Новый физический фейерверк - Джирл Уокер

Многие цветные поверхности (например мозаика, окрашенные ткани, цветная печать на бумаге и экраны цветных мониторов) — это массив разноцветных точек. В традиционной теории цвета все возможные цвета получаются смешением трех основных цветов (красного, синего и зеленого). Поэтому цветной монитор содержит точки этих трех цветов. Различные цвета получаются из этих трех цветов с помощью управления яркостью каждой точки.

Когда сетка с мелкими ячейками накладывается на структуру с похожим периодическим рисунком, можно увидеть более крупный узор, называемый муаровым узором. Я наблюдаю муаровые узоры, когда кусок шелковой ткани накладывается на другой кусок шелка или когда один забор из штакетника стоит за параллельным ему забором из штакетника. Я вижу их и в узорах, образованных круглыми отверстиями. Когда один из таких узоров сдвинут вперед на несколько сантиметров относительно другого такого же узора, в этой системе возникает круговой муаровый узор. Откуда возникают муаровые узоры?

ОТВЕТ • Муаровые узоры возникают из-за периодичности наложенных друг на друга структур. Рассмотрим, например, два параллельных забора из штакетника, стоящих на некотором расстоянии друг от друга. Свет падает на них сзади. В некоторых точках просветы между планками совпадут в вашем поле зрения, и вы будете видеть освещенные просветы. В других точках планки будут перекрывать свет, и вы будете видеть темные области. Там, где перекрытие будет неполным, просветы будут узкими. Система этих ярких и темных участков и есть муаровый узор, который мы видим на заборах — повторяющееся чередование светлых и темных полос по длине забора. Если один из заборов слегка сдвинуть, меньше чем на расстояние между двумя соседними планками, сдвиг муарового узора будет заметным, что усилит ощущение от фактического сдвига забора.

Лучшее объяснение того, почему муаровые узоры производят подобное впечатление, состоит в том, что наша зрительная система особенно чувствительна к пересечению линий и фиксирует взгляд на этих пересечениях. Из-за этой чувствительности становятся заметными даже малые смещения пространственно-периодических структур, образующих муаровые узоры.

Кроме того, широкие темные и светлые полосы муарового узора более заметны, нежели исходные периодические структуры, а перемещение этих муаровых полос оказывается значительно более быстрым, нежели движение исходных структур. Поднесите расческу к зеркалу и убедитесь в этом сами.

Когда вы рассматриваете картину, выполненную в технике оп-арта (сокращение, введенное в 1964 году для обозначения «оптического искусства», которое использует оптические иллюзии), статическое изображение линий или пятен создает иллюзию их движения, как будто части композиции качаются, крутятся или периодически вспыхивают и гаснут. Картины оп-арта могут также создать иллюзию перетекания краски от одного участка картины к другому. Как возникают эти иллюзии?

ОТВЕТ • Никто не может как следует объяснить причину этих иллюзий. Их до сих пор пытаются понять, каталогизировать и сравнить. Для художника — это доказательство того, что новые открытия могут породить новые формы искусства. Для физиолога — это возможность понять то, как работает зрительная система и мозг.

Зрительная система может сохранить образ увиденного в форме остаточного изображения (послеобраза). Глаз совершает небольшие прыжки, саккады, при которых видимая картина слегка меняется. Когда вы смотрите на картину в технике оп-арта, на которой изображены геометрические объекты, остаточные изображения от последовательных саккад могут в сознании наложиться друг на друга. Но поскольку остаточные изображения слегка отличаются, начинает казаться, что они движутся. Иллюзия эта трудноуловимая, и вы можете не осознавать, что это иллюзия, вы просто чувствуете, что картины оп-арта отличаются от статических изображений геометрических фигур.

Некоторые геометрические узоры создают иллюзию присутствия светлых и темных пятен в местах, где этих пятен нет. Например, на решетке, изображенной на рис. 7.2, можно заметить появляющиеся и исчезающие темные пятна на пересечениях светлых линий. Это так называемые индуцированные пятна. Причина появления этих пятен не совсем понятна, но, возможно, она связана с тем, что фоторецепторы одной части глаза взаимодействуют с фоторецепторами соседней части глаза. Позже мы проиллюстрируем этот эффект на примере полос Маха. В некоторых цветовых узорах могут появиться индуцированные цветные полосы или пятна (неоновый эффект), указывая на то, что взаимодействие включает передачу сообщений о цвете от глаз к мозгу.

Рис. 7.2 / Задача 7.13. Решетка с появляющимися и исчезающими темными пятнами на пересечениях белых линий.

Художники фламандской школы живописи XV века достигли исключительного мастерства в создании иллюзии глубины в масляной живописи с помощью глазури — нанесения на полотно тонких прозрачных слоев краски. Почему некоторые детали картин кажутся нам ближе, чем другие, и почему краска кажется нанесенной не на поверхность картины, а внедренной во внутренние слои картины?

ОТВЕТ • Часть света, попадающего на такой фрагмент картины, отражается от внешней поверхности глазури, а остальная его часть проходит сквозь все слои краски (рис. 7.3). Красители, растворенные в глазури, рассеивают свет наружу и внутрь. Любой свет, прямой или рассеянный, который достигает задней поверхности, отражается от белого (непрозрачного) холста. Когда свет снова проходит через глазурь в обратном направлении, он снова может рассеяться на красителях. Когда к вам приходит отраженный свет от картины, вы воспринимаете и ту его часть, которая отражается от внешней поверхности глазури, и часть, отраженную от красителя в глазури. Цветовые пятна кажутся лежащими за этой внешней поверхностью, особенно когда вы смотрите на картину обоими глазами, так что их конвергенция на цветном пятне позволяет увидеть пятно в глубине картины.

Рис. 7.3 / Задача 7.14. Картина маслом с глазурью. Свет рассеивается на передней и задней поверхностях, а также на красителе, входящем в состав глазури.

Художник может варьировать насыщенность цвета (или блеск), накладывая более одного слоя глазури с одинаковыми красителями. Каждый дополнительный слой делает цвет, создаваемый красителем, более насыщенным, потому что в этом слое возникает дополнительное рассеяние. Например, если краситель рассеивает свет с синей длиной волны больше, чем свет с другими длинами волн, то дополнительные слои, содержащие тот же краситель, усиливают синий цвет на картине.