Иллюзии, возникающие при особых способах освещения и наблюдения

Описание

«Лучи, которые делают предметы невидимыми» . Именно такой заголовок имела короткая заметка в центральной газете за 1940 г., а содержание было следующее: «В Будапеште 24-летний венгерский изобретатель Б. сообщил об открытии им лучей, которые делают невидимыми предметы, на которые они направляются. Свое изобретение он демонстрировал представителю газеты «Будапешти хирлап», который заявил, что после того, как в его присутствии лучи были направлены на мраморную статую, последняя медленно исчезла. Протянув руку, представитель газеты нащупал невидимую статую. Через некоторое время она опять стала видимой. Изобретатель Б. отказывается сообщить подробности своего изобретения. Он собирается в ближайшее время демонстрировать его перед экспертами». Какие же это были лучи? Конечно, это были самые обычные световые лучи, но иллюзия исчезновения статуи могла быть получена за счет одного из следующих известных нам явлений: яркостного контраста, световой завесы, использования стробоскопического эффекта, применения люминесцирующих красок и, наконец, применения поляризованного света или поляроидов.

Известно, что видимость предмета на том или ином фоне зависит от яркостного контраста, т. е. от отношения разности яркостей предмета и фона к яркости фона. Величина эта, иногда выражаемая в процентах, имеет некоторое пороговое значение, зависящее в свою очередь от угловых размеров наблюдаемого на данном фоне предмета.

Если при некоторых условиях (возможно, имевших место при демонстрации «изобретения» Б.) разность яркостей между предметом (статуей) и фоном становилась равной нулю, то видимость предмета отсутствовала. Достигнуть такого выравнивания яркостей можно было либо увеличением яркости фона задней подсветкой при постоянстве яркости предмета, либо уменьшением яркости предмета, регулированием его освещенности при постоянстве яркости фона.

Если контраст будет менее одного процента, то такой предмет, как белая статуя на белом фоне, может исчезнуть из поля зрения.

Второй способ освещения, при котором видимая ранее статуя вдруг пропала, мог быть основан на принципе применения световой завесы. Этот принцип известен очень давно в прожекторной технике; едва ли не первые наблюдения действия световой завесы были описаны в «Артиллерийском журнале» за 1885 г. В том году в Артиллерийской академии были поставлены следующие опыты. Пучок Друммондова света, отброшенный фонарем, освещал деревянную лошадь, поставленную в конце длинного коридора; лошадь была видна совершенно отчетливо. Когда же пучок света на небольшом расстоянии от освещаемого предмета пересекался лучами магниевого света, то предмет исчезал из глаз. Если пересечение пучков происходило под довольно большим углом, то предмет становился совершенно невидимым.

Действительно, если вы попытаетесь на слабо освещенной улице увидеть предметы на противоположной стороне ее через сильно рассеянные запыленным городским воздухом лучи хороших автомобильных фар, то ваша попытка не увенчается успехом. Видеть предметы через пелену рассеянного света нельзя — на этом основан принцип световой завесы, который мог использовать венгерский изобретатель.

Спицы быстро вращающегося маховика могут быть невидимы вследствие невозможности фиксировать их изображение на сетчатке. Используя же стробоскопический эффект, можно добиться хорошей видимости маховика, который будет казаться как бы неподвижным. Стробоскоп служит в этом случае для борьбы с инерцией зрения. Так, если при вращении маховика освещать его короткими импульсами светового потока от специального источника (причем момент действия светового импульса будет всегда совпадать с одной и той же фазой вращения маховика), то поворот маховика за время импульса будет очень малым и маховик будет отчетливо виден в одном положении.

Зная частоту посылки импульсов света, можно определить число оборотов маховика. Используя принцип стробоскопического эффекта, можно добиться то «появления», то «исчезновения» установленной на вращающейся платформе вазы так, что ось вазы эксцентрична оси вращения. Ваза должна освещаться то короткими импульсами света, синхронизированными с вращением вазы, то импульсами длительности, большей, чем полный оборот вазы. В первом случае ваза будет видна и неподвижна, во втором — она может быть не видна на соответствующем фоне.

Выше были описаны случаи исчезновения и появления, предметов, окрашенных светящимися красками, при изменении спектрального состава лучистого потока, падающего на эти предметы. При обычном освещении они «исчезали», а при ультрафиолетовом освещении «появлялись».

Наконец, известны случаи применения актерами некоторых покрывал (плащей или накидок) из особой поляроидной пленки. Артист, освещенный обычным светом прожектора, виден зрителям. Он же, освещенный поляризованным светом через поворачиваемый перед источником света поляроид, постепенно становился невидимым.

До некоторого времени многие иллюзионисты пользовались тем, что предметы, окрашенные черной краской, покрытые или обтянутые черным бархатом и помещенные на таком же фоне, на определенном расстоянии и при слабом освещении становились невидимыми. Сценическая площадка превращалась в «черный кабинет», у которого стены, потолок и даже пол покрывались черным бархатом.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

В задней и боковых стенках декораций имелись отверстия, незаметные издали, так как они тоже закрывались ширмами или экранами из черного бархата или черной вуалью. В таком «черном кабинете» легко можно было показывать различные фокусы. Ассистенты в костюмах из черного бархата в черных перчатках и чулках с капюшонами из того же материала (отверстия для глаз в капюшонах перекрыты черной вуалью) были невидимы на сцене. В воздух, как бы сами по себе, поднимались столы и стулья, по сцене летали зажженные лампы, вазы с цветами и т. п. В «черном кабинете» легко создавались иллюзии «внезапного исчезновения», «обезглавливания» и т. п. Иллюзионист сам выступал в светлой одежде и все предметы, которые надо было показать зрителю, имели также светлую окраску. В практике сценического оформления спектаклей со сказочными или фантастическими сюжетами черный фон декораций имел настолько большое значение, что в книге К. С. Станиславского «Моя жизнь в искусстве» имеется специальная глава «Черный бархат». В этой книге пишется о том, что только тяжелый труд и творческие поиски всех работников театра от режиссера-постановщика до техника-осветителя позволяют достигнуть восхитительного, захватывающего зрелища. Здесь же К. С. Станиславский предостерегает от чрезмерного увлечения «черными кабинетами», так как их мрачный вид может угнетающе действовать на зрителя.

В целях торговой рекламы иногда устраивают в витринах магазинов так называемые двухсменные панно. В этом случае в витрине помещается четырехстенный ящик, обращенный своим отверстием на улицу и имеющий заднюю стенку из матового стекла или полотняной кальки. При включении осветителя, находящегося у витринного стекла, на экране виден рисунок на внутренней стороне тыльной стенки ящика. При включении же более мощных осветителей сзади тыльной стенки ящика будут видны одновременно два изображения на обеих сторонах матового стекла. Включение осветителей может производиться периодически.

Таким способом можно показывать в витрине, например, мебельного магазина интерьер квартиры без мебели и вид этой же квартиры, обставленной мебелью. Можно показать цветущий фруктовый сад и тот же сад, усыпанный спелыми фруктами, общий вид торгового зала и вписанные в его контуры рекламируемые изделия и т. д.

Те же эффектные рекламные изображения можно получить, применяя плоские полупрозрачные зеркала, о чем было сказано ранее.

Вращающиеся лучи. Если горящую головешку привязать на веревку или мягкую проволоку и начать быстро вращать ее вокруг вытянутой руки, то все будут видеть как бы сплошное огненное кольцо одинаковой яркости. Радиус этого кольца будет определяться длиной вращающейся части веревки или проволоки, а ширина светящегося кольца будет зависеть от размеров горящей части головешки.

С незапамятных времен пиротехники знают принцип реактивного движения ракет со светящимися хвостами и эффект превращения светящегося хвоста ракеты в свечение некоторого участка ее траектории или сплошное свечение всей окружности, по которой ракета вращается.

Этими свойствами подвижных огней пользовались еще в глубокой древности, а замечательный русский механик И. П. Кулибин применял пиротехнические составы для сооружения хитроумных и необычайно эффектных праздничных фейерверков во дворцах и парках Петербурга.

Иногда вносят «изобретательские» предложения освещать вращающимся прожекторным лучом большие территории. Авторы этих предложений считают, что луч прожектора, достаточно сильно освещающего малый участок на городской площади, можно начать вращать с такой скоростью, чтобы световое пятно успевало обежать всю окружность за то время, пока глаз еще не успеет заметить ни исчезновения, ни появления света. При этих условиях якобы все кольцо на поверхности земли, где пройдет пятно от луча прожектора, будет освещено так хорошо, что обеспечит надлежащую видимость всех предметов на территории кольца.

От описанной выше иллюзии появления кажущегося сплошного светящегося кольца, обусловленного явлением инерции зрения, кажется нет препятствия перейти к «новому» техническому использованию этого явления. Однако при слиянии мелькания источника света в поле зрения наблюдателя происходят изменения действующих освещенностей и яркостей всегда в соответствии с законом Ф. Тальбота, который можно формулировать двояким образом:

1) Если при помощи механических или других приспособлений прекращать действие светового потока по какому-либо направлению на короткий промежуток времени (с частотой, большей или равной частоте слияния мельканий), то освещенность поверхности, на которую падает поток, уменьшится пропорционально отношению времени, когда поток не прерывается, к продолжительности всего периода.

2) Видимая мгновенная яркость, умноженная на продолжительность полного периода, равна произведению максимальной яркости на продолжительность проблеска.

Другими словами, количество освещения за весь период с уменьшенной освещенностью остается равным количеству освещения за короткий промежуток времени проблеска с максимальной возможной освещенностью.

На этом основании вращающийся с большой скоростью луч прожектора создает освещенности предметов во столько раз меньше освещенностей от неподвижного луча, во сколько угловая ширина луча меньше угла в 360°.

Нетрудно убедиться в том, что нет никакой необходимости создавать особые механизмы вращения луча, рассчитывать прожектор на механическую прочность при большой скорости вращения и т. п. Можно направить луч прожектора на вершину зеркального конуса (рис. 206)





и получить распределение светового потока в пределах угла 360 в горизонтальной плоскости. Еще проще тот же эффект можно получить, построив прожектор со светооптической системой каким-либо из вариантов, показанных на рис. 207.





Вращающиеся лучи, бегающие по различным траекториям световые точки, огни, мигающие и переливающиеся волнами, вспыхивающие и гаснущие мгновенно простые и иногда довольно сложные геометрические фигуры — все это встречаем мы на площадях и улицах современных городов. Это чаще всего праздничное иллюминационное оформление исторических зданий или памятников в дни праздников и торжеств.

За границей это преимущественно торговая фирменная реклама, зазывающая покупателей в магазины, посетителей в кафе и рестораны, зрителей в кино, театры и пр.

Заметим, что эти порой необычные, хитроумно устроенные и организованные световые аттракционы рассчитаны специально на привлечение внимания и построены принципиально довольно просто — действие их основано на определенных свойствах зрительного аппарата человека и достижениях современной техники освещения и световой сигнализации.

В большинстве случаев эти устройства представляют собой системы расположенных определенным образом ламп накаливания и газоразрядных трубок, имеющих ту или иную окраску и включаемых в определенной последовательности с помощью особых коммутаторов, которые приводятся в действие от электродвигателей малой мощности или электронных, полупроводниковых и других переключателей.

Огромное множество различных вариантов динамических иллюминационных или рекламных устройств не могут быть изложены здесь сколько-нибудь подробно. Постараемся остановиться на описании лишь наиболее типичных из них.

В наше время пиротехнические, трудно управляемые и кратковременно действующие иллюминационные огни все более вытесняются электрическими, статическими и динамическими огнями. Эти последние развиваются по-своему, в связи с появлением новых электрических источников света и с развитием электротехники. Так, например, все виды рекламных и агитационных надписей от статических до надписей с подвижным, постоянно меняющимся текстом раньше устраивались преимущественно с помощью ламп накаливания, располагаемых по контурам букв и цифр. В настоящее время для всех этих надписей применяются в основном высоко- и низковольтные газоразрядные лампы. Если цветные надписи с помощью ламп накаливания могли быть получены только путем окрашивания колб ламп в соответствующие цвета, то разноцветные буквы с газоразрядными трубками можно получить, применяя неоновые (красные), аргоновые (синие), натровые (желтые) и другие трубки, наполненные соответствующим газом (высоковольтные) или покрытые изнутри соответствующими люминофорами (низковольтные). В последнем случае цвета оказываются наиболее чистыми, установки более экономичными и удобными в эксплуатации.

Статическая иллюминационная или рекламная установка оборудуется расположенными определенным образом, постоянно горящими в темное время суток источниками света. Статические светящиеся надписи чаще всего выполняются высоковольтными газосветными трубками. Буквы образуются изгибанием трубок таким образом, чтобы при соответствующих размерах знаков расстояния между электродами соответствовали величине питающего напряжения. В зависимости от заданных размеров букв производится подключение их отдельных частей, отдельно каждой буквы или некоторой группы букв. Схемы питания могут быть с дросселями или с индивидуальными трансформаторами.

Динамические иллюминационные или рекламные установки и надписи устраиваются так, что отдельные их элементы периодически зажигаются и гаснут в определенной последовательности. Эти установки способны лучше привлекать внимание, производят большее впечатление и лучше запоминаются, чем установки статические. Переключение может осуществляться, например, по следующим программам:

а) Программа смены цвета надписей, фигур или рисунков. Указанные элементы могут быть выполнены из трубок двух различных цветов, расположенных рядом по контурам буквы или фигуры. Каждый ряд трубок одного цвета питается от своей группы трансформаторов. Первичная питающая цепь трансформаторов переключается в заданной последовательности. Продолжительность горения каждого цвета — в пределах 3—5 сек.

б) Программа смены текста выполняется из прозрачных газосветных трубок, которые наложены друг на друга и укреплены на цветном фоне. Поочередное включение их создает эффект мгновенной смены текста.

в) Программа нарастающих включений или пишущей рекламы, когда текст включается не сразу, а по словам, слогам, буквам или частям букв. После того как вся надпись включится, она некоторое время светится, затем отключается и после некоторой паузы процесс включения повторяется. Весь период времени от зажигания первого элемента до паузы включительно называется циклом, продолжительность которого может быть порядка 15—20 сек.

г) Программа «растущей» надписи может быть выполнена из ламп накаливания или газоразрядных трубок, расположенных по возрастающим контурам букв; включаются поочередно одни контуры, а затем другие.

На рис. 208





приведена «растущая» надпись «скоро». Надпись создана из трех комплектов трубок одного цвета. При первом переключении загорается самый мелкий шрифт «скоро». При втором переключении первый гаснет, но зажигается второй, а затем третий.

Особый интерес представляют динамические иллюминационные украшения фасадов зданий, кинотеатров, иллюминационные витрины и панно в парках, на берегах рек и т. п.

Приведем примеры таких устройств и укажем кратко на принципы их действия.

На рис. 209





представлены контуры иллюзиона «фонтан с бассейном», где вырывающиеся снизу вверх «струи воды» и «волны в бассейне» образованы светящимися точками вспыхивающих и гаснущих друг за другом электрических ламп накаливания.

Если высота фонтана от основания до вершины равна 10 м, кривая изгиба наверху 1 д и ниспадающая «струя» 9 м, то длина каждой гирлянды 20 м. В фонтане 10 гирлянд «струй», каждая струя образована сотней ламп накаливания, мощностью 25 вт каждая.

Для периодического включения ламп применен коммутатор барабанного типа, приводимый во вращение электродвигателем мощностью 0,5 кет через редуктор. Скорость вращения барабана 20 об/мин, при этом переключение 6 групп ламп в каждой гирлянде происходит в течение 3 сек (по 0,5 сек на группу). Такая скорость переключений обеспечивает зрительный эффект непрерывности движения «струй воды» в «фонтане».

Для «бассейна» изготовлено пять волнообразных гирлянд длиной в распрямленном виде 7 м каждая и в волнообразном виде 4 м.

Эффект колебания «воды» в «бассейне» достигается вследствие того, что в течение трех секунд вспыхивают одна за другой волнообразные гирлянды. Здесь расстояние между лампами должно быть возможно меньшим (например, 50 мм — тогда умещается 70 ламп в гирлянде). Лампы можно взять мощностью 15 вт.

Интересной и более простой иллюминационной установкой является световой «веер», разворачивающийся и сворачивающийся периодически по мере включения групп цветных ламп накаливания или газоразрядных трубок различной цветности. Последний случай следует считать наиболее удачным вариантом выполнения этой установки. Действие ее происходит в такой последовательности. Сначала включается ряд трубок (рис. 210),





образующих левую радиальную грань «веера», после этого включается дугообразная трубка наверху, затем включается следующая слева радиальная грань и т. д.

Высота «веера» и ширина его верхней части, а также число лепестков могут быть выбраны сообразно месту установки этого иллюминационного устройства и наличия ламп накаливания или газоразрядных трубок.

С целью рекламы успешно может быть применен медленно вращающийся «обтюратор», установленный на фасаде здания универмага или перпендикулярно плоскости этого фасада. Электрическая схема такого «обтюратора» представлена на рис. 211.





На контурах каждой секторной лопасти монтируются патроны с лампами накаливания по 40 вт каждая. Контуры лопастей вспыхивают поочередно, причем внутри секторов могут быть изображены рекламируемые товары.

При диаметре «обтюратора» 1—1,5 м патроны ламп накаливания могут быть смонтированы на листе фанеры толщиной 10 мм или на диаметральных деревянных рейках в виде 6 контуров лопастей. Цикл включения может быть или по одному сектору сначала нечетный (1), затем четный (2) и т. д., или же сначала все нечетные (1, 5, 5), затем все четные (2, 4, 6) и т. д. Время горения ламп может быть порядка 1—1,5 сек. Желательно, чтобы колбы ламп были в соприкосновении друг с другом.

Интересен иллюминационный иллюзион — «вращающийся трехлопастной пропеллер», образованный четырьмя группами последовательно включаемых газоразрядных трубок (рис. 212).





В этом случае скорость переключений может быть достаточно большой, так чтобы полный оборот пропеллера совершался за 1—1,5 сек, т. е. продолжительность свечения трубок одной группы была менее 0,5 сек.

Кроме указанных ранее коммутаторов барабанного типа для переключений газоразрядных трубок высокого напряжения, действующих при малых силах тока, могут быть использованы ламповые мультивибраторы, релейные переключатели и др.

На рис. 213





приведена схема включения ламп накаливания, образующих «стреловидную молнию», с коммутатором весьма простой конструкции, приводимым во вращение от электродвигателя проигрывателя. Это иллюминационное устройство может достаточно эффектно обозначать вход в кинотеатр, ресторан и т. п.

Интересны оптические иллюзии, связанные с направлением распространения света. Так, например, в темное время суток мы видим окна жилых домов светящимися, так как часть света от искусственных источников, освещающих внутреннее помещение, выходит через оконные проемы наружу. В дневное время с улицы мы видим все окна, не освещаемые прямым солнечным светом, темными, почти черными из-за того, что естественный свет, проникая через окна внутри помещения, почти целиком поглощается и лишь ничтожная его доля выходит наружу. Внутренняя полость каждого помещения работает как «абсолютно черное тело» или как «полный поглотитель».

В 1926—1928 гг. в московском парке "Сокольники" люди толпились около доски, на которой можно было видеть три портрета. Если смотреть на доску, остановившись против ее центра, то можно было видеть один портрет — Пушкина. Отойдя от этого положения вправо шагов на шесть, можно было видеть портрет Лермонтова, а отойдя от центрального положения шагов на шесть влево, можно увидеть портрет Тургенева. Как это было устроено, поясняет рис. 214,





на котором показаны расположенные под углом 90° к плоскости основного щита маленькие дощечки. На этих дощечках с одной стороны нарисован портрет Лермонтова, а с другой — портрет Тургенева или Пушкина. На левой половине рисунка стрелками № 1, № 2 и № 3 показаны направления линий наблюдения для того, чтобы видеть части портретов и каждый портрет в целом. То же самое происходит и при наблюдении пяти сторон пластинок, изображенных на правой части рисунка (семейный портрет) — здесь наблюдатель может увидеть пять различных портретов.

Если представить себе, что пластинки, перпендикулярные основе, на которой они закреплены, имеют очень малую высоту (доли мм) и вместе с тем представляют собой подобие многогранных призм, образующих оптический растр, то, оказывается, на этом растровом «полотне» можно изобразить, например, жонглера в различных последовательных позах и при различных положениях подбрасываемых им в воздух мячей, дисков или булав. Действия жонглера можно будет наблюдать, если пластинку с растром при рассматривании слегка поворачивать из стороны в сторону вокруг вертикальной оси фигуры жонглера.

Заметим, что соответствующим подбором способа освещения и вынужденным направлением рассматривания или наблюдения того или иного предмета можно достигнуть различных иллюзионных впечатлений.

----

Статья из книги: Иллюзии зрения | 3-е издание | Артамонов И.Д.