Анна Кириченко 
Що таке оптична ілюзія?
Якщо коротко, то оптична ілюзія – це викривлене сприйняття реальності, яку ми спостерігаємо та оцінюємо за допомогою органів зору. Причин виникнення ілюзій може бути безліч: від фізичних (як, наприклад, «зламана» ложка у склянці з водою) до медичних (внаслідок прийому препаратів, які спричиняють галюцинації). Одними з найбільш поширених є «помилки» сприйняття кольору, простору та руху.
Популярні приклади оптичних ілюзій
Насправді, існує нескінченно багато прикладів омани зору, із якими кожен стикався хоча б раз у житті. Сюди можна віднести схильність розпізнавати знайомі силуети у хмарах або ж таке оптичне явище, як веселка. Але розглянемо приклади, на які ви могли натрапити в інтернеті.
Танцівниця
Багато хто з вас, напевно, бачив ілюзію танцівниці, яка рухається як за годинниковою стрілкою, так і проти неї – кожний це бачить по-своєму. У декого фігурка постійно змінює свій напрямок руху. Проте переважна більшість людей бачить рух саме за годинниковою стрілкою. В інтернеті цей феномен ще відомий, як тест на роботу півкуль мозку, який нібито показує, яка з них є домінантною у людини. Але ця теорія так і не знайшла свого підтвердження.
«Рисові хвилі»
Це кольорова картинка, на якій зображені зерна рису, розташовані у певному порядку. Утворені візерунки та гра світлотіні разом створюють відчуття, ніби картинка рухається. Хоча не всі спостерігають таке явище. За оцінками, близько 5% людей бачать картинку статичною.
Схиляста дорога
Перед нами дві фотографії вулиці із зображеною у перспективі дорогою. Здається, що фото зроблені з трішки різних ракурсів, хоча насправді це два абсолютно однакових зображення. Ефект схилу досягається завдяки тому, що вони знаходяться поруч. Проте якщо розмістити фото одне під одним, все стане на свої місця.
До сьогодні вважалося, що омана зору виникає тоді, коли мозок «домислює» деталі, які не бачать наші очі. Проте останні дослідження свідчать про інше.
Що з цього приводу говорить наука?
Останні здобутки з нейробіології свідчать про те, що більшість оптичних ілюзій спричинена саме анатомічною обмеженістю в роботі ока та зорового нерва, а не більш складними психофізіологічними процесами, як вважалося раніше. Про це йдеться в результатах дослідження, опублікованого у науковому журналі Computational Biology.
Такий висновок Джоліон Тросянко та Деніел Осоріо, вчені з Університету Ексетера (Англія), зробили на основі аналізу 52 феноменів сприйняття, які пояснюють механізм бачення. Для цього вони створили комп’ютерну модель, яка імітує людський зір. Модель дістала назву Spatiochromatic Bandwidth Limited (далі – SBL) model, або «просторово-хроматична модель обмеженої пропускної спроможності». Термін «просторово-хроматичний» означає, що для візуального аналізу об’єкта використовуються дані щодо його положення у просторі, а також його кольорові (хроматичні) властивості, такі як тон, освітленість та насиченість. Під «пропускною спроможністю» мається на увазі той об’єм інформації, який наш мозок може опрацьовувати одночасно.
Ця модель використовує комп’ютерний код, який дозволяє обробляти окремі ділянки зображення з тією ж швидкістю, що і людський мозок. Тобто більш досконалу технологію штучно обмежили, аби вона якомога краще відповідала нашим власним візуальним можливостям. Науковці стверджують, що такий підхід є новаторським, адже раніше ніхто не розглядав вплив обмеженої пропускної спроможності ока на візуальну обробку зображення.
Коротко про анатомію зору
Людське око – напрочуд складний оптичний механізм, який за допомогою багатьох «компонентів» здатен поглинати світло та передавати його до мозку у вигляді нервових імпульсів для їх подальшої інтерпретації. Цей парний орган допомагає нам збирати інформацію про оточуючий світ, оцінювати зміни навколо та відповідно реагувати на них. Усі ці процеси дуже подібні до комп’ютерних обчислень.
Рогівка та кришталик працюють у парі, заломлюючи та фокусуючи надхідний потік світла, коли він потрапляє до зіниці. Райдужна оболонка ока, тобто його кольорова частина, регулює кількість світла та контролює розмір зіниці. Одержане світло фокусується на сітківці – задній поверхні ока, яка відповідає за передачу сигналів у мозок. Сітківка складається з двох типів світлочутливих рецепторів: паличок та колбочок. Палички мають високу фоточутливість та відповідають за бачення при слабкому освітленні. А от колбочки найкраще реагують на яскраве світло та беруть участь у кольоровому сприйнятті. Коли світло потрапляє до ока, воно поглинається цими двома фоторецепторами, а далі по зоровому нерву передається у мозок у вигляді електричних сигналів.
Анатомічні причини оптичних ілюзій
Проте і ця, на перший погляд, ідеальна система має свої недосконалості, які можуть призвести до викривленого сприйняття реальності. Перш за все, потрібно пам’ятати, що очі – це парний орган. Це означає, що кожне око по окремості дивиться на світ під трішки інакшим кутом. Крім того, очі нестатичні, вони постійно рухаються, тому і сканування навколишнього середовища відбувається в динаміці. Не слід забувати і про те, що людина кліпає до 15 разів на хвилину, тобто кожних 5-6 секунд зображення перестає потрапляти на сітківку. Додаймо до цього і те, що об’єкти на сітківці відображені у перевернутому вигляді, а сама картинка знаходиться у «розфокусі», тобто розмита.
От і виходить, що все, що ми бачимо – це два розмитих, рухомих, періодично зникаючих зображення, які мозок постійно синхронізує та намагається співставити, аби отримати цілісне уявлення про те, що відбувається навколо. Не дивно, що на якомусь із цих етапів обробки інформації може виникнути хиба.
Мисленнєвий погляд
У той час як очі можуть сприймати неймовірну кількість інформації, наш мозок має свою «пропускну спроможність» та здатен одночасно опрацьовувати лише обмежену кількість даних. Це призводить до спрощення того, що ми бачимо. У такий момент ми можемо побачити те, чого насправді не існує, тобто оптичну ілюзію.
Прийнято вважати, що мозок влаштований таким чином, що постійно спирається на вже існуючі знання та попередній досвід. Завдяки цьому він робить припущення про те, що ми бачимо, інтерпретуючи нервові сигнали, отримані від ока. Саме така довільна інтерпретація призводить до суб’єктивного сприйняття, яке може не відповідати дійсності. Принаймні так раніше пояснювали природу оптичних ілюзій. Але, як бачимо, останні дослідження дають привід думати, що все набагато простіше.
Створена вченими модель SBL демонструє обмеженість нейронних реакцій і називає причиною виникнення оптичних ілюзій саме це, а не більш глибинні психологічні процеси. Раніше ця модель використовувалася, аби показати, як тварини бачать колір. Свою ефективність вона продемонструвала і під час експерименту, метою якого було з’ясувати, як саме взаємодіють із «оманами зору» люди.
Заснована на принципах ефективного кодування, SBL враховує пропускну спроможність нейронів, а також функції контрастної чутливості ока. Ця доволі проста обчислювальна система змогла передбачити майже усі запропоновані їй візуальні явища та ілюзії, не вдаваючись при цьому до високорівневих процесів. Це говорить про те, що обмежена пропускна спроможність та ефективне кодування можуть пояснити складні феномени бачення.
SBL: симулятор зору
Глибоке розуміння природи кольору має ключове значення для застосування у різних сферах. Дані про колір ми отримуємо завдяки роботі наших фоторецепторів – паличок та колбочок. У цьому нам також допомагає принцип так званого «латерального гальмування». Це коли сусідні нервові клітини ока пригнічують, тобто «гальмують», роботу одна одної: якщо один з нейронів активно працює, то його сусід, навпаки, «відпочиває». Така механіка відповідає за гостроту сприйняття. Її ще можна порівняти з ефектом боке у фотозйомці, за якого основний об’єкт зображення є більш різким та чітким, тоді як фон «замилюється».
Такі та інші особливості людського зору були враховані у згаданому раніше симуляторі зору SBL. Він використовує дані про яскравість, відчуття світла і темряви, просторові та хроматичні (кольорові) фільтри. Тобто виконує ту ж роботу, що й наша сітківка. Це відбувається у декілька кроків.
На початковому етапі за допомогою спеціальних фільтрів збирається інформація щодо просторових характеристик зображення. Далі потужність сигналу нормалізується відповідно до реакції фільтра на природну сцену. На завершальному етапі усі дані підсумовуються та ніби «накладаються» одне на одного, аби відтворити вигляд вихідного зображення.
Як зазначалося вище, модель імітує роботу людських фоторецепторів. Для цього використовуються спектральні фільтри, які відповідають паличкам та колбочкам: ахроматичний/яскравий, синьо-жовтий та червоно-зелений. Все це разом дозволяє із високою точністю відтворити візуальну обробку зображення, яку виконує людське око.
Результати експерименту та висновки
Модель симуляції людського зору протестували за допомогою 52 оптичних ілюзій. Метою було перевірити, чи буде програма так само хибно ідентифікувати певні ділянки зображення та кольори, як би це зробила людина. За словами пана Тросянко, машина постійно помилялася, невірно розпізнаючи кольори.
При цьому, SBL-модель «обманювалася» цими ілюзіями на примітивному рівні, який і близько не відповідає повній обчислювальній потужності людського мозку. Це дає підстави вважати, що коли людина бачить те, чого не існує, вона не використовує при цьому ані попередній досвід, ані високоінтелектуальні процеси мозку. Тобто візуальна обробка зображення відбувається за висхідним принципом, «знизу догори», а оптичні ілюзії виникають саме на найнижчому, базовому, рівні.
Досліджуючи зорове сприйняття, ми наближаємося до розгадки таємниці того, як людське око сприймає та розуміє світ навколо нас.
Де можна використовувати оптичні ілюзії
Перші оптичні ілюзії використовувалися ще у Древній Греції та Римі. Їх застосовували при побудові таких культових споруд, як Акрополь, Парфенон, Пантеон тощо. До речі, у єгипетських пірамідах їх також можна спостерігати. Використовували ж їх здебільшого для того, аби надати сакральним будовам більш величного вигляду. І до сьогодні оптичні трюки використовуються у дизайні приміщень, аби зробити їх візуально світлішими та просторішими, ніж вони є насправді.
За схожим принципом працюють і дизайнери одягу. За допомогою кольору, ліній та візерунків досягається ефект більш стрункого та високого силуету. Або навпаки. Залежить від того, які кольори чи лінії, та як саме вони використані.
Ілюзія на картині Джузеппе Арчімбольдо
Любили «побавитися» з ілюзіями й художники. Такі прийоми почали активно використовувати ще у XVI сторіччі. Так, наприклад, найвідоміша картина Леонардо да Вінчі «Мона Ліза», написана у 1503 році, використовує популярний ефект «слідкування»: здається, ніби картина проводжає поглядом, з якого б ракурсу на неї не поглянули. Проте справжню революцію у сприйнятті художніх творів здійснив Джузеппе Арчімбольдо (1526 – 1593). Мабуть, всі бачили його неперевершені натюрморти, на яких серед овочів та фруктів можна впізнати риси людського обличчя. Якщо говорити про більш сучасну творчість, то можна згадати Сальвадора Далі (1904 – 1989), чиї сюрреалістичні роботи багаті на різні омани зору.
Ілюзії в роботах Далі
Оптичні ілюзії затребувані й у творчості художників сьогодення – графічних та веб-дизайнерів, ілюстраторів, SMM-ників тощо. Вони допомагають створити унікальний логотип чи фірмовий стиль, виокремитися серед конкурентів, підвищити впізнаваність бренду у споживачів та привернути увагу нових клієнтів.
Крім того, оптичні ілюзії можуть використовуватися для навчання штучного інтелекту.
І хоча вчені говорять про примітивну природу оптичних ілюзій, ми знаємо безліч прикладів, як людина використовує їх у найбільш креативних та інтелектуальних сферах своєї діяльності.
Фото з відкритих джерел
