La percezione e le illusioni ottiche

1 Timossi Maria Grazia, classi di abilitazione: 47,48,49,59 1 anno corso SSIS, N. Matricola: 1540365 Laboratorio di Didattica della fisica, classe 59 Prof. Miranda Pilo, Dott. Maria Teresa Tuccio La percezione e le illusioni ottiche (La seguente relazione è pensata come una possibile appendice alla trattazione dell occhio che si può proporre in una terza media inferiore.) La vista La vista è il nostro principale sistema sensoriale: si calcola che il settanta per cento delle informazioni che pervengono al nostro cervello, provengono da questo senso. Gli organi recettori della vista sono gli occhi, che sono strumenti ottici, come il miscroscopio o il telescopio, ma al contrario di essi sono molto più complessi ed accurati. Gli occhi possono distinguere moltissimi colori, possono adattarsi velocemente alle variazioni di luce, e possono mettere a fuoco un'immagine automaticamente. 1

2 L'apertura da dove entra la luce si chiama pupilla. Le sue dimensioni vengono regolate dall'iride, che quindi controlla la quantità di luce che entra nell'occhio. Il cristallino mette a fuoco l'immagine che infine viene proiettata sulla retina. Ogni retina è composta da 6 milioni di coni che rilevano i colori e 120 milioni di bastoncelli che rilevano le forme chiare e scure, così come i movimenti. L'immagine che viene proiettata sulla retina è capovolta rispetto a ciò che sta davanti ai nostri occhi. Questa immagine viene convertita dalla retina in impulsi sensoriali ed inviati al cervello tramite il nervo ottico. Anche se gli occhi sono uguali, ognuno di noi ne ha uno che il cervello privilegia nel processare le informazioni; questo viene chiamato occhio dominante. Per scoprirlo eseguiamo un semplice esperimento: allunga un braccio e fissa un dito mentre alternativamente chiudi ora un occhio ora l'altro. Il tuo dito sembrerà muoversi di più quando ne chiudi uno in particolare: quello è il tuo occhio dominante. Gli scienziati che usano il telescopio o il microscopio solitamente preferiscono usare il loro occhio dominante. 2

3 La percezione La percezione è il passo successivo all'acquisizione: dopo che gli occhi hanno convertito gli stimoli luminosi in informazioni neurali, il nostro cervello deve codificare queste informazioni per ricostruire internamente l'immagine che gli occhi hanno acquisito, e interpretarla al fine di estrarne rappresentazioni utili del mondo che ci circonda. Infatti noi non vediamo 'gradazioni di luce' o un insieme di linee curve o rette, ma vediamo facce, persone, oggetti, scritte, paesaggi, ecc. Nella retina, abbiamo detto, si forma un'immagine capovolta, ma sin dalla nostra infanzia, il cervello impara a capovolgere questa immagine, per interpretarla correttamente. Tra l'altro questa immagine è una rappresentazione bidimensionale di una immagine del mondo che ci circonda che invece è tridimensionale. L'interpretazione del mondo quindi è una traslazione, una trasposizione sotto un'altra forma della realtà: il cervello aggiunge, sottrae, riorganizza e codifica le informazioni sensoriali che gli arrivano per fornire un'interpretazione il più possibile esatta del mondo esterno. Il raggruppamento percettivo Come vengono riconosciuti gli oggetti? 3

4 Quando osserviamo, ad es. un libro, una penna, un bicchiere ecc., lo vediamo come un oggetto completo e non un insieme di parti. Noi tutti percepiamo le informazioni che ci vengono dal mondo esterno non come fatti isolati, ma li raggruppiamo in contesti significativi. Esaminiamo quindi le regole che il cervello segue per raggruppare degli elementi e considerarli come oggetti: a) Regola della prossimità: Gli elementi più vicini vengono percepiti come parte di un insieme. A seconda di come sono sistemati i punti, nella figura qua sotto, vengono viste righe o colonne, anche se ogni figura contiene lo stesso numero di punti. b) Regola della somiglianza: Tendenza a "mettere insieme" elementi che sono simili o ripetuti. Nel disegno di sinistra, vengono osservate righe o colonne a seconda che i punti bianchi siano sistemati in righe o colonne; in quello di destra si osservano tre aree, contrassegnate dal tipo di oggetti che le compongono. 4

5 d) Regola della continuità: Tendenza a seguire l'apparenza dell'allineamento generale degli elementi di una figura. Viene osservato un cerchio coperto da una X piuttosto che delle "fette" i cui lati vanno oltre la stessa fetta. e) Regola della chiusura: Tendenza a vedere le forme come delineate da un margine continuo ed ignorare eventuali interruzioni di tale continuità. 5

6 Nella parte superiore del disegno, vengono osservati dei riquadri anzichè delle colonne. In basso, viene completato il riquadro delimitato dai cerchi bianchi, anche se non esiste. Così anche per il triangolo. f) Senso: Tendenza, dopo aver percepito l'essenza di un disegno, ad osservarlo secondo la nuova interpretazione e non più come lo si vedeva prima. Disegno 1: Una coppa o l'ombelico di un bimbo. Disegno 2: Una persona accovacciata che lava il pavimento con un secchio alla sua sinistra, ed in basso un 13 o una B! 6

7 L'organizzazione figura-sfondo Un altro principio fondamentale della percezione è l'organizzazione della figura-sfondo: è la tendenza a distinguere una figura dal suo sfondo e viceversa. In altre parole, guardando un'immagine percepiamo l'oggetto che sta in primo piano come figura principale e ciò che sta dietro come sfondo. Quando però gli indizi sono scarsi o ambigui la nostra mente può trovare delle difficoltà nel decidere a quale forma attribuire il significato di figura e a quale quello di sfondo. Cosa vedi nel disegno a sinistra? Il profilo di un uomo dal lungo naso o una vecchia che chiede l'elemosina? Ed a destra? E' una coppa o due visi contrapposti? La percezione della profondità Il mondo che ci circonda è tridimensionale, al contrario dell'immagine che si forma sulla retina che è bidimensionale. Quali sono, allora, gli indizi che ci permettono di ricreare un mondo tridimensionale nella nostra mente? 7

8 Si possono raggruppare in due tipologie: indici monoculari, basati sull'informazione proveniente da un solo occhio, ed indici binoculari, che richiedono cioè la combinazione delle informazioni provenienti da entrambi gli occhi. Indici monoculari fisiologici: Il più semplice è l'accomodazione, cioè il movimento che il cristallino fa per mettere a fuoco un oggetto, e che può dare una prima sommaria informazione sulla distanza di un oggetto. Indici monoculari cognitivi: a) L'interposizione: Se un oggetto appare sovrapposto ad un altro, ci sembra più vicino. b) L'elevazione: Più un oggetto è vicino alla linea dell'orizzonte, più ci sembra lontano. 8

9 c) L'ombreggiatura: Le ombre danno sempre un'impressione di profondità. d) La prospettiva lineare: Le linee che convergono verso un unico punto di lontana danno l'impressione di profondità. 9

10 e) Il gradiente tissurale: Gli elementi che costituiscono la tessitura dell'immagine, cioè i fili d'erba, le pietre, i piccoli oggetti ecc., più sono diradati e mal definiti e più ci appaiono lontani Indici binoculari: a) La convergenza oculare: Quanto più un oggetto è vicino, tanto più gli occhi devono convergere per vederlo. b) La disparità retinica: Le immagini che si formano nella retina, sono leggermente diverse nei due occhi. La fusione di queste due immagini dà origine alla percezione binoculare o stereoscopia, e produce buona parte della sensazione di tridimensionalità nella visione. Figure ambigue 10

11 Le immagini che vedrete sono suscettibili di più interpretazioni, perchè gli elementi che le compongono non forniscono al cervello, informazioni esatte, ma per l'appunto, ambigue. Quindi potremo facilmente scambiare la figura con lo sfondo, o invertire la disposizione spaziale di un oggetto, ecc Ambiguità della prospettiva In questo caso le figure risultano avere più interpretazioni perchè il nostro cervello ha gli elementi che gli permettono di interpretare la figura come tridimensionale, ma non sono sufficienti a fornirgli l'esatta disposizione spaziale. Quindi esso continua ad 'oscillare' tra le interpretazioni possibili, ed equamente probabili. Tra le due facce parallele allo schermo,qual'è E tra le facce di questo cilindro? quella anteriore? I cubi sono sei o sette? Il cubo grande è cavo? O si tratta di un 11

12 cubo piccolo posto in un angolo? Qual'è il solido che sporge di più verso di noi? Quello superiore o quello inferiore? Vediamo un libro aperto verso di noi o il suo dorso? Concava o convessa? Sapreste dare un orientamento alla figura? I punti sono in rilievo? Quali sporgono verso di noi? Il cubo ambiguo Il cubo è un oggetto che facilmente si presta ad interpretazioni ambigue! 12

13 Questo, per esempio è un bel cubo contrassegnato da una copertura a quadri bianchi e rossi. Se lo fissiamo per un attimo però il cubo potrebbe sparire, per lasciare spazio a quello che potrebbe sembrare l'interno di una stanza! E questo? Anche questo sembra un cubo, al quale però è stato sottratta una sezione, anch'essa, cubica... Ma non potrebbe anche essere la famigerata stanza di cui abbiamo prima parlato, nel cui angolo si trovi un piccolo oggetto cubico? Visi ambigui A seconda di dove focalizzeremo l'attenzione, nelle immagini seguenti, che ritraggono dei visi, potremo osservare delle diverse interpretazioni delle immagini stesse. 13

14 Un vecchio o un giovane? Idem, ma al femminile! Oggetti impossibili Sono oggetti non esistenti nella realtà, ma solo nelle raffigurazioni bidimensionali; essi sono infatti contraddistinti dal presentare all'osservatore dei curiosi paradossi geometrici. Il triangolo impossibile 14

15 E' un triangolo caratterizzato dal fatto di avere tre angoli di 90. Ciò da l'illusione che i suoi lati vengano verso di voi e contemporaneamente si allontanino! Si tratta di un ovvio paradosso, poichè sappiamo che la somma degli angoli interni di un triangolo deve dare 180! Anche Escher ha utilizzato due triangoli impossibili collegati, nella sua cascata, per simulare un corso d'acqua che 'miracolosamente' va dal basso in alto ed infine ricade su se stesso! Anche se il triangolo impossibile non esiste nella realtà, possiamo costruire un oggetto che visto da una certa angolazione possa sembrare proprio un triangolo impossibile.. 15

16 Paradossi geometrici L'illusione del binario Quando si accostano dei segmenti paralleli a delle linee oblique, si può assistere alla nota illusione del binario. Nella figura qui sopra, per esempio, il segmento inferiore sembra più corto di quello che sta sopra. Ciò avviene perchè il nostro cervello interpreta l'immagine prospetticamente e crede che il segmento inferiore sia posto più vicino a noi di quello superiore, prossimo invece al punto di fuga! Essendo di uguale lunghezza, il cervello crede che quello più 'lontano' deve essere per forza più grande, e così si genera l'illusione! 16

17 Anche nelle figure qui sopra l'illusione prende vita dall'accostamento a rette non parallele. E nell'immagine inferiore notiamo che anche dei cerchi subiscono lo stesso tipo di 'trattamento'. Il punto di fuga Il tipo di illusione ottica di cui abbiamo parlato prima, viene maggiormente compreso quando ricreiamo effettivamente un ambiente tridimensionale, mediante varie rette che sembrano congiungersi in un punto, che nella rappresentazione prospettica viene definito 'punto di fuga'. 17

18 In queste immagini, effettivamente, le figure che, nella rappresentazione tridimensionale, dovrebbero stare più distanti da noi, sembrano più grandi! Nell'immagine inferiore, sostituiamo i segmenti con dei mostriciattoli......l'illusione sembra ripetersi. E così a destra, dove ripetiamo la figura umana per tre volte. Infine vediamo una foto 'ritoccata' per spiegare come la nostra mente ragioni nell'interpretazione di una immagine tridimensionale. 18

19 Se consideriamo l'uomo senza cappello nello sfondo e quello col cappello, in primo piano, non notiamo alcunchè di strano. Ma se proviamo a spostare la figura del primo uomo, accanto all'altra, percepiamo che c'è qualcosa che non va! Eppure è la stessa figura che è stata semplicemente spostata! In pratica, con questa operazione abbiamo spostato nella percezione prospettica, il piano sul quale dovrebbe stare l'uomo posto nello sfondo. Posto nel giusto piano, le sue piccole dimensioni vengono 'giustificate' da quella che dovrebbe essere la sua distanza dal punto di osservazione. Ma se viene posto su un altro piano, questa giustificazione non viene elaborata e l'immagine ci appare 'sbagliata'! 19

20 Curiosità Punto cieco Sapevate che i vostri occhi hanno dei punti ciechi? Ognuno degli occhi contiene un'area che non ha fotoricettori perchè è occupata dal nervo ottico. E' difficile accorgersene perchè queste aree sono situate in punti opposti del campo visivo. Comunque questi esempi che seguono, serviranno a 'isolare' il vostro punto cieco. Chiudi l'occhio sinistro, e col destro fissa la croce. Spostandoti ad una distanza di circa 30 cm dallo schermo, il puntino nero dovrebbe 'svanire', lasciando al suo posto un'area bianca. Il cervello infatti cerca di riempire lo spazio vuoto con lo sfondo più probabile, prendendolo in prestito dai contorni dell'area che non può essere osservabile. Osservate infatti l'immagine seguente per rendervi conto di questo fenomeno. La 'x' viene sostituita dalla barra nera... 20

21 Griglia di Herman L'accostamento di quadretti neri su sfondo bianco, o viceversa, produce un interessante fenomeno. Muovendo gli occhi lungo ognuno dei disegni, si intravedono dei quadretti grigi nelle intersezioni delle righe nere o bianche, se consideriamo rispettivamente il disegno a sinistra o a destra. Sicuramente più spettacolare l'illusione nell'immagine che segue. I punti nelle intersezioni, sono bianchi o azzurri?... 21

22 Anche se si tratta di un'immagine statica, i nostri occhi la renderanno dinamica, cercando di riempire gli spazi bianchi con lo sfondo azzurro che li circonda. Movimento di Ouchi Questo fenomeno fu osservato da un artista giapponese di nome Ouchi. Se osservate per un po' il cerchio nella figura sotto, potreste avere l'impressione di vederlo muoversi sullo sfondo... 22