Tag Archives: ภาพลวงตา

เปิดเทอมใหม่เราเริ่มด้วยภาพลวงตา

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กๆมาครับ เนื่องจากเป็นเปิดเทอมใหม่เราจึงทำกิจกรรมเกี่ยวกับข้อจำกัดของสมองและประสาทสัมผัสเพื่อให้เด็กๆระมัดระวังเมื่อต้องสังเกตหรือเข้าใจอะไรด้วยประสาทสัมผัส และหัดใช้เครื่องมือต่างๆเช่นไม้บรรทัดช่วยครับ เราดูภาพลวงตาหลากหลายเช่นภาพผีที่รถคว่ำ ภาพ 3 มิติแปลกๆ เส้นตรงเส้นโค้งเส้นเอียงประเภทต่างๆ ฯลฯ เด็กประถมปลายได้ดูว่าเมื่อเราตั้งใจทำอะไรบางอย่างเราอาจจะพลาดสิ่งใหญ่ๆแปลกๆไปก็ได้ทั้งๆที่ควรจะสังเกตเห็น

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ กิจกรรมคราวที่แล้วเรื่อง “ความดันอากาศและสุญญากาศ” ครับ รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

สำหรับเด็กประถมต้น ระหว่างที่รอให้เพื่อนๆมากันครบ ผมเอาลูกโลกมาให้เด็กๆดู และให้เดาว่าเราจะสามารถลูบๆลูกโลกแล้วมือจะสะดุดภูเขาหรือมหาสมุทรได้ไหม (ถ้าอัตราส่วนการจำลองลูกโลกถูกต้อง) ในที่สุดผมก็บอกเด็กๆว่าภูเขาและหุบเหวในมหาสมุทรมีความลึกประมาณ 10 กิโลเมตรเท่านั้น แต่เส้นผ่าศูนย์กลางโลกเป็นหมื่นกิโลเมตร ต่างกันเป็นพันกว่าเท่า ดังนั้นผิวลูกโลกจะต้องเรียบมากๆ ถ้าลูกโลกมีขนาดประมาณ 1 ฟุต ภูเขาก็อาจจะสูงเท่ากับ 2-3 ความหนาเส้นผม ถ้ามองห่างหน่อยก็คงไม่เห็นอะไร แต่ถ้าเอามือลูบก็อาจจะรู้สึกนิดหน่อย

เอาลูกโลกมาอธิบายความเรียบที่ถูกต้องครับ
เอาลูกโลกมาอธิบายความเรียบที่ถูกต้องครับ

ผมถามเด็กๆว่าเรามองเห็นได้อย่างไร ต้องใช้อวัยวะอะไรบ้าง เด็กๆก็ตอบกันว่าต้องมีลูกตา ต้องมีสมอง เราจึงคุยกันก่อนว่าลูกตาทำอะไร

เรามองเห็นได้โดยแสงวิ่งไปกระทบกับจอรับแสง (เรตินา, Retina) ที่ด้านหลังข้างในลูกตา แต่บังเอิญตาของคนเราวิวัฒนาการมาโดยมีเส้นเลือดและเส้นประสาทอยู่บนผิวของจอรับแสง เมื่อจะส่งสัญญาณไปตามเส้นประสาทไปยังสมอง เส้นประสาทจะต้องร้อยผ่านรูอันหนึ่งที่อยู่บนจอรับแสง รอบบริเวณรูนั้นจะไม่มีเซลล์รับแสง ดังนั้นถ้าแสงจากภายนอกลูกตาไปตกลงบนบริเวณนั้นพอดี ตาจะไม่สามารถเห็นแสงเหล่านั้นได้ บริเวณรูนั้นจึงเรียกว่าจุดบอด หรือ Blind Spot นั่นเอง

จุดบอดหรือ Blind spot อยู่ตรงที่เส้นประสาทรวมกันเป็นเส้นลากจากภายในลูกตาออกมาด้านหลัง ไปยังสมองในที่สุด
(ภาพจาก http://transitionfour.wordpress.com/tag/blind-spot/)
ตาของปลาหมึกทั้งหลายจะไม่มีจุดบอดแบบสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอย่างเราครับ เนื่องจากเส้นประสาทของปลาหมึกอยู่หลังจอรับแสง จึงไม่ต้องมีการร้อยผ่านรูในจอรับแสงแบบตาพวกเรา
 
วิธีดูว่าเรามีจุดบอดก็ทำได้ง่ายมากครับ แค่เขียนตัวหนังสือตัวเล็กๆบนแผ่นกระดาษสองตัว ให้อยู่ในแนวบรรทัดเดียวกันแต่ห่างกันสักหนึ่งฝ่ามือ จากนั้นถ้าเราจะหาจุดบอดในตาขวา เราก็หลับตาซ้าย แล้วใช้ตาขวามองตัวหนังสือตัวซ้ายไว้นิ่งๆ จากนั้นเราก็ขยับกระดาษเข้าออกให้ห่างจากหน้าเราช้าๆ ที่ระยะๆหนึ่งเราจะไม่เห็นตัวหนังสือตัวขวา นั่นแสดงว่าแสงจากตัวหนังสือตัวขวาตกลงบนจุดบอดเราพอดี
 

ถ้าจะหาจุดบอดในตาซ้าย เราก็ทำสลับกับขั้นตอนสำหรับตาขวา โดยเราหลับตาขวาแล้วใช้ตาซ้ายมองตัวหนังสือตัวขวาไว้นิ่งๆ อย่ากรอกตาไปมา แล้วเราก็ขยับกระดาษให้ใกล้ไกลหน้าเราช้าๆ ที่ระยะหนึ่งตัวหนังสือตัวซ้ายจะหายไปเพราะแสงจากหนังสือตัวซ้ายตกลงบนจุดบอดตาซ้ายของเราพอดี 

ถ้าไม่มีกระดาษลองใช้ตัวหนังสือข้างล่างนี่ก็ได้ครับ แต่อาจต้องขยับหน้าเข้าใกล้จอคอมพิวเตอร์หน่อย:
 
 
A                                                                                              B
 
 
ลองหลับตาซ้ายแล้วใช้ตาขวามองตัว A ดู ตอนแรกจะเห็นตัว B ด้วย แต่ถ้าขยับหน้าเข้าใกล้จอคอมพิวเตอร์ที่ระยะที่เหมาะสม อยู่ๆตัว B ก็จะหายไป และจะเห็นพื้นขาวแถวๆนั้นแทน
 
ที่น่าสนใจก็คือสมองเราจะมั่วเองขึ้นมาเลยว่าเราควรจะเห็นอะไรตอนที่แสงจากตัวอักษรตกลงบนจุดบอดพอดี แทนที่จะเห็นจุดดำๆเพราะไม่มีแสงตรงจุดบอด สมองวาดรูปให้เสร็จเลยว่าควรจะเห็นสีพื้นข้างหลังของตัวอักษร อันนี้เป็นตัวอย่างแรกที่เด็กๆได้เข้าใจว่าสมองเรามีความสามารถ “มั่ว” แค่ไหนครับ 
 

ทดลองหาจุดบอดในตาครับ
ทดลองหาจุดบอดในตาครับ
ทดลองหาจุดบอดในตาครับ
ทดลองหาจุดบอดในตาครับ
 
ต่อมาเราก็ดูภาพลวงตาหลายๆอันที่ผมค้นหามาจากอินเทอร์เน็ต ให้ดูความมั่วของสมอง และให้เด็กๆคิดว่าจะใช้อุปกรณ์อะไรช่วยเพื่อให้เห็นความจริงครับ ก่อนอื่นดูรูปผีผู้หญิงใกล้ๆรถคว่ำครับ:
 
ภาพผีสาวจากรถคว่ำครับ
ภาพผีสาวจากรถคว่ำครับ
 หลายๆคนจะเห็นว่ามีผู้หญิงนั่งอยู่ข้างๆรถคว่ำ แต่มองดีๆแล้วจะเห็นว่ามันคือล้อรถครับ เด็กๆได้เรียนรู้ว่าถ้าสงสัยว่าเจอผี ให้มองตรงๆชัดๆ ใช้ไฟสว่างๆส่องดูครับ อีกอย่างก็คือสมองคนเราเก่งมากเรื่องมั่วให้เห็นหน้าคนครับ 
 
ต่อไปดูว่าตัวไหนใหญ่กว่าครับ:
เด็กเรียกว่ายักษ์ใหญ่ ไล่ยักษ์เล็กครับ
เด็กเรียกว่ายักษ์ใหญ่ ไล่ยักษ์เล็กครับ
 สมองเราแปลภาพว่าเป็นอุโมงค์ที่มีความลึกครับ ดังนั้นเราจึงเห็นยักษ์ตัวบนใหญ่กว่ายักษ์ตัวล่าง พอเด็กๆเอาไม้บันทัดวัดก็จะพบว่ามันมีขนาดเท่ากันครับ
 
วงกลมส้มๆอันไหนใหญ่กว่า
วงกลมส้มๆอันไหนใหญ่กว่า
ภาพนี้ให้เด็กๆดูว่าวงกลมไหนใหญ่กว่ากันครับ  พอให้เด็กใช้ไม้บันทัดวัดปรากฎว่าเท่ากันครับ แสดงว่าสมองใช้การเปรียบเทียบรอบๆเพื่อตัดสินขนาดด้วยครับ
 
เส้นขนานกันไหม
เส้นขนานกันไหม

ให้เด็กๆดูว่าเส้นมันตรงไหม และขนานกันไหม แล้วให้ลองทดสอบด้วยไม้บันทัดและแท่งดินสอครับ

จุดดำจุดขาว
จุดดำจุดขาว

เมื่อเราขยับตาเพื่อดูจุดที่เส้นตรงตัดกัน สีของจุดกลมๆเหล่านั้นเปลี่ยนไปมาระหว่างขาวกับดำครับ

มีกี่แท่งกันแน่
มีกี่แท่งกันแน่

จำนวนแท่งสี่เหลี่ยมเปลี่ยนไปขึ้นกับว่าเรามองด้านบนหรือด้านล่างของภาพครับ แสดงว่าตาเราเห็นได้ชัดๆในบริเวณเล็กๆเท่านั้น ไม่สามารถเห็นภาพใหญ่ภาพรวมพร้อมๆกันได้ ปกติตาเราจะต้องขยับไปมาเพื่อดูภาพใหญ่ตลอดครับ

สีไหนเข้มกว่ากันระหว่าง A และ B
สีไหนเข้มกว่ากันระหว่าง A และ B

ตาเราจะเห็นว่า A เข้มกว่า B นะครับ แต่ถ้าพิมพ์ออกมาแล้วตัดชิ้น A, B ออกมา จะพบว่ามันมีสีเดียวกันครับ สลับที่ A กับ B แล้วจะมองเห็น B สีเข้มกว่า A ครับ อันนี้ก็เป็นอีกหลักฐานว่าสมองจะเดาสีเดาความสว่างจากสีและความสว่างรอบๆครับ

ขาทาน้ำมันหรือทาสี
ขาทาน้ำมันหรือทาสี

จากภาพแบนๆสมองต้องตีความว่าจริงๆแล้วเป็นภาพของอะไรครับ สามารถดูเหมือนขาสะท้อนแสง หรือขาทาสีขาวก็ได้ครับ (แต่จริงๆเป็นขาทาสีครับ)

อันไหนเอียวกว่า
อันไหนเอียวกว่า

คนส่วนใหญ่จะเห็นว่าภาพด้านขวาจะเอนมากกว่า ทั้งๆที่ภาพทั้งซ้ายและขวาเป็นภาพเดียวกัน ที่เราเห็นอย่างนี้ก็เพราะว่าสมองคิดว่าทั้งสองภาพรวมกันเป็นภาพของหอคอยสองอันคู่กัน และเมื่อเรามองหอคอยจริงๆตั้งคู่กันอยู่ เราจะเห็นยอดของมันลู่เข้าหากัน (เรื่อง perspective) เมื่อเราไม่เห็นมันลู่เข้าหากัน เราจึงคิดว่าหอคอยด้านขวาต้องเอียงอยู่แน่ๆ  ปรากฏการณ์นี้แสดงถึงการที่สมองตีความหมายตามสมมุติฐาน(หรือโปรแกรม)ที่มีอยู่แล้วในสมอง ไม่ใช่เห็นในสิ่งที่เป็น (สำหรับผู้ที่สนใจ เข้าไปดูลิงค์ของนักวิจัยที่ http://www.scholarpedia.org/article/Leaning_tower_illusion ได้ครับ)

เส้นแดงๆมันดูโค้งอ้วนๆนะครับ
เส้นแดงๆมันดูโค้งอ้วนๆนะครับ

อันนี้ให้เด็กๆวัดดูว่าเส้นแดงๆมันขนานกันไปไหมครับ

ผู้หญิงหมุนทวนเข็มหรือตามเข็มนาฬิกา
นักเต้นหญิงหมุนทวนเข็มหรือตามเข็มนาฬิกา

เราสามารถเห็นว่าเธอหมุนได้ทั้งตามเข็มและทวนเข็มเลยครับ เพราะสมองพยายามแปลการเคลื่อนที่ของเงาแบนๆให้เป็นสิ่งของสามมิติ

มีคนทำภาพนักเต้นรำโดยใส่เส้นสีต่างๆให้บอกใบ้สมองว่าควรตีความว่าหมุนแบบไหน วิธีดูคือพยายามมองไปที่รูปซ้ายหรือขวา แล้วค่อยมองคนตรงกลาง คนตรงกลางจะหมุนตามรูปซ้ายหรือขวาที่เรามองครับ:

 
ได้ทดลองดูว่าวัตถุโค้งๆอันไหนยาวกว่ากันครับ เนื่องจากไม่ได้ถ่ายวิดีโอไว้ ขอเอาคลิปที่ถ่ายทำกับเด็กจิ๋วมาให้ดูแทนนะครับ:

ถ้าอยากลองเล่นเองที่บ้านลองตัดตามแบบข้างล่างนี้ก็ได้ครับ:

แบบตัดกระดาษเพื่อดูว่าอันไหนยาวกว่ากันครับ
แบบตัดกระดาษเพื่อดูว่าอันไหนยาวกว่ากันครับ

ได้ดูคลิปโฆษณาสุดเจ๋งของฮอนด้าที่สมองตีความภาพแบนๆเป็นภาพสามมิติด้วยครับ:

ภาพลวงตาอีกภาพคือภาพเคลื่อนที่อันนี้ครับ

ดูกล่องขยับครับ
ดูกล่องขยับครับ

เราทุกคนจะเห็นว่ากล่องสีเหลืองและสีน้ำเงินขยับไม่พร้อมกันเวลามันไม่แตะกัน แต่ถ้าเราหยุดภาพแล้วพิมพ์ออกมาวัด เราจะพบว่าทุกกล่องเคลื่อนที่ขึ้นลงพร้อมๆกันครับ:

yellow-blue-illusion.gif (GIF Image, 636 × 250 pixels) 2

yellow-blue-illusion.gif (GIF Image, 636 × 250 pixels)

yellow-blue-illusion.gif (GIF Image, 636 × 250 pixels) 3

yellow-blue-illusion.gif (GIF Image, 636 × 250 pixels) 4สาเหตุที่เราเห็นไม่พร้อมกันก็เพราะว่าพื้นหลังที่มีสีขาวและดำทำให้สมองเราใช้เวลาตัดสินใจไม่เท่ากันว่ากล่องสีเหลืองและน้ำเงินเคลื่อนที่ผ่านพื้นหลังสีต่างๆเมื่อไร

นอกจากนี้เด็กประถมปลายและมัธยมต้นได้ดูวิดีโอที่แสดงข้อจำกัดของสมองครับ 

ในคนปกติสมองมีจุดอ่อนในการมองเห็น มักจะเห็นอะไรที่อยากเห็นและไม่เห็นสิ่งที่ไม่สนใจ มีความสามารถจำกัดในการตีความ ถ้าข้อมูลเข้ามาจากดวงตามากเกินไป สมองก็จะเลือกตีความบางส่วนและเดาว่าส่วนอื่นๆเป็นอะไร ดังตัวอย่างภาพลวงตานี้ ถ้าเรามองจุดสีขาวตรงกลาง เราจะไม่ค่อยเห็นการเปลี่ยนแปลงของสีรอบๆ ตอนที่วงสีรอบนอกหมุนไปด้วย ถ้าเราไม่มองจุดสีขาวตรงกลางและคอยมองตามจุดสี เราจะเห็นว่าจุดสีเปลี่ยนแปลงเวลาวงสีรอบนอกหมุนด้วย

 (สำหรับท่านที่สนใจ นักวิจัยมีลิงค์เกี่ยวกับเรื่องนี้อยู่ที่ http://visionlab.harvard.edu/silencing/ และ http://jwsu.ch/ow/docs/suchow2011silencing.pdf นะครับ)
 
ต่อไปเป็นวิดีโอให้นับจำนวนการส่งลูกบาสโดยทีมเสื้อสีขาวครับ ลองนับตามดูนะครับ:
 

คนส่วนใหญ่ก็จะนับได้สิบกว่าครั้งครับ แต่เกินครึ่งจะตั้งใจนับจนไม่เห็นคนแต่งชุดกอริลล่าเดินผ่านตรงกลาง เวลาสมองพยายามตั้งใจทำอะไรบางอย่างจะพลาดสิ่งอื่นๆได้เยอะ นี่เป็นเหตุผลที่เราไม่ควรโทรศัพท์หรือส่งข้อความตอนขับรถครับ

ต่อด้วยคลิปนี้ครับ ลองนับจำนวนการส่งลูกบาสโดยทีมเสื้อขาวนะครับ:

เด็กๆจะเห็นกอริลล่าครับคราวนี้ แต่ส่วนใหญ่จะไม่สังเกตเห็นว่าฉากหลังเปลี่ยนสีครับ 

 
 

ภาพขาวดำกลายเป็นสี! แบบจำลองตา ตัวอย่างประโยชน์คณิต กลไฟฟ้าสถิต

วันอังคารที่ผ่านมาผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์มาครับ เด็กประถมได้ดูภาพลวงตาอีกนิดหน่อย ได้เห็นการเปลี่ยนแปลงวิดีโอสดๆให้คนในวิดีโอขยับปากตามที่เราต้องการ (ผมบอกเด็กๆว่าต้องใช้คณิตศาสตร์สร้างของอย่างนี้ เด็กๆสนใจฝีกอีกสักสิบปีก็ทำได้) ได้เห็นภาพลวงตาที่เราเห็นภาพขาวดำเป็นภาพสีเนื่องจากความล้าของเซลล์รับแสงในตาเรา ได้เห็นแบบจำลองดวงตาและจอรับภาพเรตินาข้างหลังที่ทำจากโคมกระดาษญี่ปุ่น เลนส์รวมแสงแบบ Fresnel และพลาสติกจากถุงก๊อบแก๊บ เด็กอนุบาลสามได้เล่นกลสามอย่างด้วยไฟฟ้าสถิตคือใช้มือดูดหลอดกาแฟ ใช้หลอดกาแฟดูดเม็ดโฟม และใช้หลอดดูดกาแฟผลักกันครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ คราวที่แล้วเรื่อง “ข้อจำกัดของประสาทสัมผัสสำหรับประถม กลความดันอากาศสำหรับอนุบาล” ครับ)

สำหรับเด็กประถม ผมให้ดูภาพนี้ก่อนเลยครับ มันเป็นภาพถ่ายลวงตาที่เผยแพร่ในอินเทอร์เน็ต ให้ดูว่ามีอะไรผิดปกติไหม ผมบอกว่าคนส่วนใหญ่จะรู้สึกแปลกๆแต่มองไม่ออกว่าอะไรทำให้แปลก แต่ถ้าเฉลยปุ๊บจะเห็นปั๊บ แล้วจะกลับไปมองเห็นอย่างเดิมไม่ได้เลย จะเห็นแบบที่เฉลยไปตลอด เชิญทดลองมองดูครับ ผมจะเฉลยข้างล่างภาพ:

เห็นอะไรผิดปกติไหมครับ
เห็นอะไรผิดปกติไหมครับ

Continue reading ภาพขาวดำกลายเป็นสี! แบบจำลองตา ตัวอย่างประโยชน์คณิต กลไฟฟ้าสถิต

สารพันมายาสำหรับประถม กลความดันอากาศสำหรับอนุบาล

สัปดาห์นี้กลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมและอนุบาลบ้านพลอยภูมิเปิดเทอมแล้วครับ ผมเลยได้ไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์มา เด็กประถมได้ดูเพชรระเบิดเพราะถูกกดทับ ได้ดูภาพลวงตาต่างๆ ได้คุยกันว่าหนังสามมิติทำงานอย่างไร ได้ทดลองว่าการจดจ่อกับสิ่งหนึ่งทำให้เราพลาดสิ่งอื่นๆได้มากแค่ไหน ได้ฟังเสียงรอบทิศทาง (Holophonics/Binaural recording) ผ่านหูฟัง ได้ทดลองไขว้นิ้วแล้วแตะจมูกจนรู้สึกว่ามีจมูกสองอัน (Aristotle illusion) ได้คุยกันว่าสมองเราต้องพยายามตีความสัญญาณต่างๆที่จำกัดและไม่ค่อยสมบูรณ์จากทางประสาทสัมผัสต่างๆแล้วคิดคำนวณว่าสภาพแวดล้อมที่ประสาทสัมผัสตรวจสอบมาน่าจะเป็นอย่างไร โดยทั่วไปสมองก็ทำหน้าที่ได้ดีใช้ได้เพราะผ่านการคัดเลือกพันธุ์โดยธรรมชาติมานาน แต่ก็ยังทำงานผิดพลาดได้เยอะเพราะมีข้อจำกัดอยู่มาก เด็กอนุบาลได้ทดลองเล่นกลน้ำไม่หกเพราะแรงดันอากาศสองแบบครับ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ คราวที่แล้วเรื่อง “แสง สีรุ้ง ปริซึม การสะท้อนภายใน ใยแก้วนำแสง ปรับปรุงปืนลม” ครับ)

สำหรับเด็กประถมต้นผมให้ดูคลิปนี้ครับ เป็นการบีบอัดเพชรด้วยแรงมากๆ

Continue reading สารพันมายาสำหรับประถม กลความดันอากาศสำหรับอนุบาล