Overview
מקור: המעבדה של ג'ונתן פלומבאום – אוניברסיטת ג'ונס הופקינס
האתגר הקשה ביותר של תפיסה חזותית מתואר לעתים קרובות כאחד של שחזור מידע על מרחב תלת מימדי ברשתיות דו ממדיות. הרשתית היא הרקמה הרגישה לאור בתוך העין האנושית. האור משתקף מחפצים בעולם, מטילים תחזיות על הרשתית הממריצות תאים רגישים לאור אלה. חפצים זה לצד זה בעולם ייצרו גירויים זה לצד זה ברשתית. אבל חפצים מרוחקים יותר מן הצופה לא יכול לייצר גירויים רחוקים יותר, לעומת אובייקטים סמוכים כלומר. המרחק- המימד השלישי - מכווץ על הרשתית.
אז איך אנחנו רואים בשלושה ממדים? התשובה היא שהמוח האנושי מיישם מגוון הנחות והוריסטיקה כדי להסיק מסקנות לגבי מרחקים בהתחשב בתשומות שהתקבלו ברשתית. בחקר התפיסה, יש מסורת ארוכה של שימוש באשליות חזותיות כדרך לזהות כמה היוריסטיקה וההנחות האלה. אם חוקרים יודעים באילו טריקים המוח משתמש, הם אמורים להיות מסוגלים לגרום למוח לראות דברים בצורה לא מדויקת. וידאו זה יראה לך כיצד לבנות חדר איימס, אשליה חזותית הממחישה את אחת ההנחות המיושמות על ידי מערכת הראייה האנושית על מנת לשחזר עומק חזותי.
Procedure
1. חומרים
- כדי לבנות חדר איימס תצטרכו ארבע חתיכות קרטון, כל אחת בגובה מטר אחד. ארבעת החלקים אמורים להשתנות באורך, כולל חתיכה באורך 2 רגל, שתי חתיכות בגובה מטר וחצי וחתיכה אחת שאורכה 1.5 רגל.
- תצטרך גם שני פסלונים מסוג כלשהו, דמויות פעולה, חיילי בצעיף, אפילו בובות פרווה יעשו את העבודה. השניים צריכים להיות בערך באותו גובה וקצרים מגובה של 3/4 רגל.
- יהיה צורך גם בחותך קופסא ודבק או סרט הדבקה.
2. הרכבת חדר איימס
- התחל עם אחת משתי חתיכות קרטון 1 רגל של קרטון. שים אגורה על זה, ממש במרכז, ולהשתמש חותך התיבה לחתוך סביב פני כדי לייצר חור. זה יהיה הצמצם לחדר איימס.
- איור 1 מתאר באופן סכמטי את שלושת שלבי ההרכבה הראשוניים, המתוארים ב- 2.2.-2.4. עמדו על החתיכה עם החור, ומימין מחברים את חתיכת הקרטון האחרת בגובה מטר אחד, כך שהשניים יוצרים זווית ישרה. יהיה לך חפץ שנראה כמו זה באיור 1a, כשמסתכלים עליו מלמעלה.
איור 1: בניית חדר איימס מסתכמת בבניין (מקרטון) במצולע לא סדיר בארבעה צדדים. הצעד הראשון הוא לגלף חור הצצה בגודל פני בחתיכת קרטון בגובה מטר אחד. לאחר מכן חבר חתיכת קרטון בגודל שווה כדי לייצר זווית ישרה עומדת כמו זו המוצגת ב( A). לאחר מכן, לצרף חתיכת קרטון 2 רגל, גם בזווית ישרה סומק, בצד שמאל של החתיכה עם חור ההצצה. התוצאה סכמה ב- B. לבסוף, לצרף חתיכת קרטון 1.5 רגל כדי לסגור את המצולע. המוצר הסופי מוצג ב- C.
- עכשיו חבר את החתיכה באורך שני מטרים בצד השני של החתיכה עם הצמצם. יהיה לך חפץ שנראה כמו זה באיור 1b כשמסתכלים עליו מלמעלה.
- לבסוף, לצרף את חתיכת 1.5 רגל כדי לסגור את המבנה. יהיה לך מצולע בעל ארבעה צדדים כמו זה באיור 1c.
- כדי להשלים את חדר איימס ולייצר את האשליה לקחת את שני הפסלונים ולמקם אחד בכל אחד הקודקודים שבו קרטון 1.5 רגל מתחבר לשאר המבנה. באיור 2, שני מיקומים אלה מוזכרים בעיגולים ירוקים. הפסלונים צריכים להיות מול הצמצם.
איור 2: הנקודות הירוקות מציינות את המיקום היחסי של צלמיות בתוך חדר איימס. כדי לייצר את האשליה החזקה ביותר, זה קריטי כי שני הפסלונים יוצבו על שני קודקודים זווית לא ישרה של המצולע.
3. לראות את האשליה
- כדי לראות את האשליה, פשוט להסתכל לתוך חדר איימס על ידי התבוננות דרך הצמצם.
אשליות חזותיות מנצלות לעתים קרובות את העובדה שאדם מקבל קלט משתי העיניים כדי לראות את העולם בשלושה ממדים.
לדוגמה, אם מישהו מדבר עם חבר דרך דלת הדירה הפתוחה שלו, הם יבונו באדם זה כעמידה כמה צעדים מול קיר המסדרון. תפיסה זו נובעת, בין השאר, מהעובדה שהמוח של האדם מקבל ומשלב שתי תמונות של החבר – אחת מעין ימין, והאחרת משמאל.
עם זאת, אם הדלת נטרקת לפתע והשוכר נאלץ להסתכל על חברו בעין אחת דרך חור – גודל ועומק הופכים קשים יותר לשפוט.
חדר איימס – מבנה הקרוי על שם ממציא רופא העיניים שלו אלדברט איימס – מתפעל היבט דו-עיני זה של הראייה, ומשתמש בחוכמה בגיאומטריה כדי להערים על מערכת הראייה לזהות את גדלי האובייקטים כשונים כאשר למעשה הם זהים.
סרטון זה מדגים כיצד לעצב חדר איימס, מתעד את האשליה שהוא יוצר, ודן באופן שבו הונאה כזו משמשת באפקטים מיוחדים לסרטים.
בניסוי זה, המשתתפים מפגינים בתערוכה מעוותת בעין אחת על ידי הצצה דרך צמצם – כל ההתקנה היא חדר איימס. נקודת המבט הכפויה מבטיחה שהמוח יקבל רק תמונה אחת של הסצנה, וללא רמזי עומק מהעין הנגדית.
הטריק הגיאומטרי כאן הוא שהתצוגה בנויה עם קירות צדדיים באורך לא סדיר, מה שהופך את הקיר האחורי באלכסון ולא מקביל לקיר הקדמי. בנייה כזו אינה מייצרת את הזוויות הנכונות הצפויות בחדר.
במקום זאת, נוצר מצב שבו שני פסלונים בגודל שווה – הממוקמים בפינות האחוריות – משתנים במרחק מהצמצם. כלומר, זה שבשמאל רחוק יותר מזה שבצד ימין.
המשתתפים מתבקשים לדווח על מה שהם רואים, והתגובות שלהם נרשמות כמשתנה התלוי. זה צפוי כי הם ידווחו על התו בצד ימין כמו להיות הרבה יותר גדול, למרות שהם באותו גודל.
לפני שהמשתתפים מגיעים, הרכיבו גרסה בקנה מידה קטן של חדר איימס, באמצעות מספריים או סכין, סרט הדבקה, סרגל, 4, חתיכות קרטון ברוחב מטר אחד באורכים שונים, ושתי דמויות פעולה בגודל שווה.
ראשית לעשות את הצמצם: מעקב סביב אגורה במרכז אחד החלקים באורך הרגל. חותכים סביב קו מתאר זה ולאחר מכן לדחוף את החלק החוצה כדי להשאיר חור קטן. הרם קטע זה, ועם סרט הדבקה, חבר אותו לחלק השני באורך של רגל אחת של קרטון כדי ליצור זווית של 90° על מה שיהיה הצד הימני שלו.
עכשיו הדק את החתיכה של שני מטרים בצד שמאל, ויוצר זווית נוספת של 90 מעלות. לבסוף, חבר את החלק הנותר של מטר וחצי כדי לסגור את המצולע. שים לב שהישבן לא אמור ליצור זוויות ישרות.
כשהתצוגה מורכבת, מקם שתי דמויות באותו גובה בפינות האחוריות - אחת בכל קודקוד.
כדי להתחיל את הניסוי, ודא כי הגב מכוסה כדי למנוע חשיפת הגיאומטריה מוטה של התערוכה ולהושיב משתתף מלפנים. להסביר כי היא להסתכל לתוך הצמצם ולדווח איזה משתי הדמויות הוא גדול יותר.
בשלב זה, אפשר למשתתף להישען פנימה. בזמן שהיא מציצה פנימה, שאלו אותה איזה מהם גדול יותר ושימו לב לתגובתה. [המשתתף אומר: הימין גדול יותר.]
בהדגמה זו, המשתתף היה מרומה לחשוב כי הדמויות שונות בגודל. במקרה זה, היא דיווחה על הדמות הימנית כגדולה יותר מהנתון השמאלי.
כאן, הציפייה הבסיסית התבססה על חוויות קודמות – שהקירות צריכים להתחבר בזוויות ישרות. מכיוון שהמוח לא יכול היה לאסוף ראיות נגדיות – כמו זו שיכולות להיות מסופקות על-ידי העין השנייה – ולכן הוא יישם את ההנחה. התוצאה הייתה שהחדר נראה מלבני, כאשר הקיר הרחוק כובש את המיקום המוצג.
המשמעות אז הייתה ששתי הדמויות היו זו לצד זו. כעת, מה שהופיע ברשתית – שתי הקרנות בגודל שונה – התפרש על-ידי המוח כהבדל בגודל, ולא על-ידי אובייקטים העומדים במרחקים שונים מהצופה.
כעת, כאשר אתם מכירים את אשליית חדר איימס, בואו נסתכל על האופן שבו עקרונותיו מיושמים במצבים הכוללים אפקטים מיוחדים וצפייה במציאות מדומה.
סצנות קולנוע רבות צולמו בתוך סט של חדר איימס. מכיוון שהמסגרות נלכדות דרך הצמצמים של המצלמות, במאים יכולים לתאר שחקן כסופר קטן ורובוט כגדול בהרבה ממה שהוא באמת על ידי מיקום אותם כראוי סביב החדר.
בכך שעזר לנו להבין את הרמזים הדרושים לבני אדם כדי לתפוס את העולם החזותי בתלת-ממד, חדר איימס גם עזר לחוקרים לעצב כלי מציאות מדומה טובים יותר שמשתמשים באשליות גודל.
מערכות כאלה יכולות למעשה לעזור לאנשים לדמיין פרויקטים של שיפוץ ועיצוב הבית. באמצעות התקני מציאות מדומה, ניתן למקם אובייקטים כך שהצופים יוכלו לתפוס את מציאות המראה בתוך מרחב נתון.
הרגע צפית בסרטון של ג'וב בחדר איימס. עכשיו אתה צריך להבין היטב איך לעצב את התערוכה ולהפעיל את ההדגמה, כמו גם איך לפרש תגובות וליישם את העקרונות מאחורי האשליה.
תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
מה אתה רואה כשאתה מסתכל לתוך חדר איימס? איור 3 משתווה את האפקט - הפסלון מימין צריך להיראות הרבה יותר גדול מזה שמשמאל, למרות שאתה יודע שהם באותו גודל.
איור 3: ייצוג סכמטי של מה שאנשים רואים בחדר איימס, בהשוואה לעובדת העניין, כלומר,מה שבאמת נמצא שם. הצד הימני של הדמות מראה את הגדלים והמרחקים היחסיים האמיתיים של הפסלונים בחדר: הם גבוהים באותה מידה, וזה משמאל רחוק יותר מהצופה. אבל כשמסתכלים דרך הצמצם, האשליה, המתוארת משמאל, היא שהפסלון משמאל נראה עומד ליד האדם מימין, וגם הפסלון הזה נראה הרבה יותר קטן.
מה קורה? לפני שמסבירים את חדר איימס בפרט, עלינו לשקול את הבעיה הכללית של תפיסת הגודל והעומק בו זמנית. ההקרנה שאובייקט מייצר ברשתית תשתנה בגודלה ביחס לגודל האובייקט; אך התחזיות ישתנו גם כפונקציה של מרחק האובייקט מפני השטח עליו הוא מקרין (במקרה זה הרשתית). במילים אחרות, הקרנה גדולה מאוד על הרשתית יכולה להיות שהאובייקט הרלוונטי גדול מאוד ורחוק למדי מהצופה, או שזה יכול להיות שהאובייקט הרלוונטי קטן, אבל קרוב מאוד. אובייקטים גדולים יכולים להטיל תחזיות קטנות כאשר הם רחוקים, וחפצים קטנים יכולים להטיל תחזיות גדולות כאשר הם נמצאים בקרבת מקום. הפרדת גודל ומרחק היא אחד האתגרים העיקריים לראייה תלת-ממדית. איור 4 סכמת בעיה כללית זו בהתייחס לשני עצים באותו גודל אך במרחקים יחסיים שונים משקיף.
איור 4: תרשים סכמטי כדי להמחיש את הבעיה של תפיסת גודל ומרחק בו-זמנית. בצד שמאל של הדמות שני עצים בגובה שווה. ליונם, הוא צופה, מסומן כעין. בגלל המיקום היחסי של הצופה לעצים, והפיזיקה של הקרנה אופטית, העץ משמאל לצופה יטיל השתקפות קטנה בהרבה על הרשתית של הצופה, בהשוואה לעץ מימין. הסיבה לכך היא שהעץ מימין קרוב יותר לצופה. אבל בהתחשב בתחזיות על הרשתית הדו מימדית, מה הצופה צריך לחשוב, האם העץ משמאל קטן יותר, או פשוט רחוק יותר?
אם נחזור לחדר איימס עכשיו, מה שהאשליות הספציפיות האלה מדגימות הוא אחד הטריקים שהמוח משתמש בהם כדי להעריך את גודל האובייקטים ואת מרחקי האובייקטים. באופן ספציפי, המוח מיישם הנחה: הוא מניח כי בהיעדר ראיות נגד חזקות, כי מבנים להתחבר זה לזה בזוויות ישרות.
בואו נסתכל אחורה על התצורה של חדר איימס עכשיו כדי להבין איך האשליה מנצלת את ההנחה הזו. קירות החדר כולם באותו צבע, וההסתכלות דרך צמצם קטן אנשים לא יכולים לדעת שהקיר הרחוק אלכסוני. אז המוח מניח שזה ישר כי חדר איימס הוא מלבני בניגוד לא סדיר. המשמעות של הנחה זו היא כי הפסלון בצד שמאל של החדר (יחסית לתצפית הצמצם) הוא הרבה יותר קרוב הצופה ממה שהוא באמת. למעשה, המשמעות היא שזה באותו מרחק כמו הפסלון מימין. מכיוון שהוא למעשה רחוק יותר, הפסלון משמאל מקרין תמונה קטנה יותר על הרשתית של הצופה מאשר הפסלון מימין. אבל המוח הניח הנחה המרמזת שהם באותו מרחק. אז מה יכול להסביר את ההבדלים בגדלים של תחזיות הפסלון? המוח מקבל מרומה: זה סיבות כי הפסלון בצד שמאל חייב להיות למעשה הרבה יותר קטן מזה בצד ימין לייצר את האשליה. איור 5 עובר דרך חשיבה זו ביחס לגיאומטריה של חדר איימס.
איור 5. חדר איימס מתעתע במוח האנושי, ומייצר אשליית גודל, על ידי ניצול הנחה שהמוח עושה על גיאומטריה. באופן ספציפי, המוח האנושי מניח שקירות מתחברים זה לזה בזוויות ישרות. במבט דרך הפתח של חדר איימס, המוח לא יכול לאסוף ראיות נגדיות, ולכן הוא מיישם את ההנחה הזו. התוצאה היא שהוא חושב שחדר איימס מלבני, כשהקיר הרחוק כובש את עמדות הקו המקווקו בדמות. המשמעות, אם כן, היא ששתי הפסלונים הן זו לצד זו, ושהפסלון השמאלי קרוב הרבה יותר לצופה מאשר מדויק. לאחר מכן, המוח שואל את עצמו מדוע שני עצמים זה לצד זה מטילים תחזיות בגודל שונה כל כך על הרשתית. התשובה שהיא נותנת: הם חייבים להיות בגדלים שונים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
הבנת האופן שבו בני אדם תופסים את העולם החזותי בתלת-ממד הייתה תחום מרכזי של מיקוד מחקרי והישג גדול של המחקר המודרני של התפיסה. חלק מהיישומים החשובים שעלו, כתוצאה מכך, הם בפיתוח טכנולוגיית צפייה בתלת-ממד ובמציאות מדומה. חדר איימס שימש במיוחד במשך זמן רב בסרטים, כמעין אפקט מיוחד. נניח שסרט צריך לתאר ענק, או מישהו קטן מאוד. צילום סצנות פנימיות בתוך חדר איימס יכול לייצר את האשליה עבור הצופה כי אנשים מסוימים הם הרבה יותר גדולים (או קטנים יותר) ממה שהם באמת. המצלמה, היא אחרי הכל צמצם.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
