Оптические иллюзии

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
гимназия № 18
Оптические иллюзии
Название секции: естествознание
Автор:
Котовщикова Дарья Константиновна
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
гимназия № 18 г. Нижний Тагил Свердловской области
1 класс
Научный руководитель:
Бабайлова Елена Владимировна
учитель начальных классов
г. Нижний Тагил
2013 /2014 учебный год
Аннотация
В работе раскрываются секреты возникновения некоторых оптических
иллюзий, на практике доказано, что иллюзии не более
чем неверное
восприятие действительности нашим мозгом. То, что кажется нам
удивительным и невозможным, можно объяснить с помощью законов физики,
биологии и психологии. На основании данного вывода в работе представлены
результаты использования оптических иллюзий при создании мультфильма.
2
Содержание
Введение
4
Глава 1.
1.1.Классификация оптических иллюзий
6
1.2.Природа возникновения оптических иллюзий. Игра света и тени.
7
1.3.
Движущиеся картинки
8
1.4.
Кривые зеркала
11
1.5.
Оптические иллюзии с жидкостями
12
Глава 2.
2.1. Практическое применение оптических иллюзий
14
2.2. Технология создания мультфильма
15
Заключение
16
Список использованных источников
17
3
Введение
Жизнь вокруг нас – иллюзия, рожденная нашим сознанием…
Трудно придумать что – либо, более привлекающее внимание и
вызывающее
интерес,
чем
оптические
иллюзии.
Ученые,
художники,
дизайнеры – вот только небольшой список тех, кто посвятил свою жизнь
созданию оптических иллюзий. Что же это такое?
Как «оживают» картинки? Почему плоские нарисованные предметы
кажутся нам объемными? Как можно увидеть движение на бумаге, ведь такого
не бывает? Как же наши глаза обманывают наш мозг? А может быть, мозг
обманывает глаза? Наша работа посвящена попытке ответа на данные вопросы.
Актуальность с личной точки зрения. Побывав на просмотре фильма в
3Д изображении, рассматривая изображения в детской энциклопедии,
посвященной данной проблеме,
я решила попытаться раскрыть секрет
возникновения некоторых оптических иллюзий.
Актуальность с научной точки зрения заключается в получении новых
знаний об оптических иллюзиях и их практическом использовании в
современной жизни.
Практическая
значимость:
в
работе
раскрываются
секреты
возникновения некоторых оптических иллюзий, на практике доказана
гипотеза, что иллюзии не более чем неверное восприятие действительности
нашим мозгом. На основании данного вывода в работе представлены
результаты использования оптических иллюзий при создании мультфильма.
Результаты работы представлены на уроках окружающего мира и во время
внеурочных занятий по теме: «Этика человеческих взаимоотношений».
Цель проекта: изучить природу возникновения оптических иллюзий, на
основе полученных знаний определить область применения оптических
иллюзий.
Задачи:
1. Классифицировать оптические иллюзии;
4
2. Объяснить
природу
возникновения
некоторых
оптических
иллюзий;
3. Научиться
применять
полученные
знания
при
создании
мультфильма.
Объект исследования: оптические иллюзии.
Предмет исследования: процесс возникновения оптических иллюзий
при создании мультфильма.
Используются
следующие
эмпирические
методы:
наблюдение,
эксперимент, моделирование, а также теоретические: изучение литературы по
данному вопросу, анализ, синтез, обобщение и классификация. [3]
5
Глава 1.
1.1.Классификация оптических иллюзий.
Оптической иллюзией называется несоответствующее действительности
представление видимого явления или предмета вследствие особенностей
строения нашего зрительного аппарата. Попросту говоря - это неверное
представление реальности.
Распространено мнение, что оптические иллюзии – это обман зрения. На
самом деле это не совсем верно. Как можно обмануть зрение? В принципе,
никак, если это не связано с какой – либо болезнью.
Почему возникают оптические иллюзии? Зрительный аппарат человека сложно
устроенная
система
со
вполне
определенным
пределом
функциональных возможностей. В нее входят: глаза, нервные клетки, по
которым сигнал передается от глаза к мозгу, и часть мозга, отвечающая за
зрительное восприятие. В связи с этим выделяются три основные 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 опять же приводит к ошибочному восприятию;
3) мозг не всегда правильно реагирует на сигналы, приходящие от глаз.
Часто оптические иллюзии возникают сразу по двум причинам: являются
результатом специфической работы глаза и ошибочного преобразования
сигнала мозгом.
Таким образом, можно сделать вывод, что оптические иллюзии – это
обман нашего мозга, а зрение является лишь посредником, который этот обман
передает.
Оптические иллюзии можно классифицировать по трем основным
группам:
 Природные иллюзии. Примером может служить мираж.
6
 Искусственная иллюзия. Это не что иное, как фокус, трюк,
созданный руками человека, например, «левитация».
 Смешанные иллюзии. Пожалуй, самый большой раздел иллюзий.
Он включает в себя и известные иллюзионные картинки, различные
модели, и естественно этот “обман” создается человеком.[1]
1.2.Природа возникновения смешанных оптических иллюзий.
Игра света и тени
Остановимся более подробно именно на этом, самом интересном разделе
оптических иллюзий. После того, как изображение по зрительному нерву
передается в мозг, он сам определяет, как далеко находится объект, какого он
формы и цвета, движется ли он. В основе оптических иллюзий – изображение,
которое заставляет мозг «додумывать» его фрагменты, вводя в заблуждение.
Мозг воссоздает цельное изображение, сопоставляя картинку перед глазами с
уже известными ему образами. Когда мозг получает лишь фрагмент
изображения, он «додумывает» недостающие детали. Картинки, в которых
намеренно опущена какая-то часть, создают оптические иллюзии, и мы видим
то,
чего
нет,
или
нам
кажется,
будто
изображение движется.
Приведем простой пример. Посмотрим на
эти квадраты. Они выпуклые или вогнутые? А
если перевернуть картинку?
Рис.1
Как это происходит? Наш мозг «додумывает» отсутствующие фрагменты
картинки. Обычно свет падает сверху. Поэтому когда светлая полоска сверху,
квадраты кажутся выпуклыми. А если светлая полоска внизу, квадраты кажутся
вогнутыми.
Таким образом, объяснение этому явлению оказалось очень
простым.
Среди
оптических
иллюзий
особое
место
занимают
фигуры,
существование которых невозможно. Умелое использование художником света
7
и тени позволяет обычный плоский рисунок превратить в объемный. В
реальности же такие фигуры сделать не получится.
Например: посмотрим на эту лестницу. Попробуем добраться до
верхней ступеньки? Кажется, что у лестницы нет начала и конца, так как свет и
тень подобраны в определенном порядке. Не сразу
поймешь, что перед тобой иллюзия и объяснение ее
довольно просто.
Разве может двигаться картинка на бумаге?
Глазу трудно сфокусироваться на линиях или
контрастных
цветах,
расположенных
слишком
близко друг к другу. Возникает перегрузка, и мозг
Рис. 2
воспринимает вовсе не то, что видит, поэтому, кажется, будто картинка
движется.
Например: посмотрим на этот рисунок. Что мы видим?
Кажется, что изображение движется. Следуя за
линиями, перестраиваясь с одного цвета на другой,
глаза немного двигаются, а мозг считает, что
движется картинка. [2]
Рис. 3
Вывод: в основе данных иллюзий лежит игра света и тени, созданные
художниками.
1.3. Движущиеся картинки
Когда мы видим объект в движении, он, даже скрывшись из виду, на
долю секунды остается перед глазами. Это объясняет возникновение другой
оптической иллюзии: если перед глазами быстро сменят друг друга много
8
неподвижных картинок и при этом каждая из них немного отличается от
предыдущей, поэтому нам кажется, будто картинка ожила.
Докажем это, изготовив несложные игрушки: таумотроп и кинеограф.
Тауматро́п (от др.-греч. θαῦμα — чудо и τροπή — вращение) — игрушка,
основанная на оптической иллюзии: при быстром вращении кружка с двумя
рисунками, нанесенными с разных сторон, они воспринимаются как один. Была
особо популярна в Викторианскую эпоху. [1]
Рис. 4 Изготовление тауматропа
Возьмем диски с картинками птички и клетки и проделаем отверстия с
двух сторон.
Сложим диски с картинками наружу, причем диск с клеткой перевернем.
Отрежем 2 кусочка нитки по 25 см. каждый. Проденем нити в отверстия и
завяжем узелком. Натянем нитки и сильно подуем на диски, чтобы они
завертелись.
Что произойдет? При вращении мы будем видеть то птицу, то клетку. Но
когда диски завертятся быстрее, мозг не сможет отделить одну картинку от
другой, они совмещаются, и мы увидим птицу в клетке.
Рис. 5 Тауматроп в действии
9
Кине́ограф
(Kineograph) —
приспособление
для
создания
анимированного изображения, состоящего из отдельных кадров, нанесённых на
листы бумаги, сшитые в тетрадь. Зритель, перелистывая особым способом
тетрадь, наблюдает эффект анимации. Кинеография является одной из форм
мультипликации. [1]
Скрепим в виде книжки 24 маленьких листка бумаги. На последней странице
книжки нарисуем силуэт человека.
Рис. 6 Работа по изготовлению кинеографа
Перелистаем страницу и обведем контуры человека, немного изменив
лишь положение ноги или руки. Тоже рисуем на других страницах.
Теперь быстро листаем книжку - кинеограф, прижав страницы большим
пальцем, от конца к началу. Что произойдет?
Фигурка человека придет в движение. Картинки, которые показывают
определенный этап движения, с большой скоростью
сменяют друг друга, и нам кажется, будто объект на
экране движется.
На
этом
мультфильмы.
принципе
Все
чаще
основываются
и
чаще
фильмы
все
и
мультфильмы снимаются в формате трехмерных изображений. Когда мы
приходим в кинотеатр, нам выдают специальные очки, с помощью которых мы
видим на экране трехмерное изображение, т.е. картинку, которую сложно
10
отличить от реальной. Кажется, что можно протянуть руку и потрогать
предмет. Но если снять очки, то картинка окажется размытой. Как же
изображение оживает?
На самом деле такие изображения состоят из
двух картинок, наложенных друг на друга. Линзы
очков разного цвета: красная и голубая. Они
позволяют каждому глазу фокусироваться лишь на
одном
изображении.
Мозг
сопоставляет
два
изображения, и мы видим объемную картинку.[5]
Такие очки можно сделать и самому.
Рис. 7
Вывод: в основе данных оптических иллюзий лежит обман мозга: быстро
сменяющиеся неподвижные картинки создают эффект движения, наш мозг не
успевает отличить одну картинку от другой.
1.4.Кривые зеркала
Увлекшись данной темой, я продолжила свои исследования.
Кто не смеялся, глядя на себя в кривое зеркало? В одном зеркале ты
низенький и толстый, в другом – длинный и тощий. Отражение в кривом
зеркале тоже кривое. На этом принципе основан особый вид искусства: заранее
искривленное изображение подносят к кривому зеркалу, где оно приобретает
правильную форму.
Давайте проведем эксперимент. Возьмем зеркальный цилиндр и положим
перед ним искривленное изображение. А теперь
посмотрим на отражение в зеркальном цилиндре.
Что произойдет? Когда лучи света попадает
на кривое зеркало, они отражаются в разных
направлениях и отражение искривляется. А кривое
зеркало выпрямляет изображение, и мы видим
исходную картину.
Рис. 8
11
Попробуем посмотреть на отражение не в кривом зеркале, а на вогнутой
поверхности. Возьмем обычную блестящую столовую ложку и посмотрим на
свое отражение на ее вогнутой поверхности.
Рис. 9
Что произойдет?
Отражение
окажется
перевернутым.
Падая
на
вогнутую
поверхность ложки, лучи света перекрещиваются, и отражение оказывается
перевернутым.
Подобный эффект использовали для отправки шифровальных
писем. Прочесть письмо можно было, только поднеся его к кривому зеркалу.
Вывод: в основе этих оптических иллюзий лежат законы физики о
преломлении лучей. Эти законы мы будем изучать в старших классах.
1.5. Оптические иллюзии с жидкостями
Если смотреть на предмет, погруженный в жидкость, он покажется
кривым, а может и вовсе стать невидимым. Еще легко спутать, где лево, где
право. А все потому, что вода изменяет направление лучей света. Следующие
эксперименты помогут понять, как это происходит.
12
Рис. 10
Наполним пробирку (или любой другой прозрачный сосуд) водой, но не
полностью, а на половину или чуть больше.
Опустим в воду карандаш и будем держать его вертикально.
Посмотрим через стекло на карандаш – он по-прежнему прямой.
А теперь отпустим карандаш, он наклонится на стенку пробирки.
Посмотрим через стекло на карандаш – он как будто бы сломался.
Рис. 11
Вывод: по воде свет распространяется медленнее, чем по воздуху. На
границе веществ лучи искривляются. Вот почему на границе воды и воздуха
лучи света искривляются, и кажется, будто карандаш сломан.
13
Рис. 12
Наполним пробирку (или любой другой прозрачный сосуд) водой.
На листке бумаги нарисуем стрелку. Пусть она указывает вправо.
Посмотрим на стрелку через стекло. И будем потихоньку отодвигать лист
бумаги от пробирки. Стрелка вдруг покажет влево.
Вывод: пока мы держали стрелку рядом с пробиркой, отраженные лучи
света распространялись прямо. Но чем дальше мы отодвигали бумагу, тем
сильнее вода искривляла лучи. На определенном расстоянии лучи отклонились
так сильно, что изображение перевернулось.
Таким образом, объяснение оптических иллюзий можно дать с помощью
физических законов.
Глава 2
2.1.Применение оптических иллюзий
Оптические иллюзии применялись с давних времен и применяются
сегодня
в
помещений,
моделировании
одежды,
проектировании
зданий,
дизайне
написании картин, создании грандиозных шоу и т.д.
Как
подчеркнуть достоинства фигуры, зрительно увеличить пространство комнаты,
сделать зрелищным праздник? Теперь я понимаю, что основой для создания
необходимого эффекта является игра света и тени, создаваемые художниками.
В нашей семье, как оказалось, мы постоянно используем оптические иллюзии.
Например, при выборе одежды или во время ремонта квартиры. А в парке
аттракционов я могу объяснить некоторые фокусы (например, в «Комнате
смеха»).
14
Однако самым интересным для меня является оптическая иллюзия
движущихся картинок.
Изучив природу их возникновения, я решила применить свои знания для
создания собственного мультфильма.
2.2. Технология создания мультфильма
Для работы над созданием собственного мультфильма мне понадобились
фломастеры, альбом, фотоаппарат и, конечно, помощь учителя для обработки
полученных результатов на компьютере.
Но сначала необходимо было разработать сценарий будущего «шедевра».
Я назвала его «Веселая прогулка». В его основу легла тема о том, что
вместе гулять и играть гораздо веселее, чем в одиночестве, как, кстати, и
работать над созданием фильма.
Этапы работы:
1. В альбоме я изобразила героев мультфильма, вырезала фигурки,
нарисовала дополнительные детали, которые должны будут
показать смену настроения героев;
2. Выложив фигурки на стекло, я начала
фотографировать каждое движение героев.
Процесс этот оказался очень длительным и
трудоемким. Фотокамеру я установила на
штатив,
чтобы
каждый
снимок
минимально отличался от предыдущего. В
этой работе мне помогала моя подруга и
учитель.
Рис. 13
3. Затем с помощью специальной компьютерной программы каждый
кадр занял свое место в мультфильме;
4. И,
конечно,
чтобы
придать
мультфильму
большую
эмоциональность, мы подобрали и наложили музыку.
5. Какой же фильм обойдется без зрителей!
15
Рис. 14 Просмотр мультфильма
Заключение
Работая над темой проекта, я поняла, что оптические иллюзии помогают
нам лучше понять природу восприятия изображений. То, что кажется нам
удивительным и невозможным, можно объяснить с помощью законов физики,
биологии и психологии.
Таким образом, цель, поставленная в начале
исследования, достигнута. В будущем я планирую расширить свои знания по
этой интересной теме и узнать, в какой области можно использовать знания об
оптических иллюзиях с жидкостями и кривыми зеркалами.
16
Список использованных источников:
1. opticheskie-illyuzii-obman-zreniya/
2. Лемени-Македон П., Лаборатория оптических иллюзий – М.: Эксмо, 2012. - 31 с
3. Новожилова М. М. и др. Как корректно провести учебное исследование: от замысла к
открытию – М. 5за знания, 2011.-216 с.
4. Татьянченко Д. В. , Воровщиков С. Г. Культура познания – познание культуры. –
Челябинск: Брегет, 1998. – 193 с.
5. К. Томпсон, Э. Хокинс, С. Харрис, Человек. Факты в трех измерениях – М.:
МАХАОН, 2010. - 14 с
17