水彩画の錯覚

水彩画錯視は水彩効果とも呼ばれ、色のついた多角形自体が細く暗い境界線で囲まれている場合、白い領域がそれを取り囲む薄く明るい濃い色の多角形の淡い色合いを帯びる目の錯覚です (図 1 および 2)。水彩画錯視オブジェクトの内側と外側の境界線は、多くの場合補色になっています (図 2)。^[3]水彩画錯視は、内側と外側の輪郭が色空間で反対方向の色度を持っている場合に最もよく現れます。最も一般的な補色の組み合わせは、オレンジと紫です。^[4]水彩画錯視では、色の拡散効果が発生するかどうかは、輪郭線の 輝度と色のコントラスト の組み合わせに依存しています。

Baingio Pinna は 1987 年に水彩画錯視を発見し、イタリア語で報告しました。^[5] Jack Broerse と Robert P. O'Shea は 1995 年に独立してこれを発見し、^{[2]英語で報告しましたが、}ネオンカラーの拡散に関連させて「spread colour」と呼びました。^[6] Broerse、Tony Vladusich、および O'Shea は 1999 年にこの現象を実証しました (図 1)。^[1] Pinna、Gavin Brelstaff、および Lothar Spillmann  [de] は2001 年にこの現象の最初の英語での報告を発表し、現在の名前が付けられました。^[7]この発見以来、さまざまなゲシュタルト要因と比較した錯視の知覚の概念や錯視を生み出す神経プロセスを理解するために、多くの実験が実行され、分析されてきました。

水彩画錯視は、ゲシュタルト心理学で説明できるかどうかについて多くの議論がありました。水彩画錯視は、図地（知覚）を説明する類似性原理のため、ゲシュタルト原理の例であると考える人もいます。類似性原理（グループ化の原理）によると、^[8]要素は色、明るさ、サイズ、形状に基づいてグループ化されます。水彩画錯視による図地構成の充填と比較された7つのゲシュタルト因子は、近接、良好な連続性、閉鎖性、対称性、凸状性、非様相的補完、過去の経験です。これらの7つの因子は、錯視と比較した各因子の強さを決定するために、Pinna、Werner、Spillmanによる一連の実験でテストされました。

最初の実験では、水彩画効果と近接性をテストし、図と地の分離を判定しました。ゲシュタルトの近接性因子によると、近い要素はグループ化される可能性が高くなります。刺激は、輪郭線と側面線のセット間の間隔が異なっていました。使用した刺激ごとに反応は大きく異なりましたが、水彩画の錯覚は錯覚の広いスペースでも当てはまりました。場合によっては、オレンジ色の側面の塗りつぶしが紫色の塗りつぶしよりも強かったため、図と地の領域が逆転しました。

2 番目の実験では、水彩画効果と良好な連続性を比較しました。良好な連続性では、滑らかな連続領域がグループ化される傾向があります。矩形波パターンとフリンジ付き基本輪郭のさまざまなバリエーションを使用して、刺激の良好な連続性を研究しました。均一な水彩画の錯覚は、閉じた空間でのみ見られることが判明しました。

3 番目の実験では、水彩画の錯視刺激を閉鎖性と包囲性の概念と照らし合わせて研究しました。閉鎖性の原理によれば、閉じた図形を作るピースはグループ化されます。1 つの領域が別の領域を完全に取り囲んでいる場合、周囲の領域は地面として認識され、包囲性の原理によれば図形として認識される特徴となります。4 つの紫色の長方形がより大きな長方形に囲まれている場合、大きな長方形が図形として認識されることはほとんどありませんでしたが、4 つの長方形は図形として認識されました。オレンジ色の輪郭が大きな長方形の内側に接しているが、4 つの小さな長方形の外側にある場合、大きな長方形は図形として認識され、小さな長方形は穴として認識されました。これは、閉鎖性と包囲性が水彩画の錯視よりも弱いことを示しています。

4 番目の実験は、水彩画効果と対称性の比較でした。平行な輪郭は、対称性のゲシュタルト原理に従ってグループ化されます。平行な波線 (川) は、紫色の輪郭が内側、オレンジ色の輪郭が外側になるように間隔を空けて配置されます。原理とは逆に、川は塗りつぶされているようには認識されませんでしたが、川と川の間の空間は塗りつぶされているように、つまりこの場合は図形として認識されました。

5 番目の実験は、凸面と比較した水彩画の錯覚でした。「内部の法則」によると、刺激の凹面部分は地面として、凸面部分は図形として認識されるはずです。使用された刺激には、2 本の水平線の間に交互に現れる、さまざまな凹面と凸面の弧のセットがありました。凹面部分は、紫の両側に赤またはオレンジのフリンジがある場合でも、通常は図形として認識されました。ただし、曲率が増加すると、赤いフリンジを使用した場合の効果は減少しました。

6 番目の実験は、水彩画錯視と比較したアモーダル補完です。アモーダル補完は、物体の隠れた領域の知覚を説明するのに役立つ図地分離の古典的な原理ではありません。これは、構成内の図と地の両方に適用されます。実験から、水彩画錯視が構成要素の知覚された分離を逆転させた場合、アモーダル補完は当てはまらないことがわかりました。

7番目の実験は、刺激が共通の物体である場合に観察者が色の拡散効果を見るかどうかを調べることでした。このことから、事前の知識（馴染みのある単語、形など）がある空間はグループ化される可能性が高いことが判明しました。^[9]

水彩画の錯覚を観察するために必要な基準を決定するために、いくつかの実験が行われました。実験の結果は、着色効果によって定義された特性に影響を与えました (以下を参照)。

最初の実験は、色の拡散効果が発生する距離を決定するために行われました。異なる寸法の 25 個の刺激がマジック マーカーで手描きされました。外側の境界は紫、内側の縁はオレンジです。刺激は、色の拡散を測定する時間制限なしで、観察者から 50 cm 離れたところに表示されました。実験から報告された色の拡散は、短い軸が長くなるにつれて減少することが判明しました。決定されたしきい値は、表面の高さに対する視角 45 度の高さでした。

2 番目の実験は、錯覚を見るために刺激がどのくらいの時間露出されているかを調べることでした。再び、刺激は周囲が明るい部屋で 50 cm 離れた観察者に示されました。電磁シャッターが片方の目の前にありました。電磁シャッターの最小間隔は 100 msで、その時間の間、連続した色を見ることができました。与えられた条件では、水彩画の錯覚は瞬時に知覚できることが判明しました。

3 番目の実験は、最適な線の太さを決定することでした。刺激パターンに対して、さまざまな太さの境界線とフリンジが描かれました。観察者は、さまざまな刺激間の錯覚の強さと均一性を比較しました。輪郭とフリンジが 6分の視角を占めるときに、色の広がりが最も強く知覚されました。線の太さが増すにつれて、錯覚の強さが減少することが分かりました。

4 番目の実験では、使用した線の波状性と錯覚の強さを比較しました。刺激パターンは正弦波の周波数が異なります。結果は、正弦波の空間周波数が増加すると強度が増すことを示しました。効果は波のパターンで最も強くなりますが、直線の境界線を持つ刺激に対しては水彩画の錯覚は依然として強いです。

5 番目の実験では、色を誘発するテストを行いました。色は、赤、緑、青、黄色の線を 1 組にしてマジック マーカーで描かれました。赤と青の組み合わせは最も強い効果を生み出し、緑と黄色の組み合わせは最も弱い錯覚効果を生み出しました。2 色の組み合わせはすべて、はっきりと見える拡散効果を生み出しました。

6 番目の実験では、異なる色の線の間のコントラストをテストし、どの線が最も印象的な効果を生み出すかを調べました。ピンナは最初に、コントラストの高い線 (外側の線が黒で、縁が明るい線) で水彩画のような錯覚を発見しました。2 本の線の間の輝度が異なる場合、色の拡散効果は最も強くなります。2 本の線の間の輝度が近づくにつれて、拡散効果は弱くなりますが、それでも存在します。

水彩画錯視の限界が研究された。色の広がり効果は、白や灰色に加えて、色付きの背景でも発生する。色付きの背景の場合、水彩画錯視の色の広がりは背景色と混ざらず、色付きの背景に重ねられる。照明条件については、室内の照明が強くなるにつれて色の広がり効果は低下する。中程度の照明で最も強くなる。最後に、紫の輪郭とオレンジ色の縁取りに実線ではなく点線を使用した場合でも、水彩画錯視は持続する。^[10]

着色効果は、水彩画の錯視の驚異的な効果の 1 つです。Pinna と Reeves (2006) は、水彩画の錯視の実験を通じて、着色効果の 13 の特性を特定しました。主要な特性はすべて、補色 (色空間で反対) の輪郭線の任意のペアで確認できます。ただし、上記の実験から、紫とオレンジが最も強い効果を生み出すことがわかりました。13 の特性は次のとおりです。刺激は (1) 均一、(2) 単色、(3) 白、黒、または色付きの背景で知覚できる (色の拡散効果は混ざることなく背景の上に重ねられるため、背景は実験に影響しません)。(4) オレンジ色の色合いは、直線または点線で知覚されますが、対象に波線が含まれている場合に最もよく観察されます。(5) この効果はすべての基本色で機能しますが、(6) 線の輝度コントラストが高い場合に効果がよく示されます。(7) 背景に対して輝度が低い線が常に着色効果を生み出します。例えば、明るいオレンジ色の線は広がることで色の拡散効果を生み出します。(8) 線が反転し、オレンジが外側にある場合、オレンジ色の色相はオブジェクトの外側に浸透しているように見えますが、紫色の線は内側にあります。その他の特性は次のとおりです。(9) 着色は約 45 視度まで広がります (上記の実験で確認済み)。(10) 着色は、実験装置による最小測定単位である 100 ミリ秒までに完了します。(11) 最良の着色効果を生み出す線の幅は 6 分角です。(12) 色は線以外の方向にも広がります。(13) 最後に、線の 1 つが無彩色で、もう一方が有彩色の場合、補色を誘発する可能性があります。

図地効果は、物体を不透明で不透明に見せる。^[11]物体は、背景にも人物にも見える。2 つの輪郭線を入れ替えることで、刺激の知覚を反転させる。例えば、オレンジ色で縁取られた紫色の輪郭が人物として知覚される場合、色の輪郭を反転させると、地として知覚される。言い換えれば、色の拡散効果によって、図地効果がどのように知覚されるかが決まる。ほとんどの場合、色の拡散の色合いは人物として知覚され、周囲は地として知覚される。着色効果と同様に、水彩画錯視は、白、黒、色付きの背景に図地効果を示すことができる。^[12] 物体穴効果は、水彩画錯視の物体の内部に穴がある場合に起こる。穴は 3D に見え、何が人物で何が背景かを定義するのに役立つ。^[12] 穴の境界が背景に属するのか、水彩画領域に属するのかを判断するのは難しい場合がある。なぜなら、両方の選択肢が当てはまるように見えるからである。この効果は線の数を増やすことでも高めることができます。^[12]

色彩と図地は、水彩画の錯視の中で観察できる効果の 2 つです。解離とは、図地効果がなくても色彩が観察できること、および図地効果が内側のエッジに色が広がることなく観察できることを意味しています。境界所有権割り当てメカニズム (色の境界の一貫性とエッジの非対称形状) が図地効果を決定し、視覚皮質からの表面色が色の錯覚につながります。^[13]図地効果のない色彩は、平坦で可逆的な図地構成を示す、等しい輝度の隣接する輪郭を使用することで獲得できます。この色彩は、誘発する輪郭線の輝度と色に依存します。図地効果では、2 つの線間の非対称な輝度プロファイルにより、コントラストの低い側が膨らんで見える 3D 遠近法が得られます。色彩のない図地効果では、結果として図は平坦に見えます (3D には見えません)。色彩が欠けているのは、2つの色の線が混ざり合って、2つの色の間のコントラストが十分でないことが原因である可能性が高い。^[12]

上記の色彩と図形効果は、脳内で並行して起こるプロセスから生まれます。2 つの段階は、特徴処理段階と平行境界処理段階です。特徴処理段階では、線の周囲の領域で線の間に小さな相互作用が生じ、色の広がりが生じます。平行境界処理段階では、刺激の幾何学的構造を水彩画の錯覚の色の広がりに組織化します。ただし、刺激の幾何学的構造を縮小すると水彩画の錯覚の外観と強度が変化するため、神経メカニズムはより複雑です。

Pinna と Grossberg によれば、FAÇADE モデルは水彩画錯視を見たときに起こる脳の活動をより良くモデル化します。FAÇADE モデルは、境界輪郭システム (BCS) と特徴輪郭システム (FCS) が並行して機能することを示しています。BCS は境界のグループ化を行い、FCS は表面の塗りつぶしを行います。これらの 2 つのプロセスは、V1 (一次視覚野) から V4 (V2 から V4 は 3 つの線条体外視覚野領域) の領域内で発生します。FAÇADE モデルは、エッジ同士のコントラストが低い場合に弱まります。

水彩画の錯視刺激を見たときに起こる脳の神経プロセスの別のモデルは、LAMINART モデルです。このモデルは、刺激が皮質領域 V1 と V2 の層 6 と層 4 で処理されることを示しています。LAMINART モデルは、境界が弱められたときに起こる空間競合 (例: 点線) をより適切に説明します。また、LAMINART モデルは、刺激のコントラストが低い場合、錯視の視覚化を完全には減らしません。^[11]

水彩画の錯覚の応用は、人間の視覚システムの限界をうまく利用しています。水彩画の効果は、錯覚が発する効果を生み出したいアーティストやイラストレーターが使用できます。色の明るい色合いを作りたい場合、この効果を利用すれば、オブジェクトが塗りつぶされているように見せるために色を使用する必要はありません。もう 1 つの応用は、コンピューター グラフィックスのレンダリングです。特定の色合いまたは明るい色で小さなスペースを塗りつぶしたい場合、水彩画の錯覚を適用して、レンダリング時間と使用する色の量を削減できます。

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• http://www.michaelbach.de/ot/col-watercolor/index.html
• 水彩画錯視の発見者、Baingio Pinna による査読済みの百科事典記事は、Scholarpediaでご覧いただけます: http://www.scholarpedia.org/article/Watercolor_illusion