Моё исследование, часть первая: Вступление
Итак, чем же я занимаюсь на работе. В двух словах, я изучаю то, как люди видят свет. Очевидно, двух слов слишком мало для понимания что к чему, поэтому я наконец-то собралась рассказать поподробнее.
Мне по-прежнему непросто универсально-понятно объяснять суть моего исследования, которое само по себе не очень сложное, но всё равно почти каждый раз я вижу, как у моих слушателей стекленеют глаза, они говорят "оо, интересно" и отползают в тень. В этот раз у меня есть время и картинки в помощь, должно получиться лучше))
Восприятие
Начнём издалека. Со школы мы знаем, что зрение работает примерно следующим образом:
1) лучи света попадают на чувствительные клетки сетчатки глаза
2) из глаза по нервному каналу информация попадает в мозг
3) ???
4) профит! Вы понимаете, что перед вами печенька или стакан молока.
Что происходит в процессе обработки информации мозгом? Какие механизмы он использует, чтобы различать форму и материал объекта? Вот этим мы и занимаемся, но не как нейрологи - наблюдаем реакцию нa нейронном уровне, а как с чёрным ящиком - подаём контролируемый сигнал на вход и смотрим, что нам подопытные выдают на выходе. Kстати, да, я провожу эксперименты над людьми, бгг)
Свойсва света
Теперь о самом свете. Когда вы смотрите на что-то, вы всегда подспудно оцениваете, под каким освещением вы находитесь или как оно было снято. Например, под старыми люминесцентными лампами все синюшные, но от этого мы не бежим звонить в скорую, потому что это эффект света, а не состояния здоровья. Но цвет - это отдельная большая головная боль область для исследования, я ей не занимаюсь.
Другие свойства света - направление, сила и степень рассеянности - тоже очень влияют на внешний вид объектов. Про силу понятно - светло-темно. Направление красноречиво иллюстрирует вот это видео:
И рассеянность не отстаёт. Так, когда свет полностью рассеянный, мы хуже видим объёмность предметов, потому что на них нет теней, вплоть до того что шар может казаться плоским диском.
Или с материалами пример. Значительный вклад в распознавание гладкости поверхности предмета - это блики, отражение лампы или других источников света. А представьте, если свет полностю рассеянный - нечему бликовать, нет чёткой точки или области, которая, отражaясь, формирует блик. И тогда даже гладкое стекло будет выглядеть матовым.
Свет в пространстве
Надо сказать, что свет - не самая тривиальная вещь, потому что через каждую точку пространства во многих наравлениях проходит очень много единичных лучей. Можно измерить, сколько в сумме лучей попадает в какую-то точку на плоскости, можно измерить даже все лучи, попадающие в точку со всех сторон (по сути это будет сферическая панорамная фотография из этой точки), но как узнать, как свет ведёт себя в пространстве? Не делать же миллион панорамных фотографий комнаты..
Приятно, что одним из первопроходцев в изучении физики света был русский учёный Александр Гершун, работавший в области оптики в 1930-х годах. Он, можно сказать, основал новое направление, определив основные понятия и термины, в том числе световой вектор - основное направление света в некоторой точкe - и световое поле - функцию, описывающую направление и силу света в любой точке пространства.
Затем, наиболее значимое для меня исследование выполнил другой Александр - Мурый, уже в двадцать первом веке. Александр, привет! Поправь меня, пожалуйста, если что не так. Итак, он занимался распространением света в 3D. Одним из его результатов стала наглядная визуализация светогого поля посредством "световых трубок".
Суть метода в том, что для каждой точки (с небольшим интервалом) вычисляется сила и направление светового вектора и, чтобы не рисовать много-много стрелок, рисуют несколько трубок, которые, в целом, описывают ситуацию. Трубка всегда выровнена в соответствии с вектором, а её толщина обратно пропорциональна величине вектора, получается, что через сечение трубки на всей длинне проходит одинаковое количество света, и если его мало, трубка делается толще.
На картинке тонкие стрелки имитируют единичные лучи, толстая красная - световой вектор (они, по идее, разного размера должны быть, потому что их величина разная, но ориентируйтесь здесь только на направление), а циллиндр - часть световой трубки. И слева свет очень направленный - лучи почти все в одном направлении, величина вектора большая, и трубка маленькая. А справа свет более рассеянный, вектор меньше, трубка шире.
Лучи прямые, это мы знаем из школы. Но световой вектор, главное направление света, может меняться в пространстве в зависимости от конфигурации источников света, расположения предметов в этом пространстве и отражательных свойств их материалов. В своём исследовании Александр измерил и визуализировал, как в пустой комнате из-за разного расположения и разницы в свойствах ламп свет, как вы видете ниже распространялся совсем непохоже от одной ситуации к другой.
Квадраты и круги на потолке - это лампы, квадраты - рассеянные люминесцентные (a, d), круги - галогеновые, большая рассеянная (b) и маленькие сфокусированые (c). На картинке (с) видно, что трубки делают поворот - из-за того, что в середину потолка в этой комнате свет не попадает от ламп, а, в основном, только отражённый от пола.
Восприятие света
Едем дальше. Как оно происходит физически теперь более-менее понятно, но так ли люди видят свет?
Уже известно, что люди видят свет в пространстве (между другими объектами, не просто в пустоте), то есть могут прикинуть, как объект будет выглядеть (как будет освещён), если поместить его в это пустое пространство между другоми объектами. Чтобы это продемонстрировать, мега-гуру нашей области науки (визуальное восприятие), Ян Кундеринк, провёл эксперимент, в котором в разные точки простой сцены (картинки сцены, наблюдаемой в 3д) помещалась виртуальная сфера, и наблюдателя просили отрегулировать освещение сферы так, чтобы она казалась "родной" на картинке. (Я в своём эксперименте тот же подход использовала, можно на видео ниже его посмотреть если непонятно регулирование света на "сфере") Это повторили для нескольких освешений той же сцены. Выяснилось, что люди довольно неплохо выполняют это задание.
Пара примеров сферы в сценах.
С другой стороны, Островский продемонстрировал, что люди не так уж и чувствительны к противоречиям в освещении. В его эксперименте подопытные подавляюще часто игнорировали несоответствия в тенях на картинках, типа вот этой (видите, что не так?):
Восприятие изменения свойств света в пространстве
И, наконец, мы добрались до моей темы. По сути, она - логическое продолжение двух предыдущих разделов. Мы знаем, что физическое световое поле может иметь причудливую форму. Также мы знаем, что люди могут оценивать свойства света в пространстве. А видят ли они, что своиства света изменяются в пространстве? Заметили бы они, что потолок в той пустой комнате освещается только отражённым светом, причём почти вертикальным от пола? Вот эту чувствительность я и проверяла в своём первом эксперименте, но об этом в следуюших сериях.
А пока пишите вопросы, отзывы и предложения)
Мне по-прежнему непросто универсально-понятно объяснять суть моего исследования, которое само по себе не очень сложное, но всё равно почти каждый раз я вижу, как у моих слушателей стекленеют глаза, они говорят "оо, интересно" и отползают в тень. В этот раз у меня есть время и картинки в помощь, должно получиться лучше))
Восприятие
Начнём издалека. Со школы мы знаем, что зрение работает примерно следующим образом:
1) лучи света попадают на чувствительные клетки сетчатки глаза
2) из глаза по нервному каналу информация попадает в мозг
3) ???
4) профит! Вы понимаете, что перед вами печенька или стакан молока.
Что происходит в процессе обработки информации мозгом? Какие механизмы он использует, чтобы различать форму и материал объекта? Вот этим мы и занимаемся, но не как нейрологи - наблюдаем реакцию нa нейронном уровне, а как с чёрным ящиком - подаём контролируемый сигнал на вход и смотрим, что нам подопытные выдают на выходе. Kстати, да, я провожу эксперименты над людьми, бгг)
Свойсва света
Теперь о самом свете. Когда вы смотрите на что-то, вы всегда подспудно оцениваете, под каким освещением вы находитесь или как оно было снято. Например, под старыми люминесцентными лампами все синюшные, но от этого мы не бежим звонить в скорую, потому что это эффект света, а не состояния здоровья. Но цвет - это отдельная большая головная боль область для исследования, я ей не занимаюсь.
Другие свойства света - направление, сила и степень рассеянности - тоже очень влияют на внешний вид объектов. Про силу понятно - светло-темно. Направление красноречиво иллюстрирует вот это видео:
И рассеянность не отстаёт. Так, когда свет полностью рассеянный, мы хуже видим объёмность предметов, потому что на них нет теней, вплоть до того что шар может казаться плоским диском.
Или с материалами пример. Значительный вклад в распознавание гладкости поверхности предмета - это блики, отражение лампы или других источников света. А представьте, если свет полностю рассеянный - нечему бликовать, нет чёткой точки или области, которая, отражaясь, формирует блик. И тогда даже гладкое стекло будет выглядеть матовым.
Свет в пространстве
Надо сказать, что свет - не самая тривиальная вещь, потому что через каждую точку пространства во многих наравлениях проходит очень много единичных лучей. Можно измерить, сколько в сумме лучей попадает в какую-то точку на плоскости, можно измерить даже все лучи, попадающие в точку со всех сторон (по сути это будет сферическая панорамная фотография из этой точки), но как узнать, как свет ведёт себя в пространстве? Не делать же миллион панорамных фотографий комнаты..
Приятно, что одним из первопроходцев в изучении физики света был русский учёный Александр Гершун, работавший в области оптики в 1930-х годах. Он, можно сказать, основал новое направление, определив основные понятия и термины, в том числе световой вектор - основное направление света в некоторой точкe - и световое поле - функцию, описывающую направление и силу света в любой точке пространства.
Затем, наиболее значимое для меня исследование выполнил другой Александр - Мурый, уже в двадцать первом веке. Александр, привет! Поправь меня, пожалуйста, если что не так. Итак, он занимался распространением света в 3D. Одним из его результатов стала наглядная визуализация светогого поля посредством "световых трубок".
Суть метода в том, что для каждой точки (с небольшим интервалом) вычисляется сила и направление светового вектора и, чтобы не рисовать много-много стрелок, рисуют несколько трубок, которые, в целом, описывают ситуацию. Трубка всегда выровнена в соответствии с вектором, а её толщина обратно пропорциональна величине вектора, получается, что через сечение трубки на всей длинне проходит одинаковое количество света, и если его мало, трубка делается толще.
На картинке тонкие стрелки имитируют единичные лучи, толстая красная - световой вектор (они, по идее, разного размера должны быть, потому что их величина разная, но ориентируйтесь здесь только на направление), а циллиндр - часть световой трубки. И слева свет очень направленный - лучи почти все в одном направлении, величина вектора большая, и трубка маленькая. А справа свет более рассеянный, вектор меньше, трубка шире.
Лучи прямые, это мы знаем из школы. Но световой вектор, главное направление света, может меняться в пространстве в зависимости от конфигурации источников света, расположения предметов в этом пространстве и отражательных свойств их материалов. В своём исследовании Александр измерил и визуализировал, как в пустой комнате из-за разного расположения и разницы в свойствах ламп свет, как вы видете ниже распространялся совсем непохоже от одной ситуации к другой.
Квадраты и круги на потолке - это лампы, квадраты - рассеянные люминесцентные (a, d), круги - галогеновые, большая рассеянная (b) и маленькие сфокусированые (c). На картинке (с) видно, что трубки делают поворот - из-за того, что в середину потолка в этой комнате свет не попадает от ламп, а, в основном, только отражённый от пола.
Восприятие света
Едем дальше. Как оно происходит физически теперь более-менее понятно, но так ли люди видят свет?
Уже известно, что люди видят свет в пространстве (между другими объектами, не просто в пустоте), то есть могут прикинуть, как объект будет выглядеть (как будет освещён), если поместить его в это пустое пространство между другоми объектами. Чтобы это продемонстрировать, мега-гуру нашей области науки (визуальное восприятие), Ян Кундеринк, провёл эксперимент, в котором в разные точки простой сцены (картинки сцены, наблюдаемой в 3д) помещалась виртуальная сфера, и наблюдателя просили отрегулировать освещение сферы так, чтобы она казалась "родной" на картинке. (Я в своём эксперименте тот же подход использовала, можно на видео ниже его посмотреть если непонятно регулирование света на "сфере") Это повторили для нескольких освешений той же сцены. Выяснилось, что люди довольно неплохо выполняют это задание.
Пара примеров сферы в сценах.
С другой стороны, Островский продемонстрировал, что люди не так уж и чувствительны к противоречиям в освещении. В его эксперименте подопытные подавляюще часто игнорировали несоответствия в тенях на картинках, типа вот этой (видите, что не так?):
Восприятие изменения свойств света в пространстве
И, наконец, мы добрались до моей темы. По сути, она - логическое продолжение двух предыдущих разделов. Мы знаем, что физическое световое поле может иметь причудливую форму. Также мы знаем, что люди могут оценивать свойства света в пространстве. А видят ли они, что своиства света изменяются в пространстве? Заметили бы они, что потолок в той пустой комнате освещается только отражённым светом, причём почти вертикальным от пола? Вот эту чувствительность я и проверяла в своём первом эксперименте, но об этом в следуюших сериях.
А пока пишите вопросы, отзывы и предложения)