Ilusão de óptica

A ilusão da sombra do verificador. Embora o quadrado A apareça uma sombra mais escura de cinza do que o quadrado B, na imagem os dois têm exatamente a mesma luminância.

Desenhar uma barra de conexão entre os dois quadrados quebra a ilusão e mostra que eles são a mesma sombra.

Na percepção visual, uma ilusão de ótica (também chamada de ilusão visual) é uma ilusão causada pelo sistema visual e caracterizada por uma percepção visual que pode parecer diferente da realidade. As ilusões vêm em uma ampla variedade; a sua categorização é difícil porque a causa subjacente muitas vezes não é clara, mas uma classificação proposta por Richard Gregory é útil como orientação. De acordo com isso, existem três classes principais: ilusões físicas, fisiológicas e cognitivas, e em cada classe existem quatro tipos: Ambiguidades, distorções, paradoxos e ficções. Um exemplo clássico de distorção física seria a aparente flexão de uma vara meio imersa em água; um exemplo de paradoxo fisiológico é o efeito posterior do movimento (onde, apesar do movimento, a posição permanece inalterada). Um exemplo de ficção fisiológica é uma pós-imagem. Três distorções cognitivas típicas são a ilusão de Ponzo, Poggendorff e Müller-Lyer. As ilusões físicas são causadas pelo ambiente físico, por ex. pelas propriedades ópticas da água. Ilusões fisiológicas surgem no olho ou na via visual, por ex. dos efeitos da estimulação excessiva de um tipo específico de receptor. As ilusões visuais cognitivas são o resultado de inferências inconscientes e são talvez as mais conhecidas.

As ilusões visuais patológicas surgem de alterações patológicas nos mecanismos fisiológicos de percepção visual que causam os tipos de ilusões acima mencionados; eles são discutidos, por ex. sob alucinações visuais.

As ilusões ópticas, bem como as ilusões multissensoriais que envolvem a percepção visual, também podem ser utilizadas no monitoramento e reabilitação de alguns distúrbios psicológicos, incluindo a síndrome do membro fantasma e a esquizofrenia.

Ilusões visuais físicas

Um fenômeno familiar e exemplo de ilusão visual física é quando as montanhas parecem estar muito mais próximas do que realmente estão em tempo claro e com baixa umidade (Foehn). Isso ocorre porque a neblina é uma dica para a percepção de profundidade, sinalizando a distância de objetos distantes (perspectiva aérea).

O exemplo clássico de ilusão física é quando um bastão meio imerso em água parece torto. Este fenômeno foi discutido por Ptolomeu (c. 150) e era frequentemente um exemplo prototípico de uma ilusão.

Ilusões visuais fisiológicas

Presume-se que ilusões fisiológicas, como imagens residuais após luzes brilhantes ou estímulos adaptativos de padrões alternados excessivamente mais longos (efeito posterior perceptivo contingente), são os efeitos nos olhos ou no cérebro de estimulação excessiva ou interação com estímulos contextuais ou concorrentes de um tipo específico - brilho, cor, posição, bloco, tamanho, movimento, etc. A teoria é que um estímulo segue seu caminho neural individual dedicado nos estágios iniciais do processamento visual e aquela atividade intensa ou repetitiva nessa ou interação com ativo adjacente canais causa um desequilíbrio fisiológico que altera a percepção.

A ilusão da grade de Hermann e as bandas de Mach são duas ilusões que são frequentemente explicadas usando uma abordagem biológica. A inibição lateral, onde nos campos receptivos da retina os sinais receptores de áreas claras e escuras competem entre si, tem sido usada para explicar por que vemos bandas de brilho aumentado na borda de uma diferença de cor ao visualizar bandas Mach. Uma vez que um receptor está ativo, ele inibe os receptores adjacentes. Essa inibição cria contraste, destacando bordas. Na ilusão da grade de Hermann, as manchas cinzentas que aparecem nas interseções em locais periféricos são frequentemente explicadas como ocorrendo devido à inibição lateral pelo entorno em campos receptivos maiores. No entanto, a inibição lateral como explicação da ilusão da grade de Hermann foi refutada. Abordagens empíricas mais recentes às ilusões de ótica tiveram algum sucesso na explicação de fenômenos ópticos com os quais as teorias baseadas na inibição lateral têm lutado.

Ilusões cognitivas

Supõe-se que as ilusões cognitivas surgem da interação com suposições sobre o mundo, levando a “inferências inconscientes”, uma ideia sugerida pela primeira vez no século XIX pelo físico e médico alemão Hermann Helmholtz. As ilusões cognitivas são comumente divididas em ilusões ambíguas, ilusões distorcidas, ilusões de paradoxo ou ilusões de ficção.

• Ilusões ambíguas são imagens ou objetos que elicit um "switch" perceptual entre as interpretações alternativas. O cubo de pescoço é um exemplo bem conhecido; outras instâncias são o vaso de Rubin e o "squircle", baseado na ilusão ambígua do cilindro de Kokichi Sugihara.
• Distorção ou ilusões geométricas-ópticas são caracterizados por distorções de tamanho, comprimento, posição ou curvatura. Um exemplo impressionante é a ilusão da parede do Café. Outros exemplos são a famosa ilusão Müller-Lyer e a ilusão Ponzo.
• Ilusões paradoxas (ou ilusões de objetos impossíveis) são gerados por objetos paradoxais ou impossíveis, como o triângulo Penrose ou escada impossível visto, por exemplo, em M. C. Escher's Ascendente e Descendente e Cachoeira. O triângulo é uma ilusão dependente de um mal-entendido cognitivo que as bordas adjacentes devem unir-se.
• Fições são quando uma figura é percebida embora não esteja no estímulo, como no triângulo Kanizsa, usando contornos ilusórios.

Explicação das ilusões cognitivas

Organização perceptiva

Para dar sentido ao mundo é necessário organizar as sensações recebidas em informações que sejam significativas. Os psicólogos da Gestalt acreditam que uma maneira de fazer isso é percebendo os estímulos sensoriais individuais como um todo significativo. A organização da Gestalt pode ser usada para explicar muitas ilusões, incluindo a ilusão coelho-pato, onde a imagem como um todo alterna entre ser um pato e depois ser um coelho e por que na ilusão figura-fundo a figura e o fundo são reversíveis.

Além disso, a teoria da gestalt pode ser usada para explicar os contornos ilusórios do triângulo de Kanizsa. Um triângulo branco flutuante, que não existe, é visto. O cérebro tem necessidade de ver objetos simples e familiares e tende a criar um “todo”. imagem a partir de elementos individuais. Gestalt significa "forma" ou "forma" em alemão. No entanto, outra explicação do triângulo de Kanizsa baseia-se na psicologia evolucionista e no fato de que, para sobreviver, era importante ver a forma e os limites. O uso da organização perceptual para criar significado a partir de estímulos é o princípio por trás de outras ilusões bem conhecidas, incluindo objetos impossíveis. O cérebro dá sentido às formas e aos símbolos, juntando-os como um quebra-cabeça, formulando aquilo que não existe em aquilo que é verossímil.

Os princípios da percepção da Gestalt governam a forma como diferentes objetos são agrupados. A boa forma é onde o sistema perceptivo tenta preencher as lacunas para ver objetos simples em vez de objetos complexos. Continuidade é onde o sistema perceptivo tenta eliminar a ambiguidade de quais segmentos se encaixam em linhas contínuas. A proximidade é onde os objetos que estão próximos estão associados. Similaridade é onde objetos semelhantes são vistos como associados. Alguns desses elementos foram incorporados com sucesso em modelos quantitativos envolvendo estimativa ótima ou inferência Bayesiana.

A teoria da ancoragem dupla, uma teoria popular, mas recente, de ilusões de luminosidade, afirma que qualquer região pertence a uma ou mais estruturas, criadas por princípios de agrupamento gestalt, e dentro de cada quadro é ancorado independentemente tanto à luminância mais alta quanto ao ambiente circundante. luminância. A luminosidade de um spot é determinada pela média dos valores calculados em cada quadro.

Percepção de profundidade e movimento

As ilusões podem ser baseadas na capacidade de um indivíduo de ver em três dimensões, mesmo que a imagem que atinge a retina seja apenas bidimensional. A ilusão Ponzo é um exemplo de ilusão que usa sinais monoculares de percepção de profundidade para enganar o olho. Mas mesmo com imagens bidimensionais, o cérebro exagera as distâncias verticais quando comparadas com as distâncias horizontais, como na ilusão vertical-horizontal onde as duas linhas têm exactamente o mesmo comprimento.

Na ilusão Ponzo, as linhas paralelas convergentes dizem ao cérebro que a imagem mais alta no campo visual está mais distante, portanto, o cérebro percebe a imagem como maior, embora as duas imagens que atingem a retina sejam do mesmo tamanho. A ilusão de ótica vista em um diorama/perspectiva falsa também explora suposições baseadas em pistas monoculares de percepção de profundidade. O M.C. A pintura de Escher Cachoeira explora regras de profundidade e proximidade e nossa compreensão do mundo físico para criar uma ilusão. Assim como a percepção de profundidade, a percepção de movimento é responsável por uma série de ilusões sensoriais. A animação cinematográfica baseia-se na ilusão de que o cérebro percebe uma série de imagens ligeiramente variadas produzidas em rápida sucessão como uma imagem em movimento. Da mesma forma, quando estamos em movimento, como faríamos se andássemos num veículo, os objetos circundantes estáveis podem parecer mover-se. Também podemos perceber que um objeto grande, como um avião, se move mais lentamente do que objetos menores, como um carro, embora o objeto maior esteja, na verdade, se movendo mais rápido. O fenômeno phi é mais um exemplo de como o cérebro percebe o movimento, que é mais frequentemente criado por luzes piscando em estreita sucessão.

A ambigüidade da direção do movimento devido à falta de referências visuais de profundidade é mostrada na ilusão da dançarina giratória. A dançarina giratória parece estar se movendo no sentido horário ou anti-horário, dependendo da atividade espontânea do cérebro, onde a percepção é subjetiva. Estudos recentes mostram na fMRI que existem flutuações espontâneas na atividade cortical enquanto se observa esta ilusão, particularmente no lobo parietal porque está envolvido na percepção do movimento.

Constâncias de cor e brilho

Constâncias perceptivas são fontes de ilusões. A constância da cor e a constância do brilho são responsáveis pelo fato de que um objeto familiar terá a mesma cor, independentemente da quantidade de luz ou da cor da luz refletida nele. Uma ilusão de diferença de cor ou luminosidade pode ser criada quando a luminosidade ou cor da área ao redor de um objeto desconhecido é alterada. A luminosidade do objeto parecerá mais brilhante contra um campo preto (que reflete menos luz) do que contra um campo branco, mesmo que a luminosidade do objeto em si não tenha mudado. Da mesma forma, o olho compensará o contraste da cor dependendo da tonalidade da cor da área circundante.

Além dos princípios de percepção da Gestalt, as ilusões em aquarela contribuem para a formação de ilusões de ótica. As ilusões de aquarela consistem em efeitos de buraco de objeto e coloração. Os efeitos de buraco de objeto ocorrem quando os limites são proeminentes onde há uma figura e um fundo com um buraco de aparência volumétrica 3D. A coloração consiste na assimilação da cor que irradia de uma borda fina e colorida que reveste um contorno cromático mais escuro. A ilusão da aquarela descreve como a mente humana percebe a totalidade de um objeto, como o processamento de cima para baixo. Assim, fatores contextuais influenciam a percepção do brilho de um objeto.

Objeto

Assim como percebe constâncias de cor e brilho, o cérebro tem a capacidade de compreender objetos familiares como tendo uma forma ou tamanho consistente. Por exemplo, uma porta é percebida como um retângulo, independentemente de como a imagem pode mudar na retina à medida que a porta é aberta e fechada. Objetos desconhecidos, entretanto, nem sempre seguem as regras de constância de forma e podem mudar quando a perspectiva é alterada. A ilusão das tabelas de Shepard é um exemplo de ilusão baseada em distorções na constância da forma.

Percepção futura

O pesquisador Mark Changizi, do Rensselaer Polytechnic Institute, em Nova York, tem uma visão mais imaginativa sobre as ilusões de ótica, dizendo que elas se devem a um atraso neural que a maioria dos humanos experimenta enquanto estão acordados. Quando a luz atinge a retina, cerca de um décimo de segundo se passa antes que o cérebro traduza o sinal em uma percepção visual do mundo. Os cientistas sabem do atraso, mas têm debatido como os humanos compensam, com alguns propondo que o nosso sistema motor de alguma forma modifica os nossos movimentos para compensar o atraso.

Changizi afirma que o sistema visual humano evoluiu para compensar atrasos neurais, gerando imagens do que ocorrerá um décimo de segundo no futuro. Essa previsão permite que os humanos reajam aos eventos do presente, permitindo que os humanos realizem atos reflexivos, como pegar uma bola voadora e manobrar suavemente no meio de uma multidão. Numa entrevista à ABC, Changizi disse: “As ilusões ocorrem quando os nossos cérebros tentam perceber o futuro e essas percepções não correspondem à realidade”. Por exemplo, uma ilusão chamada ilusão de Hering se parece com raios de bicicleta em torno de um ponto central, com linhas verticais em ambos os lados desse ponto central, chamado de ponto de fuga. A ilusão nos leva a pensar que estamos olhando para uma imagem em perspectiva e, assim, de acordo com Changizi, ativa nossas habilidades de visão do futuro. Como não estamos realmente nos movendo e a figura é estática, interpretamos erroneamente as linhas retas como curvas. Changizi disse:

A evolução tem visto que desenhos geométricos como este elicit em nós premonições do futuro próximo. As linhas convergentes para um ponto de fuga (os spokes) são pistas que enganam nossos cérebros em pensar que estamos avançando - como gostaríamos no mundo real, onde o quadro da porta (um par de linhas verticais) parece se curvar enquanto avançamos - e tentamos perceber o que o mundo vai parecer no próximo instante.

Ilusões visuais patológicas (distorções)

Uma ilusão visual patológica é uma distorção de um estímulo externo real e geralmente é difusa e persistente. Ilusões visuais patológicas geralmente ocorrem em todo o campo visual, sugerindo excitabilidade global ou alterações de sensibilidade. Alternativamente, a alucinação visual é a percepção de um estímulo visual externo onde não existe. As alucinações visuais geralmente resultam de disfunção focal e geralmente são transitórias.

Os tipos de ilusões visuais incluem oscilopsia, halos ao redor de objetos, palinopsia ilusória (rastro visual, listras claras, pós-imagens indistintas prolongadas), acinetopsia, neve visual, micropsia, macropsia, teleopsia, pelopsia, metamorfopsia, discromatopsia, brilho intenso, campo azul fenômeno entóptico e árvores purkinje.

Esses sintomas podem indicar um estado de doença subjacente e exigir a consulta de um médico. As etiologias associadas a ilusões visuais patológicas incluem vários tipos de doenças oculares, enxaquecas, distúrbio de percepção persistente de alucinógenos, traumatismo cranioencefálico e medicamentos prescritos. Se uma avaliação médica não revelar uma causa para as ilusões visuais patológicas, os distúrbios visuais idiopáticos podem ser análogos ao estado alterado de excitabilidade observado na aura visual sem enxaqueca. Se as ilusões visuais forem difusas e persistentes, muitas vezes afetam a qualidade de vida do paciente. Estes sintomas são frequentemente refratários ao tratamento e podem ser causados por qualquer uma das etiologias acima mencionadas, mas são frequentemente idiopáticos. Não existe um tratamento padrão para esses distúrbios visuais.

Conexões com distúrbios psicológicos

A ilusão da mão de borracha (RHI)

A ilusão da mão de borracha (RHI), uma ilusão multissensorial que envolve tanto a percepção visual quanto o tato, tem sido usada para estudar como a síndrome do membro fantasma afeta os amputados ao longo do tempo. Na verdade, os amputados com a síndrome responderam ao RHI mais fortemente do que os controles, um efeito que foi frequentemente consistente tanto para os lados do braço intacto quanto para o braço amputado. No entanto, em alguns estudos, os amputados tiveram, na verdade, respostas mais fortes ao RHI no braço intacto, e os amputados mais recentes responderam melhor à ilusão do que os amputados que não tinham um braço há anos ou mais. Os investigadores acreditam que este é um sinal de que o esquema corporal, ou a percepção que um indivíduo tem do seu próprio corpo e das suas partes, se adapta progressivamente ao estado pós-amputação. Essencialmente, os amputados estavam aprendendo a não responder mais às sensações próximas ao que antes era seu braço. Como resultado, muitos sugeriram o uso do RHI como uma ferramenta para monitorar o progresso de um amputado na redução das sensações do membro fantasma e no ajuste ao novo estado do seu corpo.

Outras pesquisas utilizaram RHI na reabilitação de amputados com membros protéticos. Após exposição prolongada ao RHI, os amputados gradualmente deixaram de sentir uma dissociação entre a prótese (que lembrava a mão de borracha) e o resto do corpo. Acreditava-se que isso acontecia porque eles se adaptaram a responder e mover um membro que não parecia tão conectado ao resto do corpo ou aos sentidos.

O RHI também pode ser usado para diagnosticar certos distúrbios relacionados à propriocepção prejudicada ou ao sentido do tato prejudicado em não amputados.

Ilusões e esquizofrenia

A esquizofrenia, um transtorno mental frequentemente marcado por alucinações, também diminui a capacidade de uma pessoa de perceber ilusões de ótica de alto nível. Isso ocorre porque a esquizofrenia prejudica a capacidade de realizar o processamento de cima para baixo e uma integração de nível superior de informações visuais além do córtex visual primário, V1. Compreender como isso ocorre especificamente no cérebro pode ajudar a compreender como as distorções visuais, além das alucinações imaginárias, afetam os pacientes esquizofrênicos. Além disso, avaliar as diferenças entre como os pacientes esquizofrênicos e os indivíduos não afetados veem as ilusões pode permitir aos pesquisadores identificar melhor onde ilusões específicas são processadas nos fluxos visuais.

Um estudo com pacientes esquizofrênicos descobriu que era extremamente improvável que eles fossem enganados por uma ilusão de ótica tridimensional, a ilusão da face oca, ao contrário dos voluntários neurotípicos. Com base em dados de fMRI, os investigadores concluíram que isto resultou de uma desconexão entre os seus sistemas de processamento ascendente de sinais visuais e interpretações descendentes desses sinais no córtex parietal. Em outro estudo sobre a ilusão de cegueira induzida por movimento (MIB) (foto à direita), pacientes esquizofrênicos continuaram a perceber alvos visuais estacionários mesmo quando observavam estímulos de movimento que distraíam, ao contrário dos controles neurotípicos, que experimentaram cegueira induzida por movimento. Os sujeitos esquizofrênicos demonstraram organização cognitiva prejudicada, o que significa que eram menos capazes de coordenar o processamento de sinais de movimento e sinais de imagem estacionária.

Na arte

Artistas que trabalharam com ilusões de ótica incluem M. C. Escher, Bridget Riley, Salvador Dalí, Giuseppe Arcimboldo, Patrick Bokanowski, Marcel Duchamp, Jasper Johns, Oscar Reutersvärd, Victor Vasarely e Charles Allan Gilbert. Artistas contemporâneos que experimentaram ilusões incluem Jonty Hurwitz, Sandro del Prete, Octavio Ocampo, Dick Termes, Shigeo Fukuda, Patrick Hughes, István Orosz, Rob Gonsalves, Gianni A. Sarcone, Ben Heine e Akiyoshi Kitaoka. A ilusão de ótica também é usada no cinema pela técnica da perspectiva forçada.

Op art é um estilo de arte que usa ilusões de ótica para criar uma impressão de movimento ou imagens e padrões ocultos. Trompe-l'œil usa imagens realistas para criar a ilusão de ótica de que os objetos representados existem em três dimensões.

Atracções turísticas que empregam arte ilusória em grande escala, permitindo aos visitantes fotografarem-se em cenas fantásticas, foram inauguradas em vários países asiáticos, como o Museu Trickeye e o Museu 3D de Hong Kong.

Hipótese dos processos cognitivos

A hipótese afirma que as ilusões visuais ocorrem porque o circuito neural em nosso sistema visual evolui, por aprendizagem neural, para um sistema que faz interpretações muito eficientes de cenas 3D usuais com base no surgimento de modelos simplificados em nosso cérebro que aceleram o processo de interpretação, mas dão origem a ilusões de ótica em situações incomuns. Nesse sentido, a hipótese dos processos cognitivos pode ser considerada uma estrutura para a compreensão das ilusões de ótica como a assinatura da estatística empírica pela qual a visão evoluiu para resolver o problema inverso.

Pesquisas indicam que as capacidades de visão 3D surgem e são aprendidas em conjunto com o planejamento dos movimentos. Ou seja, à medida que os sinais de profundidade são melhor percebidos, os indivíduos podem desenvolver padrões mais eficientes de movimento e interação dentro do ambiente 3D ao seu redor. Após um longo processo de aprendizagem, surge uma representação interna do mundo bem ajustada aos dados percebidos provenientes de objetos mais próximos. A representação de objetos distantes próximos ao horizonte é menos "adequada". Na verdade, não é só a Lua que parece maior quando a percebemos perto do horizonte. Numa fotografia de uma cena distante, todos os objetos distantes são percebidos como menores do que quando os observamos diretamente com a nossa visão.

Galeria

• Motion aftereffect: este vídeo produz uma ilusão de distorção quando o espectador olha para longe depois de vê-lo.

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  Ilusão de Ebbinghaus: o círculo laranja à esquerda parece menor do que isso à direita, mas eles são de fato o mesmo tamanho.

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  Ilusão da parede do café: as linhas horizontais paralelas nesta imagem aparecem inclinadas.

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  Versão do verificador: os quadrados do verificador diagonal nos pontos de grade maiores fazem a grade parecer distorcida.

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  Versão do verificador com simetria central horizontal e vertical

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  Perseguidor de lilás: se o espectador se concentra na cruz preta no centro, a localização do ponto desaparecendo parece verde.

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  Ilusão de movimento: cores contrastantes criam a ilusão de movimento.

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  Ilusão aquarela: a borda amarela e azul desta forma cria a ilusão do objeto sendo amarelo pálido em vez de branco

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  Filtro ciano subjetivo, à esquerda: filtro quadrado ciano subjetivamente construído acima dos círculos azuis, direito: pequenos círculos ciano inibim a construção do filtro

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  O efeito de interligação ilusório de Pinna e a ilusão de Pinna (scholarpedia). (A imagem mostra quadrados em espiral, embora eles são dispostos em círculos concêntricos.)

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  Disco de ilusão óptica que é spun exibindo a ilusão de movimento de um homem se curvando e uma mulher curtsying uns aos outros em um círculo na borda exterior do disco, 1833

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  Uma imagem híbrida construída a partir de componentes de baixa frequência de uma fotografia de Marilyn Monroe (início esquerdo) e componentes de alta frequência de uma fotografia de Albert Einstein (início direito). A imagem de Einstein é mais clara na imagem completa.

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  Um mosaico geométrico romano antigo. A textura cúbica induz uma ilusão óptica semelhante ao pescoço.

• Um conjunto de discos de fiação coloridos que criam ilusão. Os discos parecem mover-se para trás e para a frente em diferentes regiões.

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  Ilusão Pinna-Brelstaff: os dois círculos parecem mover-se quando a cabeça do espectador está se movendo para a frente e para trás enquanto olha para o ponto preto.

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  A Dançarina Spinning parece mover-se no sentido horário e no sentido anti-horário

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  Perspectiva forçada: o homem é feito para parecer estar apoiando a Torre Inclinada de Pisa no fundo.

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  Ilusão de grade Scintillating: Os pontos escuros parecem aparecer e desaparecer rapidamente em interseções aleatórias, daí a etiqueta "cintilante".

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  As salas de construção onde a mobília é anexada ao teto fazem com que pareça que os dois homens estão de cabeça para baixo.