Optische Wahrnehmungstäuschungen

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1 Optische Wahrnehmungstäuschungen Einführung Bei geometrisch-optischen Täuschungen handelt es sich um Wahrnehmungstäuschungen des Gesichtssinns, bei denen die wahrgenommenen Maßverhältnisse oder Erscheinungsweisen nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten von den geometrisch erfaßbaren Proportionen oder den physikalischen Gegebenheiten oder Gegenständen abweichen. 1

2 Beispiele Vertikalentäuschung Ponzo Müller-Lyer Judd Beispiele Poggendorff Zöllner Delboeuf Titchener 2

3 Beobachtungen Es existieren geometrische Figuren, die vom Betrachter aus anders gesehen werden, als sie tatsächlich sind. Zum Beispiel werden gleich lange Strecken als unterschiedlich lang empfunden oder parallele Linien scheinen gegeneinander geneigt, gleiche Flächen sehen aus, als seien sie unterschiedlich groß. Solche Täuschungen hängen wohl damit zusammen, daß die tatsächliche Größe der dazugehörigen realen Gegenstände auch in deren bildlicher Darstellung mitgesehen wird. Theorien und Ursachen Man sah die Ursachen für die geometrisch-optischen Täuschungen ursprünglich in der Größenkonstanz. Zwei unterschiedlich lange Linien, die vom Betrachter unterschiedlich weit entfernt sind, werden von ihm beim normalen räumlichen Sehen auf den Netzhäuten gleich lang abgebildet. Der Betrachter sieht sie jedoch nicht als gleich lang, da sein visuelles System berücksichtigt, daß sie in verschiedenen Entfernungen liegen. Da der Wahrnehmungsmechanismus der Größenkonstanz die Wirkung der Entfernungsunterschiede wieder rückgängig macht, erscheint die entfernter liegende Linie länger und die näher liegende Linie kürzer. So könnte die optische Täuschung entstehen. Aber: Diese Erklärung kann aber nicht richtig sein, da fast alle geometrischen Täuschungen gar keine räumliche Tiefe haben, weder eine wirkliche, noch eine scheinbare. 3

4 Theorien und Ursachen Neue Untersuchungen zeigten, daß geometrische Täuschungen auf Informationen über die Größe und die Größenverhältnisse der Gegenstände in der normalen Umwelt, sowie auf die lineare perspektivische Verkürzung zurückgehen. Ein anderer Ansatz basiert auf den oft zwei Komponenten, die am Zustandekommen der optischen Täuschung beteiligt sind: Auslösende Komponente Testkomponente (Komponente, über die man sich täuscht) Theorien und Ursachen Neue Untersuchungen zeigten, daß geometrische Täuschungen auf Informationen über die Größe und die Größenverhältnisse der Gegenstände in der normalen Umwelt, sowie auf die lineare perspektivische Verkürzung zurückgehen. Ein anderer Ansatz basiert auf den oft zwei Komponenten, die am Zustandekommen der optischen Täuschung beteiligt sind: Auslösende Komponente Testkomponente (Komponente, über die man sich täuscht) 4

5 Theorien und Ursachen Neue Untersuchungen zeigten, daß geometrische Täuschungen auf Informationen über die Größe und die Größenverhältnisse der Gegenstände in der normalen Umwelt, sowie auf die lineare perspektivische Verkürzung zurückgehen. Ein anderer Ansatz basiert auf den oft zwei Komponenten, die am Zustandekommen der optischen Täuschung beteiligt sind: Auslösende Komponente Testkomponente (Komponente, über die man sich täuscht) Theorien und Ursachen Neue Untersuchungen zeigten, daß geometrische Täuschungen auf Informationen über die Größe und die Größenverhältnisse der Gegenstände in der normalen Umwelt, sowie auf die lineare perspektivische Verkürzung zurückgehen. Ein anderer Ansatz basiert auf den oft zwei Komponenten, die am Zustandekommen der optischen Täuschung beteiligt sind: Auslösende Komponente Testkomponente (Komponente, über die man sich täuscht) 5

6 Theorien und Ursachen Neue Untersuchungen zeigten, daß geometrische Täuschungen auf Informationen über die Größe und die Größenverhältnisse der Gegenstände in der normalen Umwelt, sowie auf die lineare perspektivische Verkürzung zurückgehen. Ein anderer Ansatz basiert auf den oft zwei Komponenten, die am Zustandekommen der optischen Täuschung beteiligt sind: Auslösende Komponente Testkomponente (Komponente, über die man sich täuscht) Theorien und Ursachen Aber: In einigen Fällen vereinfacht man die tatsächlichen Verhältnisse zu sehr Manchmal ist z.b. die Verzerrung der Test-Komponente nur der deutlichste Täuschungseffekt unter einer Reihe von anderen, die auch die auslösende Komponente betreffen Beispielbild????? 6

7 Theorien und Ursachen Alle bisherigen überzeugenden Erklärungen zu Ursachen optischer Täuschungen stimmen in drei wichtigen Punkten überein: 1) Die Täuschung betrifft nicht das Denken, sondern die Wahrnehmung. Auch wenn man weiß, daß man eine optische Täuschung betrachtet, kann man sie nicht verschwinden lassen. Wenn man sie allerdings wiederholt in einem kurzen Zeitraum betrachtet, wird sie schwächer. Theorien und Ursachen Alle bisherigen überzeugenden Erklärungen zu Ursachen optischer Täuschungen stimmen in drei wichtigen Punkten überein: 2) Täuschungen entstehen nicht durch Vorgänge in der Netzhaut. Wenn ein Auge nur die auslösende Komponente sieht und das andere nur die Test-Komponente, dann ist die Täuschung fast in voller Stärke wahrnehmbar. Sie scheint im visuellen System erst nach dem Zusammentreffen der Informationen aus den beiden Augen zu entstehen (nach der Verarbeitung im CGL) 7

8 Theorien und Ursachen Alle bisherigen überzeugenden Erklärungen zu Ursachen optischer Täuschungen stimmen in drei wichtigen Punkten überein: 3) Augenbewegungen sind am Zustandekommen der Täuschung nicht beteiligt. Auch bei nur kurzzeitiger Reizdarbietung (so daß Augenbewegungen nicht möglich sind) wird die Täuschung wahrgenommen. Theorien und Ursachen Die Erklärungen des Zustandekommens optischer Täuschungen lassen sich in vier Gruppen einteilen. Diese schließen sich dabei zumeist nicht gegenseitig aus, sondern betonen lediglich verschiedene Gesichtspunkte der gleichen Erscheinung: Kontrast- und Assimilationstheorien Aktivitätstheorien Physiologische Theorien Funktionale Theorien 8

9 Kontrast- und Assimilationstheorien Die Kontrast- und Assimilationstheorie schreibt die Täuschung der Überbewertung (im Sinne eines Kontrastes) oder der Unterbewertung beziehungsweise Assimilation eines Unterschieds, beispielsweise eines Größenunterschieds, zwischen der auslösenden und der Test- Komponente zu. Evaluation: Diese Theorie hilft nur, Ordnung in die Vielfalt der täuschenden Figuren zu bringen; eine wirkliche Erklärung liefert sie nicht und läßt sich darüber hinaus auf einige Täuschungen überhaupt nicht anwenden. Kontrast- und Assimilationstheorien Beispiel 1 Unterbewertung des Unterschiedes zwischen auslösender und Testkomponente 9

10 Kontrast- und Assimilationstheorien Beispiel 2 Überbewertung des Unterschiedes zwischen auslösender und Testkomponente Größe Richtung / Winkel Kontrast- und Assimilationstheorien Beispiel 3 Parallele Über- und Unterbewertung von Unterschieden zwischen auslösender und Testkomponente Verlängerung der oberen Linien durch Assimilation, Verkürzung der unteren durch Überbewertung des Unterschieds 10

11 Kontrast- und Assimilationstheorien Beispiel 4 Keine Erklärung mittels Kontrast- oder Assimilationstheorie möglich Aktivitätstheorien Die Aktivitätstheorien gehen über die einfache Klassifikation der Täuschungen nach Kontrast und Assimilation hinaus. Ihnen zufolge sind Täuschungen auf Randeffekte oder Fehler der normalen Wahrnehmung zurückzuführen. Die Aktivitätstheorien lassen als Ursache vorbereitende Prozesse vermuten, welche die Wahrnehmung der Täuschung einleiten, die Art und Weise etwa, wie im visuellen System die Augen auf die durchzuführenden Bewegungen vorbereitet werden Theorie der efferenten Bereitschaft (Festinger) Nach dieser Theorie richtet sich der Blick nicht auf die ganze Figur, sondern den Teil mit den meisten entscheidenden Details. 11

12 Aktivitätstheorien Beispiel: Beim Betrachter der Müller-Lyer-Figur fixiert man anstatt der Linienenden einen Bereich innerhalb der Pfeile Aktivitätstheorien Beispiel: Beim Betrachter der Müller-Lyer-Figur fixiert man anstatt der Linienenden einen Bereich innerhalb der Pfeile 12

13 Aktivitätstheorien Evaluation Experimentelle Befunde schließen aus, das Augenbewegungen eine Rolle spielen Mehrmalige Betrachtung verringert die Täuschung Keine Aussage über die Ursache der Täuschung Prozesse, die im visuellen System Augenbewegungen vorbereiten Physiologische Theorien Geht über die einfache Klassifikation der Täuschung nach Kontrast und Assimilation hinaus Ursache der Täuschung liegt in der Hardware des visuellen Systems Viele der physiologischen Theorien verwenden den Prozeß der lateralen Hemmung, durch welchen neuronale Vorgänge örtlich begrenzt und gehemmt oder verstärkt werden können, als Basis ( Jeder Rezeptor beeinflußt seine Nachbarn ). 13

14 Physiologische Theorien Beispiel Zöllner-Täuschung Bekanntlich gibt es ja z.b. richtungsspezifische und hyperkomplexe Zellen Welche Richtung einer Linie wahrgenommen wird, hängt von dem Erregungsmustern ab, welches sich im Cortex bildet Treten mehrere Linien auf, so können sich Erregungsmuster überlagern: Linien mit ähnlicher Richtung Assimilation Erregungssteigerung Linien mit unterschiedlicher Richtung Kontrast Erregungsminderung Physiologische Theorien Beispiel Zöllner-Täuschung Schwarze Kurven kennzeichnen des Erregungsmuster wenn jeweils eine Linie sichtbar ist Rote Kurve zeigt überlagertes Erregungsmuster Vergleich der Maxima zeigt wahrgenommene Neigungsunterschiede zwischen Einzellinien und Überlagerung 14

15 Physiologische Theorien Täuschungen werden durch Bedingungen verstärkt, die die laterale Hemmung vergrößern Die meisten Täuschungen, die auf einem Winkelkontrast beruhen, bleiben erhalten, wenn man die Linien der Test- Komponente durch Punktereihen oder durch sich bewegende Punkte ersetzt. Sie können also durch die Theorien der lateralen Hemmung nicht erklärt werden. Möglicherweise sprechen jedoch die richtungsspezifischen Neurone auch auf Ersatzzeichen für Linien wie Punktreihen oder bewegte Punkte an. Physiologische Theorien Es existieren jedoch auch Täuschungen, die auf dem Winkelkontrast beruhen, sich jedoch nicht mit dem Verhalten richtungsspezifischer Neurone erklären lassen Bei Varianten der Poggendorff-Figur z. B. rufen nur stumpfe Winkel die Täuschung hervor 15

16 Physiologische Theorien Eine weitere physiologische Theorie ist die Filtertheorie Ihr liegt die Annahme zugrunde liegt, daß es im visuellen System Kanäle gibt, welche nicht auf Linienreize, sondern auf bestimmte räumliche Frequenzen sinusförmiger Hell- Dunkel-Wechsel ansprechen. Die räumliche Frequenz ergibt sich daraus, wie viele helle und dunkle Streifen im Bereich von 1 o Sehwinkel liegen. Das visuelle System wäre somit in der Lage, hell-dunkel Muster in deren räumliche Sinuskomponenten zu zerlegen Physiologische Theorien Wie hilft dies bei der Erklärung geometrisch-optischer Täuschungen? Ginsberg vermutet die Ursache der Täuschungen in den Antworten der visuellen Kanäle, die auf niedrige Frequenzen reagieren Bilder wurden dazu in sinusförmige Helligkeitskurven zerlegt Teilkurven mit hoher Frequenz wurden eliminiert Durch Addition der verbleibenden Teilkurven mit niedriger Frequenz wird das Bild rekonstruiert Das rekonstruierte Bild hat nun Eigenschaften, die denen des als Täuschung wahrgenommenen Bilder entsprechen 16

17 Physiologische Theorien Evaluation Filtertheorie Unklar, weshalb das visuelle System nur eine Teil der verfügbaren Information nutzt Unklar, weshalb verschwommene Bilder genutzt werden, die zwangsläufig zu Wahrnehmungstäuschungen führen Theorien und Ursachen Evaluation Die betrachteten Theorien können (u.a.) nicht erklären, wann Täuschungen im Betrag kleiner werden Nur Theorien, die die optischen Täuschungen nicht als Irrtümer, sondern als Resultate normaler Wahrnehmungsvorgänge behandeln, können zur Klärung der Tatsache herangezogen werden, daß eine Täuschung verschwindet, wenn die betreffende Figur wiederholt betrachtet wird 17

18 Funktionale Theorien Die meisten optischen Täuschungen kommen in zweidimensionalen Abbildungen dreidimensionaler Szenen vor. Was in solchen Bildern die Täuschungen hervorruft, fördert bei der Betrachtung der dreidimensionalen Welt den realistischen Eindruck. Funktionale Theorien Die auf der Entschlüsselung perspektivischer Elemente beruhende funktionale Theorie der optischen Täuschungen wird gestützt durch die Beobachtung, daß Figuren, die perspektivische Elemente enthalten, auf Menschen, die nicht an rechtwinklig gebaute Räume, Häuser und Städte gewöhnt sind, weniger täuschend wirken. 18

19 Erst wenn man den Kontext entfernt, der für den räumlichen Eindruck wichtig ist, erscheinen die Wahrnehmungsantworten auf die einzelnen Gegenstände und Formen unangemessen und werden als Täuschungen bezeichnet Erst wenn man den Kontext entfernt, der für den räumlichen Eindruck wichtig ist, erscheinen die Wahrnehmungsantworten auf die einzelnen Gegenstände und Formen unangemessen und werden als Täuschungen bezeichnet 19

20 Heißt das nun, daß Täuschungen durch Konstanzleistungen in einem Kontext hervorgerufen werden, der nicht ausreicht, um räumliche Tiefe zu erzeugen? Dies widerspräche nun allerdings der Tradition, daß Konstanzleistungen erst durch räumliche Tiefe hervorgerufen werden Aber: es sprechen einige Gründe gegen diese Tradition Beispiel: Schienen wirken als ob sie in der Entfernung zusammenlaufen Wissen, daß sich der Abstand zwischen den Schienen nicht ändert, führt zur Erkenntnis, daß alle Schwellen gleich groß sind (obwohl sie auf der Retina nicht gleich groß abgebildet werden) 20

21 Beispiel: Auch hier handelt es sich wieder um das Phänomen der Größenkonstanz, das allerdings hier nicht von der Wahrnehmung räumlicher Tiefe abhängt, sondern von den Hintergrundstrukturen (Texturen), in denen der Eindruck räumlicher Tiefe von verschiedenen Arten von Perspektive vermittelt wird Beispiel: Trennung der Wirkung der räumlichen Tiefe von der Wirkung der Perspektive Seitliche Begrenzungslinien sind wie bei der Ponzo- Figur gegeneinander geneigt Auf diesem Untergrund erscheint die obere waagerechte Linien (links) verlängert Die senkrechten Linien wirken gleich lang 21

22 Beispiel: Trennung der Wirkung der räumlichen Tiefe von der Wirkung der Perspektive Untergrund besteht aus waagerechten Linien, deren Abstand nach oben hin geringer wird Auf diesem Untergrund erscheint die untere senkrechte Linien (rechts) verkürzt Die waagerechten Linien wirken gleich lang Beispiel: Trennung der Wirkung der räumlichen Tiefe von der Wirkung der Perspektive Es entsteht also keine Täuschung bei Linien, für die der Hintergrund keine Größenskala darstellt Größenkonstanz scheint somit direkt verbunden zu sein mit der Größenskalierung (Textur) und wird nicht erst durch die Verarbeitung räumlicher Tiefe vermittelt 22

23 Es existiert offenbar eine Beziehung zwischen der wahrgenommenen Größe eines Objektes und dessen Entfernung Form Tiefe Andererseits kann die wahrgenommene Tiefe selbst wiederum durch die wahrgenommene Größe und Form beeinflußt werden Beispiel: Mondtäuschung Mond wirkt größer in der Nähe des Horizonts Mond wirkt kleiner, wenn er hoch am Himmel steht 23

24 Beispiel: Mondtäuschung Mond wirkt größer in der Nähe des Horizonts Mond wirkt kleiner, wenn er hoch am Himmel steht Beispiel: Mondtäuschung Mond wirkt größer in der Nähe des Horizonts Mond wirkt kleiner, wenn er hoch am Himmel steht 24

25 Beispiel: Mondtäuschung Mond wirkt größer in der Nähe des Horizonts Mond wirkt kleiner, wenn er hoch am Himmel steht Beispiel: Mondtäuschung Mond wirkt größer in der Nähe des Horizonts Mond wirkt kleiner, wenn er hoch am Himmel steht 25

26 Beispiel: Mondtäuschung Erklärungsversuche Steht der Mond horizontfern, gibt es keine visuellen Tiefenhinweise, es können nun Akkomodation und Konvergenz zur Entfernungsbestimmung genutzt werden In Horizontnähe hingegen kann der Mond am weitest gelegenen Punkt lokalisiert werden. Da hier oft viele Objekte im Vordergrund liegen, wird die Entfernung oft überschätzt Aufgrund Emmerts Gesetz führt dies zur vergrößerten Wahrnehmung (Retinabilder sind invariant) Zudem wird ein Einfluß der atmosphärischen Perspektive vermutet, die in Horizontnähe ebenfalls größere Entfernung suggeriert Beispiel: Mondtäuschung Erklärungsversuche Das Himmelsgewölbe wird nicht als perfekte Halbkugel wahrgenommen, sondern als eine abgeflachte Kuppel. Der Zenit über uns scheint uns also näher zu sein als der Horizont. Tatsächlich rechtfertigt sich diese Vorstellung durch Wolken, Flugzeuge und Vögel: Fliegende Objekte über uns sind uns im Allgemeinen tatsächlich näher als fliegende Objekte am Horizont. 26

27 Beispiel: Mondtäuschung Erklärungsversuche Das Gehirn zieht daraus den Umkehrschluss, dass ein Objekt am Horizont weiter entfernt und somit tatsächlich größer ist als ein Objekt scheinbar gleicher Größe über uns. Das bedeutet, dass unser Gehirn ein Objekt am Horizont größer erscheinen lässt als ein gleich großes Objekt im Zenit. Abschlußbemerkung Bemerkenswert sind neuere Resultate, die belegen, dass ähnliche Täuschungen auftreten, wenn Reliefs einiger bestimmter Täuschungsfiguren mit den Fingern abgetastet werden. Möglicherweise besteht zwischen Täuschungen des Gesichts- und des Tastsinnes ein - wenn auch noch ungeklärter - Zusammenhang. 27

28 Visuelle Illusionen in Natur, Kunst und Architektur Vexierbilder und ambige Abbildungen Kontrasterscheinungen, Farben Tiefen- und Entfernungsillusionen Beleuchtung und Schattenwurf WDR, 2007 ARTE,