на телеканале «NationalGeographic» своей загадочностью, заставляющие задуматься: верить или нет тому, что ты видишь на мониторе? как объяснить увиденное?

Особенность таких иллюзий состоит в том, что порой даже люди с идеальным зрением неспособны увидеть оптическое искажение, заметить обман, понять, в чем же шутка. Картинки с иллюзиями потому так популярны, что с помощью обманов зрения можно проверить свою креативность, фантазию и способности своей зрительной системы к быстрой адаптации сложных визуальных образов.

Актуальность моего исследования состоит в следующем: решение, а иногда нахождение в визуальных парадоксах ошибок, являются полезной умственной гимнастикой и очень интересным занимательным делом.

Возможно, понимание визуальных парадоксов является одним из признаков того вида творческого потенциала, которым обладают лучшие математики, ученые и художники.

Поэтому объектоммоего исследования являются зрительные иллюзии, а предметом–изучение причин возникновения иллюзий.

Гипотеза:зрительные иллюзии можно объяснить с помощью наук: геометрии, физики, биологии.

Цель моей учебно-исследовательской работы: объяснить причины возникновения зрительных иллюзий и попытаться выяснить, когда лучше довериться зрению, а когда лучше поверить в его обман.

Задачи исследования:

• изучить теоретический материал по данной теме, рассмотреть понятие иллюзии.

• определить классификацию зрительных иллюзий

• раскрыть причину обмана зрения и иллюзий

• провести тестирование среди друзей, родственников, одноклассников связанное со зрительными иллюзиями.

• собрать коллекцию зрительных иллюзий

Методы исследования.

изучение научной литературы, сопоставление существенных признаков, доказательство, анализ, сравнение, обобщение.

Результатом моего исследования является умение распознавать зрительные иллюзии.

Зрительные иллюзии.

Человек воспринимает большую часть информации об окружающем мире благодаря зрению. Когда наш мозг получает очередную картинку, она подвергается всестороннему анализу. В некоторых случаях результаты анализа оказываются неточны или не могут охватить все смысловые нагрузки данной картинки.

Слово «иллюзия» происходит от латинского illusere – обманывать.

Зрительная иллюзия – ошибка в зрительном восприятии, искажение пространственных соотношений признаков воспринимаемых объектов,ошибка в оценке и сравнении между собой длин отрезков, величин углов, расстояний между предметами, в восприятии формы предметов, совершаемые наблюдателем при определенных условиях.

В настоящее время люди не только поражаются обманам зрения и забавляются зрительными иллюзиями, но и сознательно используют их в своей практической деятельности. Иллюзии применяются в архитектуре, изобразительном искусстве, цирковом искусстве, кинематографии и даже в военном деле.

Виды зрительных иллюзий:

• зрительное искажение;

• иллюзии цвета и контраста;

• восприятие размера;

• иллюзия движения;

• двойственные изображение;

• невозможные фигуры;

• распознавание образа;

• соотношение фигур и фона;

• перевёрнутые картины.

Анатомия зрения

Когда ученые объясняют феномен зрения, они часто сравнивают глаз с фотоаппаратом. Свет, подобно тому, как это происходит с линзами аппарата, попадает в глаз через небольшое отверстие — зрачок, расположенный в центре радужной оболочки глаза. Зрачок может быть шире или уже: таким образом, регулируется количество попадающего света. Далее свет направляется на заднюю стенку глаза — сетчатку, в результате чего в мозгу возникает определенная картинка (образ, изображение). Точно так же, когда свет попадает на заднюю стенку фотоаппарата, изображение фиксируется на пленку. Однако анатомия зрения не сводится к этому. Чтобы понять процесс сознательного визуального восприятия, необходимо исследовать и то, как человек, чтобы видеть, одновременно использует и глаза, и мозг, а для этого недостаточно простой аналогии с фотоаппаратом. Зрение формирует саму нашу жизнь, определяя не только то, насколько точно и отчетливо мы можем воспринимать свет, различать цвета и видеть те образы, что проходят перед нами, но и то, как мы проживаем собственную жизнь, что мы при этом испытываем и как взаимодействуем с окружающим миром.

Оптические обманы - не случайные спутники нашего зрения: они сопровождают его при строго определенных условиях, с неизменным постоянством закономерного явления и имеют силу для каждого нормального человеческого глаза. Человеку свойственно поддаваться иллюзиям зрения, обманываться относительно источника своих зрительных впечатлений, не следует вовсе рассматривать как всегда нежелательный недостаток, так как:

Во-первых, изображение на сетчатке перевернуто.

Во-вторых, из-за несовершенных оптических свойств глаза картинка на сетчатке расфокусирована или размазана.

В-третьих, глаз совершает постоянные движения, то есть, изображение находится в постоянной динамике.

В-четвертых, глаз моргает приблизительно 15 раз в минуту, а это значит, что изображение через каждые 5-6 секунд перестает проецироваться на сетчатку.

Поскольку человек обладает бинокулярным зрением, то фактически он видит два размытых, дергающихся и периодически исчезающих изображения, а значит, возникает проблема совмещения информации, поступающей через правый и левый глаз.

Что касается причин, обусловливающих ту или иную иллюзию зрения, то только для весьма немногих оптических обманов существует твердо установленное, бесспорное объяснение; к ним принадлежат те, которые обусловлены строением глаза: иррадиация, иллюзия Мариотта (слепое пятно), иллюзии, продолжаемые астигматизмом, и т. п.

Иллюзии, связанные с особенностями строения глаза:

Иррадиация

К акой из внутренних квадратов больше? Черный или белый?

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. Когда мы рассматриваем светлую поверхность на темном фоне, вследствие несовершенства хрусталика как бы раздвигаются границы этой поверхности, и эта поверхность кажется нам больше своих истинных геометрических размеров. На рисунке за счет яркости цветов белый квадрат кажется, значительно, большим относительно черного квадрата на белом фоне.

Эффектом иррадиации объясняется и различное впечатление от поверхностей, покрытых поперечными или продольными полосками. Поле с поперечными полосками кажется более низким, чем поле с продольными, так как белый цвет окружающий поля проникает наверху и внизу между полосками и визуально уменьшает высоту поля.

Слепое пятно

Естественные иллюзии появляются из-за особенностей в строении нашего зрительного аппарата. На поверхности сетчатки, у основания зрительного нерва, есть участок лишенный чувствительных к свету клеток. Лучи, приходящие в эту зону, не воспринимаются нами. Мы можем «терять» элементы окружающей нас картинки, если они совпадают со слепым пятном.

Проведем эксперимент.

Закрыв правый глаз смотрите левым на верхний крестик с расстояния 20 - 25 сантиметров. Вы заметите, что средний большой белый кружок исчезает совершенно, хотя оба меньших кружка по бокам его хорошо видны. Если, не меняя положения рисунка, смотреть на нижний крестик, кружок исчезает только отчасти. Этот опыт носит имя своего создателя – Мариотта.

Исчезновение элемента обусловлено тем, что при указанном положении глаза относительно фигуры изображение кружка попадает на так называемое слепое пятно - место входа зрительного нерва, нечувствительное к световым раздражениям.

Астигматизм

Астигматизмом - это неодинаковая выпуклость роговой оболочки глаза в различных направлениях (вертикальном, горизонтальном). Если в течении длительного времени смотреть одним глазом на довольно близком расстоянии, сосредоточив взгляд на белом квадратике вверху, вы приблизительно через полминуты заметите, что нижняя белая полоса исчезнет (вследствие утомления сетчатки).

Оптико-геометрические иллюзии

Перспектива.

Мы часто видим сходящиеся вдали параллельные линии (полотно железной дороги, шоссе и т. п.). Это явление называется перспективой.

Рассмотрим две «убегающие» от нас параллельные линии (трамвайные или железнодорожные). Они кажутся сходящимися в некоторой точке горизонта. При этом сама точка представляется нам бесконечно удаленной и недосягаемой.

Направление линий. Разнообразны иллюзии, относящиеся к восприятию направлений линий. Пример таких иллюзий дан на следующих рисунках. Длинные, косо направленные прямые линии на одном рисунке кажутся расходящимися в разные стороны. На этом рисунке прямые паралельные линии кажутся изогнутыми.