Как работает зрение
Как человеческий мозг обрабатывает картинку, и какие при этом есть сайд эффекты, и что с практической точки зрения это всё значит для графика.
1. Зрение
Начать нужно с того, что человеческое зрение очень слабое:
A) Общее разрешение сетчатки аналогично 8 мегапикселям, причём острота зрения не равномерна для всего поля зрения - периферическое зрение очень размытое(центр 7 мегапикселей + 1мп периферия)
Почти любой смартфон даёт картинку лучше чем человеческий глаз.
Чтобы добиться ощущения того что всё поле зрения чёткое, мозг строит картинку исходя из скудных данных полученных прыгая взглядом от одной точки к другой. Мозг помнит что видел недавно и с каждым переводом зрачка на новую точку дополняет информацию, так что зрение это поток информации о разных участках изображения
B) в каждом глазу у каждого здорового человека есть слепая зона, вы не видите её постоянно только от того что мозг тщательно её замазывает...(аналогично замазывается нос, брови, дужки очков)
Чтобы увидеть её, закройте левый глаз, выберете какую-нибудь точку на уровне глаз и зафиксируйте на ней взгляд, вытяните руку перед собой и поставьте ноготь большого пальца на пути взгляда, теперь плавно отодвигайте палец вправо (в переферическую зону поля зерния) не сдвигая взгляда с выбранной точки, когда палец проделает путь примерно в 15-20 сантиметров, вы перестанете видеть ноготь боковым зрением.
C) Как все знают сетчатка состоит из палочек и колбочек, колбочки различают цвета, зато у палочек выше порог чувствительности, от этого в темноте мы перестаём различать цвета,ниже график на котором видна точка в которой колбочки становятся бесполезными
цветовые рецепторы расположены в центре сетчатки, поэтому человек почти не различает цвета боковым зрением, но зато в темноте периферическое зрение оказывается более надёжным чем центральная зона (заполненная слепыми колбочками), и от этого в темноте люди инстинктивно смотрят слегка скосив взгляд.
D) Адаптация к темноте, вы удивитесь, но после нормального света для адаптации к ночному зрению человеческому глазу надо где-то 30минут (а с возрастом еще дольше), дело в устройстве палочек, там накапливается какой-то реагент который повышает чувствительность.(Пираты знали этот нюанс и носили повязки на один глаз чтобы заскочив с палубы в тёмный трюм не оказываться там слепыми)
Но есть и одна хорошая новость в итоге у человеческого глаза довольно широкий диапазон яркостей которые он может воспринимать, и да при низкой освещённости, после адаптации, человеческие палочка уделывают большинство цифровых камер в плане чувствительности.
E) Мы видим с задержкой примерно в 100 мс...
Глаз видит и глазной нерв передаёт информацию со скоростью нервных импульсов, но вот мозг не может обрабатывать информацию так быстро, среднему человеку чтобы физически среагировать на визуальный образ надо 250мс (из них почти 100 уходит на обработку изображения)
Кроме того, выше чем 150фпс просто нету смысла делать телевизоры, люди просто не почувствуют разницы.
F) У глазного нерва соотношение сигнал/шум чуть ли не 50%. Это значит что по пути от сетчатки к зрительной коре теряется почти половина и так скудной информации. Этот шум естественно подавляется мозгом и никак не заметен.
G) А еще картинка попадает на сетчатку в перевёрнутом виде и мозгу приходится переворачивать обратно, но это уже мелочи по сравнению со всем остальным
H) И мякотка - мы не видим предметы, неподвижные относительно поля зрения. Это можно проверить, зафиксировав взгляд в одной точке на неподвижном изображении. Через несколько секунд реальность начнет исчезать.Этот механизм является результатом идиотского строения глаза у млекопитающих (у осьминогов, кстати, такой проблемы нет) - светорегистрирующие клетки находятся на самом дне сетчатки - сначала идут сосуды, потом отводящие нервы, и из этой чащи смотрят на мир наши палочки и колбочки. Чтобы не всё эти перграды, мозг вырезает их из поля зрения.
Все эти недостатки зрения компенсируются зрительным центром мозга без уведомления сознания, мозг постоянно пытается дорисовать картинку исходя из прошлого опыта взаимодействия с миром. Кроме того мозг постоянно пытается спрогнозировать что произойдёт в следующий момент времени.
Одним словом, та картинка которую видит сознание это далеко не то что видит глаз.
2. Иллюзии
Иллюзии это сбои нейросетей которые дорисовывают/предсказывают что мы видим.Само ощущение иллюзии это несостыковка между тем что говорит зрение и тем что мы понимаем умом: "я вижу не то что должен был".
Иллюзии это инструмент для изучения того как именно работает зрительная кора.
Цветовые глюки
так например иллюзия про золотое платье доказывает тот факт что мозг делает цветокоррекцию c учётом цвета освещения
а еще есть такое явление как цветовая индукция, когда мозг увеличивает разницу между не сильно похожими цветами, чтобы они стали более разными
Ошибки оценки формы
Ошибка оценки размеров
мозг удаляет перспективные искажения, и иногда делает это с ошибками
Несуществующие объекты
жизненно важно находить замаскированные объекты, но иногда мозг находит объект там где его нету
Иллюзия движения
у иллюзий движения - бывают разные причины, эта например указывает на то что центральная зона сетчатки обрабатывается чуть быстрее чем периферия
3. Процесс распознавания и предсказания
Итак вы открыли правый глаз и ваш взгляд упал в случайную точку, ваша сетчатка фиксирует примерно вот такую картинку
Дальше этак картинка прилетает в зрительную кору, естественно вверх ногами,первое что делает мозг это пытается угадать что это, делает предположение, и выбирает новую точку куда нужно перевести взгляд,причём такую точку чтобы она дала максимум недостающей информации и подтвердила либо опровергла догадку.
Выбор следующей точки для взгляда, зависит от множества факторов, но есть 2 вещи которые железно притягивают взгляд:
ДвижениеЕсли ты увидел что-то движущееся то это значит одно из двух, либо это высококалорийная еда, либо еда это ты сам, одним словом очень важная для выживания информация
Сильный перепад светотениСкорее всего там контур объекта который позволит быстро определить сам объект по очертаниям
Выбрав новую цель, зрачок рывком переводится в выбранную точку, при этом важно понимать что картинка во время движения глаза сильно размазывается, и мозг её просо игнорирует, так-же в этот момент веко может успеть опуститься и подняться чтобы смочить глаз и всё это моргание будет проигнорировано мозгом как бесполезная информация.
Зрачок останавливается в следующий точке и видит очередной кусок потока информации о внешнем мире:
Теперь у мозга есть оба плана, они их мысленно комбинирует, и повторяет процесс снова и снова: новое предположение, поиск новой точки куда перевести взгляд, прыжок, экспозиция, уточняем собранную информацию и подтверждаем предположения, повторить до тех пор пока сознание не удовлетворится потоком образов
В итоге ваше сознание получает ощущение что всё видно вот так, хотя на самом деле там все еще будут неисследованные просветы
Чем более знакомая среда тем меньше надо прыжков, иногда просто достаточно узнать один знакомый объект и вспомнить где он обычно находится, и всё поле зрения заполнится информацией из памяти, глаз продолжит прыгать и перепроверять догадки, но сознание уже будет наслаждаться чёткой картинкой.
Ну и само собой картинка которую получает мозг сильно улучшенная, с цветокоррекцией и с выделением ключевых объектов.
На самом последнем этапе перед отправкой образа сознанию еще может происходить фильтрация спама, доказано что баннерная слепота это реальное явление, вы можете видеть баннеры (или другой визуальный мусор), но не замечать их (чего стоят японские сайты, для нас ад, а им норм, от того что у них спам фильтр прокачан в разы сильнее )
4. Вознаграждение
Тут, надо упомянуть что нервная деятельность очень-очень-очень энергозатратная, а организм изо всех сил старается экономить энергию.
Поэтому каждый божий раз когда зрительная система смогла построить верную догадку и быстро её подтвердить организм выдаёт малюсенькую порцию удовольствия, и наоборот если долго всматривался и ничего не смог разобрать то будет гормонально наказан, при удачах нейронные связи которые привели к успеху укрепляются, а при провалах ослабляются.
Еще параллельно с процессом распознавания окружающих объектов происходит прогнозирование того как изменится внешняя среда со течением времени если там есть что-то не неподвижное, мозг пытается предсказать где окажутся уже замеченные объекты в следующий момент времени, и аналогично получает гормональные подарки за хорошие предсказания позволяющие экономить энергию.
5. И наконец: Зачем все это надо знать и как применять?
Теперь когда я понимаю что происходит в голове я могу осознать почему и как работают законы композиции.
Все они призваны «радовать» зрительную кору, позволив ей сэкономить максимум энергии и при этом получить пряник за правильные предсказания.
Изображения бывают удобными для распознавания и неудобными, на удобных глаз быстро находит ключевые точки которые надо исследовать, и буквально за пару прыжков взгляда начинает ориентироваться в ситуации, на неудобных наоборот не ясно куда именно смотреть, и мозгу приходится терять много энергии на детальное прочёсывание изображения взглядом в попытке найти там образ. Удобные изображения вызывают положительный гормональный отклик а неудобные отрицательный.
ИМХО, это удовольствие от «удобства» изображения одна из составляющих красоты.
1. Фокусировка внимания
итак первый способ сделать картинку удобной для глаза это сократить количество прыжков взгляда необходимых для распознавания образа, направить взгляд туда где содержится вся суть изображения, для этого есть два главных инструмента:
**- Движение или появление объекта ( инструмент только для моушен дизайна )
**Самый надёжный способ притянуть взгляд,(но именно уникальное, резкое движение, плавные монотонные колебания могут быть отфильтрованы подсознанием как незначительные, аналогично как человек перестаёт слышать шум холодильника)
- Контраст
Сильный перепад яркости или цвета, или размера, а лучше всего одновременномозг с высокой вероятность выберет именно эти участки изображения для исследования в первую очередь, поэтому именно в этом месте изображения должна быть сконцентрирована вся суть
2. Зоны отдыха
Вторая группа методов сокращения энергозатратсостоит из способов дать глазу зоны которые он может пропустить
- Пустота Туда вообще не надо смотреть там понятно что ничего нету
- Паттерны, или наличие очевидной структурыМозг быстро находит закономерность и пропускает повторяющиеся элементы, получая пряник за то что нашел закономерность.
**- Предсказуемое, естественное движение ( для моушен дизайна )**Если мозг видит что-то движущееся он всегда пытается спрогнозировать будущее, и кроме подкрепления за правильный прогноз, мозг имеющий подтверждённый прогноз может расслабиться
**- Синхронное движение ( для моушен дизайна )**Аналогично, если два и больше объектов движутся одинаково, мозг быстро находит эту закономерность и дальше может экономить энергию экстраполируя движения одного объекта на остальные
3. Знакомые образы
Мозг получает пряник каждый раз когда угадал какой именно объект он увидел(и вдвойне приятнее если это дружелюбно настроенная пригодная для размножения особь человека)
4. Игры разума
Можно играть в игры со зрительным центром, сделать так чтобы он сперва сделал ошибочное предположение, но потом быстро понял свою ошибку и исправился, тогда меленький стресс сменяется на гормональное подкрепление, и ощущения становятся контрастнее.
Источник
1. Зрение
Начать нужно с того, что человеческое зрение очень слабое:
A) Общее разрешение сетчатки аналогично 8 мегапикселям, причём острота зрения не равномерна для всего поля зрения - периферическое зрение очень размытое(центр 7 мегапикселей + 1мп периферия)
Почти любой смартфон даёт картинку лучше чем человеческий глаз.
Чтобы добиться ощущения того что всё поле зрения чёткое, мозг строит картинку исходя из скудных данных полученных прыгая взглядом от одной точки к другой. Мозг помнит что видел недавно и с каждым переводом зрачка на новую точку дополняет информацию, так что зрение это поток информации о разных участках изображения
B) в каждом глазу у каждого здорового человека есть слепая зона, вы не видите её постоянно только от того что мозг тщательно её замазывает...(аналогично замазывается нос, брови, дужки очков)
Чтобы увидеть её, закройте левый глаз, выберете какую-нибудь точку на уровне глаз и зафиксируйте на ней взгляд, вытяните руку перед собой и поставьте ноготь большого пальца на пути взгляда, теперь плавно отодвигайте палец вправо (в переферическую зону поля зерния) не сдвигая взгляда с выбранной точки, когда палец проделает путь примерно в 15-20 сантиметров, вы перестанете видеть ноготь боковым зрением.
C) Как все знают сетчатка состоит из палочек и колбочек, колбочки различают цвета, зато у палочек выше порог чувствительности, от этого в темноте мы перестаём различать цвета,ниже график на котором видна точка в которой колбочки становятся бесполезными
цветовые рецепторы расположены в центре сетчатки, поэтому человек почти не различает цвета боковым зрением, но зато в темноте периферическое зрение оказывается более надёжным чем центральная зона (заполненная слепыми колбочками), и от этого в темноте люди инстинктивно смотрят слегка скосив взгляд.
D) Адаптация к темноте, вы удивитесь, но после нормального света для адаптации к ночному зрению человеческому глазу надо где-то 30минут (а с возрастом еще дольше), дело в устройстве палочек, там накапливается какой-то реагент который повышает чувствительность.(Пираты знали этот нюанс и носили повязки на один глаз чтобы заскочив с палубы в тёмный трюм не оказываться там слепыми)
Но есть и одна хорошая новость в итоге у человеческого глаза довольно широкий диапазон яркостей которые он может воспринимать, и да при низкой освещённости, после адаптации, человеческие палочка уделывают большинство цифровых камер в плане чувствительности.
E) Мы видим с задержкой примерно в 100 мс...
Глаз видит и глазной нерв передаёт информацию со скоростью нервных импульсов, но вот мозг не может обрабатывать информацию так быстро, среднему человеку чтобы физически среагировать на визуальный образ надо 250мс (из них почти 100 уходит на обработку изображения)
Кроме того, выше чем 150фпс просто нету смысла делать телевизоры, люди просто не почувствуют разницы.
F) У глазного нерва соотношение сигнал/шум чуть ли не 50%. Это значит что по пути от сетчатки к зрительной коре теряется почти половина и так скудной информации. Этот шум естественно подавляется мозгом и никак не заметен.
G) А еще картинка попадает на сетчатку в перевёрнутом виде и мозгу приходится переворачивать обратно, но это уже мелочи по сравнению со всем остальным
H) И мякотка - мы не видим предметы, неподвижные относительно поля зрения. Это можно проверить, зафиксировав взгляд в одной точке на неподвижном изображении. Через несколько секунд реальность начнет исчезать.Этот механизм является результатом идиотского строения глаза у млекопитающих (у осьминогов, кстати, такой проблемы нет) - светорегистрирующие клетки находятся на самом дне сетчатки - сначала идут сосуды, потом отводящие нервы, и из этой чащи смотрят на мир наши палочки и колбочки. Чтобы не всё эти перграды, мозг вырезает их из поля зрения.
Все эти недостатки зрения компенсируются зрительным центром мозга без уведомления сознания, мозг постоянно пытается дорисовать картинку исходя из прошлого опыта взаимодействия с миром. Кроме того мозг постоянно пытается спрогнозировать что произойдёт в следующий момент времени.
Одним словом, та картинка которую видит сознание это далеко не то что видит глаз.
2. Иллюзии
Иллюзии это сбои нейросетей которые дорисовывают/предсказывают что мы видим.Само ощущение иллюзии это несостыковка между тем что говорит зрение и тем что мы понимаем умом: "я вижу не то что должен был".
Иллюзии это инструмент для изучения того как именно работает зрительная кора.
Цветовые глюки
так например иллюзия про золотое платье доказывает тот факт что мозг делает цветокоррекцию c учётом цвета освещения
а еще есть такое явление как цветовая индукция, когда мозг увеличивает разницу между не сильно похожими цветами, чтобы они стали более разными
Ошибки оценки формы
Ошибка оценки размеров
мозг удаляет перспективные искажения, и иногда делает это с ошибками
Несуществующие объекты
жизненно важно находить замаскированные объекты, но иногда мозг находит объект там где его нету
Иллюзия движения
у иллюзий движения - бывают разные причины, эта например указывает на то что центральная зона сетчатки обрабатывается чуть быстрее чем периферия
3. Процесс распознавания и предсказания
Итак вы открыли правый глаз и ваш взгляд упал в случайную точку, ваша сетчатка фиксирует примерно вот такую картинку
Дальше этак картинка прилетает в зрительную кору, естественно вверх ногами,первое что делает мозг это пытается угадать что это, делает предположение, и выбирает новую точку куда нужно перевести взгляд,причём такую точку чтобы она дала максимум недостающей информации и подтвердила либо опровергла догадку.
Выбор следующей точки для взгляда, зависит от множества факторов, но есть 2 вещи которые железно притягивают взгляд:
ДвижениеЕсли ты увидел что-то движущееся то это значит одно из двух, либо это высококалорийная еда, либо еда это ты сам, одним словом очень важная для выживания информация
Сильный перепад светотениСкорее всего там контур объекта который позволит быстро определить сам объект по очертаниям
Выбрав новую цель, зрачок рывком переводится в выбранную точку, при этом важно понимать что картинка во время движения глаза сильно размазывается, и мозг её просо игнорирует, так-же в этот момент веко может успеть опуститься и подняться чтобы смочить глаз и всё это моргание будет проигнорировано мозгом как бесполезная информация.
Зрачок останавливается в следующий точке и видит очередной кусок потока информации о внешнем мире:
Теперь у мозга есть оба плана, они их мысленно комбинирует, и повторяет процесс снова и снова: новое предположение, поиск новой точки куда перевести взгляд, прыжок, экспозиция, уточняем собранную информацию и подтверждаем предположения, повторить до тех пор пока сознание не удовлетворится потоком образов
В итоге ваше сознание получает ощущение что всё видно вот так, хотя на самом деле там все еще будут неисследованные просветы
Чем более знакомая среда тем меньше надо прыжков, иногда просто достаточно узнать один знакомый объект и вспомнить где он обычно находится, и всё поле зрения заполнится информацией из памяти, глаз продолжит прыгать и перепроверять догадки, но сознание уже будет наслаждаться чёткой картинкой.
Ну и само собой картинка которую получает мозг сильно улучшенная, с цветокоррекцией и с выделением ключевых объектов.
На самом последнем этапе перед отправкой образа сознанию еще может происходить фильтрация спама, доказано что баннерная слепота это реальное явление, вы можете видеть баннеры (или другой визуальный мусор), но не замечать их (чего стоят японские сайты, для нас ад, а им норм, от того что у них спам фильтр прокачан в разы сильнее )
4. Вознаграждение
Тут, надо упомянуть что нервная деятельность очень-очень-очень энергозатратная, а организм изо всех сил старается экономить энергию.
Поэтому каждый божий раз когда зрительная система смогла построить верную догадку и быстро её подтвердить организм выдаёт малюсенькую порцию удовольствия, и наоборот если долго всматривался и ничего не смог разобрать то будет гормонально наказан, при удачах нейронные связи которые привели к успеху укрепляются, а при провалах ослабляются.
Еще параллельно с процессом распознавания окружающих объектов происходит прогнозирование того как изменится внешняя среда со течением времени если там есть что-то не неподвижное, мозг пытается предсказать где окажутся уже замеченные объекты в следующий момент времени, и аналогично получает гормональные подарки за хорошие предсказания позволяющие экономить энергию.
5. И наконец: Зачем все это надо знать и как применять?
Теперь когда я понимаю что происходит в голове я могу осознать почему и как работают законы композиции.
Все они призваны «радовать» зрительную кору, позволив ей сэкономить максимум энергии и при этом получить пряник за правильные предсказания.
Изображения бывают удобными для распознавания и неудобными, на удобных глаз быстро находит ключевые точки которые надо исследовать, и буквально за пару прыжков взгляда начинает ориентироваться в ситуации, на неудобных наоборот не ясно куда именно смотреть, и мозгу приходится терять много энергии на детальное прочёсывание изображения взглядом в попытке найти там образ. Удобные изображения вызывают положительный гормональный отклик а неудобные отрицательный.
ИМХО, это удовольствие от «удобства» изображения одна из составляющих красоты.
1. Фокусировка внимания
итак первый способ сделать картинку удобной для глаза это сократить количество прыжков взгляда необходимых для распознавания образа, направить взгляд туда где содержится вся суть изображения, для этого есть два главных инструмента:
**- Движение или появление объекта ( инструмент только для моушен дизайна )
**Самый надёжный способ притянуть взгляд,(но именно уникальное, резкое движение, плавные монотонные колебания могут быть отфильтрованы подсознанием как незначительные, аналогично как человек перестаёт слышать шум холодильника)
- Контраст
Сильный перепад яркости или цвета, или размера, а лучше всего одновременномозг с высокой вероятность выберет именно эти участки изображения для исследования в первую очередь, поэтому именно в этом месте изображения должна быть сконцентрирована вся суть
2. Зоны отдыха
Вторая группа методов сокращения энергозатратсостоит из способов дать глазу зоны которые он может пропустить
- Пустота Туда вообще не надо смотреть там понятно что ничего нету
- Паттерны, или наличие очевидной структурыМозг быстро находит закономерность и пропускает повторяющиеся элементы, получая пряник за то что нашел закономерность.
**- Предсказуемое, естественное движение ( для моушен дизайна )**Если мозг видит что-то движущееся он всегда пытается спрогнозировать будущее, и кроме подкрепления за правильный прогноз, мозг имеющий подтверждённый прогноз может расслабиться
**- Синхронное движение ( для моушен дизайна )**Аналогично, если два и больше объектов движутся одинаково, мозг быстро находит эту закономерность и дальше может экономить энергию экстраполируя движения одного объекта на остальные
3. Знакомые образы
Мозг получает пряник каждый раз когда угадал какой именно объект он увидел(и вдвойне приятнее если это дружелюбно настроенная пригодная для размножения особь человека)
4. Игры разума
Можно играть в игры со зрительным центром, сделать так чтобы он сперва сделал ошибочное предположение, но потом быстро понял свою ошибку и исправился, тогда меленький стресс сменяется на гормональное подкрепление, и ощущения становятся контрастнее.
Источник