способ определения степени адаптации зрительной системы человека

Формула изобретения

Способ определения степени адаптации зрительной системы человека в современной информационно-компьютеризованной окружающей среде, включающий воздействие на зрительную систему человека плоскими образами, нанесенными на плоский носитель, заключающийся в том, что сначала выбирают пространственный объект, наносят на плоский носитель, воздействуют на зрительную систему и определяют первое ощущение глубины образа, нанесенного на плоский носитель, затем строят 2D-проекции выбранного объекта с горизонтальным смещением точки наблюдения от 0 до 6 см, размещают их по горизонтали, создают условия наложения смежных проекций путем концентрации взгляда на предмет, находящийся между носителем с проекциями и глазами, определяют ощущения глубины смежных проекций, сопоставляют полученные ощущения глубины, определяют второе ощущение глубины образов, наиболее близкое к первому, и оценивают степень адаптации зрительной системы человека.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сенсорной физиологии, геоэкологии, экологии человека и может быть применено в изобразительном искусстве, в кинотелевидеоиндустрии и во всех областях, где применяются или используются 2D образы на плоских носителях.

Известно, что зрительная система человека характеризуется бинокулярностью, стереоскопичностью и объемностью [1]. Бинокулярность и стереоскопичность - это эволюционно сформированные физиологические и физические особенности зрительной системы получать информацию двумя глазами на сетчатках двух глаз. Их основа - применение двух смещенных плоских изображений объектов окружающего пространства. Чем ближе расположены объекты к глазам, тем больше их смещение в проекции на удаленные планы, тем ближе они располагаются в зрительном восприятии. Объемность - это особенность обработки информации в зрительных центрах головного мозга или психическая компонента зрительной системы. Под объемностью понимается зрительное представление объектов окружающего пространства в трех координатах и определение местоположения между ними с однозначной оценкой расстояния (глубина). Глубина, т.е. определение местоположения объектов, относится к стационарным компонентам, принципы ее получения и расшифровки сформировались еще у первых биологических видов. Считается, что физиологически - физические компоненты зрительных систем биологических видов по компоненте «глубина» формировались одновременно и в динамическом единстве с психическими компонентами. Такие свойства можно отнести к одному из основных условий эволюционного выживания любого биологического вида. Если на сетчатках имеются две идентичные проекции объектов окружающего пространства, то для них не существует эффектов глубины и объемности [2]. Такой вариант возникает, когда в поле зрения находятся объекты, удаленные на расстояния более чем 250-300 м, или любые двумерные изображения. Тем не менее, на уровне обработки информации (т.е. психическая компонента зрительной системы) психологи утверждают, что элементы глубины можно получить. Для этого необходимо забыть, что все объекты находятся на одном расстоянии от глаз и нанесены на плоский носитель, и представить их психологическое восприятие как объектов окружающего пространства [3].

Известно, что некоторые свойства пространственных объектов в виде плоских образов на плоских носителях представляют эффект барельефности [4]. Однако утверждая при этом, что он несоизмерим со стереоскопическим восприятием двух проекций, полученных со смещением.

Известно, что восприятие объемности и глубины плоских образов на плоских носителях можно сформировать, если обучить зрительную систему человека на учебных пособиях, построенных на идентично-подобных структурах [5]. Следовательно, психические компоненты зрительной системы способны подавить (или развить, инициализировать) эволюционно развитые физически-физиологические компоненты сущности человека. Основными силами эволюции принято считать мутацию и естественный отбор [6]. Однако перед мутацией имеется период адаптации к изменившимся внешним условиям или какому-либо воздействию во внешней среде. Плюс распространение среди вида. К такого рода воздействию на зрительную систему человека можно отнести двумерные изображения.

Известно, что первые двумерные изображения - наскальные рисунки, созданные человеком, датируются временем, отстоящим от современности на 20000-50000 лет. Фотография появилась в середине 19 века, кино - на стыке 19-20 веков, телевидение в середине 30-х годов прошлого столетия. Следовательно, до средины 19 века с двумерными изображениями имели общение в основном художники и всевозможная знать, заказывающая произведения живописи. Появление фотографии значительно расширило круг тех, кто взаимодействовал с 2D-изображениями. Кино, телевидение всеобщий образовательный процесс еще более расширило круг и время общения людей с двумерными изображениями. При этом по времени общения взаимодействие с двумерными изображениями намного меньше, чем обработка информации от объектов окружающего пространства. Поэтому два фактора - слишком непродолжительное время существования двумерных полотен, которые в основном лишь копируют объекты окружающего пространства, и эпизодическое общение с ними, не натренировали в достаточной степени мозг человека на иное, чем их плоское, восприятие. Добавим бурное развитие науки и техники двух сотен лет, особенно информационно-компьютерных технологий последних двух десятков лет, существенно расширило круг общения и время взаимодействия с плоскими образами на плоском носителе. Для построения множества изображений используется трехмерное моделирование, качественно отличающееся от расположения объектов окружающего пространства, к которым привыкла зрительная система и на которых происходила ее тренировка по определению глубины и объемности.

Эффект барельефности [4] и возможность воспринимать плоские образы на плоских носителях с полноценными объемными эффектами [5] не могут быть объяснены эволюционно-развитым физически-физиологическим принципом получения и обработки информации биологической сущности человека. Однако их можно отнести к явлениям адаптации психической сущности человека на массированное воздействие двумерными изображениями из окружающей среды. Или считать, что методами и средствами биологической сущности человека доказать их природу не представляется возможным, а следует использовать более «высокую» сущность - психическую. Такое представление эффектов глубины и объемности плоских образов на плоских носителях подпадает под доказанную математиком К.Геделем теорему о «неполноте», адаптированную к психической сущности человека [7].

Задачей изобретения является определение степени адаптации зрительной системы человека на воздействие двумерных изображений в современной информационно-компьютеризованной окружающей среде и уровня ее распространения.

Задача по п.1 достигается сначала выбором пространственного объекта, нанесением его на плоский носитель, воздействием на зрительную систему и определением первого субъективного сенсорного показателя пространственного восприятия, затем построением проекции выбранного объекта с горизонтальным смещением точки наблюдения от 0 до 6 см, размещением их по горизонтали, расположением параллельно оси между глазами, получением условия двоения проекций, наложением соседних изображений, определением условий построения проекций второго субъективного сенсорного показателя пространственного восприятия, который наиболее близок к первому по зрительному восприятию.

Задача по п.2 достигается построением идентично-подобных структур выбранных двумерных объектов со смещением до 20% по горизонтальной составляющей.

На фиг.1-3 показано применение способа к первому выбранному пространственному объекту - кубу Некера. На фиг.1 дана его одиночная проекция, на фиг.2 - геометрические принципы построения с кубом Некера, на фиг.3 - его идентично-подобные проекции. Для первого, верхнего, ряда фиг.3 все проекции идентичные, т.е. получены из одной точки наблюдения - С₀. Второй-четвертый ряды фиг.3 имеют различные сдвиги точек наблюдения по сравнению с С₀ (см. фиг.2). При наложении они создают стереоскопическое восприятие куба Некера. Число проекций при наложении должно быть 4. Таким образом, при данном построении проекций второй субъективный сенсорный показатель изменяется при переходе от одного ряда к другому, но постоянен для проекций в каждом ряду. Для первого - сдвига точки наблюдения нет. Первый, не нулевой, сдвиг точки наблюдения L₀ имеет ряд, обозначенный «3», для ряда «2» сдвиг равен 2 L₀, с наибольшим сдвигом 3 L₀ построен ряд под номером «4». На фиг.4 даны два одиночных вида второй выбранной пространственной фигуры - скульптуры Родена «Грех», а на фиг.5 приведены их два ряда идентично-подобных проекций. Первые две левые проекции каждого ряда абсолютно идентичны, третья слева имеет небольшой сдвиг - Li, а четвертая получена при L=2 Li. Это приводит к тому, что в режиме наложения второй субъективный сенсорный показатель пространственного восприятия объемности и глубины возрастает слева направо. При наложении проекций должно быть 5, а сам режим наложения осуществляется при двоении фигур, если взгляд концентрировать на предмет, находящийся между листом с проекциями и глазами. Если получить наложение при концентрации взгляда на удаленные объекты по отношению к листу, то пространственного построения образов не возникнет или оно будет инверсионным. По принципу построения каждая вторая левая проекция при наложении не должна иметь эффекта глубины и пространственности. Если же в ней есть элементы отделения фона, особенно фона, находящегося правее спины женщины, то это уже первая степень пространственной адаптации зрительной системы и наличие реального субъективного сенсорного показателя пространственного восприятия плоских образов на плоских носителях. На фиг.6 показано три идентично-подобные проекции набора двух колонок текста. В наборе определяет сенсорные показатели глубины, возникающие между колонками. Размер интервала между ними составляет 0,28, 0,35 и 0,56 см для первой второй и третьей проекции. При этом горизонтальный размер второй колонки равен 4,18 см в том случае, если черный прямоугольник, где построены подборки, равен 29 см по горизонтали. На фиг.7 приведено пять рядов черно-белого изображения Антарктиды с прилегающими с севера районами океана, полученных с Физической карты Мира. Число проекций в каждом ряду по 4. Если проводить их наложение, то число проекций возрастает до 5, а сам режим наложения осуществляется при концентрации взгляда на предмет, находящийся между листом с фигурами и глазами. При этом буквы «а, б, в» должны находиться на переднем плане. Ряды под буквой «а» построены из идентичных проекций. Ряд, обозначенный буквой «б» при условии наложения, построен так, что вторая слева проекция не имеет смещения Антарктиды относительно фона, а для третьей и четвертой оно равно 0,7 и 1,4 мм. Ряд под буквой «в» для второй, третьей и четвертой проекций при условии наложения имеет смещение Антарктиды относительно фона на 0,7, 1,4 и 2,1 мм. (Под фоном понимается часть прямоугольника каждой проекции, за исключением Антарктиды.)

Способ работает следующим образом. Выбирается пространственная фигура. Строят ее одиночную и плоскую проекции на плоском носителе. Воздействуют ею на зрительную систему человека и определяют первый субъективный сенсорный показатель пространственного восприятия как эффект возникновения ощущения глубины образов на плоском носителе. Затем строят не менее трех стереоскопических проекций со смещением точки наблюдения от 0 до 6 см и располагают их в горизонтальный ряд, называя как идентично-подобные структуры. Идентично-подобные структуры располагают либо на нескольких (не менее трех) горизонтальных рядах, с постоянным смещением точки наблюдения, либо в одном ряду с увеличивающимся сдвигом точки наблюдения. По первому принципу построения рядов идентично-подобных структур - не менее трех. Получают на них режим наложения и находят второй субъективный сенсорный показатель пространственного восприятия глубины смещенных проекций. Подбирают идентично-подобный ряд, создающий наиболее близкий показатель ощущения глубины к первому. Определяют, для какого смещения такой вариант реализуется, и находится степень адаптации зрительной системы на пространственное восприятие плоских образов на плоском носителе. Определение степени адаптации для образа, не имеющего пространственного аналога, производится по изменению расстояния между строчками до 20% от L. Находится такое расстояние промежутка между колонками, которое наиболее подходит по глубине одиночной проекции. По изменению данного промежутка определяется уровень аналога стереоскопического смещения точки наблюдения. Наложение структур необходимо производить при концентрации взгляда на предмет, находящийся между глазами и фиг.6 или фиг.7. При этом число изображений в режиме наложения должно быть на одно больше, чем без режима наложения.

Конкретное применение способа на пространственной фигуре куба Некера следующее. Строится изображение куба, как на фиг.1. Воздействует им на зрительную систему. Возникает ощущение, что на переднем плане находится то вертикальная грань «а», то грань «b». Это первый субъективный сенсорный показатель пространственного восприятия. Затем строятся три ряда его стереоскопических проекций. На фиг.2 показан принцип построения при виде сверху. Точки C...C_i - точки наблюдения куба. Сначала строятся три идентичные проекции, полученные из т. С₀. (на фиг.3 они в верхнем ряду). Для них видимое расстояние ED₀ - постоянная величина. Полная стереоскопическая проекция реализуется тогда, когда точки С₀ и C _i отстоят друг от друга на расстоянии 6 см. При построении рядов проекций все они отличаются по видимому расстоянию ED _i, в зависимости от расположения т. C_i .

Принцип построения проекций в числовых значениях следующий. Применим геометрическое построение и по треугольникам СВС ₀; EBD₀; CBC₁ ; EBD₁ получим, что оценочный видимый размер ED₀ и ED₁ вычисляются по выражениям

ED₀=L ₀×a/(а+h) ED_i=ED ₀+ L×a/(a+h).

Если L=0, то реализуется нулевой вариант, если L=6 см, то это полная стереоскопическая проекция.

Пусть L=0; 1 и 6 см. Тогда при а=4 см, h=40 см.

ED ₀=0,91 см, ED₁=1,01 см и ED ₆=1,41 см.

Пример показывает, что стереоскопическое полное смещение соответствует изменению видимого расстояния на 0,5 см, что составляет около 12% от размера фигуры.

Приблизительно такие проекции даны на фиг.3. Получим режим наложения (число проекций 4) идентично-подобных проекций во всех рядах и находим второй субъективный показатель пространственного восприятия куба Некера. Если он адекватен третьему ряду, то у зрительной системы полная пространственная адаптация, если первому, то нулевая.

Пример расположения проекций в одни ряд с возрастанием точки наблюдения показан для скульптуры Родена «Грех» (фиг.4). Любая скульптура создает как бы эффект ее пространственного восприятия. Его можно определить по подборкам фиг.5. Каковы наиболее близкие пространственные сенсорные показатели фиг.4 и проекций фиг.5, это и есть условия нахождения степени адаптации зрительной системы на воздействие пространственных образов, нанесенных на плоский носитель. Если для второго слева изображения в режиме наложения фон отделяется от фигуры женщины, то это уже первый показатель барельефности пространственного восприятия плоских образов на плоском носителе. В том случае, если на нижнем фрагменте фиг.4 правая нога женщины имеет пространственный эффект, как в третьей или четвертой наложенных изображениях нижнего ряда фиг.5, то в наличии полноценное пространственное восприятие плоских образов на плоских носителях. Следовательно, присутствует и завершенная степень адаптации зрительной системы на плоские образы на плоских носителях.

На фиг.6 показано применение способа для фигуры, не имеющей пространственного аналога - набора двух колонок текста белого цвета на черном фоне. Если не проводить режим наложения колонок, то возникает эффект глубины, соответствующий первому сенсорному показателю. Расстояние между столбцами изменяется от 0,28 до 0,56 см. Поперечный размер второй колонки 4,18 см. Именно при таких расстояниях возникает наиболее близкий второй сенсорный глубины, возникающей по черному промежутку между колонками. В процентном отношении расстояния между столбцами, обеспечивающие стереоскопическое смещение в режиме наложения, находятся в интервале 7-14%. Фактически это соответствует уровням полного смещения по примеру, рассмотренному для куба Некера. Следовательно, для фигур, не имеющих пространственного аналога, возможно возникновение сенсорного показателя глубины, соизмеримого с условным показателем стереоскопического смещения точки наблюдения.

Степень распространения среди вида может быть найдена при статистической подборке результатов уровня адаптации. Например, используем первую пространственную фигуру. Покажем результаты выборки из 25 человек. Пусть второй сенсорный показатель был для 11, 8, 5 и 1 человек по вариантам идентично-подобных рядов фиг.3 -1, 2, 3 и 4 соответственно. В процентном отношении это равно 0,44; 0,32; 0,2 и 0,04. Расположим их по мере возрастания сдвига и получим 0,44 - без сдвига точки наблюдения; 0,2 - для единичного сдвига L₀, 0,32 для двойного сдвига 2 L₀ и 0,04 - для сдвига точки наблюдения 3 L₀. Следовательно, эффект барельефности, но без пространственного восприятия, имеют 44%, максимальный сенсорный показатель пространственного восприятия имеет 0,04% выборки. При этом различные показатели пространственного восприятия с ненулевым сдвигом точки наблюдения имеют более 50% выборки.

Фиг.7 иллюстрирует возможности степени адаптации, и по ней может быть определен эффект распространения явления барельефности зрительного восприятия. Если получить режим наложения проекций, как было сказано выше, то на переднем плане буду буквы, а изображения с Антарктидой и фоном на втором плане. При наложении проекций в каждом ряду должно быть 5. Ряды под буквой «а» построены из идентичных изображений. Поэтому они не имеют эффектов глубины. Однако те, кто имеет уже элементы адаптации зрительной системы к воздействию двумерных изображений, будут воспринимать их с некоторым ощущением глубины. Оно усиливается в режиме наложения. Если при наложении изображений для рядов «а» оно возрастает, то можно сопоставить с величиной смещения для рядов под буквами «б, в». В ряду «б» вторая слева проекция не имеет смещения Антарктиды относительно фона. Третья и четвертая построены со смещением 0,7 и 1,4 мм. В ряду «в» смещения для второго, третьего и четвертого изображения слева имеют величину 0,7; 1,4 и 2,1 мм соответственно. Данные проекции позволяют сопоставить ощущения глубины, как эффекта отделения Антарктиды от фона, с изображениями, построенными при условиях смещения образов. Те, кто имеет эффект барельефности, соизмеримый с рядами, обозначенными буквой «а», имеют нулевой уровень адаптации зрительной системы. Если же для них ощущения глубины соизмеримы со вторыми-четвертыми изображениями ряда «в» в режиме наложения, то у них имеется способность получать начальные элементы стереоскопического зрительного восприятия плоских образов, нанесенных на плоский носитель. При показе всей Физической карты Мира (в цветном изображении) выборке из 19 человек 13 утвердительно ответили на вопрос о возникновении эффектов глубины на некоторых элементах карты, особенно Антарктиды. Это составляет более 60 процентов опрошенных. Следовательно, можно утверждать, что идет уже распространение эффекта барельефности, т.е. восприятия некоторых элементов глубины образов, нанесенных на плоский носитель.

В естественно-природной зрительной системе человека на физиологическом уровне отсутствуют эффекты получения глубины и объемности трехмерных объектов, если они нанесены как плоские образы на плоском носителе. Однако психическая составляющая сущности человека в информационно-компьютеризованной окружающей среде способна создавать полноценные эффекты глубины и объемности плоских образов на плоском носителе. В зависимости от уровня взаимодействия с 2D-изображениями, степени подготовленности и времени общения возникают варианты только от плоского восприятия до полноценных объемных эффектов. По сути, это и есть степень адаптации зрительной системы человека на воздействие 2D-изображений на уровне психической сущности. Представленный материал для любого человека позволяет оценить, на какой стадии находится его адаптация. При получении статистических показателей возможно определение степени распространения такой адаптации.

До 90% информации об окружающем мире поставляется человеку с использованием зрения. Зрительная система возникла одновременно с первыми центрами обработки информации с них, а принципы обработки информации в зрительных центрах и высших уровнях мышления построены по общим законам. Следовательно, если происходит адаптация зрительной системы к воздействию двумерных изображений в окружающей среде, инициируется развитие ранее не применяемых эффектов, то можно ожидать и, как минимум, адаптации в построении принципов обработки информации нейронный сетей высших уровней мышления человека.

Изобретение относится к области сенсорной физиологии, геоэкологии, экологии человека и может быть применено в изобразительном искусстве, в кинотелевидеоиндустрии и во всех областях, где применяются или используются 2D-образы на плоских носителях.

Литература

1. Б.И.Степанов. Введение в современную оптику: Фотометрия. О возможном и невозможном в оптике. Наука и техника, Минск (1989).

2. Б.В.Раушенбах. Геометрия картины и зрительное восприятие. Азбука - классика, С-П, 2001, 320 стр.

3. Р.Л.Грегори. Глаз и мозг (Психология зрительного восприятия). М.: Прогресс, 1970.

4 Я.И.Перельман. Занимательная физика Книга 1, Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит, Москва, 1983.

5. В.Н.Антипов. Патент №2264299 (RU). 20.11.2005 г.

6. В.А.Канке. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. Изд. 2-е, испр. - М.; Логос, 2003. - 368 с.

7. Э.А.Цветков. Мастер самопознания, или погружение в «я». Серия «Мир культуры, истории и философии». СПб.: Изд. «Лань», 1999. - 192 с.