Нейронные структуры слухового анализатора 11 страница

Чем больше разница между латентными периодами восприятия двух глаз (этого можно добиться либо путем увеличения скорости предмета, либо увеличивая оптическую плотность стекол), тем более отчетливым становится феномен. По-видимому, отношение яркостей является наиболее важным фактором, однако слияние двух сетчаточных изображений в единый предмет затрудняется, когда это отношение становится очень большим. С другой стороны, при неизменном отношении эффект становится слабее, если уровень яркости слишком высок.

Анизейкония. Бывает, что глаза неодинаковы и в одном изображение больше, чем в другом. При слабой анизейконии слияние маленьких объектов происходит, но рельеф не воспринимается. Если вызвать искусственную анизейконию, поместив между правым глазом и полем зрения увеличительное стекло, то объекты, расположенные в правой части поля зрения, будут казаться увеличенными и удаленными, а объекты в левой части — уменьшенными и приближенными. При сильной анизейконии маленькие объекты остаются слитыми, но у больших двоятся края.

Рис. 8.7. Феномен Пульфриха. Схема механизма динамического кажущегося рельефа

8.3. Восприятие формы, величины, взаимного расположения, удаленности и направления

Восприятие формы. Восприятие формы предметов обычно осуществляется с помощью зрительного, тактильного и кинестезического анализаторов.

У некоторых животных наблюдаются врожденные реакции, так называемые врожденные пусковые механизмы поведения, при воздействии объектов, имеющих определенную форму. Эти врожденные механизмы строго специализированы. Примером может служить оборонительная реакция молодняка семейства куриных на картонный крест, имитирующий силуэт хищной птицы.

Наиболее информативный признак, который нужно выделить при ознакомлении с формой, это контур. Именно контур служит раздельной гранью двух реальностей, т. е. фигуры и фона. Благодаря микродвижениям глаз может выделять границы объектов (контур и мелкие детали). Зрительная система должна быть способна не только выделять границу между объектом и фоном, но и научиться следовать по ней. Это осуществляется посредством движений глаза, которые как бы вторично выделяют контур и являются необходимым условием создания образа формы предмета.

Аналогичный процесс мы имеем в осязательном восприятии. Чтобы определить на ощупь форму невидимого предмета, необходимо брать этот предмет, поворачивать его, прикасаться к нему с разных сторон. При этом рука ощупывает предмет легкими движениями, то и дело возвращаясь назад, как бы проверяя, правильно ли воспринята та или иная его часть. Формирующийся образ предмета складывается на основании объединения в комплекс тактильных и кинестезических ощущений.

Зрительное восприятие формы предмета определяется условиями наблюдения: величиной предмета, его расстоянием от глаз наблюдателя, освещенностью, контрастом между яркостью объекта и фона и т. п.

Восприятие величины. Воспринимаемая величина предметов определяется величиной их изображения на сетчатке глаза и удаленностью от глаз наблюдателя. Приспособление глаза к четкому видению различно удаленных предметов осуществляется с помощью двух механизмов: аккомодации и конвергенции.

Аккомодация — это изменение преломляющей способности хрусталика путем изменения его кривизны. Так, при взгляде на близко расположенные предметы происходит мышечное сокращение, в результате чего уменьшается степень натяжения хрусталика и его форма становится более выпуклой. С возрастом хрусталик постепенно становится менее подвижным и теряет способность к аккомодации, т. е. к изменению своей формы при взгляде на различно удаленные предметы. В результате развивается дальнозоркость, которая выражается в том, что ближайшая точка ясного видения с возрастом отодвигается все дальше и дальше.

Аккомодация обычно связана с конвергенцией, т. е. сведением зрительных осей на фиксируемом предмете. Определенное состояние аккомодации вызывает и определенную степень сведения зрительных осей, и наоборот, тому или иному сведению зрительных осей соответствует определенная степень аккомодации.

Угол конвергенции непосредственно используется как индикатор расстояния, как своеобразный дальномер. Можно изменить угол конвергенции для данного расстояния с помощью призм, помещенных перед объектом. Если при этом угол конвергенции увеличивается, видимая величина объекта тоже увеличивается, а воспринимаемое до него расстояние уменьшается. Если же призмы расположены так, что угол конвергенции уменьшается, то видимый размер объекта тоже уменьшается, а расстояние до него увеличивается.

Комбинация двух раздражителей - величины изображения предмета на сетчатке и напряжения глазных мышц в результате аккомодации и конвергенции - является условно-рефлекторным сигналом размера воспринимаемого предмета.

Восприятие глубины и удаленности. Аккомодация и конвергенция действуют лишь в очень небольших пределах, на небольших расстояниях: аккомодация - в пределах 5—6 метров, конвергенция - до 450 метров. Между тем человек способен различать глубину воспринимаемых предметов и занимаемого ими пространства на расстоянии до 2500 метров.

Эта способность оценивать глубину на первый взгляд кажется врожденной. В эксперименте ребенка-ползунка помещали на настил, рядом с которым находился обрыв, где поверх пустого пространства было положено толстое стекло. Эксперимент показал, что ребенок, свободно ползающий по настилу, не покидает его и останавливается перед стеклом. При более углубленном исследовании выяснилось, что ребенок реагирует остановкой не на глубину, открывающуюся в обрыве, а на новизну ситуации, связанной с необходимостью перемещения на новую, неизвестную еще поверхность. Останавливает ребенка не глубина, а новизна, вызывающая ориентировочную реакцию и задержку движения. Аналогичный результат имел место, когда за пределами настила под стеклом помещали блестящую фольгу— ребенок также останавливался на границе двух разных поверхностей.

Восприятие глубины и удаленности предметов осуществляется главным образом благодаря бинокулярному зрению. При бинокулярной фиксации дальних объектов (например, звезд на небе) зрительные линии обоих глаз параллельны. При этом изображения удаленных предметов видятся нами в одних и тех же местах пространства, независимо от того, падают ли эти изображения на сетчатку правого или левого глаза или обоих глаз. Следовательно, некоторым точкам сетчатки одного глаза соответствуют определенные точки сетчатки другого глаза. Эти симметрично расположенные точки сетчаток обоих глаз называются корреспондирующими точками. Корреспондирующие точки — такие точки сетчатки, которые совпали бы, если бы при наложении одной сетчатки на другую вертикальные и горизонтальные оси совместились.

Возбуждение корреспондирующих точек сетчатки дает ощущение одного объекта в поле зрения. При каждом положении глаз корреспондирующим точкам сетчаток соответствуют строго определенные точки во внешнем пространстве. Графическое изображение точек пространства, обеспечивающих видение одного объекта при данном положении глаз, называется гороптером.

Если изображение предмета падает в оба глаза на различно удаленные от центра сетчатки некорреспондирующие, или диспаратные, точки, то имеет место один из двух эффектов: возникновение двойственных изображений (если диспаратность точек достаточно велика) или впечатление большей или меньшей удаленности данного объекта по сравнению с фиксируемым (если диспаратность невелика). В последнем случае появляется впечатление объемности, или стереоскопический эффект.

Этот эффект можно наблюдать с помощью стереоскопа - аппарата для раздельного предъявления двух картин левому и правому глазу. Эти картины образуют стереопару, которая получается при раздельной съемке двумя фотокамерами, расположенными на расстоянии, равном расстоянию между глазами. Таким образом, получаются диспаратные изображения, при рассматривании которых возникает рельефное изображение.

Если в стереоскопе предъявляют два изображения, различия между которыми настолько велики, что не обеспечивают слияния изображений, то возникает своеобразный эффект: то одна, то другая фигура появляются в чередующейся последовательности. Это явление известно как бинокулярное соревнование. Иногда при этом два объекта выступают в форме, представляющей собой комбинацию обеих фигур. Например, рисунок изгороди, предъявляемый одному глазу, и рисунок лошади, предъявляемый другому, могут вызвать впечатление, что лошадь прыгает через изгородь.

Восприятие глубины может достигаться благодаря вторичным признакам, являющимся условными сигналами удаленности: видимая величина предмета, линейная перспектива, загораживание одних предметов другими, их цвет.

Хорошо известны рисунки, дающие двойственное восприятие глубины (рис. 8.8.). В некоторых ситуациях тот факт, что интерпретация глубины может полностью меняться на обратную, имеет исключительное значение. Так, при посадке самолета может случиться, что восприятие посадочной полосы пилотом будет перевернутым по глубине. Подобное явление наблюдается ночью или во время тумана, когда не видны те детали обстановки, которые служат для пилота условными сигналами, помогающими адекватному отражению удаленности предметов. Одним из таких сигналов является яркость огней на посадочной полосе (известно, что яркие источники света кажутся расположенными ближе, чем тусклые), и достаточно неудачного сочетания световых сигналов, чтобы возникло перевернутое восприятие глубины.

Один из важных моментов пространственного различения - это восприятие направления, в котором находятся объекты по отношению к другим объектам или наблюдателю. Направление, в котором мы видим объект, определяется местом его изображения на сетчатке глаза и положением нашего тела по отношению к окружающим предметам.

Рис. 8.8. Двойственные рисунки

Для человека характерно вертикальное положение тела по отношению к горизонтальной плоскости земли. Это положение, созданное общественно-трудовой природой человека, является исходным для определения направления, в котором человек распознает окружающие предметы. Поэтому в пространственном видении, в том числе и восприятии направления, помимо зрительных ощущений, большую роль играют не только кинестезические ощущения движений глаз или рук, но и статические ощущения, т. е. ощущения равновесия и положения тела. При бинокулярном зрении направление видимого предмета определяется законом тождественного направления. По этому закону, раздражители, падающие на корреспондирующие точки сетчатки, видятся нами в одном и том же направлении. Это направление дается линией, соединяющей пересечение зрительных линий обоих глаз с точкой, соответствующей середине расстояния между обоими глазами. Иными словами, изображения, попадающие на корреспондирующие точки, мы видим на прямой, идущей как бы от одного «циклопического глаза», находящегося посередине лба.

Известно, что на сетчатке глаза образуется перевернутое изображение тех предметов, на которые мы смотрим. Перемещение наблюдаемого объекта вызывает перемещение сетчаточного изображения в обратном направлении. Однако мы воспринимаем предметы, и движущиеся и неподвижные, не в искаженном виде, а такими, какими их передает на сетчатку оптическая система глаз. Это происходит благодаря сочетанию зрительных ощущений с тактильными, кинестезическими и другими сигналами.

Интересные данные были получены в опытах, в которых ориентация изображений на сетчатке глаз испытуемых намеренно искажалась с помощью специальных оптических приспособлений. Последние давали возможность получать изображения, перевернутые как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Оказалось, что спустя некоторое время наступает адаптация и мир, видимый испытуемыми, перестраивается, хотя и не полностью.

Подобное приспособление оказалось невозможным у животных. Так, к глазам кур прикрепляли призмы, переворачивающие изображение слева направо, и изучали способность птиц клевать зерна. У кур этот навык резко нарушался, и даже после трехмесячного ношения очков никакого реального улучшения навыка не наблюдалось. Сходные данные были получены на земноводных. Очевидно, врожденные зрительные реакции у животных на расположение предметов не могут изменяться под влиянием обучения, если требуется, чтобы животное усвоило реакцию, антагонистическую инстинктивной.

Восприятие направления, в котором находятся объекты, возможно не только с помощью зрительного, но и с помощью слухового и обонятельного анализаторов. Для животных нередко звук и запах - единственные сигналы, действующие на расстоянии и предупреждающие об опасности.

Восприятие направления звука осуществляется при бинауральном слушании. Основу дифференцировки направлений звука составляет разность во времени поступления сигналов в кору головного мозга от обоих ушей. Звуки могут локализоваться не только в левом и правом направлении по горизонтали, но и по направлению вверх и вниз. Экспериментальные данные показали, что в последнем случае для восприятия пространственного расположения звука необходимы движения головы испытуемого. Таким образом, механизм локализации звука учитывает не только слуховые сигналы, но и данные других анализаторных систем.

Зрительные иллюзии. Всегда ли восприятие дает нам адекватное отражение предметов объективного мира? Описаны многочисленные факты и условия ошибок в восприятии, главным образом зрительные иллюзии.

Рис. 8.9. Иллюзия стрелы. Она основана на принципе сходящихся и

расходящихся линий: стрела с расходящимися наконечниками кажется длиннее, хотя фактически обе стрелы одинаковой длины.

Рис. 8.10. Иллюзия железнодорожных путей. Линия, расположенная в более узкой части пространства, заключенного между двумя сходящимися прямыми, кажется длиннее, хотя на самом деле обе шпалы одинаковой длины.

Рис. 8.11. Переоценка вертикальных линий. Высота цилиндра кажется больше, чем ширина полей, хотя они равны.

Рис. 8.12. Иллюзия веера. Параллельные линии вследствие влияния фона ближе к центру кажутся выпуклыми, а дальше от центра – вогнутыми.

Рис. 8.13. Иллюзия пересечения. На одной прямой лежат линии АХ, а не ВХ, как кажется.

Рис.8.14. Иллюзия концентрических окружностей. Представленные на рисунке концентрические окружности воспринимаются как спираль из-за того, что короткие отрезки прямых (изображены белым) пересекают эти окружности в местах их пересечения с фоном.

Зрительные иллюзии были обнаружены и у животных. На практическом использовании зрительных иллюзий основана маскировка, которая для бесчисленного множества зверей, рыб, птиц и насекомых является защитным приспособлением. Один из эффективных способов маскировки— мимикрия — слияние с фоном, другой способ маскировки состоит в использо1вании деформирующего рисунка, в такой степени нарушающего очертания животного, что его нельзя различить и опознать. Пример деформирующего рисунка - яркие полосы зебры, благодаря которым с определенного расстояния невозможно выделить контур животного.

Все эти явления убеждают в том, что существуют какие-то общие факторы, вызывающие возникновение зрительных иллюзий. Выдвигались различные объяснения ряда наблюдаемых зрительных иллюзий. Так, иллюзия стрелы объясняется свойством целостности восприятия: мы воспринимаем видимые нами фигуры и их части не отдельно, а в некотором соотношении и свойства всей фигуры ошибочно переносим на ее части (если целое больше, то больше и его части). Аналогично можно объяснить и иллюзию веера. Переоценка вертикальных линий объясняется тем, что движения глаз в вертикальной плоскости требуют большего мышечного напряжения, чем движения в горизонтальной плоскости.

8.4.Монокулярные пространственные признаки

Пространственные признаки, которые могут восприниматься не только двумя, но и одним глазом, называются монокулярными признаками. Большинство монокулярных пространственных признаков статичны (т. е. это те признаки пространства, которые воспринимаются при условии, что и наблюдатель, и находящиеся в поле его зрения объекты неподвижны), но есть и такие признаки, которые проявляются только тогда, когда либо есть движение (наблюдателя, окружающих предметов или того и другого), либо тогда, когда изменяется характер движения глазных мышц. Восприятие неподвижных сцен, фотографий и иллюстраций, так же как и восприятие произведений живописи и графики, основано на статичных монокулярных признаках, которые называются пикторальными, или картинными, признаками и передают глубину и расстояние изобразительными средствами, т. е. создают иллюзию объема на такой двухмерной поверхности, какой является, например, фотография.

Интерпозиция (частичное загораживание, или перекрытие).Интерпозицией называется неполная маскировка, или перекрывание одного объекта другим. Если один объект частично закрыт другим, наблюдателю кажется, что тот объект, который виден целиком, находится на более близком расстоянии (см. рис.8.15.). Интерпозиция дает больше информации об относительной удаленности, когда речь идет о знакомых объектах. В качестве статического признака она очень эффективна, но с ее помощью можно составить представление только об относительной глубине.

Рис. 8.15. Интерпозиция

Воздушная перспектива. Как правило, рассматривая какой-либо пейзаж, мы менее четко видим те предметы, которые удалены от нас, чем те, которые находятся поблизости. Этот монокулярный источник информации, называемый воздушной перспективой, является следствием влияния на свет мельчайших частиц, содержащихся в атмосфере. Свет, проходя через атмосферу, содержащую взвешенные твердые частицы, нары воды и прочие примеси, рассеивается, что приводит к уменьшению четкости деталей и светимости ретинальных изображений объектов. Поскольку свет, который отражается от более удаленных предметов, проходит более длинный путь в атмосфере, нежели свет, который отражается от предметов, расположенных ближе к наблюдателю, более удаленные предметы воспринимаются менее четко, и чем дальше от наблюдателя они находятся, тем сильнее проявляется этот эффект «дымки». Воздушная перспектива может служить признаком удаленности или глубины, и прежде всего в тех случаях, когда речь идет об очень удаленных предметах.

Благодаря воздушной перспективе удаленные предметы меньше контрастируют с фоном, чем предметы, расположенные поблизости. Стимулы, резко не контрастирующие с фоном, как правило, кажутся расположенными дальше, чем стимулы, контраст которых с фоном выражен более четко. Следовательно, кажущийся контраст является источником пространственной информации. А это значит, что поддающаяся оценке информация о кажущейся глубине и удаленности, которую можно получить с помощью воздушной перспективы, определяется уменьшением контрастности в результате увеличения расстояния, с которого ведется наблюдение. Теперь понятно, почему в ясную погоду такие крупномасштабные объекты, как здания или горы, кажутся менее удаленными, чем в пасмурный день.

Светотень. Как правило, наибольшей светимостью обладает та поверхность, которая ближе к источнику света. По мере удаления от источника света светимость поверхностей уменьшается и возрастает их затененность. Чередование света и тени также способствует восприятию глубины отграниченных поверхностей.

К трем годам дети уже привыкают к тому, что свет падает сверху, и на основании освещенности умеют отличать выпуклости от вогнутостей (т. е. возвышения от углублений). Более того, цыплята, подобно людям, реагируют на раздражители так, как будто они освещены светом, падающим сверху, и эта реакция позволяет предположить, что если их способность интерпретировать затененность и светимость как пространственный признак не является врожденной, то уж во всяком случае развивается на очень ранних стадиях филогенеза.

Затененность и форма. Правильная интерпретация наблюдаемой затененности и светимости поверхности может также явиться источником информации о форме объектов. Как правило, если трехмерный объект освещен светом от единственного источника, взаимное расположение затененных и освещенных участков подчиняется определенным общим закономерностям. Поскольку те поверхности, которые расположены ближе к источнику света, оказываются наиболее освещенными, форма объекта влияет на чередование освещенных и затененных участков. В результате этого поверхности, обращенные к источнику света, кажутся светлее, а противоположные им – темнее.

Кроме того, характер распределения света и тени на объекте способствует восприятию свойств его поверхности. Так, постепенный переход от света к тени может быть признаком ее искривления, а внезапный, резкий переход от света к тени - свидетельством таких изменений, как острый край или угол. Затененность является основным источником пространственной информации.

Элевация. Как правило, линия горизонта располагается в поле зрения выше (по вертикали), чем передний план. Соответственно, если в поле зрения наблюдателя на разной высоте находятся два объекта и ему кажется, что они оба лежат ниже линии горизонта, то более удаленным ему будет казаться тот объект, который располагается выше. Элевация(иногда также называемая высотой расположения в поле зрения) может играть определенную роль в восприятии как относительной, так и абсолютной удаленности. Она также выступает и в качестве пространственного признака, когда речь идет о восприятии плоскостных изображений, создатели которых стремились передать эффект глубины.

Линейная перспектива. Восприятие глубины на основании плоскостного изображения в значительной мере облегчается за счет использования линейной перспективы(нередко называемой просто перспективой). Линейная перспектива предполагает планомерное уменьшение величины удаленных предметов и расстояний между ними.

Типичный пример линейной перспективы — железнодорожные рельсы. Хотя рельсы параллельны, кажется, что вдали они сходятся в некой точке, которая называется точкой схода.

Градиент текстуры. Многим естественным (покрытым травой или деревьями) и искусственным (дорогам, полам, тканям) поверхностям свойственна определенной формы микроструктура, обычно воспринимаемая как зернистость, или текстура. Плотность подобных текстур изменяется непрерывно, т. е. поверхностям присущ определенный градиент текстуры, который в зависимости от физического взаиморасположения этих объектов и поверхностей, определяет структуру отражаемого ими оптического потока. Иначе говоря, когда мы смотрим на какую-либо текстурированиую поверхность, по мере ее удаления от нас ее текстура начинает казаться более тонкой, а образующие ее элементы — относительно мелкими и теснее примыкающими друг к другу, или более уплотненными. Точно так же, как и в случае с линейной перспективой, кажущаяся величина элементов и промежутков между ними с увеличением расстояния уменьшается. В соответствии с этим восприятие такой текстурированной поверхности, как природный ландшафт, дает возможность достаточно надежно оценить удаленность.

На основании информации о текстуре таких плоских поверхностей, можно также судить о глубине и удаленности.Градиент, или постепенное изменение величины, формы или пространственного расположения элементов, образующих паттерн текстуры, дает нам информацию об удаленности. Глаз воспринимает изменение текстуры поверхности как происходящее с постоянной скоростью.

Как следует из рисунков 8.16. – 8.18., роль изменения текстуры в качестве источника зрительной информации настолько велика, что даже простые двухмерные рисунки создают иллюзию пространства.

На рисунках - примеры кажущейся глубины, создаваемой постоянным и переменным градиентами текстуры.

Изменение градиентов текстуры обозначает зрительно воспринимаемый обрыв (см. рис.8.16.)и угол (см. рис. 8.17.).

Изменение градиента текстуры усиливает впечатление кажущейся глубины «сетчатой» или «проволочной» комнаты (см. рис. 8.18.).

Примеры, представленные на рис. 8.16. – 8.18., свидетельствуют о том, что и прерывистость текстуры, и ее неравномерные изменения передают такие особенности поверхности, как искривленность, создают впечатление зрительного обрыва, а также являются источником информации о геометрии реальной поверхности объекта и ее наклоне относительно фронтальной линии наблюдателя. Градиент текстуры наряду с интерпозицией и линейной перспективой может быть полезен при оценке кажущихся размеров объектов. В идеальном случае, когда все элементы текстуры идентичны, физически одинаковые объекты, загораживающие или покрывающие одинаковое число текстурных единиц (рис.8.19.), Примеры, представленные на рис. 8.16. – 8.18., свидетельствуют о том, что и прерывистость текстуры, и ее неравномерные изменения передают такие особенности поверхности, как искривленность, создают впечатление зрительного обрыва, а также являются источником информации о геометрии реальной поверхности объекта и ее наклоне относительно фронтальной линии наблюдателя. Градиент текстуры наряду с интерпозицией и линейной перспективой может быть полезен при оценке кажущихся размеров объектов. В идеальном случае, когда все элементы текстуры идентичны, физически одинаковые объекты, загораживающие или покрывающие одинаковое число текстурных единиц (рис.8.19.), воспринимаются как равновеликие, хотя их ретинальные изображения отличаются по величине вследствие разной удаленности от наблюдателя.

Рис.8.16. Рис. 8.17.

Рис.8.18.

Рис. 8.19.Кажется, что диски расположены на разных фронтальных плоскостях. Поскольку они загораживают равное число текстурных единиц, кажется, что они равны по величине, но по-разному удалены от наблюдателя.

Относительный размер. Признак удаленности, называемый относительным размером, применим в тех случаях, когда две похожие или идентичные формы разной величины рассматриваются одновременно или непосредственно одна за другой. В таких ситуациях больший по величине объект кажется расположенным ближе к наблюдателю.

Чтобы правильно интерпретировать этот признак удаленности, не требуется ни специального научения, ни опыта общения с объектами. Скорее, можно сказать, что в некоторых ситуациях изображения объектов одинаковой формы, но разного размера, - вполне достаточные стимулы для того, чтобы возникло ощущение глубины.

Пикторальное (картинное) восприятие. Линейная перспектива, градиент текстуры и относительная величина — все это частные случаи проявления общего принципа геометрической оптики применительно к связи между изображением на сетчатке и расстоянием от наблюдателя до объекта: величина ретинального изображения пропорциональна расстоянию от наблюдателя до объекта. Непосредственным следствием совместного действия этих статических монокулярных признаков является то, что при увеличении расстояния от объекта до наблюдателя изображение объекта на сетчатке уменьшается. Будучи учтенным при создании плоских, двухмерных композиций, этот принцип легко позволяет создать впечатление глубины и удаленности. Использование в фотографии или в живописи статичных монокулярных признаков, описанных выше, — интерпозиции, затененности и линейной перспективы — делает возможным пикторальное (или картинное) восприятие — восприятие глубины на основе плоскостного изображения.