Optische Illusion

Eine Optische Täuschung oder auch Visuelle Illusion ist eine Wahrnehmungstäuschung des Gesichtssinns.

Optische Täuschungen können nahezu alle Aspekte des Sehens betreffen. Es gibt Tiefenillusionen, Farbillusionen, geometrische Illusionen, Bewegungsillusionen und einige mehr. In all diesen Fällen scheint das Sehsystem falsche Annahmen über die Natur des Sehreizes zu treffen, wie sich unter Zuhilfenahme weiterer Sinne oder durch Entfernen der auslösenden Faktoren zeigen lässt.

Optische Täuschungen werden in der Wahrnehmungspsychologie untersucht, da aus ihnen Rückschlüsse über die Verarbeitung von Sinnesreizen im Gehirn gewonnen werden können. Optische Täuschungen beruhen auf der Tatsache, dass die Wahrnehmung subjektiv ist und vom Gehirn beeinflusst wird (s. Top-down und Bottom-up). Systematisch produziert und analysiert werden optische Täuschungen in der Gestaltpsychologie.

Beispiele

Relativität von „gerade“ und „parallel“

Die senkrechten und waagerechten – scheinbar wellenförmigen – Linien sind tatsächlich gerade.

Die waagerechten Linien sind exakt parallel.

Die diagonalen Linien erscheinen gekrümmt, sind aber tatsächlich gerade und parallel.

Das Quadrat im Bild links besteht aus schachbrettartig angeordneten dunklen und hellen Teilquadraten. In einigen der dunklen Teilquadrate sind die Ecken durch kleine helle Quadrate gestört. Es entsteht der Eindruck, als seien die – nachweislich geraden – Trennlinien zwischen den Teilquadraten wellenförmig gekrümmt. Dabei spielt deren Helligkeit und Dicke eine wesentliche Rolle.

Im Beispiel rechts oben scheinen die gestreiften Querbalken keilförmig zu sein – in Wahrheit sind alle horizontalen Linien exakt parallel, und die Querstreifen sind Rechtecke.

Im dritten Beispiel (rechts unten) entsteht der Eindruck, die diagonalen Linien seien gekrümmt, tatsächlich jedoch sind sie exakt gerade und parallel.

Diese Täuschung wurde 1874 erstmals von Hugo Münsterberg (1863-1916), der sie auf einer amerikanischen Pferdebahnabokarte vorfand, beschrieben und im Jahre 1894/97 als verschobene Schachbrettfigur (eccentric chess illusion) veröffentlicht. Sie heißt deshalb auch Münsterberg-Täuschung. Andere Forscher wie A. H. Pierce nannten sie 1898 Kindergarten-Flechtmuster-Täuschung (illusion of the kindergarten patterns in Psychological Review 5, 233-253). Der jüngste Name stammt von Richard L. Gregory, der sie 1973 nach einer schwarz-weiß gefliesten Wand in einem Café aus dem 19. Jahrhundert in der Innenstadt Bristols als Kaffeehaus-Täuschung (café wall illusion) beschrieb.

Relativität von Farben

Ein Nachbild entsteht, wenn man auf ein grelles Quadrat und anschließend auf eine helle Fläche starrt.

Wenn man etwa eine halbe Minute lang auf das grüne Quadrat im Bild rechts starrt und anschließend auf die freie Fläche daneben sieht, so erscheint darauf ein rötliches Quadrat. Das rötliche Quadrat entsteht, weil wir ein Nachbild auf der Netzhaut sehen. Es hat die Komplementärfarbe zum grünen Quadrat.

Nicht jeder, der zum ersten Mal damit konfrontiert wird, nimmt diese Einfärbung wahr. Offenbar gibt es hier Korrekturmaßnahmen, die diesen Sinneseindruck unterdrücken. Es kann helfen, wenn man etwas länger starrt und die Augen dabei auf unendliche Sehweite einstellt.

Erklärungsansätze für das Entstehen eines Nachbildes finden sich in der Dreifarbentheorie und in der Gegenfarbtheorie.

Relativität von Helligkeit

Der graue Balken erscheint links heller, besitzt aber überall den gleichen Grauwert, es sei denn, er wird im Winkel mittels eines Flachbildschirms betrachtet, bei dem generell eine tatsächliche Farbabweichung stattfindet. Außerdem scheint die Linie nie zu verschwinden, obwohl das Bild in der Basisgröße einen mehrere Pixel breiten Bereich hat, in dem der Grauwert des Streifens mit dem des Hintergrundes identisch ist.

Hell ist relativ: Die Quadrate A und B sind gleich hell.

Beweis: die Quadrate A und B sind gleich hell.

Die Wahrnehmung von Helligkeitsunterschieden ist sehr subjektiv. Ein Farbton, den wir in der Dämmerung als hell wahrnehmen, erscheint bei Sonnenlicht dunkel, und anders herum. Physikalisch ist diese Interpretation korrekt. Unser Gehirn greift auch beim Betrachten der Beispiele auf der linken und rechten Seite auf diese Erfahrung zurück. Links erscheint Grau bei dunkler Umgebung heller, in heller Umgebung dunkler, obwohl der graue Balken überall den gleichen Grauwert besitzt.

Das Quadrat B rechts im Bild liegt im Schatten. Dem Muster folgend muss es ein weißes Quadrat sein, viel heller als das dunkle Quadrat A. Absolut betrachtet sind beide Quadrate jedoch gleich hell.

Überbetonung von Kontrasten

Graue Punkte

Weiße Punkte

Hermann-Gitter (nach Ludimar Hermann 1870, auch Hering-Gitter, nach Ewald Hering): Beim linken Gitternetz glaubt der Betrachter, im Schnittpunkt der weißen Zwischenräume graue Flecken zu sehen. Im rechten Gitternetz erscheinen an den Schnittpunkten der Linien helle Punkte.

Die Überbetonung der Kontraste rührt aus der Verschaltung der Rezeptoren im Auge her (laterale Hemmung). Sie bewirkt eine verstärkte Wahrnehmung von Kanten und lässt Bilder schärfer erscheinen. Siehe auch Machsche Streifen.

Relativität von Größe

Die blauen Kugeln haben die gleiche Größe.

Wir interpretieren Größe in Abhängigkeit von der Umgebung. Alle drei Schwesternpaare sind gleich groß.

Das Bild links ist ein Beispiel für viele ähnliche Schemazeichungen, die die menschliche Wahrnehmung verwirren. Die linke blaue Kugel ist kleiner als die umgebenden roten, bei der rechten ist es umgekehrt. Die Übertragung von relativ kleiner und relativ größer auf die beiden blauen Kugeln in direkten Vergleich ist falsch. Beide blauen Kugeln sind gleich groß.

Das Bild rechts zeigt einen Säulengang und drei Schwesternpaare. Das Paar im Vordergrund erscheint kleiner als das mittlere Paar. Das hintere Paar erscheint am größten.

Ein Nachmessen beweist, dass alle drei Paare gleich groß sind. Unser Auge liefert das Bild auf der Netzhaut, seine Bedeutung erschließt sich jedoch erst durch die Verarbeitung der Bildinformationen im Gehirn. Obwohl das Bild zweidimensional ist, erkennen wir einen Weg, der von vorne nach hinten verläuft und den Eindruck räumlicher Tiefe vermittelt. Wir folgern, dass sich Gegenstände am unteren Rand in unserer Nähe befinden und Gegenstände in der Bildmitte weiter von uns entfernt sind.

Die Bildverarbeitung im Gehirn geht davon aus, dass Gegenstände mit zunehmender Entfernung kleiner werden. Daher wundern wir uns nicht darüber, dass die Frau hinten rechts im roten Mantel verglichen mit den Personen links im Bild extrem klein ist. Sie ist nur weiter entfernt als die Personen im Vordergrund.

Das Paar im Vordergrund wirkt sehr klein, denn die Entfernung wird als gering interpretiert. Wäre es in Wirklichkeit genauso groß wie das mittlere Paar, müsste es auf dem Bild größer erscheinen. Da es auf dem Bild aber exakt genauso groß wie das mittlere Paar ist, folgert das Gehirn, dass die Personen in Wirklichkeit kleiner sein müssen.

Das gleiche gilt für das hintere Paar. Eigentlich müsste seine Größe der der Frau im roten Mantel entsprechen. Statt dessen sehen wir es in mehr als doppelter Größe. Durch unseren Bildverarbeitungsprozess sind diese beiden Personen im Hintergrund folglich Riesen.

Die Relativität von Größe kommt auch in der "Ponzo Täuschung" zum Tragen: Diese Illusion ist auch unter dem Namen "Railway Lines Illusion" bekannt, da die Figur an Eisenbahnschienen erinnert, und wurde vom italienischen Psychologen Mario Ponzo 1913 entwickelt. Zwei Balken werden gleich groß auf zwei (oder mehr Linien (die wie gerade Zuggleise verlaufen) gemalt. -> Der obere Balken wirkt nun sofort entsprechend größer! Haupterklärung ist das Prinzip der Größenkonstanz: Die zusammenlaufenden Schienenlinien werden als eigentlich parallele Linien aufgefasst, die in großer Tiefe ihren Fluchtpunkt haben. So entsteht der Eindruck räumlicher Tiefe. Der obere Balken wird aufgrund der räumlichen Interpretation dadurch als weiter entfernt wahrgenommen und müsste deshalb eigentlich wesentlich kleiner sein als der untere Balken, um als gleich groß wahrgenommen zu werden. Da aber die Netzhautbilder beider Balken gleich groß sind, wirkt der obere Balken größer.

Diese optische Täuschung macht man sich in Architektur, Fotografie und Film unter dem Begriff Erzwungene Perspektive zu nutze, um Objekte im Auge des Betrachters größer oder entfernter erscheinen zu lassen.

Relativität des Blickwinkels

Eine andere Art der optischen Täuschung entsteht durch den Blickwinkel des Betrachters. So lassen sich Objekte konstruieren, die aus verschiedenen Blickwinkeln völlig unterschiedlich wahrgenommen werden. Im Bild ist rechts eine merkwürdige Anordnung von Objekten zu sehen. Schaut man links in den Spiegel, glaubt man, ein vollständiges Piano vor sich zu haben. Auf einem ähnlichen Effekt beruhen Modelle, die scheinbar „unmögliche Objekte“ darstellen, beispielsweise das Penrose-Dreieck.

Skulptur eines Penrose-Dreieckes, Gotschuchen/Kärnten/Österreich. Penrose-Dreieckes

„Piano-Illusion“: rechts das Modell, links sein Aussehen im Spiegel.

„Falsche“ Mondneigung

Unter das Stichwort „Relativität des Blickwinkels“ kann auch die „falsche“ Mondneigung eingeordnet werden. Dieses Phänomen kann beobachtet werden, wenn Mond und Sonne tagsüber gleichzeitig am Himmel zu sehen sind. Man würde erwarten, dass der Mond seine beleuchtete Seite, die Sichel, der Sonne zuwendet, weil sie von dort ihr Licht erhält. Stattdessen weicht die Sichel mit ihrer Symmetrieachse deutlich und manchmal sogar stark nach oben von der erwarteten Richtung ab. Die Sichel schaut über die Sonne hinweg, wie das nebenstehende Bild zeigt. Diese Erscheinung ist eine Optische Täuschung, für die es unterschiedliche Erklärungen gibt, unter anderem die, dass die Täuschung von der Blickrichtung abhängt.^[1][2][3]

Nicht vorhandene Objekte

Durchbrochene Linien der Ehrenstein-Täuschung

Flecke, Linien, Würfel?

Kanizsa-Dreieck

Bei manchen Sinneseindrücken glaubt der Betrachter Objekte wahrzunehmen, die nicht vorhanden sind. Ein Beispiel dafür ist das nebenstehende Muster (links) aus durchbrochenen Linien. Der Betrachter glaubt an den Schnittstellen weiße Scheiben zu sehen.

Im Beispiel in der Mitte sieht der Betrachter einen Würfel. Die Kanten, die auf dem Bild gar nicht vorhanden sind, werden bei der Bildverarbeitung im Gehirn ergänzt. Beim Kanizsa-Dreieck (benannt nach Gaetano Kanizsa) im Bild ganz rechts glaubt der Betrachter, ein weißes Dreieck zu entdecken, obwohl das Bild nur Linien und Kreissegmente zeigt. Die gedachten Linien sind in der Literatur auch als "kognitive Konturen" (cognitive contours) bekannt geworden.

Ähnlich lassen sich auch die Marskanäle oder das Marsgesicht auf das Bestreben des Gehirns zurückführen, bei der Mustererkennung Bekanntes wieder zu entdecken.

Mehrfach wahrgenommene Objekte

Necker-Würfel

Kippfiguren wie der Necker-Würfel sind ein Beispiel für multistabile Wahrnehmung. Dabei bestimmt die Erfahrung die Lage, in der die Figur vorzugsweise wahrgenommen wird.

Bewegungsillusionen

Bewegte Kreise, wenn der Betrachter sich vor- und zurück bewegt.

Es gibt eine lange Reihe optischer Täuschungen, in denen der Betrachter meint, dass sich Teile des Bildes bewegen. Dabei muss manchmal der Kopf selbst bewegt werden und manchmal nicht. Letztere Variante funktioniert am besten mit peripherem Sehen, das heißt, die Bewegung ist an den Stellen zu erkennen, die gerade nicht fokussiert werden.

Eine Bewegungsillusion tritt auch auf, wenn man ein kleines Objekt vor einer Umgebung betrachtet, die keine Anhaltspunkte für die räumliche Lage gibt. Ein einsamer Stern am dunklen Himmel scheint sich zu bewegen.

Auch können statische Bilder eine Bewegungsillusion hervorrufen, ohne dass man seinen Kopf bewegt. Die Ursache findet sich in wiederholten Mustern innerhalb derer sich unterschiedlich starke Kontraste befinden. Durch die unterschiedlich schnelle Weiterleitung von unterschiedlich starken Kontrasten und Helligkeiten in der Peripherie der Retina kommt es in den nachgeschalteten Ebenen der visuellen Verarbeitung (Stichwort: Reichardt-Detektoren) zur Falschverarbeitung und somit zur Fehlinterpretation. Die "Rotating Snake" ist ein sehr gutes Beispiel dafür.

Optische Täuschungen im Alltag

Dass optische Täuschungen dieser Art auch im Alltag auftreten können, zeigen die Beispiele unten.

• Beim Film erzeugt das schnelle Hintereinander von statischen Einzelbildern die Illusion einer Bewegung. Es sieht oft so aus, als würden die Räder des Autos sich rückwärts bewegen, obwohl es nicht so ist. Siehe Stroboskopischer Effekt.
• Unter bestimmten landschaftlichen Gegebenheiten scheinen Straßen, die in Wirklichkeit bergabwärts verlaufen, bergaufwärts zu führen und umgekehrt (z. B. der Electric Brae in Schottland).
• In der illusionistischen Malerei werden mittels Trompe-l'oeil Räume optisch vergrößert.

Die rote Linie scheint gekrümmt – tatsächlich ist sie gerade (Illustration zum Wikipedia-Artikel „Flügelspannweite“)

Die Umrandung der Grafik (Illustration zum Wikipedia-Artikel „Weiss-Bezirk“) ist ein Rechteck, scheint sich aber nach rechts zu verjüngen.

Das Bild des „Hahnentrittmusters“ aus dem Wikipedia-Artikel „Muster (Textil)“ scheint nach rechts gekippt.

Bei dieser textilen Wandbekleidung scheinen die tatsächlich parallelen Linien sich zu verjüngen.

• Mehr als 70 optische Täuschungen zusammengestellt und kommentiert von Michael Bach
• Auch viele optische Täuschungen
• Ausführlicher Fachartikel über Optische Täuschungen
• Die Webseite zum Thema "optische Täuschung" - Enthält: Unmögliche Figuren, Stereogramme, Vexier- und Kippbilder und andere visuelle Illusionen.
• Die Münsterberg-Täuschung
• Das Hermann-Gitter und die Folgen
• Colour Perception Drei beeindruckende Beispiele, die beweisen, dass die Farbwahrnehmung eines Objekts von seiner Umgebung abhängt (interaktiv).
• Optische-Täuschungen-Projekt der GHS Hausen
• Optische Täuschungen Beispiele und kompakte Informationen
• Realität oder Illusion? - Experimente zur Wahrnehmung und Täuschung Seminararbeit von Mike Födisch und Gerhard Schuster
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