Закон перспективы в визуальном восприятии: почему параллельные линии кажутся сходящимися

Если облака на небе расположены в виде протяженных полос, внимательный наблюдатель может заметить интересный оптический эффект. Все эти линии на горизонте как будто сходятся в одной общей точке, что схематично показано на рисунке. Более того, если небо полностью покрыто такими полосатыми облаками, то, повернувшись кругом, человек увидит, что линии сходятся и в противоположной точке небесной сферы, создавая эффект двусторонней перспективы.

Рис. 73 — Схематическое изображение облаков, расположенных в виде полос, создающих иллюзию схождения в одной точке на горизонте.

Данное явление наблюдается не всегда, так как облака часто имеют неправильную, округлую форму, а не вытянуты в прямые линии. Однако даже такие бесформенные облачные массы при внимательном изучении можно мысленно выстроить в условные ряды. Если затем проанализировать направление этих воображаемых линий, становятся заметны две противоположные точки на небосклоне, к которым они все тяготеют.

Когда этот эффект выражен достаточно ярко, у зрителя не остается сомнений в том, что облачные линии действительно сходятся где-то у горизонта. Однако перед нами — классический пример обмана чувств, или зрительной иллюзии. В физической реальности линии никуда не сходятся, поскольку они параллельны друг другу. Иллюзия возникает из-за особенностей человеческого восприятия удаленных объектов.

Когда мы рассматриваем очень длинные параллельные прямые, нам всегда кажется, что они стремятся соединиться в наиболее удаленной точке. Классическим примером служит вид внутри туннеля: его стены, которые мы точно знаем как параллельные, зрительно почти смыкаются в конце. То же самое происходит с железнодорожными рельсами, уходящими вдаль, или с прямой дорогой, ограниченной с одной стороны стеной, а с другой — решеткой. Это фундаментальный закон перспективы, знакомый каждому по повседневным наблюдениям.

Рис. 74а — Вид внутреннего пространства туннеля, демонстрирующий кажущееся схождение параллельных линий стен.

Рис. 75 — Железнодорожные рельсы, уходящие вдаль: классический пример перспективного сокращения.

Подробный математический анализ этого явления увел бы нас в сторону от основной темы. Для понимания сути достаточно знать, что любой отрезок кажется нам тем короче, чем меньше угол зрения, под которым он наблюдается. Углом зрения называется угол, образованный лучами, идущими от глаза наблюдателя к крайним точкам объекта. Следовательно, чем дальше от нас находятся две параллельные прямые, тем меньше становится видимое расстояние между ними, подчиняясь строгим геометрическим законам.

Этому же закону перспективы, который мы постоянно наблюдаем в аллеях, колоннадах и бесчисленных других архитектурных формах, подчиняются и ряды облаков. Даже если предположить, что линии облаков, гонимых ветром, в реальности представляют собой не прямые, а части гигантских концентрических окружностей или расходящихся радиусов, то их кривизна будет настолько мала, а наблюдаемые фрагменты так коротки, что на практике их невозможно отличить от прямых параллельных линий.

Возможна и обратная ситуация: двигаясь в туманную погоду вдоль изогнутой ограды, например, вокруг круглого манежа, мы можем быть искренне уверены, что идем по прямой линии. А два человека, отходящие от такой ограды по прямым, которые кажутся им параллельными, на самом деле будут двигаться по направлениям, сходящимся в центре круга. Это еще раз доказывает, насколько наше восприятие пространства может расходиться с физической реальностью.

Восприятие параллельных линий подчиняется четкой закономерности: они кажутся тем ближе друг к другу, чем дальше от нас находятся. Наименьшее удаление линий — прямо над головой наблюдателя, поэтому там они выглядят наиболее параллельными. По мере удаления вперед или назад возникает иллюзия их постепенного сближения, а вблизи горизонта создается полное впечатление, что они встречаются в точке, лежащей чуть ниже линии горизонта.

В случае с облаками этот эффект усиливается дополнительным фактором: в реальности концы облачных гряд часто расположены ниже, чем их центральная часть. Даже если представить небо как идеальную плоскую поверхность, закон перспективы заставил бы линии казаться ближе друг к другу именно у горизонта. Однако небесный свод (обозначенный на схеме как АВС) не является плоскостью. Он представляет собой сферическую поверхность, концентричную (имеющую общий центр) с поверхностью Земли, которая пересекает горизонт по линии GEH.

Рис. 76 — Геометрическая схема, иллюстрирующая соотношение небесной сферы (ABC) и земной поверхности (DEF) с линией горизонта (GEH), объясняющая усиление перспективных искажений.

Именно благодаря тому, что наблюдателю, находящемуся в точке Е, небесный свод кажется шарообразным, точки G и Н (на горизонте) воспринимаются как более близкие, чем точка В (в зените). Это сферическое искажение, накладываясь на линейные законы перспективы, делает веерообразное схождение облаков еще более выраженным и поразительным для человеческого глаза.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: В. Гампсон, К. Шеффер

Источник: Парадоксы природы

Данные публикации будут полезны студентам физических и технических специальностей, изучающих механику и принципы работы простых механизмов, начинающим инженерам и конструкторам, интересующимся эргономикой и оптимизацией транспортных средств, а также всем, кто увлекается историей техники и неочевидными физическими явлениями в повседневной жизни.