Бинокулярное зрение. Механизмы восприятия глубины пространства. Бинокулярный параллакс. Восприятие глубины пространства

Страница 7 из 10

Восприятие пространства: восприятие формы, величины, глубины и удаленности предметов, направления. Зрительные иллюзии.

Восприятие пространства играет большую роль во взаимодействии человека с окружающей средой, являясь необходимым условием ориентировки в ней человека. Восприятие пространства представляет собой отражение объективно существующего пространства и включает восприятие формы, величины и взаимного расположения объектов, их рельефа, удаленности и направления, в котором они находятся.

Взаимодействие человека со средой включает и само тело человека с характерной для него системой координат. Сам ощущающий человек - материальное тело, занимающее определенное место в пространстве и обладающее известными пространственными признаками (величиной, формой, тремя измерениями тела, направлениями движений в пространстве).

Определение формы, величины, местоположения и перемещения пред­метов относительно друг друга и одновременный анализ положения собствен­но­го тела относительно окружающих предметов совершаются в процессе двигательной деятельности организма и составляют особое высшее проявле­ние аналитико-синтетической деятельности, называемое пространст­венным анализом. Установлено, что в основе различных форм пространственного анализа лежит деятельность комплекса анализаторов, ни одному из которых не присуща монопольная роль в анализе пространственных факторов среды.

Особую роль в пространственной ориентировке выполняет двигательный анализатор, с помощью которого устанавливается взаимодействие между различными анализаторами. К специальным механизмам пространственной ориентировки следует отнести нервные связи между обоими полушариями в анализаторной деятельности: бинокулярное зрение, бинауральный слух, бимануальное осязание, дириническое обоняние и т.д. Важную роль в отражении пространственных свойств предметов играет функциональная симметрия, которая характерна для всех парных анализаторов. Функциональ­ная асимметрия состоит в том, что одна из сторон анализатора является в определенном отношении ведущей, доминирующей. Было показано, что отношения между сторонами анализатора в смысле их доминирования динамичны и неоднозначны. Так, глаз, доминирующий по остроте зрения, может быть не ведущим по величине ноля зрения и т. п.

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.

В восприятии формы предметов принимают участие три основные группы факторов:

1. Врожденная способность нервных клеток коры головного мозга избирательно реагировать на элементы изображений, имеющие опре­деленную насыщенность, ориентацию, конфигурацию и длину. Такие клетки называются клетками-детекторами. Благодаря свойствам своих рецептивных полей, они выделяют в зрительном поле вполне определенные элементы, например световые линии конкретной длины, ширины и наклона, острые углы, контрасты, изломы на контурных изображениях.

2. Законы образования фигур, форм и контуров, выделенные гештальтпсихологами и описанные выше.

3. Жизненный опыт, получаемый за счет движений руки по контуру и поверхности объектов, перемещения человека и частей его тела в пространстве.

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

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.

Общую закономерность восприятия различных объектов отражает так называемых закон перцепции, предполагающий дихотомию сменяющихся качественно различных уровней образа воспринимаемого объекта. Закон перцепции - закон восприятия, открытый немецким психологом Н. Ланге, суть которого заключается в следующем: процесс восприятия представляет собой быструю смену менее конкретного, более общего восприятия предмета, явления более частным, конкретным, дифференцированным.

Восприятие величины предмета. 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 кривизны хрусталика при настройке глаза на четкое восприятие близких и отдаленных объектов. 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 объекте или в одну точку зрительного пространства. 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 - и является условно-рефлекторным сигналом размера воспринимаемого предмета.

Восприятие глубины и удаленности предметов. 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 2,5 километров.

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 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, используемые, например, в черчении, дающие двойственное восприятие глубины. 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, например, 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.

Восприятие направления. Одним из важных моментов пространствен­ного различения является 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. 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. 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 бинокулярном 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.

1. Иллюзия стрелы. Она основана на принципе сходящихся и расходящихся линий: стрела с расходящимися наконечниками кажется длиннее, хотя фактически обе стрелы одинаковой длины (А).

2. Иллюзия железнодорожных путей. Линия, расположенная в более узкой части пространства, заключенного между двумя сходящимися прямыми, кажется длиннее, хотя на самом деле обе шпалы одинаковы (Б).

3. Переоценка вертикальных линий. Высота цилиндра кажется больше, чем ширина полей, хотя они равны (В).

4. Иллюзия веера. Параллельные линии вследствие влияния фона ближе к центру кажутся выпуклыми, а дальше от центра – вогнутыми (Г).

5. Иллюзия пересечения. На одной прямой лежат отрезки А и Х, а не В и Х, как кажется (Д).

6. 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 (Е).

Е.

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 использовании 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. Поскольку интенсивность мышечного напряжения может служить мерой пройденного пути, вертикальные расстояния кажутся нам больше горизонтальных.

В некоторых случаях от самих предметов поступают противоречивые стимулы, способные вызвать два разных (противоречивых) восприятия, причем бывает, что нет признака, который позволил бы определить, что является фоном, а что – фигурой. То же относится и к признакам, одновременно присутствующим в изображении и создающим впечатления глубины, перспективы, формы или величины, которые, вступая в противоречия между собой, порождают зрительные иллюзии.

Одно из самых правдоподобных объяснений ряда иллюзий основано на нашей склонности воспринимать как более крупное то, что находится дальше, с учетом эффекта перспективы. Это заставляет наш мозг преувеличивать размеры того или другого из двух равных предметов, который дальше удален.

Еще одна забавная иллюзия возникает при восприятии лица на фотографии или рисунке: глаза будут всегда смотреть прямо на нас независимо от угла, под которым мы на него смотрим (рис. 5).

Рис. 5

Однако эта иллюзия создается лишь в том случае, если изображенный глядел прямо в объектив или прямо в глаза художника, когда тот рисовал портрет (действительно, ничего подобного не происходит, если позирующий смотрит чуть-чуть в сторону). Эта иллюзия еще не получила полного объяснения: по-видимому, она связана с тем, что изображение глаз даетсялишь в двух измерениях. В самом деле, при восприятии скульптурных изображений такой иллюзии не возникает.

Итак, иллюзия характеризуется наличием сенсорных сообщений, неправильно расшифрованных одним человеком, а иногда и многими людьми. Напротив, в случае галлюцинации зрительные, слуховые или иные ощущения появляются у человека при отсутствии каких-либо сенсорных стимулов, воспринимаемых также и другими людьми. Галлюцинация - всего лишь часть его внутренней реальности. На возникновение галлюцинаций во многом влияет психическое состояние человека – утомление, рассеянность, состояние ожидания или страха.

Несмотря на наличие объяснительных предположений относительно существования ряда иллюзий, далеко не для всех видов зрительных иллюзий в настоящее время найдено убедительное истолкование.

(depth perception) Дифференциальное восприятие расстояния, называемое обычно В. г., в основном является результатом работы таких органов чувств, как зрение и слух. Что касается зрения, есть два основных класса признаков глубины: монокулярные и бинокулярные признаки. Монокулярные признаки включают градиенты текстуры, величину, двигательный параллакс, аккомодацию, линейную перспективу, взаимное расположение объектов, затененные детали и четкость изображения. К бинокулярным признакам относятся конвергенция и ретинальная диспаратность. Некоторые из этих признаков могут действовать одновременно; обычно какой-то один из них подкрепляется др. В эксперименте трудно установить, какие именно признаки действуют в данный момент времени. Зрительное В. г. изучается неск. способами. При одном подходе испытуемому предлагают (в условиях бинокулярного или монокулярного восприятия) установить стержень или штырек т. о., чтобы он находился на том же удалении от глаз(а), как и эталонный раздражитель. Методика визуального обрыва (создающая зрительные эффекты глубокого и мелкого пространства), констатируя степень предпочтения людьми и животными края эксперим. установки "без обрыва", обычно используется для проверки у них способности воспринимать глубину. При изучении восприятия третьего измерения часто применяется стереоскоп, позволяющий раздельно предъявлять правому и левому глазу почти идентичные изображения, благодаря чему и создается стереоэффект. Позднее, пытаясь усовершенствовать стереоскопическую методику, Бела Джулеж изобрел т. н. случайно-точечные стереограммы: синтезированные на ЭВМ паттерны случайно расположенных точек, подбираемые в стереопары т. о., чтобы получались два почти идентичных изображения, за исключением расположенной у края области. При рассматривании таких изображений через стереоскоп эта область кажется расположенной выше или ниже остального паттерна. Слуховые признаки глубины используются слепыми людьми, к-рые могут подойти к стене и остановиться перед ней. К дополнительным слуховым признакам глубины относятся: величина реверберации, спектральные характеристики (атмосферное поглощение выше для высоких частот) и относительная громкость знакомых звуков. См. также Движения глаз, Теории зрения, Зрительное восприятие Дж. Г. Робинсон

Просмотров: 1056
Категория:

Восприятие глубины, или дифференциальное восприятие расстояния, является результатом работы зрительных и слуховых анализаторов. Что касается зрения, то восприятие глубины основано на монокулярных и бинокулярных признаках . Монокулярными являются признаки, которые могут восприниматься не только двумя, но и одним глазом. признаки отражают совместную деятельность обоих глаз.

К монокулярным признакам относят: окклюзию, знакомость размера, параллакс движения, линейную перспективу, градиент текстуры и затенение . Большинство монокулярных пространственных признаков статичны, т.е. они воспринимаются в том случае, если и наблюдатель, и наблюдаемый объекты неподвижны.

Окклюзия , или интерпозиция , – это признак, который обеспечивает возникновение эффекта глубины, когда один наблюдаемый предмет частично закрывает другой. Несмотря на то, что большая часть белого треугольника отсутствует, зрительная система «достраивает » изображение, чтобы воссоздать общую смысловую структуру, причем одновременно возникает иллюзия удаленности треугольника от трех черных кругов.

Знакомость размера , т.е. присутствие в нашем перцептивном опыте представлений о размере объекта, позволяет нам использовать информацию о его ретинальном размере для того, чтобы понять, насколько он удален от наблюдателя. Например, в исследовании Н. Иттельсона испытуемым предъявляли три игральные карты. Одна из карт была стандартного размера, вторая – в два раза больше, а третья – в два раза меньше обычной карты. Все карты предъявляли поочередно с расстояния 7,5 фута. Оказалось, что испытуемые оценивали расстояние до карт каждый раз по-разному. Расстояние до карты стандартного размера, по их мнению, составляло 7,5 фута, до карты в два раза меньше обычной – 15 футов и до карты вдвое большей – 4,6 фута. Очевидно, что на оценку дистанции повлияла убежденность испытуемых в том, что все предъявляемые карты должны быть одного размера.

Параллакс движения (греч. parataxis – перемена, изменения ) – это монокулярный источник информации о глубине и взаимном расположении объектов, он возникает в результате перемещения наблюдателя или наблюдаемых объектов. Более точное определение монокулярного параллакса движения приводит :

Параллакс движения – это изменения во взаимном расположении ретинальных изображений объектов, лежащих на разном удалении от наблюдателя, вызванные поворотом его головы.

С параллаксом движения связаны явления, наблюдаемые через боковое стекло быстро движущегося автомобиля. Наблюдателю кажется, что объекты, расположенные выше точки фиксации взгляда, движутся в направлении движения автомобиля. Напротив, объекты, расположенные ниже точки фиксации, движутся в противоположном движению автомобиля направлении.

Линейная перспектива – это планомерное уменьшение величины удаленных предметов и расстояний между ними, создающее впечатление глубины при восприятии плоскостных изображений. Типичным примером линейной перспективы является восприятие изображения железнодорожных рельсов или параллельных линий: хотя и те, и другие параллельны, создается впечатление, что в определенной точке (точке схода) они пересекаются. Линейная перспектива широко используется в живописи. В настоящее время общепризнано, что создателем теории линейной перспективы был итальянский скульптор и архитектор XV в. Ф. Брунеллески .

Градиент текстуры – монокулярный признак восприятия глубины, при наличии которого по мере удаления от нас фрагментов текстурированной поверхности образующие ее элементы начинают казаться более мелкими и уплотненными.

В качестве градиента текстуры плоских поверхностей могут выступать постепенные изменения величины, формы или пространственного расположения элементов, образующие паттерн текстуры и создающие впечатление глубины или удаленности объектов. Например, представьте себе уходящий вдаль берег, покрытый галькой: чем дальше галька, тем более плотной она кажется.

Поскольку плотность заполнения берега галькой примерно одинакова, градиент изменения текстуры по мере увеличения расстояния от наблюдателя дает глазу непосредственную информацию о структуре и глубине зрительного пространства. Так, градиент текстуры, спроецированный на сетчатку, передает структуру трехмерного пространства.

Затенение - монокулярный признак глубины, возникающий в результате уменьшения освещенности предметов по мере их удаления от наблюдателя или источника света и чередования света и тени. БэйбиФорум отмечает, что уже к трем годам дети привыкают, что свет падает сверху, и исходя из интенсивности освещенности умеют отличать выпуклости от выгнутостей. является важным признаком восприятия глубины еще и потому, что, как мы знаем из перцептивного опыта, только трехмерные предметы имеют тень.

В живописи за счет игры света и тени не только достигается эффект глубины, но и создаются изображения форм. Клеффнер и Рамачандран даже полагают, что существуют специальные нейроны, «вычленяющие » из затененности информацию о форме объектов.

Мы хорошо знаем, что окружающие нас предметы трехмерны, поэтому естественно возникает вопрос: как в условиях построения практически плоского оптического изображения на сетчатке у человека возникает ощущение глубины пространства?

Механизмы, которые обеспечивают это свойство наших ощущений, весьма сложны и неоднозначны при работе на разных расстояниях. На малых дистанциях (1-3-5 метров и особенно ближе 1 метра) основным является взаимодействие между правым и левым глазом, или, как это называют, бинокулярное зрение. В отличие от многих других парных органов человеческого организма, в том числе и парных органов чувств, левый и правый глаз не просто дополняют друг друга, расширяя тем самым поле зрения, но во взаимодействии дают новую качественную способность оценки глубины пространства.

Если сравнить поля зрения правого и левого глаза, то обращает на себя внимание, что они на значительной площади перекрывают одно другое. А если это так, то от одной точки пространства будут возникать изображения в правом и левом глазу. Но почему же при этом у нас возникает ощущение одной точки, а не двух? А теперь давайте проделаем такой опыт: глядя на какой-нибудь предмет, находящийся на расстоянии 2-4 метров, пальцем руки слегка сместим глазное яблоко, при этом возникает двоение изображения. Уже из одного такого факта можно сделать вывод, что на сетчатках правого и левого глаза имеются участки, раздражение которых приводит к возникновению возбуждения в одних и тех же нейронах зрительных центров. И этот вывод очень четко подтверждается самыми сложными экспериментами. Такие точки сетчатки были названы идентичными (или соответственными) в отличие от диспаратных точек, раздражение которых дает ощущение двоения.

Для того чтобы изображения от одних и тех же точек объекта падали на идентичные участки сетчатки, человек, глядя на тот или иной предмет, подсознательно производит сведение или разведение зрительных осей (это называют соответственно конвергенцией и дивергенцией). В процессе такого акта работает глазодвигательная мускулатура, по степени напряжения которой, а также по возникающему при этом незначительному и неощутимому двоению у человека и формируется восприятие глубины пространства.

При рассматривании предметов на близких расстояниях в оценке удаленности предмета или его деталей определенное значение имеет и механизм аккомодации. Сущность этого механизма заключается в том, что при «наводке глаза на резкость» принимают участие также определенные мышцы, по оценка степени напряжения которых у человека вырабатываются представления об удаленности предмета.

Вместе с тем каждый на основании своего индивидуального опыта хорошо знает, что при рассматривании изображений на плоскости (фотографии, рисунки, кинофильмы, экран телевизора и так далее), то есть когда по существу нет глубины пространства, мы достаточно хорошо воспринимаем и степень удаленности предметов. В этом случае, равно как и при наблюдении за достаточно удаленными предметами, основное значение в оценке глубины пространства принадлежит другим механизмам, которые в полной мере могут быть осуществлены и при монокулярном зрении. Здесь основную роль играют величина изображения знакомого предмета на сетчатке, заполненность пространства, соотношение между кажущимися размерами разноудаленных предметов и тому подобное. Таким образом, все эти признаки формируются на основании индивидуального опыта каждого человека. И если такой опыт отсутствует, то оценка удаленности предмета становится затруднительной. Вот почему Луна и Солнце нам представляются одинаково удаленными, равно как и все звезды. Поэтому при рассматривании незнакомых предметов в так называемом «пустом» пространстве оценить расстояния до них становится невозможным.

Зрительное восприятие внешнего пространства является сложным действием, в котором существенным обстоятельством является то, что в нормальных условиях мы пользуемся двумя глазами. Один и тот же предмет дает изображения на сетчатых оболочках обоих глаз, причем оба изображения немного различаются между собой, так как предмет несколько различно расположен относительно обоих глаз: один глаз немного лучше видит правую сторону его, а другой - левую. Эти различия ничтожны, когда рассматривается плоский предмет (картина), и становятся вполне ощутимыми при наблюдении объемных предметов. Световые раздражения, получаемые каждым глазом, соединяются в нашем сознании в один зрительный образ, в котором отображаются особенности, связанные с пространственным характером рассматриваемого предмета.

Желая рассмотреть какой-либо предмет, мы поворачиваем оба глаза так, что зрительные оси их пересекаются на этом предмете (рис. 261). Благодаря большой подвижности глаз мы быстро фиксируем одну точку предмета за другой; при этом мы можем оценивать расстояние до рассматриваемых предметов, а также сравнивать эти расстояния между собой. Такая оценка дает нам представление о глубине пространства (перспективе), об объемном распределении деталей рассматриваемого предмета, делает возможным, как говорят, стереоскопическое зрение.

Рис. 261. Рассматривание предмет; обоими глазами даст возможность оценить расстоянии до предмета. Угол на рисунке изображен значительно большим, чем это имеет место в действительности при рассматривании протяженных предметов

При зрении одним глазом мы также производим оценку относительного расположения предметов, используя для этого косвенные признаки: сравнение размеров объекта с размерами предметов, которые нам известны из опыта, изменения в цвете и расположении света и теней, наложение контуров объектов друг на друга и т. п.

Существенную помощь оказывает наблюдение относительного смещения объектов при перемещении глаза наблюдателя. Наряду с этим для оценки расстояния мы используем ощущение усилия мышц, необходимого для аккомодации глаза на данный предмет. При зрении двумя глазами к этому прибавляется еще ощущение мышечного усилия, необходимого для сведения зрительных осей глаз на фиксируемую точку. Последние оба процесса происходят одновременно и бессознательно и тесно связаны между собой.

Глубина пространства при зрении двумя глазами воспринимается несравненно лучше, чем при зрении одним глазом. Чтобы убедиться в этом, достаточно, закрыв один глаз, попробовать продеть нитку в ушко иголки. Способность ощущать глубину пространства и оценивать смещение предметов друг относительно друга по глубине у разных людей неодинакова и зависит, в частности, от тренировки.

Угол расхождения лучей, идущих от далекого предмета в оба глаза, пропорционален расстоянию между глазами (называемому базой) и обратно пропорционален расстоянию до предмета (рис. 261):

При больших расстояниях до предмета угол очень мал, и зрительные оси обоих глаз идут почти параллельно, вследствие чего ощущение глубины пространства теряется. Этот угол может быть значительно увеличен с помощью оптических приборов за счет увеличения базы между объективами прибора. Благодаря этому эффекту ощущение глубины возрастает во много раз.

В военных оптических приборах, предназначенных для наблюдений (бинокли, стереотрубы), расстояние между центрами объективов всегда значительно больше, чем расстояние между глазами, и удаленные предметы кажутся значительно более рельефными, чем при наблюдении без прибора. Наоборот, театральные бинокли предназначены для рассматривания сцены, реальная глубина которой мала и где ощущение глубины создается искусственно, с помощью декораций. Поэтому в театральных биноклях расстояние между объективами делают меньше, чем расстояние между глазами, благодаря чему незначительная глубина сцены делается менее заметна. Конечно, такое расположение объективов возможно только в призменных биноклях, где благодаря наличию призм расстояние между объективами может быть сделано иным, чем расстояние между окулярами (глазами). На рис. 255 изображен призменный полевой бинокль с увеличенной базой.

Ту же роль, какую играют два глаза, могут выполнить два фотоаппарата, оптические оси которых параллельны и смещены одна относительно другой на расстояние и которые обычно соединены в один фотоаппарат с двумя объективами. Вместо двух фотоаппаратов можно, конечно, взять одни аппарат и сделать последовательно два снимка какого-либо предмета с двух мест. Если полученные этим путем снимки расположить так, чтобы правый глаз видел только снимок, сделанный правым аппаратом, а левый глаз - левым аппаратом, и направить соответствующим образом оси глаз, то изображения обоих снимков соединятся и наблюдатель увидит рельефное пространство. Действительно, в этих условиях изображения каждого снимка на сетчатке по своим геометрическим свойствам и расположению окажутся вполне подобны изображениям истинного предмета при его непосредственном рассматривании двумя глазами.

Рис. 262. Схема стереоскопа

Для облегчения рассматривания снимков, полученных вышеописанным путем, употребляется прибор, называемый стереоскопом. Схема стереоскопа представлена на рис. 262. Стереоскопические снимки 1 и 2 рассматриваются с помощью линз и , помещенных каждая перед одним глазом. Снимки располагаются в фокальных плоскостях линз, и, следовательно, их изображения лежат в бесконечности. Оба глаза аккомодированы на бесконечность. Изображения обоих снимков воспринимаются как один рельефный предмет, лежащий в плоскости 3.

Стереоскоп в настоящее время широко применяется для изучения снимков местности. Производя фотографирование местности с двух точек, получают два снимка, рассматривая которые в стереоскоп можно ясно видеть рельеф местности.

Большая острота стереоскопического зрения дает возможность применять стереоскоп для обнаружения подделок документов, денег и т. п. Рассматривая в стереоскоп настоящий билет Государственного банка и его подделку, мы увидим стереоскопически не плоское одиночное изображение, а какой-то рельеф, так как все не совсем тождественные детали сравниваемых рисунков дадут впечатление рельефных деталей, выступающих над общим плоским фоном.

47. Объектив проекционного фонаря имеет фокусное расстояние . На каком расстоянии надо поставить диапозитив размером от объектива, чтобы его изображение точно умещалось на экране размером ?

48. Для воздушной разведки с самолета на высоте необходимо получить снимки с местности в масштабе . Каково должно быть фокусное расстояние объектива?

49. Найдите потери на отражение в перископе подводной лодки с 40 отражающими поверхностями, считая, что на каждой поверхности теряется 5% света. Найдите потери в том же перископе с просветленной оптикой, считая, что после просветления на каждой поверхности теряется 1% падающего света.

50. В качестве лупы использована линза очков с оптической силой + 8 диоптрий. Найдите увеличение этой лупы.

51. Найдите максимальный диаметр плоско-выпуклой линзы со сферической поверхностью из стекла с показателем преломления 1,63, которая при применении ее как лупы давала бы увеличение в 200 раз. (Рассматриваемая линза не будет тонкой. Однако для упрощения расчета это обстоятельство не учитывайте.)

52. Найдите формулу увеличения лупы для того случая, когда наблюдатель устанавливает лупу на расстояние наилучшего видения.

53. Как можно получить на экране изображение, даваемое микроскопом?

54. Микроскоп с 7-кратным окуляром имеет увеличение, равное 140. Какое увеличение будет иметь микроскоп, если заменить в нем окуляр линзой с фокусным расстоянием ?

55. Покажите, что оптическая система, изображенная на рис. 255 (призменный бинокль), действительно дает прямое изображение.

56. Найдите увеличение зеркального телескопа, зеркало которого имеет радиус кривизны , а фокусное расстояние окуляра равно .. Диапозитив размером?