Зрительные иллюзии в восприятии рельефа: почему мы ошибаемся в оценке высоты

При взгляде на какой-нибудь пейзаж мы часто получаем совершенно ложное впечатление о сравнительной высоте его отдельных частей. Это явление связано с особенностями зрительного восприятия и обработки визуальной информации головным мозгом. Велосипедисты, легко замечающие малейшие неровности почвы, часто обнаруживают, что дорога, которая довольно круто подымалась перед ними, на самом деле горизонтальна или даже имеет незначительный уклон в противоположную сторону.

Однако гораздо чаще приходится делать неприятное открытие, что участок пути, на котором предполагалась удобная езда, в действительности идет в гору. Подобные ошибки восприятия представляют интерес не только для спортсменов, но и для специалистов в области психологии и физиологии зрения, изучающих механизмы ориентации человека в пространстве.

Психологические механизмы возникновения зрительных заблуждений. Такого рода ошибки преимущественно обусловливаются суждением, а не работой зрительного анализатора. Иными словами, мы неверно истолковываем впечатления, вызываемые горизонтальной плоскостью, расположенной позади возвышенности, или спуском, сменяющим ровную поверхность. Существенную роль играет также постепенное расширение или сужение дороги, которое создает ложную перспективу.

Заблуждение может быть вызвано и тем, что дорога вступает в полосу тени или, наоборот, выходит из нее. Изменение освещенности существенно влияет на восприятие рельефа, поскольку мозг использует светотень как один из ключевых признаков для определения формы объектов. Дополнительным фактором служит то обстоятельство, что размеры деревьев, стоящих у дороги, кажутся нам больше или меньше их реальной величины в зависимости от удаленности, что также искажает оценку масштабов окружающего пространства.

Искажение восприятия при наблюдении с большой высоты. Немногие, но общеизвестные примеры могут разъяснить эту закономерность подробнее. Мы часто замечаем, что местность, которая с высокой горы кажется нам плоской, как стол, на самом деле немного волниста. Иногда она даже является холмистой или гористой, имеет выраженные возвышенности и долины, высоко расположенные замки и глубокие ущелья, обширные луга и реки, протекающие между лесистыми участками.

Неправильная пространственная картина возникла вследствие того, что мы находились на значительной высоте. Последняя нивелировала все неровности, сглаживая перепады высот, и местность приняла утомительно плоский вид, лишенный объемности. Это явление хорошо известно географам и альпинистам, которые учитывают подобные искажения при визуальной оценке местности.

Парадоксы восприятия: увеличение и уменьшение объектов. Если же мы будем с такой же высоты наблюдать более высокий холм, находящийся по другую сторону долины, то он нам покажется, как это ни странно, и круче, и выше, чем если бы мы смотрели на него снизу. Данный феномен противоречит интуитивным ожиданиям, но имеет строгое научное объяснение, основанное на законах геометрической оптики и особенностях бинокулярного зрения.

Точно так же, когда мы смотрим на море с ближайшего холма, расположенного на берегу, то водная гладь кажется нам холмом или возвышенностью значительной величины, которая как бы поднимается от береговой линии. Таким образом, рассматривание ландшафта со значительной высоты иногда ведет к полному исчезновению холма в восприятии наблюдателя, иногда же к его иллюзорному увеличению. В некоторых случаях это даже вызывает впечатление наличия холма там, где его вовсе не существует в реальности.

Эти противоречивые результаты наблюдений отчасти являются следствием того, что мы применяем и в исключительных обстоятельствах привычные нам когнитивные схемы и определения, выработанные при обыкновенных условиях наблюдения. Мозг автоматически использует прошлый опыт для интерпретации текущих визуальных данных, что в нестандартных ситуациях приводит к систематическим ошибкам.

Зависимость восприятия от положения наблюдателя. Если место нашего наблюдения находится глубоко внизу, в долине, то легко отличить холмы от долин, потому что выше расположенные части местности закрывают вид на более низкие участки, находящиеся за ними. Этот феномен, известный как эффект перекрытия, служит важным монокулярным признаком глубины, позволяющим правильно оценивать взаимное расположение объектов.

Если же точка наблюдений расположена очень высоко, то глаз лишается этого важного ориентира для суждения о высоте. Наблюдатель одинаково хорошо видит внизу под собой и холмы, и долины, а разница в высоте между более высокими и низкими частями становится незначительной в сравнении с их значительным удалением от глаза. Это обстоятельство незаметно ускользает от сознания, приводя к нивелировке рельефа в восприятии.

В подобных случаях наблюдению недостает четкой дифференциации высот и глубин, которые в обычных условиях служат основой для построения трехмерной модели местности. Отсутствие этих ключевых признаков заставляет зрительную систему опираться на менее надежные источники информации.

Геометрическое объяснение иллюзии увеличения высоты. Точно так же возникает иллюзия и в тех случаях, когда высоты кажутся больше их действительной величины. Обратимся к геометрической модели, представленной на рисунке 77, которая наглядно демонстрирует механизм возникновения данного оптического обмана.

Рисунок 77. Геометрическая схема, иллюстрирующая изменение угла восприятия холма при наблюдении с различных точек: АВ — горизонтальная поверхность, BCD — холм, Е — точка наблюдения на противоположном склоне

Предположим, что АВ (рис. 77) представляет полосу ровной местности, а BCD — холм. Привыкнув к горизонтальной плоскости, мы определяем крутизну и высоту холма по величине угла АВС, образованного основанием и линией взгляда на вершину.

Если же вместо плоской поверхности АВ перед нами возвышается холм со склоном ВЕ, и мы смотрим с точки Е на холм BCD, то базовой линией для сравнения становится не АВ, а ЕВ. Сторона противолежащего холма ВС образует с этой новой базовой линией угол ЕВС, который значительно меньше угла АВС. Хотя мы понимаем, что базовая линия ЕВ не горизонтальна, как АВ, в нашем сознании настолько тесно переплелись представления о крутизне и высоте с определенными углами наклона, что линия ВС нам кажется значительно круче, а вершина С — существенно выше, чем при наблюдении снизу.

Дополнительные факторы усиления иллюзии. Когда мы смотрим на море с возвышенности, расположенной на берегу, мы по той же причине легко испытываем впечатление, будто поверхность моря поднимается перед нами в виде гигантского водного холма. Однако холм, на который мы смотрим с противоположной возвышенности, может казаться выше своей реальной величины еще по двум дополнительным причинам, имеющим психологическую природу.

Всякая возвышенность, если смотреть на нее с ее собственной вершины, кажется нам выше, чем при рассматривании снизу, из долины. Это связано с тем, что мы гораздо чаще наблюдаем деревья, церковные башни или крутые склоны снизу вверх, чем сверху вниз. Если же нам выпадает возможность видеть башню с ее верхушки, то ее высота производит более сильное впечатление из-за непривычности ракурса, и она кажется нам вследствие этого значительно больше. Поэтому холм, рассматриваемый с вершины другого холма, также воспринимается как более высокий по сравнению с оценкой из долины.

Наконец, наблюдателю, находящемуся на противоположном холме, часто открываются более высокие части объекта, которые снизу были скрыты от глаз. Обратившись еще раз к рис. 77, мы видим, что если холм BCD имеет вторую, более высокую вершину F, то она не видна из пунктов В или G, расположенных на уровне подошвы холма, так как склон С заслоняет ее от наблюдателя. Если же подняться на противоположный холм в точку Е, то эту вершину можно увидеть, что существенно меняет общее впечатление о высоте массива.

Комплексный анализ причин зрительных иллюзий. Таким образом, существуют различные причины, объясняющие, почему холм, рассматриваемый с противоположной возвышенности, кажется больше своих реальных размеров. В то же время маленькие холмы, рассматриваемые с высокой горы, как будто полностью теряют свою относительную высоту, и их становится невозможно отличить от окружающей равнинной поверхности.

Изучение этих иллюзий восприятия имеет важное практическое значение не только для туристов и спортсменов, но и для специалистов в области ландшафтной архитектуры, градостроительства и безопасности дорожного движения. Понимание механизмов возникновения ложных впечатлений позволяет создавать более безопасные и эстетически привлекательные пространства.

Данные феномены активно исследуются в экспериментальной психологии и нейрофизиологии, поскольку они проливают свет на фундаментальные принципы работы мозга при обработке пространственной информации. Исследования показывают, что наше восприятие реальности является не пассивным отражением, а активным процессом интерпретации сенсорных данных на основе прошлого опыта и врожденных механизмов.

Интересно отметить, что подобные иллюзии характерны не только для восприятия крупных форм рельефа, но и для оценки небольших предметов в ближайшем окружении. Это свидетельствует о единых нейронных механизмах, лежащих в основе обработки информации о пространстве независимо от масштаба объектов наблюдения.

Выдающиеся ученые в области психофизиологии зрения, такие как Ричард Грегори и Джеймс Гибсон, внесли значительный вклад в понимание того, как окружающая среда и положение наблюдателя влияют на формирование зрительных образов. Их работы демонстрируют, что восприятие всегда носит вероятностный характер и может существенно отклоняться от физической реальности.

Практические выводы из этих наблюдений могут быть полезны в различных сферах человеческой деятельности. Например, при прокладке туристических маршрутов следует учитывать возможные иллюзии, чтобы не создавать у путешественников ложного представления о сложности предстоящего пути. В живописи и фотографии знание этих закономерностей позволяет художникам сознательно манипулировать восприятием зрителя, создавая нужные эффекты глубины и масштаба.

Современные компьютерные технологии и системы виртуальной реальности также активно используют знание об иллюзиях восприятия для создания убедительных трехмерных миров. Разработчики игр и симуляторов должны учитывать, как высота точки обзора влияет на оценку пользователем размеров и удаленности виртуальных объектов, чтобы обеспечить максимально реалистичный опыт взаимодействия с цифровой средой.

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.