La spirale de Fraser

par Jean Marie Champeau 18 Janvier 2021, 09:53 illusion géométrique

L'illusion de la Spirale de Fraser est une illusion d'optique qui a été décrite pour la première fois par le psychologue britannique Sir James Fraser (1863–1936) en 1908. 

L'illusion est également connue sous le nom de fausse spirale, ou par son nom d'origine, l'illusion de corde torsadée. Les segments d'arc noir qui se chevauchent semblent former une spirale.

Cependant, les arcs reposent sur une série de cercles concentriques.

Description de l’illusion

Cercles concentrique sur un fond en spirale semblent se rassemnbler en spirale
Original J.Fraser

 

Laissons la parole à James Fraser lui même :


"Dans la construction des figures circulaires, une zone circulaire est divisée par des lignes radiales en un certain nombre de secteurs égaux (par exemple 48 sur la figure 5)." 

Le dessin des cercles sur le fond noir, blanc et gris

 

"Une série de cercles concentriques est alors décrite à des intervalles tels qu’ils passent aux intersections des lignes en spirale formant des carrés déformés.

Les deux ensembles de diagonales des carrés déformés sont les segments des cercles d'origine, et ces éléments, noirs sur les carrés blancs et blancs sur les carrés noirs constituent les « unités de direction». 

Les «unités de direction» portent toutes la même relation en taille avec les carrés déformés sur lesquels elles reposent, de sorte que dans la figure terminée, les segments des cercles sont similaires mais diminuent de taille par progression géométrique sur le cercle inférieur. Les éléments d’un même cercle étant de tailles égales.

Ainsi un arrière-plan en damier est composé d'une double série de larges bandes spirales sombres et claires fonctionnant dans des sens contraires, et formée par l'union visuelle des carrés noirs et blancs avec les carrés gris." 

Preuve

preuve que ce sont bien des cercles

Si l’on suit l’une des courbes, on constate bien que ce sont des cercles concentriques. 
 

Explication de l’illusion

Fraser a appelé les segments de cercles alternativement blancs et noirs, des «unités de direction» qui pourraient donner l'impression que les lignes s'inclinent dans un sens ou dans l'autre. 
Les «unités de direction» peuvent également faire apparaître une collection de cercles sous forme de spirale. 

La distorsion visuelle est produite en combinant un motif de lignes régulières (les cercles) avec des parties mal alignées (les brins de couleurs différentes). L'illusion de Zöllner et l'illusion du mur de café sont basées sur un principe similaire, comme beaucoup d'autres effets visuels, dans lesquels une séquence d'éléments inclinés amène l'œil à percevoir des torsions et des déviations fantômes.

L'illusion est augmentée par les composants en spirale dans le fond quadrillé. C'est une illusion purement cognitive. C’est le cerveau qui « estime » la forme globale qu’on lui présente en se laissant entraîner dans la direction que lui suggèrent les brins noirs qui semblent plonger vers le centre du dessin.

On constatera que dans l’article original de 1908 de James Fraser, il est fait mention d’autres illusions, linéaires celles ci, dont certaines rappellent d’autres illusions :

Les lignes parallèles semblent se cintrer

Sa figure 13 qui rappelle l’illusion de Hering.

les lignes parallèles semblent se rapprocher

Sa figure 14 qui rappelle l’illusion de Wundt

Ma proposition d’explication

Si les ressorts de ce type d’illusion sont maintenant bien maîtrisés, il semble que l’on ne sache pas encore quels sont les mécanismes mis en oeuvre dans le système visuels pour aboutir à cet effet.   

Comme je l’indique dans la plupart des illusions géométriques mettant en jeu des « directions », je pense que le système visuel fait, comme pour les couleurs, une moyenne des directions entre la droite principale et l’orientation des « hachures ».

En effet, nous avons vu que, concernant les couleurs, dans l’illusion des spirales bleues et vertes expliquée par les « damiers de De Valois », De Valois a prouvé que le cerveau fait une moyenne des teintes.

Ainsi, il est logique que le système visuel adopte la même stratégie pour différents aspects d’une scène visuelle quand il y a juxtaposition d’éléments contrastés et décalés.

Cette explication me semble valable tant pour l’illusion de Hering que celle de Zollner, et donc maintenant pour la Spirale de Fraser. où en l’occurrence ici, il poursuit la direction qu’on lui suggère.

    - Pour les couleurs, Il fait une moyenne des teintes, (prouvé par De Valois

    - Pour les directions, il ferait une moyenne des directions. Il construit sa compréhension à partir des signaux qu’on lui suggère, pour peu que cette « impression » soit logique dans le contexte.    

Variantes

De nombreux artistes et scientifiques ont utilisé le principe de la Spirale de Fraser pour l’optimiser de leur point de vue.  Ainsi,  en 2009, Akiyoshi Kitaoka a combiné le principe de la spirale avec l’effet observé dans l’illusion du mur du café en y mettant un peu de couleur.

cercles en damier bleu sur fond en spirale noire et blanche semblent se terminer en spirale

"Water spirals" Copyright Akiyoshi Kitaoka 2009 (March 3)

Des cercles concentriques dessinés selon le même principe.

deux cercles concentriques dessinés en torsade blanche et noire

"Ropes" Copyright Akiyoshi Kitaoka 2007 (August 29)

Illusion de Pinna-Burghard

 

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