Ảo giác màu sắc và hình dạng

• Susana Martinez-Conde & Stephen L. Macknik

Trăng vàng và trăng xanh

Ở đây chúng ta có hai mặt trăng ngoài vũ trụ. Một màu vàng và một màu xanh. Hay là cả hai màu? Thật ra, cả hai mặt trăng có màu sắc giống hệt nhau, chúng chỉ khác nhau ở màu sắc bao xung quanh thôi. Ảo giác này là sản phẩm của nhà tâm lí học Akiyoshi Kitaoka ở trường Đại học Ritsumeikan, Nhật Bản. Diện mạo của màu sắc chuyển tải mọi thông tin về ngữ cảnh của chúng.

Rex và Fido

Truyện thần thoại kể rằng thành La Mã được thành lập bởi hai anh em song sinh thích chinh chiến, Romulus và Remus. Họ là con của trinh nữ Rhea Silvia, và có cha là Mars, vị thần chiến tranh. Các trinh nữ vốn dĩ không nên mang thai, cho dù cha của bọn trẻ có là thần thánh chăng nữa. Quá xấu hổ trước nỗi nhục gia cảnh, người cha của Rhea đã giết nàng và kết tội hai đứa trẻ mang bỏ ngoài trời. Chó sói Lupa đã tìm thấy bọn trẻ và nuôi dưỡng chúng. Nhưng còn hai hậu duệ của Lupa, Rex và Fido, em trai của hai chàng La Mã hoang dã, trong ảnh trên

thì sao? Cặp song sinh không giống nhau (bên trái) bỗng trở nên giống nhau như đúc khi loại bỏ phông nền (bên phải). Nếu cặp song sinh này mà chào đời trước khi mẹ chúng tìm thấy Romulus và Remus, thì chắc chắn hai chàng La Mã kia sẽ thành chó mất thôi!

Khối Rubik ngớ ngẩn

Khối Rubik là một câu đố hiểm ba chiều trong đó người chơi xoay các mặt chia ô của một hình lập phương cho đến khi mỗi mặt có cả chín ô cùng màu. Nghe có vẻ dễ nhỉ? Nhưng chỉ khi có các điều kiện chiếu sáng ổn định thôi. Như trong ảnh ảo giác ở trên của Beau Lotto và Dale Purves ở trường Đại học Duke, nếu như điều kiện chiếu sáng thay đổi thì khó mà nhận ra màu sắc thích hợp nữa. Mẩu ảo giác có lớp mặt nạ (hai hình bên phải) cho thấy các hình vuông màu lam ở hình thứ nhất và các hình vuông màu vàng ở hình thứ 2 thật ra đều có màu xám thi nhìn dưới ánh sáng trắng. Sự cảm nhận màu sắc không phụ thuộc hoàn toàn vào bước sóng của ánh sáng đi vào võng mạc của bạn; thay vì thế, não bạn gán cho các màu dựa trên điều kiện chiếu sáng và chỉ sử dụng bước sóng làm một chỉ dẫn để xác định xem vật nào đỏ hơn hay lam hơn những vật khác ở chung trong một khung cảnh mà thôi.

Mắt xanh hay mắt xám?

Cô bé hoạt hình Nhật Bản này của Kitaoka trông như cô có một con mắt xanh và một con mắt xám. Thật ra, cả hai con mắt đều được tô màu xám. Con mắt bên phải của cô bé chỉ trông cùng

màu với cái kẹp tóc của cô vì khung cảnh nhuốm sang màu đỏ. Một phần của quá trình cảm nhận màu sắc là ba loại tế bào cảm quang khác nhau trong mắt được sử dụng để phản ứng với ba họ hàng màu sắc chồng lấn nhau: đỏ, lục và lam (chúng được kích thích bởi ánh sáng khả kiến có bước sóng dài, trung bình và ngắn). Những tín hiệu này sau đó được so sánh tức thời với tín hiệu truyền đến từ những vùng lân cận trong cùng khung cảnh. Khi các tín hiệu truyền qua những trung tâm xử lí mỗi lúc một cấp cao hơn bên trong não, chúng tiếp tục được so sánh với những mảng mỗi lúc một lớn hơn của khung cảnh xung quanh. “Quá trình kháng đối” này, như các nhà khoa học gọi như vậy, có nghĩa là màu sắc và độ sáng luôn luôn mang tính tương đối.

Các vòng màu đỏ

Hình vẽ này của Kitaoka chứa một số cấu trúc tròn màu lam-lục. Các vòng màu đỏ đơn thuần là sự sáng tạo của não bạn mà thôi.

Một quá trình gọi là tính bất biến màu làm cho một vật trông y hệt nhau dưới những điều kiện chiếu sáng khác nhau, mặc dù màu sắc của ánh sáng phản xạ từ vật khác nhau về phương diện vật lí. Tính bất biến màu là một quá trình hết sức quan trọng giúp chúng ta nhận ra các vật thể, bạn bè và người thân cả trong ánh sáng yếu ớt của ngọn lửa trong hang động và trong ánh sáng nắng chói chang của vùng hoang mạc.

Vì toàn bộ hình ảnh ở đây được vẽ trong vùng tô màu lam, nên não đã giả định sai lầm rằng hình ảnh được chiếu sáng bởi ánh sáng màu lam, và vòng xám tự nhiên bên trong và các cấu trúc lam do đó phải ngả sang đỏ. Hệ thị giác trừ màu lam “chiếu sáng xung quanh” khỏi các vòng màu xám, và màu xám trừ đi màu lam mang lại màu đỏ nhạt.

Các vòng nhiều màu sắc

Ở đây là một thí dụ khác của cách thức não xác định màu sắc phụ thuộc vào ngữ cảnh. Trong các cấu trúc đồng tâm ở bảng kiểm bên trái, các vòng tròn ở giữa trông hoặc có màu lục, hoặc có màu lam, nhưng chúng đều có cùng màu sắc giống nhau (màu ngọc lam). Các vòng ở giữa trong bảng kiểm bên phải đều có chung màu tô là màu vàng. Không giống như các hình trước, loại ảo giác màu sắc này khó giải thích bằng một quá trình đối lập vì màu sắc biểu kiến của các vòng giống với màu nền hơn là không giống.

Trái tim không kiên định

Tất cả các quả tim trong bảng kiểm này đều cấu thành từ các chấm có cùng màu lục lam, nhưng chúng trông có màu lục nổi trên nền lục, và màu lam nổi trên nền lam. Ảnh trên, do Kitaoka vẽ, dựa trên ảo giác ngục tối phát hiện bởi nhà khoa học thị giác Paola Bressan thuộc trường Đại học Padua ở Italy.

Khối rubik lộn xộn

Chúng ta đã thấy rằng các màu giống nhau có thể trông khác nhau, tùy thuộc vào ngữ cảnh. Ảo giác này cho thấy ngữ cảnh còn có thể làm cho các màu khác nhau trông giống nhau. Hãy kiểm tra các ô màu đỏ phía mặt trên của khối Rubik thứ nhất và thứ hai. Chúng trông ít nhiều có màu giống nhau. Nếu chúng ta che phần còn lại của các ô với màu trắng, thì bạn có thể thấy các ô ở khối bên trái thật ra có màu cam, và các ô phía bên phải có màu tía.

Bốn màu sai lầm

Chúng ta thấy bốn ô vuông màu sắc khác nhau trên phông nền sáng, đúng không? Sai rồi. Màu xám thật ra là sự pha trộn của các ô nhỏ màu lam và màu vàng. Vì các ô quá nhỏ, nên chúng hòa trộn vào nhau và không kích thích các quá trình đối kháng tạo ra sự tương phản. Đây là cách ti vi màu tạo ra các màu khác nhau từ chỉ vài ba ô điểm màu sắc khác nhau (hãy đưa một chiếc kính lúp đến trước ti vi của bạn và tự nhận xét nhé). Các ô màu ngọc lam và lục nhạt thật ra là các ô điểm nhỏ màu lục hòa trộn với các ô điểm nền màu lam (màu ngọc lam), hoặc với

các ô điểm nền màu vàng (màu lục nhạt). Sự hòa trộn các ô điểm màu đỏ với các ô điểm màu vàng hoặc màu lam trong phông nền tạo ra màu cam và màu tía.

Hiệu ứng White

Năm 1979, Michael White đã mô tả một ảo giác làm thay đổi mọi thứ trong khoa học thị giác. Các vạch màu xám ở bên trái trông sáng hơn các vạch màu xám ở bên phải. Thật ra, tất cả các vạch màu xám trên đều giống hệt nhau về phương diện vật lí. Trước khi White phát hiện ra hiệu ứng này, mọi ảo giác độ sáng được cho là kết quả từ các quá trình đối kháng – nghĩa là một vật có màu xám sẽ trông có tối khi bị bao quanh bởi ánh sáng và trông sáng khi bị bao quanh bởi bóng tối. Nhưng trong ảo giác này, các vạch màu xám trông sáng hơn bị bao quanh bởi tác nhân màu trắng, và các vạch màu xám trông tối hơn thì bị bao quanh bởi màu đen. Cơ chế não bộ của hiệu ứng White cho đến nay vẫn chưa được rõ.

Màu sắc lấp lánh

Trong tác phẩm Ánh sáng Ngọc Sapphire của Kitaoka, các chấm màu lam có vẻ lấp lánh khi bạn di chuyển mắt mình xung quanh hình. Nhưng khi bạn tập trung nhìn vào một chấm, thì sự lấp lánh không còn nữa. Màu lam đối với chấm mà bạn đang tập trung nhìn trông như đậm hơn ở những chấm trong vùng lân cận tầm nhìn. Hiệu ứng này là một biến thể dạng màu sắc của ảo giác lưới nhấp nháy phát hiện ra vào năm 1994 bởi Elke Lingelbach thuộc Viện Optometry Aalen ở Đức và các đồng nghiệp của bà, Michael Schrauf, Bernd Lingelbach và Eugene Wist.

Ảo giác của năm

Logo cho Cuộc thi Ảo giác của Năm của tạp chí Scientific American là một kết hợp của hiệu ứng White (cái vò trông có màu sắc khác nhau bên dưới hai màn cửa) và ảo giác vò-mặt người nổi tiếng.

Các xoắn ốc không thật

Những xoắn ốc này, do Kitakao vẽ, là những thí dụ đặc biệt hùng hồn của hiệu ứng White áp dụng cho màu sắc. Các xoắn ốc màu lục và màu kem tạo ra từ các sọc vằn thực ra có màu vàng. Trong hai thí dụ kia, các sọc vằn thật ra là màu đỏ và màu lục lam, chứ không phải màu tía, màu cam, xanh lam và xanh lục.

Màu neon lan tỏa

Màu sắc từ các chữ thập nhỏ dường như lan tỏa lên trên vùng trắng bao quanh mỗi chỗ giao cắt. Hiệu ứng này giống như ánh chói từ đèn neon. Ảo giác này được trình bày bởi Dario Varin thuộc trường đại học Milan ở Italy vào năm 1971 và bởi Harrie van Tuijl thuộc trường đại học Nijmegen ở Hà Lan vài năm sau đó. Cơ chế thần kinh của nó cho đến nay vẫn chưa rõ.

Mạng lưới gối cắm kim lung linh màu

Ở đây, sự lan tỏa màu neon tạo ra một mạng lưới thẳng gồm các tuyến lộ bắc-nam và đông-tây trên bản đồ - nhưng chỉ xuất hiện trong vùng phụ cận tầm nhìn của bạn thôi. Nó biến mất tại bất kì chỗ giao cắt nào mà bạn tập trung nhìn vào.

Tia màu sắc

Trong hình ảo giác màu neon lan tỏa này, màu vàng tỏa ra theo hướng vuông góc với các vạch đen.

Hiệu ứng màu nước

Trong ảo giác này, do nhà khoa học thị giác người Italy, Baingio Pinna vẽ, một đường viền màu cam liền kề với một đường viền màu tía tối hơn tạo nên sắc thái cam khi nhìn từ xa – mặc dù có một lớp sơn nước tô đầy khe trống giữa các đường màu cam. Ở phía đối diện của đường viền màu tím, các vùng phác họa trông có màu trắng.

Những khoảng trống mờ sương

Trong bức ảnh này của Pinnha, hình vuông bên trong dường như có lớp sương tía ở xung quanh các chấm tròn, còn hình vuông bên ngoài trông như chứa đầy ô xanh. Ảo giác gây ra bởi hiệu ứng màu nước.

Ảo giác gợn sóng

Ảo giác màu nước đã truyền cảm hứng cho ảnh ảo giác gợn sóng của nhà khoa học thị giác người Nhật Bản Seiyu Sohmiya. Trong phiên bản này do Kitakao vẽ, phông nền trắng của khung hình dường như bị tô màu nhẹ bởi màu sắc của các gợn sóng.

Thảm Trung Hoa

Màu đỏ nằm phía sau các đường màu xanh trông như đỏ tươi, trong khi cũng màu đỏ ấy nằm phía sau các đường màu vàng thì trông có màu cam. Ảo giác “đồng hóa màu sắc” này cho thấy các màu sắc có thể hòa trộn lẫn nhau trong một số tình huống, thay vì tương phản với nhau.

Thời kì xanh lam của Picasso

Trong thời kì xanh lam của mình, Pablo Picasso vẽ mọi thứ - bao gồm cả bóng đổ và sự nhạt màu dần của ánh sáng mặt trời – dưới sắc thái lam (ảnh trái). Làm thế nào chúng ta có thể nhận ra con người, cát dưới chân và bầu trời xám nếu như chúng đều có màu không thực?

Margaret S. Livingstone ở trường Y khoa Harvard đã chỉ ra rằng mặc dù Picasso sử dụng màu lam, nhưng ông đã thận trọng duy trì các tương quan độ chói – các tương phản trong ánh sáng nền trong khung cảnh. Những tương quan độ chói đó, cái chúng ta dùng để cảm nhận bức ảnh, hiện rõ trong phiên bản xám của bức tranh (ảnh phải).

Tháp màu của Escher

Ở đây, Livingstone cùng người đồng nghiệp Harvard của bà, David H. Hubel, chọn một tác phẩm gỗ của Escher, Tháp Babel (trái), và tô màu xanh nhạt cho những vùng màu trắng (giữa). Bạn vẫn nhìn thấy tòa tháp, vì các tương quan độ chói vẫn giữ nguyên vẹn. Nhưng khi những vùng màu đen bị thay thế bởi một vùng bóng màu lục với cùng độ chói như các vùng màu lam (trước đó là màu trắng), thì đặc điểm ba chiều của bức ảnh bị phá vỡ (phải). Hệ thị giác của chúng ta không thể cảm nhận thể tích, dạng thức và khoảng cách với chỉ duy nhất một thông tin màu. Thông tin độ chói cũng là cái cần thiết.

Gương mặt nhiều màu của Matisse

Một nhóm họa sĩ châu Âu thế kỉ 20, đứng đầu bởi Henri Matisse và André Derain, đã sử dụng các màu sặc sỡ, khác thường trong tranh vẽ của họ nên người ta đặt tên cho những tác phẩm này là les Fauves (“thú hoang dại”). Phong cách này trở nên nổi tiếng với tên gọi trường phái Fauves. Bức chân dung năm 1905 của Mattisse do Derain vẽ mang đặc trưng của phong cách này. Sử dụng một phiên bản xám của một bức tranh giống như vậy, Livingstone chứng minh cho thấy các màu sắc kì lạ phát huy tác dụng vì chúng có độ chói thích hợp.

Phối màu của Picasso

Bức tranh này của Picasso thể hiện sự tô màu bên trong các nét là không cần thiết. Livingstone lưu ý rằng não của chúng ta thường gán cho các màu những hình dạng thích hợp, mặc dù những hình dạng đó được miêu tả hết sức tối thiểu với những nét vẽ rải mỏng.

Hiệu ứng Stroop

Đây là một ảo giác nhận thức liên quan đến các hệ xử lí cú pháp và biểu tượng trong não của bạn. Hãy nhìn vào các từ nối tiếp nhau mà không ngừng hoặc nhìn chậm lại, nhưng thay vì đọc ra từng từ, bạn hãy nói to xem màu của nó là gì. Thật khó phải không nào? Bạn đang trải nghiệm hiệu ứng Stroop, đặt theo tên nhà triết học John Ridley Stroop. Cho dù bạn cố không đọc ra từ nào, bạn vẫn không thể giữ cho nội dung của các từ khỏi mâu thuẫn với màu sắc của nó.

Hiệu ứng McCollough

Do nhà nghiên cứu thị giác Celeste McCollough khám phá ra, ảo giác này chứng tỏ các tương tác giữa sự cảm nhận màu sắc và cảm nhận dạng thức có thể kéo dài đến bất ngờ. Hiệu ứng đòi hỏi phải có sự rèn luyện mới nhận ra. Hãy tự khám phá đi bạn nhé, vì không ai có thể chỉ ra hiệu ứng cho bạn cả, trừ khi chính bạn trông thấy nó! Nhưng nó đáng để bạn thử cố gắng một vài lần!

Nguồn: Scientific American Trần Nghiêm dịch – thuvienvatly.com