ГлавнаяСтатьиЗнанияФизиология и психология восприятия света и цвета. Физика света. Физиология зрения

Физиология и психология восприятия света и цвета. Физика света. Физиология зрения

Художнику по свету крайне важно, кроме художественных и инженерных представлений, иметь представление о физиологических и психических процессах, происходящих в организме человека, когда он видит свет на сцене.

Более 90% всей сенсорной информации человек получает через органы зрения.

Представим человеческий глаз как аналог оптической системы фотоаппарата или видеокамеры, нейроны — как передающие кабели, а мозг — как сложнейший компьютер, обрабатывающий видеоданные.

Первым зрительную информацию непосредственно воспринимает глаз. Глаз имеет форму шара, надежно спрятанного в глазнице черепа. Веки, прикрывающие глаз, снаружи покрыты кожей, а изнутри — тонкой оболочкой — конъюнктивой. Слезные железы вырабатывают жидкость, смачивающую поверхность глазного яблока, поэтому веки свободно скользят, защищая глаз от внешней среды.

Ядро глазного яблока окружают наружная, средняя и внутренняя оболочки.

Наружная оболочка состоит из склеры (глазного белка), отвечающей за постоянство формы, объема и тонуса глаза, и роговицы. Прозрачная сферическая чувствительная роговица — наиболее выпуклая часть переднего отдела глаза, выполняет функции объектива.

Средняя оболочка глаза включает в себя радужку, играющую роль диафрагмы. Радужка располагается позади прозрачной роговицы. В центре радужки — зрачок, через который лучи достигают внутренней оболочки — сетчатки. Зрачок с помощью мышц регулирует количество поступающего света. Диаметр зрачка способен изменяться в зависимости от освещения и состояния нервной системы. В области зрачка расположен хрусталик, представляющий собою своеобразную двояковыпуклую линзу. Способность глаза благодаря хрусталику приспосабливаться к разным расстояниям, на которых находятся воспринимаемые предметы, называется аккомодацией. На практике следует учитывать, что в условиях плохой видимости взгляд человека фокусируется вблизи (эффект Мандельбаума).

Камеры глаза между роговицей и радужкой, радужкой и хрусталиком заполнены прозрачной светопреломляющей жидкостью, которая питает роговицу и хрусталик.

Позади хрусталика расположено желеобразное прозрачное стекловидное тело.

Свет, попадающий в глаз, преломляется оптической системой и проецируется на заднюю поверхность глаза, покрытую необычайно сложной и чувствительной рецепторной субстанцией, называемой сетчаткой. Фактически сетчатка выполняет функции фотопленки в фотоаппарате или матрицы в цифровой камере. Стоит обратить внимание, что изображение, попадающее на сетчатку, перевернутое, как в классической схеме простейшего оптического устройства.

Сетчатка неоднородна по структуре и состоит из десяти слоев, разные участки сетчатки по-разному реагируют на попадающий свет. На сетчатке расположены отростки светочувствительных клеток — палочек, отвечающих за световую чувствительность, и колбочек, отвечающих преимущественно за восприятие цветов, в них протекают фотохимические процессы, обеспечивающие цветовое зрение. Палочки расположены ближе к краям сетчатки, что позволяет контролировать периферийное зрение; колбочки, напротив, тяготеют к центру. Чувствительность колбочек примерно в 100 раз ниже, чем палочек, поэтому при малой освещенности восприятие цвета меняется. Так называемое сумеречное зрение характеризует эффект Пуркинье: красные цвета при недостаточном освещении кажутся более темными, нежели зеленые, а синие, наоборот, более светлыми.

Центральная область сетчатки самая чувствительная, ее называют желтым пятном. Участок, где рецепторы отсутствуют, называется слепым пятном, отсюда пучок нейронов выходит на обратную сторону сетчатки и далее в мозг.

Зрительная система человека обладает свойством бинокулярности, объемного зрения. Эта способность обусловлена тем, что человеческий мозг анализирует данные, полученные двумя глазами, причем информация от расположенных соосно, но на некотором расстоянии друг от друга источников изображения (глаз) несколько отличается. Положение предмета в пространстве воспринимается мозгом как ощущение (сенсорное чувство). При взгляде на какой-либо предмет у человека с нормальным зрением не возникает ощущения двух предметов, хотя и имеется два изображения на двух сетчатках. Изображения всех предметов попадают на так называемые корреспондирующие, или соответственные, участки двух сетчаток, и в восприятии человека эти два изображения сливаются в одно. Бинокулярное объединение сигналов от двух сетчаток в единый нервный образ происходит в первичной зрительной коре.

Информация, полученная периферическим парным органом зрения — глазами, через длинную и сложную цепь зрительных нервов, зрительный тракт и зрительные пути поступает в промежуточный мозг с первичными зрительными центрами.

Зрительные и слуховые нейронные дуги анатомически тесно переплетены.в так называемом варолиевом мосту. Поэтому между восприятием цвета и звука существует связь. Замечено, что усиление звука влияет на зрительные рецепторы, и наоборот — усиление света влияет на чувствительность звуковых рецепторов. Над закономерностью связи цветового тона и ноты бились и бьются до сих пор лучшие умы человечества. Композиторы Скрябин, Римский-Корсаков, Чюрлёнис обладали так называемым цветным слухом — каждой ноте присваивали определенный цвет. Скрябин даже создал цветомузыкальное произведение «Прометей» («Поэма огня»), в котором наряду с нотной партитурой прописана специальная цветовая строка — «люче». Эта строка по сегодняшний день является загадкой для специалистов в области светомузыки. Чюрленис создавал наряду с музыкальными произведениями живописные, давая им названия своих сонат.

Отдельного упоминания заслуживают наши современники и соотечественники. Многолетние теоретические и практические исследования Ванечкина, Галеева в области светомузыки послужили созданию единственного в мире СКБ «Прометей» (Казань). Эксперименты в Музее космонавтики (Москва), проводимые долгие годы Правдюком, — уже история русской театральной школы. Этими людьми придумано огромное количество прототипов приборов, которые сейчас используются в театральной и концертной технике. Описание этих устройств и теоретические исследования опубликованы и доступны.

Помимо пересечения со звуковыми трактами, зрительные тракты частично пересекаются у основания мозга, в зоне хаизмы.

Окончательный анализ зрительных сигналов происходит в стволовых (подкорковых) центрах и непосредственно в коре головного мозга. Сначала информация от левой части сетчатки каждого глаза обрабатывается преимущественно левым полушарием головного мозга, а информация от правой части — правым, затем информация складывается.

Оптическая система глаза способна рефлекторно адаптироваться к различным условиям. При переходе от темноты к свету наступает временное ослепление, а затем чувствительность глаза постепенно снижается. Это явление называют световой адаптацией. Обратный процесс, темновая адаптация, наблюдается при уменьшении освещенности. Первое время при резком снижении уровня освещения человек почти ничего не видит, затем начинают проявляться контуры предметов, потом детали. Повышение световой чувствительности при снижении освещенности происходит неравномерно: первые 10 минут чувствительность увеличивается в десятки раз, а затем в течение часа — в десятки тысяч раз.

Явление дифференциальной зрительной чувствительности проявляется при оценке по-разному освещенных участков поверхности. Разница в освещенности должна быть не менее 1—1,5%, чтобы быть замеченной человеческим глазом (закон Вебера).

Соседние нейроны действуют друг на друга. Серая полоска бумаги, лежащая на светлом фоне, кажется темнее такой же полоски, лежащей на темном фоне. Светлый фон возбуждает множество нейронов сетчатки, а их возбуждение тормозит клетки, активизированные серой полоской. Наиболее сильно подобное торможение действует между близко расположенными нейронами, осуществляя локальный контраст. Происходит кажущееся усиление перепада яркости на границе поверхностей разной освещенности. Этот эффект называют подчеркиванием контуров: на границе яркого поля и темной поверхности видны две дополнительные линии (еще более яркая — на границе светлого поля, еще более темная — на границе темного поля).

Слишком яркий свет вызывает ощущение слепоты. Верхняя граница слепящей яркости зависит от адаптации глаза: чем дольше была темновая адаптация, тем меньшая яркость вызывает ослепление. Если в поле зрения попадают очень яркие предметы, они снижают чувствительность в значительной части сетчатки. При слишком ярком концентрированном свете мелкие детали не различаются. Это явление называют слепящей яркостью света.

Зрительное ощущение появляется не мгновенно. Прежде чем возникнет ощущение, в зрительной системе должны произойти многократные преобразования и передача сигналов. Время инерции зрения, необходимое для возникновения зрительного ощущения, в среднем равно 0,03—0,1 с. Это ощущение исчезает также не сразу после того, как прекратилось раздражение, — оно держится еще некоторое время. Если в темноте водить по воздуху какой-либо яркой точкой, то мы увидим не движущуюся точку, а светящуюся линию. Быстро следующие одни за другими световые раздражения сливаются в единое непрерывное ощущение.

Минимальная частота следования световых вспышек света, при которой происходит слияние отдельных раздражений рецепторов, называется критической частотой слития мельканий. На этом свойстве зрения основаны кино и видео: мы не замечаем промежутков между отдельными кадрами (от 24 кадров в секунду), так как зрительное ощущение от одного кадра еще остается до появления другого. Это и обеспечивает иллюзию непрерывности изображения и его движения.

Ощущения, продолжающиеся после прекращения раздражения, называются последовательными образами. Если посмотреть на включенную лампу и закрыть глаза, то мы ее будем видеть еще в течение некоторого времени. Если же после фиксации взгляда на освещенном предмете перевести взгляд на светлый фон, то некоторое время можно видеть негативное изображение этого предмета, то есть его светлые части — темными, а темные — светлыми (отрицательный последовательный образ). Причина в том, что возбуждение от освещенного объекта локально тормозит определенные участки сетчатки. Если после этого перевести взгляд на равномерно освещенный экран, то его свет сильнее возбудит те участки, которые не были возбуждены ранее.

Остротой зрения называется максимальная способность глаза различать отдельные детали объектов. Остроту зрения определяют по наименьшему расстоянию между двумя точками, которые глаз различает, то есть видит отдельно, а не слитно. Нормальный глаз различает две точки, видимые под углом в 1°. Максимальную остроту зрения имеет желтое пятно. К периферии от него острота зрения намного ниже.

Если фиксировать взгляд на небольшом предмете, то его изображение проецируется на желтое пятно сетчатки. В этом случае мы видим предмет центральным зрением. Его угловой размер у человека 1,5—2°. Предметы, изображения которых попадают на остальные места сетчатки, воспринимаются периферическим зрением. Пространство, видимое глазом при фиксации взгляда в одной точке, называется полем зрения. Измерение границы поля зрения производят периметром. Границы поля зрения для бесцветных предметов составляют книзу 70°, кверху — 60°, внутрь — 60° и кнаружи — 90°. Поля зрения обоих глаз у человека частично совпадают, что имеет большое значение для восприятия глубины пространства. Поля зрения для различных цветов неодинаковы и меньше, чем для черно-белых объектов, так как на периферии количество колбочек минимально. Следует обратить внимание, что по форме большинство живописных работ, видеоэкраны, зеркала, сцены представляют собой горизонтальный прямоугольник. Это облегчает зрению восприятие картины в целом с одного взгляда.

Восприятие глубины пространства и оценка расстояния до объекта возможны как при просмотре одним глазом (монокулярное зрение), так и двумя глазами (бинокулярное зрение). Во втором случае оценка расстояния будет гораздо точнее. На определение близких расстояний при монокулярном зрении влияет аккомодация. Для оценки расстояния имеет значение также то, что образ предмета на сетчатке тем больше, чем он ближе.

Величина предмета оценивается как функция величины изображения на сетчатке и расстояния предмета от глаза. Когда расстояние до незнакомого предмета оценить трудно, возможны грубые ошибки в определении его величины.

При рассматривании любых предметов глаза двигаются. Глазные движения осуществляют мышцы, прикрепленные к глазному яблоку. Движение двух глаз совершается одновременно и синхронно. Рассматривая близкие предметы, необходимо сводить зрительные оси двух глаз (конвергенция), а рассматривая далекие предметы — разводить (дивергенция). Следует обратить внимание, что для непрерывного получения мозгом зрительной информации необходимо движение изображения на сетчатке. Импульсы в зрительном нерве возникают в момент включения и выключения светового изображения. При длящемся действии света на одни и те же фоторецепторы импульсация в волокнах зрительного нерва быстро прекращается и зрительное ощущение при неподвижных глазах и объектах исчезает через 1—2 с. Чтобы этого не случилось, глаз при рассматривании любого предмета производит не ощущаемые человеком непрерывные скачки. Вследствие каждого скачка изображение на сетчатке смещается с одних фоторецепторов на новые, вновь вызывая импульсацию клеток. Продолжительность каждого скачка равна сотым долям секунды, а амплитуда его не превышает 20°. Чем сложнее рассматриваемый объект, тем сложнее траектория движения глаз. Они как бы прослеживают контуры изображения, задерживаясь на наиболее информативных его участках. Любое движение объекта на статичной сцене моментально привлекает внимание.

Для художника по свету важно применять полученные знания на практике и помнить, что чувствительность глаза варьируется в широких пределах, глаз адаптируется к изменению освещенности очень гибко, поэтому в исключительных случаях допустимо применять источники света малой мощности, важно только помнить основные моменты:

1) при недостаточной освещенности глаз излишне напрягается;

2) имеют значение не абсолютные яркостные характеристики комплекта световых приборов, а их соотношение между собой;

3) иногда для яркого акцента или создания ощущения вспышки достаточно сначала незаметно для зрителя снизить на какой-то срок общую яркость картинки и потом резко вернуть на прежний уровень. Для создания ощущения темноты достаточно резко, но незначительно снизить яркость всех приборов;

4) снижение чувствительности глаза вызывает снижение чувствительности звука. При более ярком освещении чувствительность слуха повышена, поэтому концерты симфонической музыки рекомендуется проводить при более ярком освещении, чем рок-концерты.

Продолжение

Автор Андрей Мельник, художник по свету и сценограф

 

Комментариев нет

Оставить комментарий

Разработка и поддержка: Дизайн студия Visuallab | 2016