۹ کاربرد خطای دید و توهم ادراکی که باورکردنی نیست!

هنرمندان صدها حتی هزاران خطای دید را در سال های گذشته کشف کرده یا ساخته اند. بعضی ها هم روی این اتفاقات سرمایه گذاری کردند. حالا هم در تلکنولوژی و فرمت های مختلف از آنها استفاده می‌شود. اما سوال مهم اینجاست که کاربرد خطای دید یا توهم ادراکی چیست؟ چطور میتواند کاربردی شود؟

تقریبا نمیشود توهمات و خطای دید را به درستی تعریف و اثبات کرد. اما دانشمندها دائماً به دنبال پیداکردن راهی برای استفاده از آنها در دنیای واقعی هستند. در این مطلب ۹ کاربرد خطای دید را به شما معرفی میکنم. کاربردهایی که ممکن است باور نکنید. تمام اینها با ایجاد یا کنترل توهمات دیداری یا یکی دیگر از حواس پنج گانه ایجاد شده اند. کشتی های جنگی، واقعیت مجازی، موسیقی و تلفن، چیزهایی هستند که میخواهم به شما معرفی کنم.

۱- فایل های صوتی فشرده

اولین کاربرد خطای دید و ادراکی درباره فایل های صورتی است. تمام فایل های  MP3براساس یک نوع توهم به وجود می‌آیند. یک فایل  MP3محصول فشرده سازی صوت همراه با کاهش حجم آن است. اما چطور این کاهش حجم یا فشرده سازی انجام می‌شود؟ برای اینکه حجم فایل ها کم شود در استاندارد MP3 بخش هایی از سیگنال های صدا حذف میشوند. بخش هایی حذف میشوند که تقریبا گوش ما امکان شنیدن آنها را ندارد. یا حداقل در میان سیگنال های موجود ندارد.

بگذارید با یک مثال موضوع را ساده کنم. فرض کنید در یک اتاق دو صدا وجود دارد که خیلی شبیه به هم هستند. در این شرایط مغز ما تنها یکی از آنها پردازش و برداشت میکند. انتخاب صدا بستیگی به شرایط، حجم صدا و فرکانس آن صدا دارد. به این پدیده پوشش یا Masking هم میگویند.

Diana Deutsch روانشناس ادراکی و شناختی در دانشگاه کالیفرنیا است. دیانا درباره این موضوع میگوید:

فشرده سازی صدا قطعا یک اتفاق از جنس خطای ادراکی است. شما میتوانید مقدار اطلاعات در یک سیگنال را کم کنید. مغز شما فضاها خالی را خودش پر میکند.

این پیده به صنعت موسیقی خیلی کمک کرد. ابتدا صداهایی که اکثر مردم نمیتوانند در پردازش مغز تشخیص بدهند حذف میشود. سپس با الگوریتم های سنتی فشرده سازی حجم آن کمتر هم میشود. در نهایت حجم فایل های صوتی تا ۹۰ درصد هم کاهش می‌یابد و این یک معجزه است.

توضیحات اضافه درباره فشرده سازی: ممکن است درباره الگوریتم های فشرده سازی، یعنی همان اتفاقی که زمان قرار دادن فایلتان در یک فولدر Zip می‌افتد، چیزی ندانید. خیلی ساده است. الگوریتم فشرده سازی یک الگو است. فایل و اصلاعات هم زنجیره ای از داده ها و اطلاعات. الگو به ما میگوید در صورت مشاهده داده های تکراری آنها  را با ترتیبی خاص حذف کند تا حجم کلی کم بشود. در نهایت هم همان الگو میگوید اگر میخواهید آن فایل را به حالت اول برگردانید، به چه ترتیبی داده ها حذف شده اند.

۲- لامپ های کم مصرف تر

استفان مکنیک [۱] دانشمند علوم اعصاب است و در دانشگاه نیویورک کار میکند. او با کمک همکارنش روی پروژه‌ای کار کرد که نتیجه جذابی داشت. کاربرد خطای دید ی که اجازه میدهد یک نور ۱۳٪ زمان ها را در حال خاموشی باشد ولی مغز ما آن را در تمام مدت روشن ببیند. با ساختن چنین لامپ هایی دانشمندان امیدوار بودند لامپ هایی بسازند که ۲۰٪ برق کمتری مصرف میکنند.

مکنیک: از زمانی که لامپ به وجود آمد دانشمندان در حال بررسی چشمک زدن لامپ ها هستند. اولین بار ادیسون فهمید که لامپ های حبابی با چشمک زدن ۶۰ بار در ثانیه به صورت مداول روشن به نظر میرسند.

مکنیک و گروهش کشف کردند که برداشت ما از روشنایی یک منبع نور تنها به تعداد دفعات روشن و خاموش شدن یا چشمک زندن مرتبط نیست. بلکه به نسبت دوره های روشنایی مرتبط است. آنها کشف کردند که اگر منبع نور ۶۷ میلی ثانیه روشن باشد و زمان های خاموشی را به ۱۰ میلی ثانیه برسانیم، بیننده به هیچ وجه متوجه چشمک زدن نور نمیشود.

مکنیک معتقد است این پدیده مصرف انرژی را کمتر و طول عمر لامپ را بیشتر میکند. چرا که الآن مصرف انرژی برای روشن کردن خانه ها و خیابان ها و هرجایی که در شب ها می‌بینیم، بیشتر شبیه به یک تراژدی است. در سایت شخصی استفان مکنیک میتوانید اطلاعات بیشتری درباره این پروژه پیدا کنید. خلاصه مقاله اصلی را هم میتوانید در سایت PNAS بخوانید.

توضیحات اضافه درباره فرکانس برق شهری: اگر دقت کرده باشید روی وسایلی که با برق شهری کار میکنند عبارت ۵۰ تا ۶۰ هرتز نوشته شده است. این همان بدعتی است که از زمان ادیسون باقی مانده است.

۳- بدون سختی لاغر شوید

کاربرد خطای دید را همه جا می‌توان دید. ولی بعید میدانم هیچ وقت با خود فکر می‌کردید که با خطای دید میتوانید لاغر بشوید. دانشمندان زمان زیادی است که خطای دید دلباف Delboeuf را میشناسند. این خطای دید باعث قضاوت اشتباه درباره ابعاد اشیاء می‌شود. مثال معروفش هم همان دایره رنگی است که وقتی درون دایره بزرگ تر قرار میگیرد، کوچکتر به نظر می‌رسد.

سال ۲۰۰۶ بود که برایان ونسینک و کورت ایترسام [۲] روی ابعاد بشقاب تحقیق میکردند. آنها فهمیده بودند که بشقاب بزرگتر مقدار معینی غذا را کمتر نشان میدهد. آنها نشان دادند که اندازه بشقاب ها در آمریکا از سال ۱۹۶۰ به صورت متوسط ۲۲٪ بزرگتر شده اند. شاید این اتافق توضیح خوبی برای پر خوری آمریکایی ها در این اواخر باشد.

این موضوع احتمالاً اولین و ساده ترین قدم برای کاهش کردن وزن است. جالب اینجا است که یک حرکت مردمی هم برای استفاده از بشقاب های کوچک تر به وجود آمده. مقاله های سایتشان برای اطلاعات بیشتر خیلی مفید هستند.

برایان و کورت در تحقیقشان به کم شدن پسماند های غذای یک هتل اسکاندیناویایی اشاره کردند. رستوران این هتل غذا هایش را در بشقاب های کوچکی سرو میکرد و به مشتریان سفارش میکرد چند بار در یک وعده سفارش بدهند.

۴- تراکم ترافیک

اگر به خیابان ها دقت کنیم، وقتی سراشیبی به سربالایی تبدیل می‌شود معمولا ترافیک به وجود می‌آید. در این حالت طیف رنگی و نوری که به وجود می‌آید یک خطای دید برای راننده به وجود می‌آورد. توهمی که باعث قضاوت اشتباه درباره شیب جاده می‌شود.

این اتفاق یعنی که راننده ها معمولا تشخیص نمیدهند که چه زمانی به سربالایی می‌رسند. بنابراین راننده هم تصمیمی درستی درباره تنظیم سرعت ماشین نمیگیرد. در نتیجه ترافیک فشرده میشود.

آکایاسو تومودا [۳] یک دانشمند ژاپنی در دانشگاه موساشینو توکیو است. او پیشنهاد میدهد که از بافت های راه راه میتوان در دیواره های خیابان ها استفاده کرد. او معتقد است این الکو های تکرار پذیر میتواند اشتباهات رانندگی در تشخیص شیب خیابان را اصلاح کند و در نتیجه ترافیک روان تری داشته باشیم. او این نتایج را بر اساس آزمایش هایی با ماشین های شبیه سازی رانندگی به دست آورده است. این هم کاربرد خطای دید در داشتن یک رانندگی کم دردسر!

۵-  پرسپکتیو اجباری

پرسپکتیو اجباری بر اساس یک خطای دید ساده به وجود می‌آید. همان چیزی که باعث میشود اشیاء نزدیک و دور، بزرگ و کوچیک دیده بشوند در حالی که واقعا اینطور نیست. ما میتوانیم از همین قانون استفاده کنیم و صحنه ای را بازسازی کنیم که دو شئ هم اندازه یکی بزرگتر دیده شود یا برعکس.

برای مثال در صحنه‌ی آخر فیلم کازابلانکا، هواپیمای فراری فقط یک ماکت مینیاتوری بود. فیلم های امروزی های نمونه های مدرن تری از این تکنیک را استفاده میکنند. مثل هاگرید در فیلم هری پاتر که دو برابر آدم های عادی بود. یا هابیت ها در فیلم ارباب حلقه ها که کوتاه قد بودند. جالب است که کاربرد خطای دید در جلوه های ویژه انقدر قدمت دارد.

با استفان مکنیک در بالا آشنا شدید. او میگوید: «پرسپکتیو اجباری به خاطر این به وجود می‌آید که سیستم بینایی سه بعدی در انسان خیلی چرند است. ما از شبکیه مسطح یعنی یک سطح دو بعدی برای دیدن سه بعدی استفاده میکنیم. بنابراین بهترین راه تشخیص فاصله و اندازاه همان سرنخ های قانون پرسپکتیو است.» البته به نظر من حرف ایشون چرنده،‌ نه سیستم بینایی. اولاً چیزی که ما داریم بهترین سیستم ممکن در شرایط فعلی است. دوماً این اتفاق بسیار شگفت انگیز است که ما با استفاده از دو سنسور دو بعدی محیط را سه بعدی می‌بینیم.

۶- فیلم و ویدیو

انیمیشن‌ها، فیلم‌ها و تمام ویدئوهای آنلاین همه بر اساس یک خطای دید شناخته شده با نام پدیده «پی» ایجاد می‌شوند. پدیده پی[۴] توهمی است که هنگام جایگزینی سریع تصاویر اتفاق می‌افتد و برداخت حرکت را در ما ایجاد میکند. برای مثال در فیلم هایی که می‌بینید حداقل ۲۴ بار تصاویر تغییر میکند، تا شما یک حرکت نرم و یکنواخت را ببینید. این عدد بر اساس تجربه کمترین مقداری است که باعث ایجاد توهم حرکت بدون پرش می‌شود.

این موضوع به این دلیل است که عملا سیستم بینایی ما چیزی برای تشخیص حرکت ندارد. بلکه مغز پدیده حرکت را بر اساس تغییر مرزهای اشیاء و فرم آنها که از دوران کودکی آموخته است درک میکند. و این اتفاق عملاً یک پردازش بعد از دیدن است که در مغز اتفاق می‌افتد، و ارتباطی به چشم ها ندارد.

۷- واقعیت مجازی

نمایش دهنده‌های واقعیت مجازی مانند [۵]Oculus Rift بر اساس بخشی از تحقیقات مربوط به شبیه سازی پرواز [۶]  به وجود آمده اند. همچنین بر اساس قرن ها تجربه هنر که چطور میتوان چشم ها را برای درک فضای سه بعدی گول زد. همان چیزی که خطای دید میخواهد. واقعیت مجازی احتمالاً شایع ترین کاربرد خطای دید است.

«‌ مغز از راهنمایی های پرسپکتیو برای تشخیص عمق استفاده می‌کند و این موضوع را قبل به وجود آمدن هنر استفاده از پرسپکتیو در نقاشی ها آموخته بود. هنرمندان فهمیدند این قوانین چه هستند. آنها را ساده کردند و با به کارگیری آنها توانستند عمق را با تغییر اندازه اشیاء نمایش دهند. »

برای مثال استفاده از پرسپکتیو خطی به ما کمک میکند تا به سادگی عمق را به بیننده نمایش دهیم. مانند خطوطی که همگرا میشوند، یا اشیایی که با کوچک تر شدن حس دورتر بودن را نسبت به بیننده القا میکنند.

تکنیک دیگر هم برای نمایش عمق وجود دارد. آن هم پرسپکتیو هوایی [۷] aerial perspective است. این هم پدیده‌ی بسیار آشنایی است. این نوع از پرسپکتیو برای نمایش اجسام و صحنه‌های بسیار دور کاربرد دارد. همانطور که در واقعیت صحنه های بسیار دور به خاطر شرایط هوایی، محو و کدر به نظر می‌رسند. نقاش ها از این تکنیک برای کشیدن تپه ها و کوه های دوردست استفاده میکنند تا فاصله را نمایش دهند.

اما واقعیت مجازی به همین تکنیک های ساده ختم نمیشود. بلکه تمام سعی خودش را میکند تا هرچه بیشتر حواس پنج گانه ما را با خود همراه کند. مثلاً سیستم های شبیه ساز پرواز افکت های چرخش صندلی یا تکان خوردن هواپیما را با نمایش حرکت آن روی نمایشگر همراه میکند تا تجربه ای واقعی تر را پدید آورد. یا عینک های واقعیت مجازی مانند Oculus با داشتن دو نمایشگر برای هرکدام از چشم میتواند تفاوت دید چپ و راست انسان را در حالت واقعی نیز شبیه سازی کند.

تلاش برای خلق تجربه برداشت فضایی هم منجر به توسعه دستکش های سیمی [۸] و سیستم کشش همه جانبه[۹] شده اند. این رو سیستم با ایجاد نیروی معکوس میتوانند حس لمس کردن، گرفتن یا ضربه و افتادن را برای مخاطب ایجاد کنند.

همه اینها برای ایجاد تعامل همه جانبه مخاطب با دنیایی است که در واقعیت وجود ندارد. برای مشاهده یک سیتم واقعیت مجازی میتوانید به یکی از مجتمع های تجاری معروف سری بزنید. حتما یکی از همین سیستم ها را که برای سرگرمی آنها قرارگرفته را خواهید دید. 

۸- استتار زرشکی

استتار زرشکی از نظر خودم جذاب ترین کاربرد خطای دید است. عجیب است و شاید باور نکردنی که نقاشی های رنگی قرمز با کنتراست بالا بتواند نوعی استتار به حساب بیایند. ولی استتار زرشکی[۱۰] که خودم برای Dazzle Camouflage معادل کردم، دقیقا نام همین اتفاق است. استتاری که هدفش همرنگ شدن با محیط نیست بلکه القای برداشتی متفاوت است. 

در خلال جنگ جهانی اول بود که اولین بار از چنین تکنیکی استفاده شد. روی کشتی ها نوارهایی را رنگ جیغ و کنتراست بالا می‌کشیدند. هدف این رنگ‌ها برای این بود که دشمن را سردرگم کند. ایده اصلی استتار زرشکی اختلال دشن در تحلیل صحیح اندازه، سرعت، جهت و نوع حرکت کشتی ها بوده است. در نتیجه احتمال برخورد اژدرهای شلیک شده از زیردریایی ها کم تر می‌شده است.

البته شاید این تکنیک امروز با وجود رادار های دقیق کاربرد زیادی نداشته باشید و از اختلال های متفاوتی باید استفاده کرد. اما در آن روز ها که نوع هدف گیری بر اساس شواهد بوده، این تکنیک بسیار مفید بوده. مثلا نوعی از زیردریایی آلمانی به نام U-boat  [۱۱]وجود داشته که تنها به وسیله یک پریسکوپ می‌توانستند روی دریا را ببینند. مشاهده سطح آب هم نمی‌توانست بیشتر از پنج ثانیه باشد، چرا که ممکن بود منجر به لو رفتن موقعیت زیردریایی بشود. بنابراین فرمانده می‌بایست در همین چند ثانیه محل هدف گیری کشتی درحال حرکت را مشخص کرده و فرمان شلیک بدهد.

با وجود آنکه فکر می‌کنیم این تکنیک بسیار قدیمی شده و دیگر کاربردی ندارد، اما متخصص علوم بینایی، ساموئل اسکات در دانشگاه بریستول انگلستان تحقیق جالبی انجام داده است. در این تحقیق [۱۲] مشخص شده که که استتار زرشکی برروی تحلیل سرعت اشیاع می‌تواند اختلال زیادی ایجاد کند. به خصوص در سرعت‌های زیاد.

در این تحقیق نمونه جالبی از کاکرد این استتار بیان شده است. فرض کنید که راکتی روی یک لندرور که با سرعت ۹۰ کیلیمتر بر ساعت سرعت دارد هدف گیری شده است. فاصله ماشین هم حدود ۷۰ متر است که یک فاصله معمول برای این کار است. استتار زرشکی ممکن است کمک کند که موشک موقعیت دقیق ماشین را تا یک متر از دست بدهد. و این خطا است که میتواند مرز میان مرگ و زندگی باشد.

۹- تلفن و کاربرد خطای دید و ادراکی

همه تلفن برای انتقال صدا بر پایه یک توهم صوتی کار میکنند. پدیده ای که به حذف بنیادها [۱۳] شناخته میشود. صداهای پیچیده مانند صحبت کردن یا موسیقی از اصوات با فرکانس های مختلفی تشکل شده اند. مثلا اصواتی در رنج های ۱۰۰، ۲۰۰ و ۳۰۰ هرتز. در این مثال رنج دوم و سوم را به صداهای هارمونیک و اولی و رنج های کمتر را به اصوات بنیادی میشناسند.

«با از دست دادن یا حذف اصوات بنیادی همچنان میتوان آنها را شنید. البته تا زمانی که به قدر کافی اصوات هارمونیک اصلاحاً مجاور درون صدا وجود داشته باشد.»

تلفن ها معمولاً به خاطر محدودیت های تجهیزات به کار رفته در آنها فقط اصوات بین ۳۰۰ تا ۳۰۰۰ هرتز را منتقل میکنند. بنیاد های صوت یک انسان بالغ عموماً کمتر از ۳۰۰ هرتز و یک یک مرد جوان کمتر از ۱۵۰ یا ۱۰۰ هرتز است. همین است بعضی وقت ها سخت می‌شود که تفاوت صدای کودکان، خانم ها و آقایان را تشخیص بدهیم.

«مغز ما میتواند صداهای بنیادی را که حذف شده اند را بازسازی کند. و شما فکر میکنید شما شش دانگ صدا را میشنوید. در حالی که واقعا اینطور نیست. چرا مغز ما این کار را میکند؟ حتما میدانید که ثدا با لرزش مولوکول های هوا منتقفل میشود. یعنی اگر هوا نباشد صدا هم معنایی ندارد. در هنگام این انتقال هم اتفاقات زیادی بر سر صداها می‌آید. با صدا های اضافی ترکیب می‌شود یا در هنگام عبود و برخورد با اجسام برخی فرکانس ها حذف میشوند. این بازسازی فرکانس ها و صدا در مغز ما کمک میکند که بتوانیم این اصوات را تحلیل کنیم. در حالی که ممکن از این اصات فرکانس کاملاً متواتی نسبت به زمان تولیدش داشته باشد.»

این اتفاق در تلفن ها مدرن تر به دلیل محدودیت در پهنای باند و کاهش هزینه، برای انتقال اطلاعات به وجود آمد. بنابراین مجبور به کاهش حجم اطلاعات عبوری در ثانیه بوده ایم. چه اطلاعاتی بهتر از اصوات بنیادی برای حذف، وقتی که مغز ما میتواند آنها را شبیه سازی کند.

چیزهایی که خواندید بخش کوچکی از کاربرد خطای دید و توهم ادراکی بود. در آینده سعی میکنم درباره هم کدام از توهم های ادراکی به صورت مستقل مطالبی را بنویسم. آیا شما نمونه های دیگری از کاربرد خطای دید یا توهم ادراکی را میشناسید؟

پیشنهاد میکنم پست های زیر را که مرتبط با موضوع این مطلب هستند را از دست ندهید

• چگونگی خطای ادراکی در برترین نمونه های خطای دید
• چطور چشم ها مغز ما را بازی میدهند