Overview
Fonte: Laboratório de Jonathan Flombaum - Universidade Johns Hopkins
O desafio mais difícil da percepção visual é frequentemente descrito como um de recuperar informações sobre o espaço tridimensional de retinas bidimensionais. A retina é o tecido sensível à luz dentro do olho humano. A luz é refletida a partir de objetos no mundo, lançando projeções na retina que estimulam essas células sensíveis à luz. Objetos que estão lado a lado no mundo produzirão estímulos lado a lado na retina. Mas objetos mais distantes do observador não podem produzir estímulos mais distantes, em comparação com objetos próximos que são. A distância- a terceira dimensão - é colapsada na retina.
Então, como vemos em três dimensões? A resposta é que o cérebro humano aplica uma variedade de suposições e heurísticas a fim de fazer inferências sobre distâncias dadas as entradas recebidas na retina. No estudo da percepção, há uma longa tradição de usar ilusões visuais como forma de identificar algumas dessas heurísticas e suposições. Se os pesquisadores sabem que truques o cérebro está usando, eles devem ser capazes de enganar o cérebro para ver as coisas de forma imprecisa. Este vídeo mostrará como construir uma Ames Room, uma ilusão visual que ilustra uma das suposições aplicadas pelo sistema visual humano para recuperar a profundidade visual.
Procedure
1. Materiais
- Para construir uma Sala Ames você precisará de quatro pedaços de papelão, cada um com 1 metro de altura. As quatro peças devem variar de comprimento, incluindo uma peça de 2 pés, duas peças de 1 metro e uma peça de 1,5 pés de comprimento.
- Você também vai precisar de duas estatuetas de algum tipo, figuras de ação, soldados de brinquedo, até mesmo animais de pelúcia vão fazer o truque. Os dois devem ter aproximadamente a mesma altura e mais baixos que 3/4 pés de altura.
- Um cortador de caixa e cola ou fita também será necessário.
2. Montagem da Sala Ames
- Comece com um dos dois pedaços de papelão de 1 metro. Coloque um centavo nele, bem no centro, e use o cortador de caixa para cortar em torno do centavo para produzir um buraco. Esta será a abertura para a Sala Ames.
- A Figura 1 mostra esquematicamente as três etapas iniciais de montagem, descritas em 2.2.-2.4. Levante a peça com o orifício, e à sua direita conecte o outro pedaço de papelão de 1 metro, de modo que os dois formem um ângulo reto. Você terá um objeto que se parece com o da Figura 1a, quando olhado de cima.
Figura 1: Construir uma Sala Ames equivale à construção (de papelão) de um polígono irregular de quatro lados. O primeiro passo é esculpir um olho mágico do tamanho de um centavo em um pedaço de papelão de 1 metro. Em seguida, conecte um pedaço de papelão igualmente dimensionado para produzir um ângulo reto em pé como o mostrado em (A). Em seguida, conecte um pedaço de papelão de 2 pés, também em um ângulo reto, à esquerda da peça com o olho mágico. O resultado é esquematizado em B. Por fim, conecte um pedaço de papelão de 1,5 pés para fechar o polígono. O produto final é mostrado em C.
- Agora, coloque a peça de dois pés do outro lado da peça com a abertura. Você terá um objeto que se parece com o da Figura 1b quando olhado de cima.
- Por fim, conecte a peça de 1,5 pés para fechar a estrutura. Você terá um polígono de quatro lados como o da Figura 1c.
- Para completar a Sala Ames e produzir a ilusão pegue as duas estatuetas e coloque uma em cada um dos vértices onde o papelão de 1,5 pés se prende ao resto da estrutura. Na Figura 2,esses dois locais são denotados por círculos verdes. As estatuetas devem estar voltadas para a abertura.
Figura 2: Os pontos verdes denotam a colocação relativa de estatuetas dentro da Sala Ames. Para produzir a ilusão mais forte, é fundamental que as duas estatuetas sejam colocadas nos dois vértices de ângulo não reto do polígono.
3. Vendo a ilusão
- Para ver a ilusão, basta olhar para a Sala Ames olhando através da abertura.
Ilusões visuais muitas vezes exploram o fato de que uma pessoa recebe entrada de ambos os olhos para ver o mundo em três dimensões.
Por exemplo, se alguém está falando com um amigo através de sua porta de apartamento aberto, eles vão discernir esse indivíduo como um poucos passos em frente à parede do corredor. Essa percepção deve-se, em parte, ao fato de que o cérebro da pessoa recebe e combina duas imagens do amigo — uma do olho direito e outra da esquerda.
No entanto, se a porta de repente se fecha e o locatário é forçado a olhar para seu amigo com um olho através de um buraco — tamanho e profundidade se tornam mais difíceis de julgar.
A Sala Ames — uma estrutura nomeada em homenagem ao seu inventor oftalmologista Aldebert Ames — manipula esse aspecto binóculo da visão, e usa inteligentemente a geometria para enganar o sistema visual para identificar os tamanhos dos objetos como sendo diferentes quando, na verdade, eles são os mesmos.
Este vídeo demonstra como projetar uma Sala Ames, documenta a ilusão que cria e discute como tal engano é usado em efeitos especiais para filmes.
Neste experimento, os participantes veem uma exibição distorcida com um único olho olhando através de uma abertura — toda a configuração é a sala Ames. A perspectiva forçada garante que o cérebro receba apenas uma imagem da cena, e nenhuma profundidade do olho contralateral.
O truque geométrico aqui é que o display é construído com paredes laterais de comprimento irregular, tornando a parede traseira diagonal em vez de paralela à parede frontal. Tal construção não produz os ângulos retos que são esperados em uma sala.
Em vez disso, uma situação é criada onde duas estatuetas de tamanho igual — colocadas nos cantos traseiros — variam de distância da abertura. Ou seja, o da esquerda está mais distante do que o do lado direito.
Os participantes são solicitados a relatar o que vêem, e suas respostas são registradas como a variável dependente. Espera-se que eles reportem o personagem à direita como sendo muito maior, mesmo que eles tenham o mesmo tamanho.
Antes de os participantes chegarem, monte uma versão em pequena escala da Sala Ames, usando uma tesoura ou uma faca, fita, uma régua, quatro, pedaços de papelão de um metro de largura de comprimentos variados, e duas figuras de ação igualmente dimensionadas.
Primeiro faça a abertura: rastreie cerca de um centavo no centro de uma das peças de comprimento do pé. Corte em torno deste contorno e, em seguida, empurre a parte para fora para deixar um pequeno buraco. Levante este segmento para cima, e com fita, conecte-o à outra porção de um pé de comprimento de papelão para formar um ângulo de 90° no que será seu lado direito.
Agora aperte a peça de dois pés no lado esquerdo, formando outro ângulo de 90°. Por fim, conecte a seção restante de um metro e meio para fechar o polígono. Observe que a parte traseira não deve formar ângulos retos.
Com o display montado, coloque duas figuras da mesma altura nos cantos traseiros — uma em cada vértice.
Para começar o experimento, certifique-se de que a parte de trás está coberta para evitar revelar a geometria distorcida da exposição e sentar um participante na frente. Explique que ela deve olhar para a abertura e relatar qual dos dois personagens é maior.
Neste ponto, permita que o participante se incline. Enquanto ela está olhando para dentro, pergunte-lhe qual é maior e note sua resposta. [Participante diz: O direito é maior.]
Nesta demonstração, o participante foi enganado a pensar que os personagens diferem em tamanho. Neste caso, ela relatou que a figura certa é maior que a esquerda.
Aqui, a expectativa subjacente foi baseada em experiências anteriores — que as paredes devem ser anexadas em ângulos retos. Como o cérebro não conseguia reunir evidências de contra-aproveitamento — como as que poderiam ser fornecidas pelo outro olho — aplicou, portanto, a suposição. Isso resultou na sala aparecendo retangular, com a parede distante ocupando a posição mostrada.
A implicação, então, era que as duas figuras estavam lado a lado. Agora, o que apareceu na retina — duas projeções de tamanho diferente — foi interpretado pelo cérebro como uma diferença de tamanho, em vez de uma causada pelos objetos que estavam a distâncias diferentes do espectador.
Agora que você está familiarizado com a ilusão da Ames Room, vamos ver como seus princípios são aplicados em situações que envolvem efeitos especiais e visualização de realidade virtual.
Muitas cenas de filme foram filmadas dentro de um set de Ames Room. Como os quadros são capturados através das aberturas das câmeras, os diretores podem descrever um ator como sendo super pequeno e um robô como sendo muito maior do que realmente é simplesmente posicioná-los apropriadamente ao redor da sala.
Ao nos ajudar a entender as pistas necessárias pelos humanos para perceber o mundo visual em 3D, a Sala Ames também ajudou os pesquisadores a projetar melhores ferramentas de realidade virtual que empregam ilusões de tamanho.
Esses sistemas podem realmente ajudar os indivíduos a visualizar projetos de remodelação e design de casas. Usando dispositivos de realidade virtual, os objetos podem ser posicionados para que os espectadores possam perceber a realidade da aparência dentro de um determinado espaço.
Você acabou de ver o vídeo de JoVE na Sala Ames. Agora você deve ter uma boa compreensão de como projetar a exposição e executar a demonstração, bem como como interpretar respostas e aplicar os princípios por trás da ilusão.
Obrigado por assistir!
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Results
O que você vê quando olha para a Sala Ames? Figura 3 esquemamatiza o efeito - a estatueta à direita deve parecer muito maior do que a da esquerda, mesmo sabendo que eles são do mesmo tamanho.
Figura 3: Representação esquemática do que as pessoas veem na Sala Ames, em comparação com o fato da matéria, ou seja,o que realmente existe. O lado direito da figura mostra os verdadeiros tamanhos e distâncias relativas das estatuetas na sala: elas são igualmente altas, e a da esquerda está mais distante do espectador. Mas ao olhar através da abertura, a ilusão, retratada à esquerda, é que a estatueta à esquerda parece estar ao lado da pessoa à direita, e essa estatueta também parece muito menor.
O que está acontecendo? Antes de explicar a Sala Ames em particular, precisamos considerar o problema geral de perceber tamanho e profundidade ao mesmo tempo. A projeção que um objeto produz na retina varia de tamanho proporcional ao tamanho do objeto; mas as projeções também variam de tamanho em função da distância de um objeto da superfície em que ele projeta (neste caso a retina). Em outras palavras, uma projeção muito grande na retina pode significar que o objeto relevante é muito grande e razoavelmente longe do observador, ou pode significar que o objeto relevante é pequeno, mas muito próximo. Objetos grandes podem lançar pequenas projeções quando estão longe, e pequenos objetos podem lançar grandes projeções quando estão por perto. Separar tamanho e distância é um dos principais desafios para a visão 3D. A Figura 4 esquematiza este problema geral em referência a duas árvores do mesmo tamanho, mas a diferentes distâncias relativas de um observador.
Figura 4: Um diagrama esquemático para ilustrar o problema de perceber simultaneamente tamanho e distância. No lado esquerdo da figura estão duas árvores de igual altura. À sua direita, é um observador, denotado como um olho. Devido à posição relativa do observador às árvores, e à física da projeção óptica, a árvore à esquerda do observador lançará um reflexo muito menor sobre a retina do observador, em comparação com a árvore à direita. Isso é porque a árvore à direita está mais perto do observador. Mas dadas as projeções sobre a retina bidimensional, o que o observador deve pensar, a árvore à esquerda é menor, ou apenas mais distante?
Voltando à Sala Ames agora, o que essas ilusões específicas demonstram é um dos truques que o cérebro usa para estimar tamanhos de objetos e distâncias de objetos. Especificamente, o cérebro aplica uma suposição: assume que, na ausência de fortes evidências de contrapeso, que as estruturas se conectam entre si em ângulos retos.
Vamos olhar para trás na configuração da Sala Ames agora para entender como a ilusão explora essa suposição. As paredes da sala são todas da mesma cor, e olhando através de uma pequena abertura as pessoas não podem dizer que a parede distante é diagonal. Assim, o cérebro assume que é em linha reta que a Sala Ames é retangular em oposição a irregular. A implicação dessa suposição é que a estatueta do lado esquerdo da sala (em relação à visão de abertura) está muito mais próxima do observador do que realmente é. Na verdade, a implicação é que está à mesma distância que a estatueta à direita. Por ser mais distante, a estatueta à esquerda projeta uma imagem menor na retina do observador do que a estatueta à direita. Mas o cérebro fez uma suposição que implica que eles são a mesma distância. Então, o que poderia explicar as diferenças nos tamanhos das projeções de estatuetas? O cérebro é enganado: é razões que a estatueta à esquerda deve ser muito menor do que a da direita produzindo a ilusão. A Figura 5 caminha por esse raciocínio em relação à geometria da Sala Ames.
Figura 5. A Sala Ames engana o cérebro humano, produzindo a ilusão de tamanho, aproveitando uma suposição que o cérebro faz sobre geometria. Especificamente, o cérebro humano assume que as paredes se prendem umas às outras em ângulos retos. Olhando através da abertura da Sala Ames, o cérebro não pode reunir evidências de contra-aproveitamento, e assim aplica essa suposição. O resultado é que ele acha que a Sala Ames é retangular, com a parede distante ocupando as posições da linha pontilhada na figura. A implicação, então, é que as duas estatuetas estão lado a lado, e que a estatueta esquerda está muito mais próxima do observador do que é precisa. O cérebro então se pergunta por que dois objetos lado a lado lançam projeções tão diferentes na retina. A resposta que dá: devem ser de tamanhos diferentes.
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Applications and Summary
Entender como os seres humanos percebem o mundo visual em 3D tem sido uma grande área de foco de pesquisa e uma grande conquista do estudo moderno da percepção. Algumas das aplicações importantes que surgiram, como resultado, estão no desenvolvimento da tecnologia de visualização em 3D e realidade virtual. A Sala Ames tem sido usada há muito tempo nos filmes, como uma espécie de efeito especial. Suponha que um filme precise retratar um gigante, ou alguém muito pequeno. Fotografar cenas interiores dentro de uma Sala Ames pode produzir a ilusão para o espectador de que algumas pessoas são muito maiores (ou menores) do que realmente são. A câmera é, afinal, uma abertura.
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