MASARYKOVA UNIVERZITA Lékařská fakulta Optika a optometrie

MASARYKOVA UNIVERZITA Lékařská fakulta Optika a optometrie

Optické klamy ( vnímání v závislosti na refrakční vadě )

Diplomová práce

Vedoucí diplomové práce:

Autor:

MUDr. Zdeňka Mašková

Bc. Pavel Maršík

Brno, květen 2007

Prohlášení:

Prohlašuji, že diplomovou práci na téma ,,zrakové klamy – vnímání v závislosti na refrakční vadě“ jsem vypracoval samostatně a že jsem všechny zdroje uvedl v seznamu literatury.

V Brně dne ……………………

………………………….

Poděkování: Děkuji MUDr. Zdeňce Maškové za odborné vedení této práce. Dále bych rád poděkoval všem, kteří se na této práci podíleli přínosnými radami.

Obsah:

1. Úvod ……………………………………………………………….. 6 2. Vnímání obrazu ……………………………………………………. 7 2.1. Optické struktury oka ………………………………………….. 7 2.1.1. Rohovka …………………………………………………… 7 2.1.2. Komorová voda ……………………………………………. 8 2.1.3. Čočka ……………………………………………………… 8 2.1.4. Sklivec ……………………………………………………... 9 2.2. Sítnice …………………………………………………………. 10 2.3. Zraková dráha …………………………………………………. 12 2.3.1. Zrakový nerv ……………………………………………… 12 2.3.2. Chiasma …………………………………………………… 12 2.3.3. Optické trakty ……………………………………………... 13 2.3.4. Postraní kolíková tělesa …………………………………… 13 2.3.5. Zraková radiace …………………………………………… 13 2.4. Mozková zraková centra …………………………………….… 14 3. Teorie vidění …………………………………………………….… 15 3.1. Teorie barevného vidění ……………………………….……… 15 3.2. Intenzita ……………………………………………….………. 19 3.3. Kontrast a jas ………………………………………….………. 19 3.4. Fyziologická podstata prostorového vidění …………….……... 22 3.5. Psychologická podstata vnímání ……………………………… 29 4. Optické klamy v praxi ………………………………….…………. 32 5. Optické úkazy v atmosféře ……………………………….……….. 35 5.1. Duha ………………………………………………….……….. 35 5.2. Halové jevy ………………………………………….………... 38 5.3.Ohybové jevy ………………………………………….………. 40 5.4. Fata morgana ………………………………………….……… 42 5.5. Polární záře ……………………….………………….……….. 43 5.6. Modré nebe a červánky ………………………………..……… 44

6. Refrakční vady ………………………………………………….. 45 6.1. Hypermetropie – dalekozrakost ………………………….…. 46 6.2. Myopie – krátkozrakost …………………………………….. 47 6.3. Astigmatizmus ……………………………………………… 48 7. Výzkumná část …………………………………………………. 49 7.1. Úvod a hypotéza ………………………………….………… 49 7.2. Soubor vybraných lidí ……………………………………… 49 7.3. Dotazník ……………………………………………………. 49 7.4. Výsledky výzkumu ………………………………………… 52 7.5. Slovní vyjádření výsledků …………………………………. 63 8. Diskuze ………………………………………………………… 64 9. Závěr …………………………………………………………… 65 10. Seznam literatury ……………………………………………... 66

1. Úvod

,,Zatím co část toho, co vnímáme, k nám přichází skrze naše smysly, druhá část (a může být větší), pochází z naší mysli.“ William James

Většina z nás se nezamýšlí nad složitostí procesu vidění. Bereme vidění jako samozřejmost. Přitom pozorování předmětů, vnímání hloubky a pohybu je velmi složitý proces. Vezměme si pár jednoduchých příkladů. Třeba když nakloníme hlavu – svět kolem nás se nenahne. Pokud zavřeme jedno oko, ztrácíme dojem hloubky, ale přesto víme že ten malý domeček je dál než ten velký. Co se stane s barvami pokud je více osvítíme? Zdají se světlejší, ale mi víme že tomu tak není. Tyto příklady nám ukazují že svět kolem nás se nás stále snaží klamat a uvést do omylu. Obrazy které vnímáme nám dávají k dispozici mnoho informací a mi si musíme vybrat ty, které nám neukáží iluzi. Tomu že se nenecháme zlákat na scestí vděčíme mozku, kde zrakové informace vyhodnocujeme. Samozřejmě nemůžeme opomenout naší schopnost vypořádat se s těmito jevy díky naučeným vzorcům vnímání. Čas od času se setkáme s obrazem, se kterým si náš mozek nemůže poradit a mi se nemůžeme rozhodnout, které informace si vybrat, tak abychom dostali srozumitelný obraz, resp. vidíme něco co nedokážeme na základě našeho naučeného vnímání pochopit – takovýmto scenériím říkáme optické klamy či iluze.

6

2. Vnímání obrazu

Na správném vnímání obrazu se podílejí dva základní předpoklady. Za prvé správná optická mohutnost a čirost všech optických struktur oka ( rohovka, komorová voda, čočka a sklivec ) a na správné funkci zrakové dráhy, která probíhá od smyslových buněk sítnice až do zrakových center v mozkové kůře. Prvotní obraz tvořený na sítnici je reálný, zmenšený a obrácený. Obraz jak ho vnímáme je tvořen až ve zrakových centrech složitými fyziologickými procesy.

2.1. Optické struktury oka

2.1.1. Rohovka (cornea)

Rohovka má tvar horizontálně ulozené elipsy. Horizontální průměr je 11,5 – 12 mm a vertikální 11 mm. Je to zcela průhledná tkáň tvořící přední část nejsvrchnější vrstvy oční koule, tedy cca 20-25% jejího povrchu. Na své periferii přechází ostře do bělimy, jež pokrývá zbytek očního bulbu. Právě její průhlednost a optické vlastnosti umožňují světelným paprskům dosáhnout sítnice a následně vyvolat zrakový vjem. Základním úkolem rohovky je tedy transmise (prostup) a refrakce (lom) světla a dále ochrana nitroočního prostředí. Sama je však "umístěna" uprostřed oční štěrbiny a je tedy v přímém kontaktu s vnějším okolím, resp. jeho vlivy (prach, nečistoty, infekty …). Díky této lokalizaci je rohovka náchylná na četná onemocnění. Ochranu před vnějšími vlivy zajišťuje mrkací reflex a slzný film. Rohovka se skládá z pěti vrstev – epitelu, Bowmanovy membrány, stromatu, Descemetovy membrány a endotelu. Rohovkový epitel je povrchová vrstva vlastní rohovky, která je tvořena postupně dozrávajícími buňkami, jež se na povrchu oka odlupují a jsou smývány slzami. Povrch epitelu kryje slzný film, přes který se k povrchu rohovky ostává kyslík potřebný pro její výživu. Bowmanova membrána odděluje epitel a stroma do kterého volně přechází. Na rozdíl od epitelu se po poranění hojí jizvou. Stroma rohovky je tvořeno naprosto přesně uspořádanou vazivovou tkání. Toto precizní poskládání kolagenních vláken do jednotlivých vrstev (lamel) je zárukou 7

průhlednosti rohovky. Důležitý je také obsah vody ve stromatu. Pokud vzroste nad běžných 80 , dojde ke zkalení rohovky. Descemetova membrána odděluje stroma od endotelu, což je poslední vrstva rohovky.

D.M. je produktem buněk endotelu a v periferii přecházejí její vlákna do

trabakula

rohovko-duhovkového úhlu.

Endotel sestává z jedné vrstvy buněk. Jejich počet je 4000 – 5000 na mm². Pokud jejich počet klesne pod 500 na mm² dojde k poruše hydratace rohovky a edému. Přes endotel probíhá výživa rohovky z komorové vody.

2.1.2. Komorová voda (humor aqaueus) Komorová voda je čirá, bezbarvá tekutina tvořená z krevní plazmy. Na rozdíl od ní má však snížený obsah bílkovin. Je tvořena ve výběžcích řasnatého tělíska a proudí mezi duhovkou a čočkou čili zadní komorou do komory přední ohraničenou rohovkou a duhovkou. Z přední komory je odváděna v duhovko-rohovkovém úhlu do Schlemova kanálku.

2.1.3. Čočka (lens cristalina)

Čočka má průměr 9 -10 mm a šířku 3,5 – 4 mm a její tvar je bikonvexní. Leží v prohlubenině sklivce upevněna vlákny závěsného aparátu. Je elastická, uzavřena ve svém pouzdře a její tvar se mění tahem vláken závěsného aparátu. Změna tvaru je závislá na různém stupni akomodace oka. Elasticita čočky klesá s věkem. Čočkové pouzdro (capsula lentis) je průhledné, obklopuje čočku. Má různou tloušťku, nejtenčí je na zadním pólu. Na ekvátoru se nachází jemná lamela do kterého se upínají vlákna závěsného aparátu. Čočkový epitel se rozkládá pod pouzdrem přes celou přední ploch čočky. Buňky epitelu se směrem k ekvátoru mění. Roste jejich výška a jádra se stávají oválnější. Čočkové stroma je tvořeno vlákny, která se vyvíjejí z ekvatoriálních buněk epitelu. Ty cestují k zadnímu pólu čočky a dále do jádra čočky. Tím se jádro stává hustší, tvrdší a větší. Tím jak na sebe narážejí vlákna z jednotlivých okrajů čočky vznikají čočkové švy. Ty tvoří útvar podobný písmenu ypsilon na přední stravě a převráceného ypsilon na straně zadní.

8

Čočkové jádro (nukleus) se nachází pod strojařem čočky. Hranice jsou patrné na štěrbinové lampě v optickém řezu jako lehce reflektující plochy.

2.1.4. Sklivec (corpus vitreum)

Sklivec vyplňuje prostor mezi řasnatým tělískem, čočkou a sítnicí. Zaujímá tak 80 % obsahu oka. Svým tlakem pomáhá udržovat stálý tvar oční koule. Sklivec je želatinózní bezbarvá hmota, tvořena z 98 % vodou. Jeho složení je podobné jako u komorové vody, ale sklivec obsahuje speciální bílkovinu vitrein, který vytváří jeho trámčinu. Za jeho viskozitu je zodpovědná kyselina hyaluronová, která se váže na mukoproteiny obsažené ve sklivci. Ten je tak 16x viskóznější než komorová voda. Dále se skládá z kolagenních fibril, které se na povrchu ztlušťují v hraniční membránu. Tato membrána je pevněji spojena se sítnicí pouze v místě papily zrakového nervu, dále v místě ora serrata a na pars plana řasnatého tělíska.

Obr. 1. – Anatomický průřez oka

9

2.2. Sítnice (retina)

Sítnice je blána, která vystýlá vnitřek oční bulbu. Svou vnější plochou je volně přiložena na živnatku (uvea). Pevně fixována je pouze k papile a k ora serrata. Z vnitřní strany nasedá na sklivec. Dělí se na dvě části: Optická část (pars optica retinae), obsahuje světločivé elementy a na menší část neobsahující světločivé buňky – Slepá část (pars caeca retina).

Pars caeca retina, čili slepá část sítnice se rozprostírá na zadní plochu duhovky a na zadní plochu tělesa řasnatého až k ora serrata. Je tenčí než optická část sítnice, protože, jak už bylo uvedeno, neobsahuje žádné světločivé buňky.

Optická část (pars optica), která je vyšší, obsahuje receptorové buňky a je místem, kde je dopadající světlo měněno na nervové vzruchy. Celkem se na sítnici rozlišuje 10 elementárních vrstev.

1) Pigmentový epitel 2) Vrstva vnějších výběžků tyčinek a čípků 3) Vnější hraničící membrána 4) Vnější vrstva jader světločivých buněk – těla tyčinek a čípků 5) Vnější vrstva vláken 6) Vnitřní jádrová vrstva 7) Vnitřní vrstva vláken 8) Vrstva gangliových buněk 9) Vrstva zrakových nervových vláken 10) Vnitřní hraničící membrána

Smyslových buněk je 130 miliónů. Tyčinek je 120 mil., jsou rozprostřeny po celém povrchu sítnice a zprostředkovávají černobílé vidění, tedy převážně za šera. Čípků je 6 -7 mil., jsou soustředěny převážně ve žluté skvrně. V místě nejostřejšího vidění. Čípky nám umožňují barevné vidění. Přestavbou rhodopsinu v tyčinkách a iodopsinu v čípkách vzniká nervový vzruch, který je veden přes neurity smyslových buněk na dendrity prvního neuronu sítnice. Ten je tvořen bipolárními buňkami. Zde začíná zraková dráha. Dále je veden do gangliových buněk, které leží ve vnitřní 10

jádrové vrstvě. Tvoří druhý neuron zrakové dráhy. Jejich dendrity se zbíhají v místě zvaném papila zrakového nervu a dále pokračují až do primárního zrakového centra v corpus geniculatum laterale.

Asociační buňky leží ve vnitřní jádrové vrstvě a jedná se o buňky horizontální a amakrinní. Horizontální buňky tvoří spoje mezi jednotlivými čípky a tyčinkami kolmo na svislé vedení mezi neurony. Jejich funkce není zcela známa, snad se účastní látkové výmeny. Amakrinní buňky leží taktéž ve vnitřní jádrové vrstvě. Jejich spoje jsou vedeny mezi gangliovými buňkami. Připisuje se jim podpůrná úloha a možná i úloha brzdící při procesu vidění, čemuž by nasvědčovalo obrácená poloha jejich dendritů a neuritů.

Podpůrné buňky tvoří podpůrnou tkáň, kterou jsou obklopeny všechny nervové součásti sítnice. Připisuje se jim i vyživovací funkce.Jsou to Mullerovy podpůrné buňky a neuroglie. Podpůrná vlákna Mullerových buněk prostupují celou sítnicí. Jádra leží ve stejné vrstvě jako jádra bipolárních buněk. Neuroglie je podpůrnou tkání celé centrální nervové soustavy. Tvoří bariéru mezi cévní a nervovou tkání.

Zvláštní místa sítnice. Existují tři místa na sítnici které vykazují jinou strukturu. Papila (papilla nervi optici) je místem výstupu zrakového nervu a kromě vnitřní hraničící membrány neobsahuje žádné další sítnicové struktury. Papilou opouští oční bulbus zrakový nerv a do oční koule vstupuje arteria a vena centralis retinae. Papila je na očním pozadí pozorovatelná nazálně od dalšího místa se směněným uspořádáním. Fovea centralis je tím místem. Místem nejostřejšího vidění, která je asi 1,5 mm veliká. V jejím centru leží foveola, která obsahuje pouze čípky. Žlutá skvrna (macula lutea) se nazývá oblast kolem fovei, široká 3 -5 mm. Nejsou zde žádné cévy. Ora serrata je třetí strukturou, kde optická část sítnice přechází ve svou slepou část. V tomto místě dochází ke snižování počtu nervových buněk i k redukci podpůrné tkáně. Na řasnaté tělísko a duhovku přechází pouze pigmentový epitel a vnitřní a vnější hraniční membrána a jedna vrstva nepigmentovaných buněk.

11

2.3. Zraková dráha

Jak už bylo uvedeno výše, zraková dráha vede nervový impuls od tyčinek a čípků přes bipolární buňky, představující 1. neuron zrakové dráhy na 2. neuron zrakové dráhy - gangliové buňky k papile zrakového nervu. Tam začíná oční nerv, který prochází tkáněmi orbity ke kostěnému kanálku zrakového nervu. Pokračuje střední jámou lební k chiasmatu. V tomto místě dohází k částečnému křížení očních nervů z levého a pravého oka. Z chiasmatu vybíhají dva optické trakty a pokračují do zevního kolíkového tělesa. Toto místo je nazývané primárním zrakovým centrem. Zde končí druhý neuron zrakové dráhy. Odtud vede zraková dráha tzv. Gratioletovým svazečkem, reprezentující třetí neuron, do okcipitálního mozkového laloku.

2.3.1. Zrakový nerv (nervus optiku)

Zrakový nerv začíná za proděravěnou sklerální ploténkou a pokračuje k chiasmatu. Je pokryt plenami mozkovými podobně jako celý mozek. Jeho průběh je rozdělen na intrasklerální, orbitální, untrakanalikulární a intrakraniální. V intrasklerálním úseku začíná být nerv myelinizován a do sklerální ploténky se zasouvají mozkové pleny. Nerv je zde 1,5 mm silný a dlouhý je 0,5 mm. Orbitální úsek je nejdelší, 25 – 30 mm. Je esovitě prohnut. To umožňuje pohyb bulbu dopředu a dozadu. V orbitě prohází tukovou tkání až k dalšímu úseku. Intrakanalikulární úsek je 7 mm a prochází kostěným kanálem (canalis opticus) do střední jámy lební. Intrakraniální úsek je dlouhý pouze 10 mm. Oba oční nervy směřují pod úhlem 60° k chiasmatu.

2.3.2. Chiasma (chiasma optucum)

Je to bílá čtyřboká ploténka do jejich předních rohů vstupují oba optické nervy. V průběhu chiasmatu se 60% vláken kříží a ze zadních rohů odházejí oba optické trakty. V chismatu se nekříží vlákna z temporálních polovin sítnic. Vlákna nazálních polovin se kříží.

12

2.3.3. Optické trakty (tractus optici)

Optické trakty začínají zadními rohy chiasmatu a končí u corpus geniculate laterále. Tam končí druhý neuron zrakové dráhy. Optické trakty vedou vlákna z obou očí a to nezkříženě z temporální poloviny sítnice stejnostranného oka a zkříženě z nazálních poloviny sítnice druhostranného oka. Optické trakty jsou dlouhé asi 20 mm. V přední části bílé kulaté svazky, které se v průběhu oplošťují a zabořují se do mozkové tkáně. V oblasti středního mozku vbíhají do postraních kolíkových těles. Když do nich vstupují dělí se na dva svazky. Tenší vnitřní (radix medialis) jenž vstupuje do mediální části a spojují se se sluchovým a statickým orgánem. Silnější tenčí (radix lateralis) jsou optická vlákna.

2.3.4. Postraní kolíková tělesa (corpus geniculate laterale)

Zde končí primární zraková dráha čili druhý neuron zrakové dráhy. Postraní kolíková tělesa je soubor gangliových buněk umístěné v mezimozku. Jejich hlavní úlohou je přepojení impulzů na následující třetí neuron zrakové dráhy. Je to jediná přepojovací stanice mezi sítnicí a mozkovými centry. Jejich komplexní struktura nám napovídá že to není jejich jediná funkce. Stávají se primárním zrakovým centrem. Genikulátum je zakulacený útvar, do něhož vstupují zepředu optické trakty a ze zadní strany vycházejí vlákna Gratioletova svazečku.

2.3.5. Zraková radiace (Gratioletův svazeček, tractus geniculo-corticalis)

Gratioletův svazeček představuje široký svazek bílé hmoty mozkové, vypadající jako vějíř vycházející z postraních kolíkových těles. Tento svazek vláken představuje třetí neuron zrakové dráhy, který pokračuje do oblasti fissura calcarina a dále do korových mozkových center.

13

2.4. Mozková zraková centra

Zraková centra jsou umístěna v mozkové kůře okcipitálního laloku a nazývají se area striata, area prastriata a area peristriata. Vlákna Gratioletova svazečku končí v první jmenované – area striata. V dalších dvou arejích dochází ke zhodnocování a zpracování přijatých impulzů areou striatou. Z těchto center také odcházejí impulzy k motorickému systému oka. Kromě zrakových impulzů zpracovávají zrakové centra i tvz. Proprioreceptivní vzruchy. Ty nás informují o stavu jednotlivých orgánů a tkání těla. Dále se zde zpracovávají impulzy z vestibulárního aparátu.

Nejsou to jenom zrakové impulzy které nám umožňují uvědomění si zrakových vjemů. Důležitými faktory jsou zkušenost, inteligence a zděděné faktory. Spolu se zrakovými impulzy se z těchto faktorů skládá složitá mozaika, z které vzniká obraz tak jak ho známe.

14

3. Principy vidění

V této kapitole se budu snažit vysvětlit principy, které se podílejí na vzniku plnohodnotného obrazu. Obrazu barevného, kontrastního, trojrozměrného, jakými principy vnímáme perspektivu a objasníme si psychologickou podstatu vnímání.

3.1. Teorie barevného vidění

Sítnice lidského oka je citlivá na elektromagnetické vlny o vlnové délce zhruba 400 - 700 nm. Tuto oblast vlnových délek nazýváme viditelná oblast elektromagnetického spektra. Vyšší frekvence (čili kratší vlnové délky) nazýváme ultrafialové záření, nižší frekvence (a delší vlnové délky) je tzv. infračervené záření.

Obr. 2. – elektromagnetické spektrum

Již dávno zjistili fyzikové Young a Helmholtz, že lidské oko skládá barevný obraz se tří dílčích podnětů. Později Maxwell (v roce 1861) usoudil, že každý barevný obraz lze složit ze tří jednobarevných dílčích obrazů - tzv. výtažků. Toto složení je umožněno tím, že lidské oko obsahuje tři druhy barevných receptorů, které jsou citlivé v oblastech zhruba 400 - 500, 500 - 600 a 600 - 700 nm. Bude-li na sítnici dopadat záření s vlnovou délkou např. 450 nm, bude podrážděn první typ receptorů, a budeme mít vjem modré barvy. Záření s vlnovou délkou 550 nm podráždí druhý typ receptorů, a způsobí vjem zelené barvy. Záření s vlnovou délkou 650 nm podráždí třetí typ receptorů a získáme tak vjem červené barvy.

15

Další zajímavou vlastností oka je skutečnost, že spektrální citlivosti receptorů se překrývají. Pokud tedy budeme receptory dráždit hraniční vlnovou délkou 500 nm, získáme odezvu jak z modrocitlivých, tak i ze zelenocitlivých receptorů, a získáme vjem azurové barvy. Při dráždění vlnovou délkou 600 nm získáme odezvu ze zelenocitlivých a červenocitlivých receptorů a vidíme žlutou. Při současném dráždění modrocitlivých a červenocitlivých receptorů získáme vjem purpurové barvy.

Obr. 3. – barevné vjemy způsobené jednotlivými vlnovými délkami

Protože tedy lidské oko obsahuje tři druhy receptorů, můžeme libovolnou barvu vytvořit kombinací tří základních barev. Pojem barva jsme doposud používali pro pojmenování výsledného vjemu. V reálném světě můžeme barvu vytvořit dvěma způsoby:

Za prvé vyrobíme barevné světlo, tedy světlo, které obsahuje různé vlnové délky o různých

intenzitách.

Zvláštním

případem

takového

barevného

světla

je

monochromatické světlo, které obsahuje pouze jednu vlnovou délku. Vezmeme-li tři zdroje světla v úzkých intervalech příhodných vlnových délek, (barvy červená, zelená a modrá - RGB), můžeme těmito světly přímo dráždit příslušné receptory a namíchat tak libovolný barevný vjem. Protože takto barvy skládáme z jednotlivých příspěvků, říkáme tomuto systému aditivní.

16

Obr. 4. – Aditivní skládání barev

V druhém případě použijeme barevné pigmenty (nerozpustné látky) nebo barviva (rozpustná), na které posvítíme bílým světlem. V bílém světle jsou všechny vlnové délky zastoupeny rovnoměrně, bílé světlo dráždí všechny tři druhy receptoru stejně intenzivně. Po dopadu na barevný pigment (nebo barvivo) jsou některé vlnové délky selektivně absorbovány a barevný zbytek světla se odráží (resp. prochází). Vezmemeli pigment, který selektivně absorbuje v oblasti 400 - 500 nm a posvítíme na něj bílým světlem, odrazí se světlo v rozsahu 500 - 700 nm. Přídavkem takovéhoto pigmentu tedy můžeme řídit intenzitu vjemu modrocitlivých senzorů. Pigment se ovšem bude jevit žlutý, protože podle výše popsaného aditivního principu odražené světlo obsahuje zelenou a červenou část spektra a budí tak žlutý vjem. Toto je důležitá a poněkud paradoxní vlastnost pigmentů a barviv, kterou si musíme uvědomit. Podobně můžeme vzít pigment, který absorbuje v oblasti 500 - 600 nm. Po osvícení bílým světlem odrazí vlnové délky 400 - 500 a 600 - 700. Bude se jevit purpurový, to ale proto, že jeho přídavkem jsme potlačili dráždění zelenocitlivých senzorů. S pomocí pigmentů tedy odečítáme jednotlivé barvy ze spektra, a proto mluvíme o subtraktivním míchání barev. Pigmenty je možno vzájemně mísit, a tak absorbovat větší podíl dopadajícího světla.

17

Obr. 5. Subtraktivní skládání barev

Při vzájemném míšení světel nebo pigmentů může nastat situace, kdy je výsledná barva "nebarevná" - získáme určitý odstín šedé, černou nebo bílou. Takové barvy se nazývají doplňkové a jsou to konkrétně tyto dvojice: červená + azurová (R + (G+B)), zelená + purpurová (G + (R+B), modrá + žlutá (B + (R+G)). Třísložkové barevné vidění má ještě jeden zajímavý důsledek - tzv. barevnou metamerii. To znamená, že dva pigmenty s různými průběhy absorpčních křivek mohou způsobit totožný barevný vjem. Na obrázku č. 6 je naznačeno, jak třísložkové barevné materiály reprodukují šedou barvu. Reálná šedá (např. standardní expozimetrická tabulka) pohlcuje část dopadajícího světla rovnoměrně v celé viditelné oblasti. Třísložková reprodukce takovéto tabulky naproti tomu pohlcuje světlo jen v klíčových oblastech, které odpovídají spektrálním citlivostem, jednotlivých typů senzorů lidského oka. Přestože má tedy reprodukce naprosto odlišnou absorpční křivku od originálu, lidské oko žádný rozdíl nepozná.

Obr. 6. – dvě různé spektrální distribuce způsobí totožný barevný vjem 18

3.2. Intenzita

Jak bylo uvedeno v předchozím oddíle, barevné vidění je zprostředkováno pomocí třemi druhy barevných receptorů. Proto aby byly tyto receptory podrážděny je třeba oko vystavit určité intenzitě světla. Pokud vjem obrazu zajišťují čípky, nazýváme toto vidění fotopické. Pokud intenzita osvětlení klese pod určitou hodnotu, přebírají svoji úlohu ve vidění tyčinky – skotopické vidění. Přechod mezi oběma druhy není ostrý. Vidění na ,,rozhraní“ se nazývá mezoptické vidění. Za denního osvětlení je exponována

převážně oblast žluté skvrny, kde se

nacházejí čípky. Za dne člověk vidí nejlépe přímou fixací. V noci je k vidění používána především periferie sítnice, kde jsou rozmístěny tyčinky. Proto při pozorování noční oblohy se nám může stát, že při přímé fixaci hvězdy nám zmizí. Je třeba se dívat trochu stranou. Adaptace na tmu je proces, který trvá asi 40 minut. Nejdříve se během několika sekund zvětší zornička, čímž vzroste množství světla dopadajícího do oka, a asi deset minut roste citlivost čípků. Ve druhé fázi, trvající zbylých třicet minut, se regeneruje rhodopsin v tyčinkách. Koncentrace této látky, která se světlem rozkládá, je přes den velmi nízká. Délka adaptace je tak daná také počátečním množstvím rhodopsinu, závisí na případném předchozím oslnění. Když se podíváte přímo na Slunce (bez dalekohledu), ještě dlouho potom uvidíte zelenou skvrnu v místech, kde dojde k přechodné likvidaci rhodopsinu. Na produkci tohoto barviva má velký vliv vitamín A - jeho nedostatek způsobuje šeroslepost.

3.3. Kontrast a jas

Rozdíl intenzity osvětlení figury a pozadí nazýváme kontrast. Zrak je zaměřen především na vnímání kontrastu, proto dovoluje vidění kontur předmětů, ale i jejich vzdálenost a významně se podílí i na orientaci v prostoru. Kontrast si můžeme vyložit jako úplný, totální protiklad. Proto nejčistším kontrastem je černá a bílá. Toho se využívá především tiskařství, protože správný kontrast obrazu nebo psaného textu pomáhá v dobrém rozlišení a tím i k lepšímu a pohodlnějšímu pozorování daného předmětu. Kontrast závisí také na jasu. Jas nějakého objektu je ovlivněn jednak jeho povrchem, a zejména intenzitou světla, které na něj dopadá. Čím intenzivnější bude 19

světlo, tím vyšší bude jas objektu (světlo, které objekt odráží). Vedle těchto fyzikálních veličin ale vstupuje do hry subjektivní vlastnost lidského vidění. Tzv. ,,subjektivní jas“ oko totiž vyhodnocuje jednak v kontextu jasu okolí, ale i v kontextu barvy. Nejlépe asi vše ukáže příklad jednoduchého optického klamu, který dobře naznačí rozdíl mezi subjektivním vnímáním jasu a mezi množstvím světla, které reálně předmět odráží nebo vysílá. Stejný předmět, obklopen tmavými tóny, se nám bude totiž vždy zdát jasnější, než když ho obklopíme světlými předměty. Proto se snadno může stát, že dobře exponovaná fotografie na tmavém pozadí se nám bude zdát přepálená, zatímco k přepalům na světlé fotografii bude pozorovatel mnohem tolerantnější. Toto znal již Leonardo da Vinci, který napsal: "...chceš-li udělat znamenitou temnotu, dej ji protiklad výtečné bělosti."

Obr. 7. - Uvěříte, že políčko šachovnice A má stejný jas, jako políčko B? Většina z vás označí políčko A za světlejší, ve skutečnosti mají obě políčka zcela stejnou barvu. Další zrada subjektivního jasu je ve vnímání barev. Lidské oko je např. na žlutou barvu mnohem citlivější než na barvu fialovou, a proto se žlutý předmět bude vždy zdát jasnější (světlejší), i když z fyzikálního hlediska odráží stejné množství energie jako předmět fialový. Ze stejného důvodu je obtížné dosáhnout například čisté tmavě žluté barvy. Žlutá bude vždy mít tendenci se zobrazovat jako střední až světlá. Řada barev má také tendenci subjektivně měnit svůj odstín se změnou jasu. Například 20

zesvětlováním červené barvy se často dosáhne růžové, naopak tmavě fialová je k nerozeznání od modré.

Obr. 8. - Pokud označíte místo se subjektivně nejvyšší sytostí barvy, bude v modrém obdélníku výrazně blíže k tmavým tónům než ve žlutém. Ve skutečnosti jsou ale oba obdélníky zcela stejné, jen zrcadlově převrácené a s vyměněným odstínem barvy. Několik dalších příkladů jak nás může klamat vnímání kontrastu, rozdíly tmavého a světlého pole či vnímání barev. Tyto optické iluze patří mezi Fyziologické zrakové klamy.

Obr. 9. – Který čtverec se vám zdá být větší? Pravděpodobně ten bílý. Je to způsobeno tzv. Iradiací, což znamená že se světlá plocha jeví větší než stejně velká plocha tmavá.

21

Obr. 10. – Zdají se vám šedivé čáry rovnoběžné? Ač se vám to nezdá jsou. Tento klam je opět způsoben na základě iradiace.

Obr. 11. – Křižovatkový klam – pokud se sledujeme černé čtverce oddělené bílými čarami na ,,křižovatkách“ uvidíme šedé tečky. Analogicky je tomu u bílých čtverců a černých čar. Je to způsobeno vnímání následných obrazů (paobrazů), vzniklé na základě aktivity sítnice, i když její podráždění už skončilo.

22

3.4. Fyziologická podstata prostorového vidění

Každá metoda, kterou je uměle vytvářen trojrozměrný dojem, klame vizuální systém, který potom předstírá, že vidí reálný trojrozměrný objekt. Protože jsou oči průměrného dospělého člověka od sebe vzdáleny přibližně 7 cm, má každá zornice trochu rozdílný úhel pohledu, a vidí proto poněkud jiný obraz. To je zřejmé, jestliže člověk zavře jedno oko a hned pak jej otevře a zavře oko druhé: blízké objekty se posunou doprava, jestliže je pozorujeme pouze levým okem, a doleva, jestliže je pozorujeme okem pravým. V mozku se spojí oba poněkud rozdílné obrazy v jeden. Z malých odchylek vzniká trojrozměrný dojem. Uměle lze vyvolat dojem trojrozměrného obrazu pomocí stereogramu. Ten vyvolá efekt tím, že obsahuje stále se opakující vzorek. Pokud takový vzorek pozorujete, přičemž však zaostřujete na imaginární bod za obrázkem, vzniká dojem, že obrázek má hloubku. Je to tím, že levé a pravé oko pozoruje různá opakování téhož vzorku. Mozek spojí oba vzorky do jednoho, a ten se ve srovnání s okolními obrazovými informacemi zdá být posunut dozadu. To však nemá nic společného s perspektivním viděním, u kterého určuje velikost objektu jeho poloha v prostoru.

Trojrozměrný efekt v trojrozměrných grafikách nerozpozná každý: přibližně deset procent lidí má potíže s tzv. konvergenčním efektem při vnímání hloubky. Ti se musejí i při běžném trojrozměrném vidění spoléhat na jiné efekty, např. na perspektivu. Ne však každý, kdo na první či druhý pohled nevidí na "magických" obrazech nic jiného než plochý obrazec, trpí oční chorobou. V drtivé většině případů je takový člověk postižen jenom nedostatečnou dávkou trpělivosti nebo příliš malou schopností soustředit se.

23

Obr. 12. – při správném pozorování uvidíte kytku

Stereogram

Stereogram

Obr. 13. - Tento typ stereogramu je určen pro náhled zkříženýma očima, tzn. zkuste šilhat a zároveň zaostřit, až se obrázky spojí v jeden, prostorový, s jedním nadpisem.

24

Nedílnou součástí prostorového vidění je zkušenost člověka ve vnímání předmětů. Tuto schopnost si pěstuje již od ranného dětství a s přibývajícím věkem se zdokonaluje v posuzování, který předmět je bližší a který vzdálenější. V tomto úsilí mu pomáhají určité mechanizmy.

Jedním z mechanizmů napomáhajících orientaci v prostoru je velikost předmětů. V běžném životě získá člověk představu o velikosti jednotlivých předmětů. Vezměme si pro příklad auto a dům. Každý z nás ví, že auto je menší. Pokud ho ovšem uvidíme o mnoho blíže než dům, může se nám zdát vetší. Z toho usoudíme že dům se nalézá ve větší vzdálenosti.

Dalším pomocným aspektem je překrývání předmětů. Pokud se budeme držet našeho případu, tak jestliže auto bude překrývat nějakou svou částí kus domu, je jasné že bude před ním.

Lineární perspektiva je nejčastěji používaný příklad jak dobře demonstrovat vzdálenější předměty. Ze zkušenosti víme, že paralelní linie se s přibývající vzdáleností přibližují a zmenšují. Dobře to můžeme pozorovat na rovném úseku silníce či na kolejích.

Dalším pomocníkem je paralaxa. Paralaxa je úhel, který svírají přímky vedené ze dvou různých míst v prostoru k pozorovanému bodu. Nejjednodušším příkladem paralaxy v praxi je pozorování předmětů střídavě levým a pravým okem. Předměty v popředí se zdánlivě posunují vůči pozadí - čím blíž je pozorovaný předmět, tím větší je jeho zdánlivý posuv. Čím dále je pozorovaný předmět od pozorovatele, tím je paralaxa menší.

V orientaci může pomoci i ztavování barev. Se zvětšující se vzdáleností se totiž barvy tmavnou. Je to způsobeno tím, že vzduch není stejně propustný pro všechny vlnové délky. To můžeme pozorovat u lesů na obzoru, které jsou daleko tmavší než lesy bližší.

25

Snad nejjednodušším způsobem jak vnímat hloubku a plastičnost předmětu je stín. Při dopadu světla na nerovný povrch předmětu se za vypouklými místy utvoří místo tmavší než zbylá místa objektu. Je to způsobeno tím, že vystouplá část vytvoří jakousi clonu či překážku paprskům. Opět na základě zkušenosti můžeme posoudit jak určitý objekt vypadá trojrozměrně.

Obr. 14. – Na tomto obrázku je dobře demonstrováno použití překrývání, perspektivy i stínování v utváření dojmu prostorového grafu.

Samozřejmě že nás mohou tyto naučené mechanizmy i klamat a dovést k mylnému úsudu. Vybral jsem několik optických klamů které souvisejí s vnímáním perspektivy a hloubky obrazu. Tyto optické iluze se řadí mezi geometrické klamy.

Obr. 15. - Müller-Lyerova iluze v perspektivě: Která ze dvou oranžových úseček je delší? Obě jsou stejně dlouhé, ale na základě našich zkušeností by jsme hodnotili určitě jinak.

26

Obr. 16. - Ač se to nezdá jsou dlouhé úsečky vzájemně rovnoběžné. Krátké úsečky, jimiž jsou šikmé rovnoběžky šrafovány, způsobují jejich zdánlivou rozbíhavost resp. sbíhavost.

Obr. 17. - Fraseova „spirala“ - Optický klam při kterém se kruhy jeví jako spirála. Pokusíte-li se sledovat prstem „spirálu“ z různých bodů, vždy zjistíte, že jsou to kružnice. 27

Obr. 18. - Tímto způsobem nás může klamat perspektiva. Ač jsou figury stejně velké, ty vzdálenější se mám zdají větší.

28

3.5. Psychologická podstata vnímání

Zákonitostmi vnímání se zabýval zvláště gestaltismus neboli tvarová psychologie. Právě gestaltisté byli zastánci toho, že celek je víc než jen souhrn částí. Mezi celkem a částmi existuje specifický vztah. Celek vytváří tzv. Gestalt (tvar), jehož uspořádání podléhá určitým pravidlům - Gestalt zákonům.

Nejdůležitějším Gestalt zákonem je tzv. zákon pregnantnosti, podle kterého tvar směřuje vždy k co nejjednoduššímu uspořádání prvků do jednoznačně definovatelného celku. Z tohoto zákona jsou odvozeny i ty ostatní, např. zákon doplnění dobrého tvaru, zákon uzavřenosti, zákon blízkosti, to znamená že části lokalizované blízko sebe mají tendenci se ve vjemu spojovat a vytvářet celek a zákon figury a pozadí. Podle tohoto zákona je obraz rozdělen na vjemového pole a na dominantní obrazec čili figuru a pozadí). Vnímání je tedy v zájmu zjednodušení a snadnější orientace člověka zkresleno. Toho využívají optické klamy a iluze.

Obr. 19. - Zákon pregnantnosti – člověk se snaží vidět linie či předměty nepřerušeně. Tam kde linie chybí, tak si ji podvědomě doplní.

29

Obr. 20. - Optická iluze využívající zákona doplnění dobrého tvaru. Naše vnímaní má tendenci vnímat obrázek jako dva trojúhelníky, přičemž barvu trojúhelníku směřujícího dolů vnímáme kvůli většímu rozlišení jako světlejší než barvu pozadí.

Obr. 21. – Na tomto obrázku bych prezentoval zákon blízkosti. Body či linie blíže u sebe jsou spojovány do figury.

Obr. 22. – N tomto obrázku si můžeme prezentovat zákon uzavřenosti. Uzavřené předměty vnímáme jako figury a ne jako pozadí.

30

Obr. 23. – Zákon figury a pozadí. Na tomto optickém klamu není zcela zřejmé co je chápáno jako pozadí a co jako figura. Můžeme zde vidět jak dva obličeje tak vázu.

31

4. Optické klamy v praxi Optické klamy neslouží pouze jako atrakce k pobavení lidí, ale v řadě profesí jsou respektovány a cílevědomě využívány. Používají se všude tam, kde má být dosaženo určitého definovaného optického působení - malířství, architektura, sochařství, návrhářství, fotografie. Optických klamů se využívá v mnoha uměleckých směrech. Zvýrazňování kontur, tón barev a jejich kontrast, stínování. To vše pomáhá umělci prezentovat své představy a vnutit divákovy svůj pohled na danou věc. Styl používající výhradně optických klamů se nazývá ,,Opt Art“. Klasikem tohoto směru byl Holanďan M.C. Escher.

Obr. 24. ukázky práce M. C. Eschera

Dalším ,,Opt Artistou“ byl Švéd Oscar Reutersvard. Byl tak známý a oblíbený, že jeho nejznámější variace byly námětem na švédské poštovní známky.

Obr. 25. Švédské známky na námět O. Reutersvarda

32

Další optoiluzorní mág jménem Scott Kim se soustředil na šálení písmem a tvořil tzv. ambigramy, neboli dvojznačné nápisy, které jsou buď zrcadlově symetrické, lze je různě převracet, nebo skrývají další význam.

Orb.26. ukázka ambigramu I v sochařství optické klamy nezůstaly bez povšimnutí. Italský umělec Guido Moretti vytvářil bronzové sochy, měnící se z jednoho neskutečného objektu v jiný podle úhlu pohledu.

V architektuře se optické klamy používají nejčastěji jako pomocné harmonizační prostředky. Těmi rozumíme světlo, stín, barvy a optické klamy. Slouží k upřesnění a vyčistění tvaru. Pro architekturu je zrak nejdůležitějším smyslem. Le Corbusier definoval architekturu poeticky, jako hru světel a stínů v prostoru. Slunce, Měsíc, hvězdy jsou odvěkou součástí této hry. Se světlem bezprostředně souvisí barva se svými psychologickými, symbolickými a jinými aspekty. Italští mosaikáři dospěli k přibližně 30 000 odstínů, jež je schopno lidské oko rozlišovat. Optické klamy a optické iluze jsou a byly v architektuře využívány jako korekční prostředky. Z jejich použití lze více nebo méně přesně usuzovat na příčiny použití. Může jít někdy o nepříznivé světelné podmínky, nepříznivou geometrii, proporcionalitu, ale někdy i o prostou potřebu zdůraznění významu jedné části díla vůči druhé, využitím vlastností perspektivy. Užití klamů a iluzí lze najít i v běžném životě při každodenních činnostech. Každá žena určitě zná starou pravdu, že černá barva zeštíhluje a naopak bílá barva ji opticky nějaký ten centimetr v pase přidá. To je způsobeno iradiací o které bylo pojednáno v odstavci 3.3.

33

Kontrastu a jasu se využívá v nejrůznějších odvětvích. Ať jde o výpočetní techniku, fotografii nebo jen prosté slazení barev při ranní návštěvě šatníku. Na optických iluzích pracovalo mnoho umělců a po řadě z nich mají optické iluze i své názvy. Řada z nich se i prakticky používá, celá řada tzv. pohybových iluzí se používá například ve filmu nebo v animacích. Statické iluze jsou použitelné ve fotografii a grafice jednak mohou vytvořit zajímavé efekty ale mohou vést i k nechtěnému zmatení diváka.

34

5.Optické úkazy v atmosféře

Optické úkazy v atmosféře tvoří pestrou škálu jevů, které fascinovaly již mnohé generace před námi. Byly považovány za důkaz nadpřirozené existence, byly jim ukládány nejrůznější náboženské významy nebo se považovaly za posly špatných zpráv. Až s nástupem moderní vědy byly tyto jevy vysvětleny a poznány mechanizmy jejich vzniku, avšak fascinovat nás nepřestaly.

5.1. Duha

Snad každý si někdy všimnul barevného duhového oblouku při končící dešťové přeháňce. Déšť ještě padá, ale zároveň sluneční paprsky osvětlují dešťové kapky, v nichž se světlo láme, rozkládá a odráží, a tak právě na opačné straně než svítí Slunce můžeme pozorovat duhu. Ta opisuje část kružnice o poloměru asi 42° kolem místa, kam směřuje stín pozorovatelovy hlavy.

Obr. 24. a 25. – Vznik duhy Podobně jako po průchodu paprsku skleněným hranolem, kde se světlo při vstupu do opticky hustšího prostředí rozkládá, vidíme i v duze rozložené sluneční světlo na jednotlivé barevné složky. Od vnějšího okraje duhy směrem k vnitřnímu plynule přechází v pořadí: červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá až fialová. Do pověstných sedmi barev duhy zbývá zařadit už jen barvu indigovou. Ve skutečnosti jsou však barevné přechody zcela spojité.

35

Při intenzivnějším dešti se objevuje nad duhou druhá, méně výrazná, tzv. sekundární duha o větším poloměru (asi 51°), v níž je sled barev opačný než u primární duhy. Tato vedlejší duha vzniká díky dvojnásobnému odrazu paprsků uvnitř kapek. Při pozorování ze zemského povrchu lze pozorovat duhu jen jako neúplný kruh. Celistvý duhový kruh by mohl být vidět z vysoké věže nebo letadla.

Avšak duhu lze spatřit nejen díky dešťovým kapkám, ale třeba i ve tříšti kapek u vodopádů či fontán, nebo jen v kapkách rosy. Na vzniku duhy se podílí lom, rozklad, odraz a interference světla.

Zákon lomu (Shnellenův zákon) - Podíl sinu úhlu dopadu a sinu úhlu lomu je roven podílu indexům lomu daných prostředí.

sin α : sin β = n : n´

Pokud světlo vstupuje do opticky hustšího prostředí, což je náš případ, tak se láme směrem ke kolmici. Vstupní úhel alfa je větší než úhel lomu beta.

Obr. 26. – Grafické znázornění zákona lomu Sluneční paprsky, které vstupují do kapky se odráží a lámou. Pro vysvětlení primární duhy nás budou zajímat paprsky, které se po vstupu do kapky lámou. Tyto paprsky se odrážejí na protější straně kapky a vycházejí lomem opět na straně směrem ke Slunci pod ostrým úhlem vůči vstupu paprsku. Takový paprsek je vyznačen

na

obrázku

27

červeně,

36

ostatní

odrazy

a lomy

pak

šedě.

Paprsky odrážející se dvakrát uvnitř kapky budou vycházet nejčastěji pod úhlem asi 51° vůči vstupujícímu paprsku. Takto vzniká již ne tak výrazná tzv. sekundární duha, která se objevuje nad hlavní duhou.

Obr. 27. – Průchod paprsku kapkou vody

Protože je však sluneční světlo složeno z různých barev a paprsek každé barvy se láme pod trochu jiným úhlem, bude světlo po průchodu kapkou rozloženo v duhové spektrum. Záření různých barev se také bude po průchodu kapkou koncentrovat pod trochu odlišnými úhly, a proto uvidíme v duze soustředné barevné pásy.

Obr. 28. a 29. – Duha

37

5.2. Halové jevy

Halo je odborný název pro jev, kterému se obecně říká kolo kolem slunce, případně kolem měsíce. Taková kola se objevují při pohledu na slunce skrz závoj vysokých a tenkých mraků tvořených ledovými krystalky. Název halo je z řeckého halon, což znamená mlat nebo okraj štítu. Název halové jevy poprvé použil Aristoteles. Když sluneční paprsky procházejí vrstvou ledových krystalků, jednak se od nich odrážejí a také se na nich lomí, podobně jako na dešťových kapkách. Při odrazu mohou vytvářet bílé oblouky, kruhy a skvrny, při lomu se budou tyto světelné úkazy zbarvovat perleťově nebo duhově, tak že jejich okraj bližší slunci bude vždy načervenalý. Ledové krystalku tvoří obyčejně šestiboké hranolky nebo destičky a odraz i lom světla na nich probíhá mnohem složitěji než na dešťové kapce. Paprsky mohou dopadat pod různými úhly na boční stěny nebo podstavy ledových hranolků, mohou se uvnitř vícenásobně odrážet, krystalky mohou být orientovány vertikálně nebo horizontálně, mohou být srostlé, mohou být zakončeny šestibokými jehlany, mohou se pohybovat - padat nebo se otáčet. To vytváří neuvěřitelné množství různých možností pro vznik světelných halových jevů na obloze. Některé z nich jsou poměrně časté, jiné se vyskytují neobyčejně vzácně.

Obr. 30. – Ledové krystalky (šestiboký sloupec a destička)

38

Nejčastějším z nich je malé halo. Kolo kolem slunce, které má úhlový rozměr mezi středem a okrajem 22 . Jeho vznik se dá jednoduše vysvětlit tím, že sluneční paprsky dopadají na ledové hranolky zboku kolmo k ose a dvakrát se na jeho stěnách lomí.

Obr. 31. – Malé halo Vzácnější je velké halo, kruh s úhlem 46 , který vzniká, když světelný paprsek dopadá na boční stěnu krystalku šikmo k ose a vychází jeho základnou. Odrazem od bočních stěn krystalků vzniká horizontální kruh procházející sluncem, jehož části mohou být vidět jako bělavé oblouky. Na tomto kruhu se umisťují vedlejší, boční slunce neboli paslunce, svítící zobrazení skutečného slunce. Nejblíže slunce se obyčejně objevují paslunce zvaná parhélia, světlé duhové plošky v těsné blízkosti průsečíku malého hala s horizontálním kruhem.

Obr. 32. - Parhelium Odrážejí-li se paprsky od vodorovně orientovaných horní a dolní podstavy krystalků, vzniká svislý bílý halový sloup, který prochází sluncem. Spolu s částí horizontálního oblouku může dokonce vytvořit i halový kříž. Halový kříž může být zakončen nahoře a dole ještě spodním sluncem a méně často i svrchním sluncem, takže vzniká situace, kdy slunce je ve středu kříže a je obklopeno dalšími slunci po

39

stranách, dole a nahoře. Takový neobyčejně vzácný úkaz na obloze musel působit na křesťanskou Evropu v minulosti jako neobyčejně výmluvné Boží znamení.

Obr. 33. – Přehled halových jevů

5.3. Ohybové jevy

Často se setkáváme se světelnými úkazy, které však nesouvisejí s odrazem a lomem světelných paprsků, ale s ohybem světla. Světlo je svou podstatou elektromagnetická vlna a vlny mohou při obcházení malých překážek zahýbat a vytvářet duhově zbarvená kola a obrysy kolem předmětů. Při průchodu světla vrstvou mlhy tak vznikají barevné kroužky kolem slunce, měsíce a jiných světelných zdrojů. Říkáme jim koróny.

Obr. 34. – Koróna

40

Naproti tomu můžeme pozorovat i světelné kruhy kolem stínu předmětu, například na oblaku nebo vrstvě mlhy - těm se říká glórie.

Obr. 35. – Glorie Zvláště působivý je takový jev v horách, kdy se večer kladou do údolí dlouhé stíny a někdy se může na mraku zobrazit obří silueta člověka obklopená světelným okrajem a její pohyby působí příšerně. Úkaz dostal název Brockenský přízrak podle názvu nejvyšší hory v Harckém pohoří v Německu. Podobný jev v malém měřítku má název nimbus, svatozář a můžete ji pozorovat kolem stínu své hlavy, půjdeme- li za ranního slunce. Při velkých sopečných erupcích, kdy se dostává do atmosféry velké množství sopečného popela, je možno pozorovat červenohnědé Bishopovo kolo kolem slunce o úhlu 22°, stejně jako u malého hala, a šířce asi 10°. Je to ale velká glórie, jak svědčí pořadí barev, která má vnější okraj červený. Duhové zbarvení okrajů oblak a barevné skvrny na oblacích mohou vznikat jak lomem tak ohybem paprsků. Mluvíme o irizaci oblak.

Obr. 36. – Irizace oblak

41

5.4. Fata morgana

Fatou morgánou nazýváme zrakové klamy a přeludy, které vznikají složitým zrcadlením v různě hustých a různě ohřátých vrstvách vzduchu. Příčinou je zemská refrakce, posunutí, převrácení nebo kopírování obrazů předmětů na zemském povrchu způsobené ohybem světelných paprsků. Přitom záleží na tom, zda jsou vrstvy vzduchu u země teplejší než vzduch nad nimi nebo naopak, zda je vzduch u země chladnější (stav teplotní inverze). V prvním, celkem běžném případě, dochází k tzv. spodnímu zrcadlení, které můžeme pozorovat i nad rozpálenou silnicí. Vzdálené předměty se přitom zobrazují jako převrácené, nízko nad zemí. Část oblohy se může zobrazit jako vodní plocha. Jedeme-li po silnici, máme stále pocit, že je před námi kaluž, která se ovšem při dojezdu ztratí. Na poušti může vzniknout dojem, že máme před sebou vodní plochu, v níž se hlavou dolů odrážejí palmy a domy. Tomuto druhu zrcadlení se říká někdy jezerní přelud. Mnohem rozmanitější a mnohotvárnější je zrcadlení svrchní. Vzniká tehdy, jsou-li spodní vrstvy vzduchu chladnější, jako například v polárních krajích, v chladných mořích, ale i na pouštích, stepích a jiných rovných krajinách. Zobrazení vidíme pak před sebou nad obzorem a může být jak přímé, tak převrácené - záleží na tom, zda se teplota vzduchu mění s výškou plynule nebo skokem. Ve větších výškách může být teplejší vzduch opět vystřídán studeným, a potom mohou vznikat obrazy dvojité i trojité, přímé i převrácené a dokonce mohou být kombinovány i se zrcadlením spodním. To je pak opravdová fata morgana. Svrchním zrcadlením lze zřejmě vysvětlit mnoho bájí a legend. Mezi nejznámější určitě patří biblický příběh Mojžíšova přechodu přes Rudé moře suchou nohou. Z historie jsou známy případy, kdy lidé viděli přijíždět celé vojska, nebo byli svědky krvavých bitev, které se odehrávaly desítky kilometrů od nich. Jako příklad můžu uvést vidění obyvatel v belgickém městě Verviers. Ti spatřili výjev krvavé bitvy, ale bez hluku. Rozeznávali uniformy vojáků a důstojníků, koně i dělostřelectvo. Ještě nevěděli, že 100 km od jejich města právě probíhá osudná bitva u Waterloo.

42

5.5. Polární záře

Jedním z nejkrásnějších přírodních úkazů je polární záře, která rozehrává své barvy na severním nebi. Vytváří buď oblouky připomínající noční duhu nebo proměnlivé paprsky, stuhy a vlnící se závěsy nejčastěji modré a zelené, někdy s červeným nádechem, jindy zas jako neurčité, rozmyté skvrny. Polární záře se vyskytuje nejčastěji, prakticky trvale v pásu obklopujícím zemské magnetické póly, a to jak na severu, tak na jihu. Z vesmíru představují pásy polárních září jakoby dvě svítící čepičky naší Země. Je možno ji ale vidět i v mírných zeměpisných pásech i blíže k rovníku, ovšem vzácněji. Polární záře vzniká tak že, ze Slunce k Zemi stále proudí ionizovaný plyn obsahující elektrony, protony a hélium. Tento jev je nazýván "Solární vítr". Tyto částice se v blízkosti Země dostávají do jejího magnetického vlivu. Stejně, jako se ručička kompasu nasměruje severojižním směrem, tak i tyto částice vytvoří siločáry ve tvaru kruhů kolem obou magnetických pólů. Solární vítr potom pronikne do atmosféry a společně s molekuly dusíku a oxidu způsobí záři.

Obr. 37. a 38. – polární záře

43

5.6. Modré nebe a červánky

Oba tyto jevy jsou způsobeny rozptylem slunečního světla v zemské atmosféře. Prochází-li silnými vrstvami zakalené atmosféry, jako při západu nebo při východu slunce, jeví se načervenalým, zvláště jsou-li ve vzduchu přítomny rozptýlené částice prachu. Při rozptylu do stran vytváří modrou oblohu. Kdyby nebylo atmosféry, viděli bychom černou oblohu, na ní zářící hvězdy a slunce by vrhalo ostré stíny. Tuto situaci si můžeme každý vyzkoušet doma sám pomocí Tandallova pokusu. Stačí vzít akvárium, nalít do něho vodu s několika kapkami mléka a v tmavé místnosti na něho se strany namířit úzký paprsek prudkého světla, třeba z diaprojektoru. Zjistíme, že paprsek, který projde zakalenou vodou, bude mít čevený odstín, a budeme-li se na něho dívat se strany, uvidíme namodralé rozptýlené světlo.

Obr. 39. Červánky

44

6. Refrakční vady oka Jako normálně vidící nebo emetropické označujeme oko, které v akomodačním klidu spojuje paprsky paralelní s optickou osou, po lomu optickými prostředími na sítnici. Předpokladem emetropie je velká dokonalost a vyváženost optického systému oka. Není tedy překvapením, že mnohem častější jsou ametropie, kdy paralelní paprsky nejsou fokusovány přesně na sítnici. U emetropického oka musí být správná vyváženost mezi lomivostí optického systému a délkou oka. U očí ametropických je tento poměr porušen, takže obraz vzniká místo na sítnici před ní nebo za ní. V prvním případě mluvíme o krátkozrakosti – myopii a v druhém o dalekozrakosti – hypermetropii. Refrakční systém nemusí být koncentrický, takže nevzniká jednoduché ohnisko. Tuto ametropii označujeme jako astigmatismus.

Obr. 40. – emetropické oko

45

6.1. Hypermetropie – dalekozrakost

Dalekozrakost je refrakční vada, u níž paprsky rovnoběžně dopadající na rohovku oka v akomodačním klidu tvoří ohnisko za sítnicí. Proto je obraz pozorovaného předmětu na sítnici zamlžený a nezřetelný. Dále je obraz hypermetropického oka menší.

Obr. 41. – hypermetropické oko bez korekce

Hypermetropii dělíme podle vzniku na osovou a systémovou. Osová je způsobena menší předozadní délkou oka. Oproti tomu systémová vzniká při nedostatečné lámavé schopnosti optického systému oka. V mnoha případech se tyto dva typy kombinují. Další dělení hypermetropie je podle stupně vady Protože ohnisko vzniká za okem, potřebujeme posílit lámavý systém oko. Toho docílíme předřazením spojné čočky.

Obr. 42. – hypermetropické oko s korekcí

46

6.2. Myopie – krátkozrakost

Krátkozrakost je refrakční vada, u níž tvoří rovnoběžně dopadající paprsky do oka, které je v akomodačním klidu, ohnisko před sítnicí. Projevem myopie je neostré vidění do dálky, při dobrém vidění do blízka.

Obr. 43. – myopické oko bez korekce

Podobně jako hypermetropii dělíme myopii na systémovou a osou. Při osové je oko větší než oko emetropické a při systémové je optický systém oka silnější než by bylo třeba. Podobně jako v předešlém případě je velká skupina s kombinovanou vadou. Další běžné dělení myopie je podle stupně vady na:

-

myopie lehká – od 0 do -3 D

-

myopie střední – od 3,25 do 6 D

-

myopie vysoká – od 6,25 do 10 D

-

myopie těžkou – nad 10 D – progresivní forma s patologickými změnami

Ohnisko tvořící se před sítnicí, posuneme na sítnici předřazením rozptylné čočky před oko.

Obr. 44. – myopické oko s korekcí 47

6.3. Astigmatizmus

Tato je klasifikována jako astigmatická ametropie. Oko vykazuje dvě různé lámavosti ve dvou navzájem kolmých rovinách. Které se nazývají hlavní meridiány. Ohniska a nejmenší rozptylový kroužek, ležící mezi nimi, se nacházejí buď před, nebo za sítnicí. Jedno ohnisko se může nacházet před a jedna za sítnicí. Rovněž je možné, že jedno nebo obě ohniska leží přesně na sítnici.

Obr. 45. – Průchod paprsku torickou čočkou

Tato vada se koriguje torickou čočkou. Oko a brýlová čočka pak dohromady tvoří optickou soustavu, jejíž ohnisko leží na sítnici.

Obr. 46. – Torické čočky

48

7. Výzkumná část

7.1. Úvod a hypotéza

Ve výzkumné části se věnuji problematice vnímání optických klamů ametropickým okem. Jaký vliv má na vnímání určitá refrakční vada a zdali vůbec je rozdíl mezi interpretací iluzí okem zdravým a okem ametropickým. Optické klamy už byly a jsou předmětem zkoumání oftalmologů a fyziologů, protože některé ze zrakových klamů mohou být indikátorem zrakových poruch. Někteří uvádějí, že příčinou optických klamů může být nedokonalost optické soustavy lidského oka. Pokud k soustavě oka přidáme navíc korekční čočku, mohlo by se vnímání optických klamů lišit s rozdílností refrakční vady, případně se stupněm vady. Jak jsme se ale dozvěděli výše, je proces vidění výsledkem složitých, takřka současně probíhajících fyziologických, psychologických a dalších funkcí, které se uplatňují komplexně. Proto nepředpokládám, že by se nějak razantně lišilo vnímání optických

klamů

okem

myopickým,

hypermetropickým

ani

astigmatickým

s odpovídající korekcí od vnímání okem bez refrakční vady.

7.2. Soubor vybraných lidí

Do výzkumu se zapojilo 113 náhodně vybraných lidí. Jednalo se o jedince s refrakčními vadami i emetropy ve věku od 18 do 69 let. Většinu zkoumané populace tvořily ženy. Žen bylo 67 a mužů 46. Z velké většiny se jednalo o refrakční vady s nízkou hodnotou korekční čočky a proto nejsou jednotlivé skupiny rozděleny podle stupně vady.

7.3. Dotazník

První otázka byla zaměřena na vnímání kontrastu a dotazovaní lidé měli určit, které jablko je větší. Jablka byla stejná s tím rozdílem, že jedno bylo umístěné na světlém a druhé na tmavším pozadí. Na základě iradiace by se mělo zdát jablko na světlejším pozadí větší. Ve druhé otázce měli lidé odhadnout, která ze dvou úseček je delší. Obě úsečky jsou stejně dlouhé, ale obě jsou zakončeny jinak umístěnými kolečky - viz ,,ukázka 49

dotazníku“. Toto umístění má navodit dojem že horní úsečka je delší. Jedná se o geometrický zrakový klam. Třetí otázka je zaměřena na klamání perspektivou. Lidé měli určit, která ze dvou osob na obrázku je větší. Obě osoby jsou ve skutečnosti stejně velké, ale díky perspektivě se ta zadní zdá větší. Poslední otázka ze skupiny psychologických optických klamů je zaměřena na vnímání figury a pozadí. Na obrázku není zcela jasné co je figura a co pozadí a proto mohl pozorovatel vnímat buď dva obličeje nebo vázu.

Ukázka dotazníku

Refrakční vada - ………………………… Počet dioptrií - ………………………….. Pohlaví: Muž - Žena

- nehodící se škrtněte

Věk - …………………………………… Údaje budou použity v diplomové práci, dekuji za spolupráci.

1.

Zkuste odhadnout, které jablko je větší? ………………..

2. Zkuste odhadnout, která úsečka je delší – naznačte tužkou.

50

3. Který postava je větší? Vpředu či ta zadní? …………………………

4.Co vidíte na tomto obrázku? ………………………………

7.4. Výsledky výzkumu

51

Hypermetropie Skupina hypermetropů čítala 12 lidí z toho byly 4 ženy a 8 mužů. Ve zkoumaném vzorku se hodnota korekčních čoček pohybovala v rozmezí ( od +1,75 do +4,00 D ).

Odpovědi na 1. otázku - ,,které jablko je větší“ ?

pravé muži ženy

obě stejná

levé 6 3

0 0

2 1

muži, ženy - hypermetropie

6

5

4

počet 3

2

1

0 pravé

levé

obě stejná

Odpovědi na 2. otázku - ,,která úsečka je delší“ ?

horní muži ženy

obě stejné

dolní 6 3

0 0

2 1

52


6

5

4

počet 3

2

1

0 horní

dolní

obě stejné

Odpovědi na 3. otázku - ,,která z osob je větší“ ?

zadní

oba stejní

přední

muži ženy

7 3

0 0

1 1


7 6 5 4 počet 3 2 1 0 zadní

přední

oba stejní

Odpovědi na 4. otázku - ,,co vidíte na tomto obrázku“ ?

obličeje muži ženy

obličeje a vázu

vázu 4 1

1 2

3 1

53


4 3,5 3 2,5 počet

2 1,5 1 0,5 0 obličeje

vázu

obličeje a vázu

Astigmatizmus

Skupina lidí s astigmatizmem čítala 24 lidí z toho bylo 8 žen a 16 mužů. Ve zkoumaném vzorku se cylindrická hodnota korekčních čoček pohybovala v rozmezí ( od +/- 0,25 do +/- 1,25 D ).


pravé muži ženy

obě stejná

levé 4 3

4 2

8 3

muži, ženy - astigmatizmus

8 7 6 5 počet 4 3 2 1 0 pravé

levé

54

obě stejná


horní

obě stejné

dolní

muži ženy

6 4

0 0

10 4


10 9 8 7 6 počet

5 4 3 2 1 0 horní

dolní

obě stejné


zadní muži ženy

oba stejní

přední 11 7

0 0

5 1


12

10

8

počet

6

4

2

0 zadní

přední

55

oba stejní



obličeje a vázu

vázu 9 3

0 3

7 2


9 8 7 6 5 počet 4 3 2 1 0 obličeje

vázu

obličeje a vázu

Myopie

Skupina myopů byla největší a čítala 52 lidí z toho bylo 37 žen a 15 mužů. Ve zkoumaném vzorku se hodnota korekčních čoček pohybovala v rozmezí ( od -0,5 do –3,75 D ).


pravé muži ženy

obě stejná

levé 7 19

3 5

5 13

56

muži, ženy - myopie

20 18 16 14 12 počet 10 8 6 4 2 0 pravé

levé

obě stejná


horní muži ženy

obě stejné

dolní 9 25

0 0

6 12


25

20

15 počet 10

5

0 horní

dolní

obě stejné


zadní muži ženy

oba stejní

přední 12 31

0 0

3 6

57


35 30 25 20 počet 15 10 5 0 zadní

přední

oba stejní

Odpovědi na 4. otázku - ,,co vidíte na tomto obrázku“ ? obličeje obličeje vázu a vázu 13 0 2 15 17 5

muži ženy


18 16 14 12 10 počet 8 6 4 2 0 obličeje

vázu

58

obličeje a vázu

Emetropie Skupina emetropů čítala 25 lidí z toho bylo 18 žen a 7 mužů.


pravé muži ženy

obě stejná

levé 4 9

0 0

3 9

muži, ženy - emetropie

9 8 7 6 5 počet 4 3 2 1 0 pravé

levé

obě stejná


horní muži ženy

obě stejné

dolní 4 12

0 0

3 6

muži, ženy - emetropie

12

10

8

počet

6

4

2

0 horní

dolní

59

obě stejné


zadní muži ženy

oba stejní

přední 3 12

0 0

4 6


12

10

8

počet

6

4

2

0 zadní

přední

oba stejní



obličeje a vázu

vázu 6 4

0 7

1 7


7 6 5 4 počet 3 2 1 0 obličeje

vázu

60

obličeje a vázu

Srovnání jednotlivých skupin refrakčních vad Odpovědi na 1. otázku - ,,které jablko je větší“ ?

pravé Hyp. Ast. My. Em.

obě stejná

levé 9 7 26 13

0 6 8 0

3 11 18 12

30

25

20 Hyp. Ast.

počet 15

My. Em. 10

5

0 pravé

levé

obě stejná


horní Hyp. Ast. My. Em.

obě stejné

dolní 9 10 34 16

0 0 0 0

3 14 18 9

35

30

25 Hyp.

20

Ast.

počet

My.

15

Em. 10

5

0 horní

dolní

61

obě stejné



obě stejné

dolní 10 18 43 15

0 0 0 0

2 6 9 10

45 40 35 30 Hyp.

25

Ast.

počet

My.

20

Em. 15 10 5 0 horní

dolní

obě stejné



obě stejné

dolní 5 12 28 10

3 3 17 7

4 9 7 8

30

25

20 Hyp. Ast.

počet 15

My. Em. 10

5

0 horní

dolní

62

obě stejné

7.5. Slovní vyjádření výsledků

Z grafů jsou patrné některé rozdíly ať se jedná o porovnání pouze mužů a žen z jednotlivých skupin nebo celkově skupin jako hypermetropie, astigmatizmu, myopie a emetropů. V další části si některé zajímavé rozdílnosti porovnáme a rozebereme. Již při první otázce, která je zaměřena na vnímání kontrastu jsou znatelné rozdíly. Ani ne tak ve vnímání obou pohlaví, jako mezi jednotlivými skupinami. Zatímco hypermetropové a emetropové ani v jednom případě neoznačili jako vetší levé jablko, pro 15,4 % myopů a 25 % lidí s astigmatizmem bylo právě levé jablko větší. Je to zajímavá indicie, ale potřebovala by bližšího zkoumání. U druhé a třetí otázky nejsou rozdíly natolik markantní ani mezi ženami a muži, ani mezi jednotlivými skupinami. Spíše se lidé nechávali unést klamem delší úsečky a vetší postavy, než aby odhalili pravdu. Za to u poslední, čtvrté otázky z kategorie psychologických klamů, vystupuje zajímavá skutečnost. V tomto případě se jedná o rozdíl ve vnímání obou pohlaví, nikoliv na základě refrakční vady. U všech skupin ženy viděli mnohem častěji vázu než muži. Ti až na vzácné výjimky uváděli jako figuru dva obličeje nebo viděli obojí, jak vázu tak obličeje. Dovádí mě to k zajímavému závěru, že ženy daleko více manipulují s vázami a nádobami obecně. Ať už při výzdobě interiéru květinami nebo při přípravě ,,nedělního oběda“. Mají tak nádoby více před očima než muži a proto spíše vnímají vázu než obličeje.

63

8. Diskuze

V této práci se snažím objasnit proces zrakového vnímání a v průběhu práce jsme se přesvědčili o tom, že to není proces jednoduchý. Plnohodnotný obraz vzniká ve spolupráci anatomické, fyziologické a psychologické činnosti. Pro to aby obraz pronikl na tyčinky a čípky na sítnici je důležité správné uspořádání a funkce očních struktur. Po dopadu světla na sítnici se spouští kaskáda fyziologických dějů končící podrážděním zrakových center. Poté nastupuje psychologická činnost a na základě naučených algoritmů dovoluje vnímat obraz, tak jak ho známe. Objasnili jsme si, jak na základě třísložkového barevného vnímání jsme schopni vnímat barevný svět kolem nás a naopak, jak díky skotopickému vidění můžeme vidět při snížené intenzitě světla. S tím související jas a kontrast, který je významným činitelem při konstrukci optických klamů, stejně jako velmi důležité vnímání perspektivy. I přes to že se na sítnici tvoří dvojrozměrný obraz, jsme schopni se orientovat v trojrozměrném světě. Není to jen dovedností našeho mozku vytvořit 3D obraz, ale také naší schopností se učit jistým pravidlům a zákonitostem při pohybu v prostoru. Výsledkem psychologického výzkumu bylo zformulování několika zákonů, podle kterých se lidé řídí při vnímání, jako zákon uzavřenosti, blízkosti….. . Optické klamy ovšem neslouží pouze k pobavení a šálení lidí. Mají své místo v uměleckých ateliérech, architektuře, inovátorských dílnách, ale také ve filmech a při fotografování. Optickými iluzemi se zabývali i známí umělci. Nejznámějším je asi M. C. Escher. O tom že se se zrakovými klamy setkáváme denně, se určitě přesvědčíte v kapitole ,,optické jevy v atmosféře“. Vnímání optických klamů bylo předmětem zkoumání oftalmologů a fyziologů. Ti se domnívají, že některé zrakové klamy mohou být indikátorem zrakových poruch. Tato domněnka je i předmětem výzkumné části. V ní se snažím najít souvislost mezi vnímáním zrakových klamů a refrakční vadou.

64

9. Závěr

Optické klamy a jejich vnímání v závislosti na refrakční vadě bylo velmi zajímavé téma, při kterém jsem měl možnost lépe poznat na jakých principech je umožněno pozorování a vnímání obrazu. Výsledkem mé práce je stanovisko, které jsem naznačil již v hypotéze a které se během výzkumné práce potvrdilo. A to takové, že na vnímání optických klamů nemá dobře vykorigovaná refrakční vada zásadní vliv. Na procesu vidění se největší měrou podílejí fyziologické, psychologické a další funkce, které mají také zásadní vliv na vnímání. V případě vnímání kontrastního optického klamu jsem objevil jisté rozdílné hodnoty u myopie a astigmatizmu, ale bylo by jistě potřeba, pro přesnější výsledek a případné potvrzení této skutečnosti, širší vzorek lidí a několik optických klamů založených na vnímání kontrastu. Zajímavé bylo zjištění, že při vnímání psychologických optických klamů může hrát pohlaví rozhodující roli. Jako u předešlého případu by bylo třeba se dané problematice věnovat podrobněji.

65

10. Seznam literatury

[1] Al Seckel.: Velká kniha optických iluzí, Albatros, ISBN 80-00-01236-7 [2] Kvapilíková Květa.: Anatomie a embryologie oka, Institut pro další vzdělávání pracovníků ve zdravotnictví v Brně 2000, IBSN 80-7013-313-9 [3] Rutrle Miloš.: Brýlová optika, Institut pro další vzdělávání pracovníků ve zdravotnictví v Brně 1993, ISBN 80-7013-145-4 [4] M.C. Escher.: Grafika a kresby, Taschen, c2003 ISBN 3-8228-2146-2 [5] Bednář Jan.: Atmosférická optika, akustika a elektřina, Praha : Academia 1989, ISBN 80-200-0054-2 [6] Čačka O.: Psychologie vrstev duševního dění a jejich diagnostika, Brno 2002, ISBN 80-7239-107-0 [7] Kohoutek R.: Základy užité psychologie, CERM 2002, ISBN 80-214-2203-3

[8] http://www.paladix.cz [9] http://vega.fjfi.cvut.cz [10] http://opticke.klamy.misto.cz [11] http://www.sisyfos.zcn.cz [12] http://www.miguela.estranky.cz [13]http://dreaworx.cz [14]http://www.ssvp.wz.cz [15]http://www.optillusions.com [16]http://www.geocities.com [17]http://www.essilor.cz

66

MASARYKOVA UNIVERZITA Lékařská fakulta Optika a optometrie

Recommend Documents