ОПТИЧЕСКИЕ ИЛЛЮЗИИ И ПРИЕМЫ ИХ КОРРЕКЦИИ В АРХИТЕКТУРЕ

Исследователи памятников архитектуры отмечают, что еще древним зодчим было известно, что некоторые геометрические построения плана или фасада в натуре воспринимаются глазами «неверно», с определенными искажениями. Поэтому они заранее привносили в свои работы приемы архитектурно-планировочных корректив, с тем чтобы изменить визуальные впечатления, расставить требуемые акценты для формирования выразительного образного строя, ожидаемых эмоциональных переживаний. Эти знания, имеющие характер эмпирических наблюдений, закреплялись в практике строительства и, базируясь на интуитивных впечатлениях, влияли на процесс проектирования. Несмотря на изменения современного заказа проектирования и характера объектов наблюдения, накопленные за длительный период развития архитектуры, не потеряли своей значимости, но так и не получили научного статуса. Каждый раз использование или отсутствие визуальных корректив зависит от персонального умения и мастерства архитектора. В то же самое время закономерности подобных корректив объективно присутствуют, но с трудом поддаются формализации.

Попытки обобщить способы корректировки впечатлений можно встретить в работах Огюста Шуази, который еще в конце XIX века анализировал их в творчестве древних египтян и греков.

Так, египетские зодчие для того, чтобы обелиски неправильной высоты воспринимались одинаковыми, выдвигали меньший на передний план. Впечатление глубины храма усиливалось по мере удаления колонн путем их постепенного уменьшения, для чего использовался прием подъема почвы. Египтянам был известен обман зрения, возникающий при восприятии длинной горизонтальной линии. Эта оптическая иллюзия была известна и грекам, так в Древней Греции с зрительным провисанием посередине длинной линии архитрава боролись, придавая архитраву изгиб в направлении, противоположном кажущемуся прогибу.

У греческих мастеров существовали известные способы оптических корректировок. Так, обычно увеличивали высоту частей здания, рассматриваемых снизу, и поэтому уменьшенных перспективой. В надписи, выгравированной на одной из ант храма в Приене, высота букв изменяется от строки к строке. Для зрителя, находящегося в точке 0, отсекаемая высота угла каждой строки выравнивается, буквы увеличиваются по мере удаления от наблюдателя, давая впечатление букв одинаковой высоты (рис. 139).

Оптический обман деформаций, возникающих у зрителя, стоящего у подножия здания, пропорционален размерам последнего: стволы колонн утончаются, антаблемент кажется более узким, а косяки дверей преувеличенно наклонными. Эти искажения корректировались нарочитым увеличением тех элементов, размеры которых уменьшает перспектива, и сокращением тех, которые она увеличивает: слегка утолщались части антаблемента, что сдерживало наклон дверных косяков, и т.п. В скульптуре фронтона Парфенона, снятого со своего места, пропорции оказались преднамеренно искаженными с учетом действия перспективы, т.е. в расчет принимались предполагаемые точки зрения, и скульптура создавалась именно для того места, которое она должна была занимать. В портиках с двойным рядом колон колонны второго ряда делались обычно более тонкими, чем стоящие впереди. Таким образом они казались одинаковых размеров с передними, но более отдаленными от них, чем это было на самом деле, что создавало впечатление большей глубины. Колонны Парфенона отличаются друг от друга как высотой, так и диаметром. Стремясь исправить кажущееся сжатие цилиндра (колонны), стволу колонны придавали некоторую выпуклость, которая называлась энтазисом. Угловую колонну храма, выделяющуюся на фоне неба, по выражению

Витрувия, «поглощенной окружающим светом», в целях корректировки этого явления утолщали. Колонны имели не строго вертикальную ось — им придавали легкий наклон, направленный внутрь здания, т.к. все вертикально поставленные колонны производят впечатление расширяющихся кверху веером, фронтон же делали несколько нависающим вперед. Совершенно ровный пол кажется вдавленным посередине, поэтому полу придавалась легкая выпуклость.

Греческие мастера всегда принимали сложившийся рельеф участка с минимальными поправками, стараясь максимально связать воедино архитектурное произведение с окружающим ландшафтом. Это сохранение рельефа практически исключало создание симметричных композиций ансамблей, обуславливая их живописность. При анализе архитектурных памятников становятся очевидными способы уравновешивания архитектурных масс. Так, в ансамбле Афинского Акрополя правое крыло Пропилеи сокращено таким образом, чтобы храм Ники Аптерос был обрисован на фоне неба. Этот маленький храм стоит не параллельно главной оси композиции — тем самым эта неправильность привлекает к себе внимание, придавая значение зданию столь малых размеров. Парфенон стоит не напротив главного входа, а на самой высокой точке Акрополя под углом к зрителю. Древние греки предпочитали угловые живописные виды, и поэтому восточный фасад Парфенона дополнен рядом ступеней, высеченных прямо в скале и визуально повторяющих изгибы фасада. Был принят во внимание фактор скошенности: две серии кривых, вершины которых не соответствуют одному и тому же углу зрения, создают в перспективе негармоничное впечатление. Во избежание этого и в целях создания оптической симметрии древние греки нарушили симметрию геометрическую (см. рис. 139). Вместо того, чтобы направить вершины кривых лестницы в точку, лежащую на одной вертикальной оси с вершиной кривых линий фасада храма, они переместили их на линию, соединяющую глаз зрителя с вершиной кривых фасада Парфенона. Таким образом для создания визуальной гармонии была предусмотрена оптическая коррекция. Каждый архитектурный мотив, взятый в отдельности, симметричен, а группировка сооружений рассматривается как пейзаж с уравновешенными массами.

Греки стремились к созданию первых благоприятных впечатлений и для целостного восприятия архитектурного ансамбля использовали следующие методы группировки зданий:

• добиваться единства впечатления, подчиняя каждую из последовательных картин пейзажа главному мотиву;

• стремиться к угловым перспективам, прибегая к фронтальным видам только в качестве исключения;

• устанавливать между отдельными массами оптическое равновесие, которое согласовало бы симметрию контуров с многообразием и неожиданностью деталей.

В XX веке вопросы восприятия архитектурных ансамблей, сочетания их элементов, вопросы ритма и раскрытия пространственных перспектив оставались в центре внимания архитекторов. Исследователи объемно-пространственных композиций стремились перевести эмпирические знания об особенностях визуального восприятия в ранг системных исследований этих закономерностей, проводя экспериментальные сравнения восприятия объектов в натуре с их планами и перспективными изображениями.

Знакомство с планами площадей и наблюдение за особенностями их восприятия заострили внимание на недооценке действительной протяженности площадей по отношению к их ширине и соотношению высоты застройки к прилегающим пространствам. Случаи непараллельного или неперпендикулярного расположения частей застройки остаются большей частью незамеченными, хотя при более значительных углах поворота во внутреннюю сторону (5—10°) наоборот — зрительно преувеличиваются. Ю. Короев и М. Федоров объясняют причины возникновения оптических искажений особенностями зрительного восприятия. Чертежи, перспективные изображения и модели всегда содержат известную долю условности. При восприятии здания и его модели с перспективных точек различие также существенно, так как на оценках формы, пропорций и масштаба сказываются разность абсолютных размеров и дистанций наблюдения. Авторы предлагали вести изучение особенностей зрительного восприятия размеров и форм архитектурных сооружений по двум направлениям (рис. 140).

Первое — исследование особенностей восприятия действительных размеров пропорций и форм окружающих предметов. Предполагалось, что эти исследования должны раскрыть закономерную картину восприятия реальных пропорций и соотношений на чертеже и в натуре.

Второе — исследование восприятия перспективных или проекционных отношений, имеющих отношение к задаче усовершенствования методов построения архитектурных перспектив. И если второй вопрос в настоящее время решается с помощью современных средств и возможностей компьютерного проектирования, то именно первый до сих пор остается на уровне формальных обобщений. Поэтому основные исследования были посвящены вопросу о том, как мы видим в реальных условиях фактические размеры, пропорции и формы сооружений, и каким образом на точность наших оценок влияют условия наблюдения.

Практика показывает, что здание в натуре зачастую выглядит иначе, чем в ортогональном чертеже или на перспективе.

Важную роль при восприятии предметов играет проекционное изображение на сетчатке глаза. Как известно, возникновение изображений в глазу по своему принципу аналогично процессу, который мы наблюдаем в фотоаппарате. Хрусталик глаза представляет собой линзу, а сетчатка, на которой проектируются изображения предметов, как бы заменяет фотопленку. Лучи проходят через хрусталик и образуют на поверхности сетчатки проекционное изображение. Процесс восприятия действительной величины усложняется, если предметы расположены на различных расстояниях от зрителя. Чем больше удаление, тем сильнее сокращаются проекционные размеры предметов на сетчатке глаза. В результате крупный предмет может спроецироваться на сетчатку в меньшем размере, чем маленький предмет, расположенный вблизи зрителя. Для восприятия действительных размеров предмета наличие проекционного изображения на сетчатке глаза является необходимым, но не вполне достаточным условием. Чтобы видеть реальную величину, необходим еще один дополнительный компонент — оценка удаления. Оценка удаления (т.е. расстояния до предмета) при восприятии служит своего рода масштабной шкалой. В основе непосредственных оценок удаления лежит весь предшествующий опыт восприятия предметов на различных расстояниях. Физиологическими механизмами восприятия удаления являются мышечные усилия, возникающие при сведении и разведении глаз (конвергенция и дивергенция), и натяжение хрусталика (аккомодация). Особо важную роль при этом играют также различия в характере изображения на сетчатках левого и правого глаза (бинокулярный параллакс), служащие основой объемного стереоскопического видения. В своей повседневной практике человек постоянно и часто бессознательно ставит и решает вопрос о размерах, положении и формах предметов. Но на практике даже наши вполне достоверные знания о величине предметов часто вступают в противоречие с видимыми нами размерами. Так, снежные горы на горизонте кажутся сравнительно незначительными по сравнению с близлежащими скалами или холмами, а если мы смотрим вниз из окон высотного дома, то фигуры людей представляются нам маленькими. Расстояние в 100 м воспринимается зрителем сокращенным до 82—93 м, а в 500 м — до 230—360 м. Если считать, что недооценка размеров пропорциональна недооценке расстояний, то при удалении на 100 м недооценка величины предметов определяется в пределах 7—18 %, а при удалении на 500 м доходит до 28—54 %. Опыты показали, что в среднем недооценка размеров при удалении предмета на 3 м составляет 1%, а на расстояние в 9 м — 1,6 %. Таким образом: чем ближе расположен объект наблюдения, тем точнее непосредственно «на глаз» происходит оце'нка его действительной величины, формы, пропорций; и наоборот, чем он более удален, крупнее по размерам и находится в ракурсе по отношению к зрителю, тем значительнее проявляются недооценки его величины и удаления при зрительном восприятии.

Зритель также до определенной степени нивелирует разность расстояний между дальними объектами, что сближает задние планы. Многоплановость застройки на больших расстояниях начинает приобретать характер панорамы. Отдельные здания вдали, отделенные друг от друга значительными расстояниями по глубине, воспринимаются расположенными на одном расстоянии. Были сделаны выводы о степени недооценки расстояния между зрителем и зданиями, расположенными отдельно или в комплексе. Эта недооценка прогрессивно возрастает по мере их удаления. Так, стометровая дистанция оценивается примерно в 68 м, километровая — как 500 м, а 10 км мы воспринимаем как Зкм. Недооценка величины объекта прогрессивно возрастает по мере увеличения расстояния наблюдения. Недооценка расстояний сказывается и на восприятии реальных пропорций и формы объекта, протяженности фасада здания, при оценке протяженности улицы и площади относительно их

ширины.

Недооценка удаленности определяет ряд существенных различий, выявляющихся при восприятии композиции зданий в проекте и в натуре. Далекие объекты кажутся расположенными ближе к зрителю, улицы и площади сокращенными по длине, различно удаленные здания заднего плана воспринимаются стоящими рядом. Формы отдельных сооружений вследствие недооценки удаленности также могут выглядеть измененными. Острый угол здания, например, с большинства точек воспринимается менее острым. Поворот улицы под тупым углом, напротив, может оказаться более значительным, чем он есть в действительности.

Представления зрителя о форме и пропорциях фасада предопределяются конкретными условиями и особенностями восприятия объекта. На основе последовательного выявления результатов восприятия с наиболее характерных точек с их последующим суммированием для определения средних данных был выявлен нижеследующий характер представления зрителя о форме фасада здания {рис. 141, 142).

Если перед зрителем имеется широкое свободное пространство, например при расположении на площади, с которой осматривается фасад здания, то, соответственно, и общее впечатление зрителя о форме фасада будет приближаться к правильному суждению. Если фасад здания выходит на узкую улицу, то для выявления средних впечатлений, складывающихся при восприятии здания в движении, необходимо воспользоваться по крайней мере четырьмя точками зрения, равномерно расположенными на противоположной стороне улицы. При этом крайние точки следует выбирать таким образом, чтобы угол зрения на фасад был бы не менее 30°.

Изменения впечатлений о форме и пропорциях объектов широко сказываются не только при восприятии фасадов зданий, но и при обозрении различного рода окруженных застройкой пространств — площадей, дворов, улиц, а также значительных по размерам внутренних помещений. Так, при обозрении площадей и улиц их длина недооценивается в значительно большей степени, чем поперечные размеры, а форма открытых пространств приобретает в представлениях зрителя более компактные, сжатые в продольном направлении очертания. В результате прямоугольная, вытянутая в плане площадь может показаться близкой к квадрату, открытое пространство, имеющее овальные очертания, будет напоминать круг, а длина улицы будет казаться сокращенной. Точность зрительных оценок падает вместе с увеличением размеров, расстояний, ракурса, т.е. с ухудшением реальных условий наблюдения.

Сопоставление влияния ракурсов на восприятие горизонтальных и вертикальных размеров объекта показало их количественное отличие. Восприятие вертикальных размеров более точно и близко к действительности, чем горизонтальных. Так, при восприятии фасада на узкой улице недооценка его протяженности более заметна, чем недооценка высоты. Симметричное расположение отдельных зданий на отрезке в 400—500 м оказывается скрытым от глаз зрителя и зачастую не заметно при осмотре.

Ю.В. Короев и М.В. Федоров в результате своих наблюдений сделали вывод о том, что при восприятии в ракурсах выглядят измененными не все пропорции, а лишь некоторая их часть. Наиболее существенным изменениям в пределах угла зрения 40—45° на объект подвергаются лишь соотношения между горизонтальными и вертикальными размерами. По сравнению с ортогональным чертежом фасад здания оказывается как бы «сжатым» в продольном направлении. 7/о несмотря на недооценки протяженности геометрически подобные части и элементы фасада сохраняют свое подобие. Проверка восприятия форм с различных точек зрения говорит не о необходимости использования жесткого канона, а о подвижной, закономерно изменяющейся при восприятии системе пропорций и отношений, не теряющей своей выразительности в различных условиях наблюдения. Основу такой системы должны составлять пропорции и отношения, изменения которых ее не нарушают при восприятии в ракурсах.

В архитектуре пропорции выражают взаимосвязь частей здания между собой и с целым. Пропорции есть непременное условие гармонизации размеров и форм, одно из средств достижения соразмерности в архитектуре, впечатление о пропорциях представляет собой, как правило, обобщенный образ, сложившийся в ходе пространственно-временного знакомства с объектом.

Среди пропорций, сохраняющих свои соотношения, а следовательно воспринимаемых без искажения:

• прямолинейность и параллельность отрезков, прямые углы;

• соотношения между горизонтальными и вертикальными отрезками при углах зрения, не превышающих 40—50°;

• геометрически подобные части фасада при углах зрения до 40—50°.

При углах зрения в 40—45° наиболее существенным изменениям подвергаются лишь соотношения между горизонтальными и вертикальными размерами.

Недооценка размеров крупных объектов находится в прямой зависимости от реальных условий их восприятия. Так, при восприятии ярусных сооружений часто сказывается иллюзия недооценки размеров верхних частей сооружения по сравнению с нижележащими. Подобная недооценка размеров приводит к тому, что меняется и масштабная характеристика крупных архитектурных сооружений, они чаще кажутся измельченными. Чем сильнее укрупняются детали, тем яснее мы чувствуем немасштабность здания на изображении, и тем внушительнее и масштабнее оно может оказаться в натуре. Поэтому степень крупности масштаба рекомендуют устанавливать с учетом наиболее характерных пунктов обозрения.

Интересным направлением исследования является анализ динамического восприятия средовых объектов, оценка перспективных ракурсов и закрытий отдельных частей здания. Смена зрительных впечатлений, наблюдение в процессе движения — одно из условий восприятия архитектурного объекта. Исследователи предлагают разделить точки восприятия на две основные группы: «динамические» и «статические» точки зрения. Первая группа точек соответствует положению движущегося зрителя по направлению к объекту, вторая группа точек — это видовые точки, они соответствуют моменту, когда перед зрителем достаточно неожиданно и на близком расстоянии возникает новое архитектурное сооружение или группа зданий. Эти точки обычно закреплены планировкой улиц и проездов. В каждой группе точек можно выделить свои главные или т.н. «ведущие» точки, в которых впечатление от объекта должно быть наиболее острым и полным. Влияние перспективных ракурсов на оценку объемно-пространственных соотношений должно быть оценено заблаговременно. Зачастую при определенных ракурсах значительные части сооружений оказываются скрытыми; и не смотря на то, что человек, понимая перспективу, учитывает недостающие части здания, недооценка скрытых элементов композиции и соотношения их размеров к композиции в целом остается. Подобные замечания относятся не только к вертикальным элементам, но и фрагментам застройки в горизонтальном направлении. И если закрытия элементов по вертикали носят более закономерный характер, то при горизонтальном направлении они предстают в еще более изменчивых ракурсах и зависят от движения зрителя. Приступая к анализу ожидаемых ракурсов восприятия можно предварительно выделить следующие характерные зоны видимости и «закрытий»: зона «полной видимости», в пределах которой здание будет видно без малейших закрытий; «сектор прямой видимости», по направлению которого основная часть сооружения видна со значительных расстояний; сектор оптимальной видимости; «зона полных закрытий и отсутствия видимости», что можно проверить с помощью перспективных построений. Эксперименты по оценке восприятия зрителями различных высотных зданий показали, что общая высота ярусных сооружений вследствие закрытия верхних ярусов и появления различных ракурсов недооценивается по сравнению с размерами нижнего объема. Такие недооценки проявлялись относительно постоянно даже при нормальных углах зрения на объект в 20—35° с дистанции 200, 100 м, т.е. в тех случаях, когда закрытие вышележащих ярусов было незначительным. Влияние перспективных ракурсов влияет на восприятие реальной формы, а достаточно устойчивые зрительные впечатления выявляются при восприятии пропорций архитектурных сооружений цилиндрической формы. Отношение высоты к диаметру подобных зданий обычно выглядит более стройным вследствие сокращения поперечных размеров цилиндрического объема, т.к. за реальные размеры зритель принимает очертания внешнего видимого контура. Так же видоизменяются пропорции и форма купольных покрытий, их очертания могут восприниматься несколько деформированными, т.к. вершина несколько оседает, весь купол кажется более приземистым, а выступающие вперед части купола несколько закрывают более далекие верхние его части. Отчасти поэтому ему зачастую стараются придать параболическую форму.

Еще одна из традиционных проблем, интересующих архитекторов, — «оптимальное» соотношение высоты застройки и ширины улицы или площади. Восприятие поперечного разреза улицы или площади, изображенных на чертеже, далеко не тождественно тем впечатлениям, которые производят на зрителя эти объекты в натуре. Зрительные оценки величины всегда точнее оценок удаления объектов. Именно это различие и служит определяющим условием переоценок зрительных углов как горизонтальных, так и вертикальных, это происходит потому, что зритель недооценивает величину предмета и одновременно, но в более значительной степени, недооценивает расстояние до предмета. В результате угол зрения на объект представляется зрителю преувеличенным. Так, рельеф местности мы воспринимаем в натуре выраженным более ярко, чем на чертеже или в модели. Пологие склоны, спуски и подъемы всегда выглядят более крутыми, чем они есть в действительности, а заключенное среди зданий пространство как бы сжимается, уменьшаясь в объеме, застройка же воспринимается более высокой. Недооценка удаленности резко сказывается не только на восприятии расстояний между объектами по глубине, но и приводит к зрительным изменениям всей структуры взаимного расположения зданий, к изменениям формы плана, объемно-пространственных соотношений и т.д. Зрительное сокращение протяженности пространств, ограниченных застройкой, будет наблюдаться во всех случаях удлинения пропорций плана нежели при соотношении сторон 1 : 1,5. Степень недооценки протяженности находится в прямой зависимости не только от абсолютных размеров, но и от формы плана. Кроме недооценки реального удаления меняются и представления зрителя о взаимном расположении зданий. При достаточно больших расстояниях дальние планы застройки как бы «приближаются» к зрителю и, кроме того, «сближаются» между собой, что снижает впечатление о многоплановости композиции.

Все вышеназванные закономерности восприятия складываются в сложные картины динамического восприятия натуры и в той или иной степени влияют на восприятие средовых объектов (табл. 37).

Таблица 37. Сравнение закономерностей организации объемов в проекте и в результате натурного восприятия (по М.В. Федорову, Ю.В. Короеву)

Условные обозначения:

О — точка зрения;

L и / — действительная и воспринимаемая длина (удаление);

В и Ь — действительная и воспринимаемая ширина;

Н и h — действительная и воспринимаемая высота;

D и d — действительный и воспринимаемый поперечник объекта;

5 и S' — действительные и воспринимаемые размеры площади;

/ и f — действительная и воспринимаемая величина уклона;

аир — вертикальный и горизонтальный углы зрения