Wie von John Rennie gesagt, hat es mit der Unschärfe der Schatten zu tun. Das allein erklärt es jedoch nicht ganz.

Lassen Sie uns dies mit tatsächlicher Unschärfe tun:

Ich habe Schatten simuliert, indem ich jeden verwischt habe Form und Multiplikation der Helligkeitswerte ^{1 sup>. Hier ist die GIMP-Datei, damit Sie sehen können, wie genau und wie sich die Formen um Sie herum bewegen.}

Ich glaube nicht, dass Sie sagen würden, dass zumindest eine Biegung stattfindet Für mich sieht der Rand des Buches immer noch perfekt gerade aus.

Was passiert also in Ihrem Experiment?

Nichtlineare Antwort ist die Antwort. Insbesondere in Ihrem Video ist die direkt sonnenbeschienene Wand überbelichtet, d. H. Unabhängig von der "exakten Helligkeit" ist der Pixelwert rein weiß. Bei dunklen Farbtönen werden die Werte durch die Rauschunterdrückung der Kamera auf Schwarz reduziert. Wir können dies für das obige Bild simulieren:

Nun, das sieht Ihrem Video sehr ähnlich, nicht wahr?

Mit bloßen Augen Sie werden dies normalerweise nicht bemerken, da unsere Augen so trainiert sind, dass sie den Effekt kompensieren, weshalb auf dem unverarbeiteten Bild nichts verbogen aussieht. Dies schlägt nur bei extremen Lichtverhältnissen fehl: Wahrscheinlich ist der größte Teil Ihres Raums dunkel, und ein ziemlich schmaler Lichtstrahl sorgt für einen sehr großen Helligkeitsbereich. Dann verhalten sich die Augen auch zu nichtlinear, und das Gehirn kann nicht mehr rekonstruieren, wie die Formen ohne die Unschärfe ausgesehen hätten.

Tatsächlich ist die Helligkeitstopographie natürlich immer dieselbe, wie durch Quantisierung gesehen Die Farbpalette:

^{1 sup> Um Schatten richtig zu simulieren, müssen Sie die Faltung von verwenden die ganze Öffnung, mit der Form der Sonne als Kern. Wie Ilmari Karonen bemerkt, macht dies einen relevanten Unterschied: Die Faltung eines Produkts aus zwei scharfen Schatten $ A $ und $ B $ mit dem verwischenden Kernel $ K $ ist}

$$ \ begin {align} C. (\ mathbf {x}) = & \ int _ {\ mathbb {R} ^ 2} \! \ mathrm {d} {\ mathbf {x '}} \: \ Bigl ( A (\ mathbf {x} - \ mathbf {x} ') \ cdot B (\ mathbf {x} - \ mathbf {x'}) \ Bigr) \ cdot K (\ mathbf {x} ') \\ = & \ mathrm {IFT} \ left (\ backslash {\ mathbf {k}} \ to \ mathrm {FT} \ Bigl (\ backslash \ mathbf {x} '\ to A (\ mathbf {x}') \ cdot B ( \ mathbf {x} ') \ Bigr) (\ mathbf {k}) \ cdot \ tilde {K} (\ mathbf {k}) \ right) (\ mathbf {x}) \ end {align} $$

wohingegen eine separate Unschärfe

$$ \ begin {align} D (\ mathbf {x}) = & \ left (\ int _ {\ mathbb {R} ^ 2} \! \ ergibt mathrm {d} {\ mathbf {x '}} \: A (\ mathbf {x} - \ mathbf {x}') \ cdot K (\ mathbf {x} ') \ right) \ cdot \ int _ {\ mathbb {R} ^ 2} \! \ Mathrm {d} {\ mathbf {x '}} \: B (\ mathbf {x} - \ mathbf {x'}) \ cdot K (\ mathbf {x} ') \ \ = & \ mathrm {IFT} \ left (\ backslash {\ mathbf {k}} \ to \ tilde {A} (\ mathbf {k}) \ cdot \ tilde {K} (\ mathbf {k}) \ right) (\ mathbf {x}) \ cdot \ mathrm {IFT} \ left (\ backslash {\ mathbf {k}} \ to \ tilde {B} (\ mathbf {k}) \ cdot \ tilde {K} (\ mathbf {k}) \ right) (\ mathbf {x}). \ end {align} $$

Wenn wir dies für einen schmalen Spalt der Breite $ w $ zwischen zwei Schatten ausführen ( fast ein Dirac-Peak), kann die Fourier-Transformation des Produkts durch eine Konstante proportional zu $ ​​w $ angenähert werden, während der $ \ mathrm {FT} $ jedes Schattens $ \ mathrm {sinc} $ - geformt a bleibt > Wenn wir also die Taylor-Reihe für die enge Überlappung nehmen, zeigt dies, dass die Helligkeit nur als $ \ sqrt {w} $ abnimmt, dh in engen Abständen heller bleibt, was natürlich die Ausbeulung unterdrückt.

Und tatsächlich, wenn wir beide Schatten zusammen richtig verwischen, auch ohne Nichtlinearität, erhalten wir viel mehr einen "Überbrückungseffekt":

Aber das sieht nirgends so "sperrig" aus wie in Ihrem Video.

Weil die Sonne keine Punktquelle ist, sind die Schattenränder leicht verschwommen. Dies ist mein ziemlich grober Versuch zu zeigen, warum dies passiert:

Der Wikipedia-Artikel über die Umbra enthält weitaus bessere Diagramme Was ist los. Das unscharfe Bit am Rand des Schattens wird als Halbschatten bezeichnet.

Der Grund, warum Sie die Ausbuchtung sehen, in der sich die Schatten nähern, ist auf die Halbschatten und die Tatsache zurückzuführen, dass das menschliche Auge ist nicht so gut im Umgang mit Kontrast. Wenn sich die beiden Schatten nähern, aber bevor sie sich berühren, überlappen sich ihre Penumbras (Penumbrae?). Dies bedeutet, dass der Bereich zwischen den Schatten dunkler ist als der Rest der Halbschatten. Es folgt ein weiteres ziemlich grobes Diagramm:

Dies ist kein großartiges Diagramm, da die Dichte der Halbschatten nicht konstant ist, sondern über die gesamte Fläche von Schwarz nach Weiß schattiert Breite. Google Draw füllt jedoch keine Farbverläufe aus, sodass ich mit einer eher schlechten Darstellung festgefahren bin. Auf jeden Fall sollte es hoffentlich offensichtlich sein, dass sich die Penumbras dort, wo sie sich überlappen, gegenseitig verdunkeln, sodass der Bereich zwischen den beiden Schatten dunkler wird. Da das Auge mit einem großen Kontrastbereich nicht gut umgehen kann, sieht es so aus, als hätten sich die Schatten zueinander gewölbt.

Ich glaube, Sie werden feststellen, dass die Ursache die Beugung ist, wie in diesem Artikel beschrieben. Das Foto zeigt einen ähnlichen Effekt, wenn Sie zwei Finger nahe beieinander halten.

Black Drop-Effekt, beschrieben in Himmel und Teleskop

Wenn Sie Ellbogen und Buch zusammenbringen, erstellen Sie ein Beugungsmuster, wie in zu sehen Das Bild im Artikel unten zeigt ein helleres Licht in der Mitte mit schwarzen Bändern auf beiden Seiten. Wenn Sie sie noch näher zusammenbringen, wachsen die schwarzen Bänder näher zusammen. Deshalb scheinen sie plötzlich aufeinander zu "springen".

Bild des Standardbeugungsmusters

Ich garantiere nicht, dass dies die richtige Antwort ist, aber Sie können sie praktisch überprüfen.

Die Lichtstrahlen, die den Schatten Ihrer Hand und den Ihres Buches verursachen, sind nicht parallel. Das Ausbeulen von Schatten in der Nähe bedeutet, dass beide gewölbten Schatten vom Ellbogen stammen. An dem Punkt, an dem sich Ihr Ellbogen in der Nähe Ihres Buches befindet, wirken zwei Lichtquellen (oder eine Biegung des Lichts, so dass beispiellose Lichtstrahlen auf den Ellbogen wirken und zwei Schatten verursachen) auf den Ellbogen.

Ich denke, auch Sie haben dies erraten. Sie können dies überprüfen, indem Sie zwei Dinge tun:

1. Öffnen Sie das Fenster, damit direktes Licht fallen kann. Dies zeigt an, ob das Glasfenster eine Biegung verursacht.
2. Änderung der Höhe des Buches und des Ellbogens. das Fenster. Versuchen Sie zu sehen, ob der Effekt in allen Höhen beobachtet wird.
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Zufälligerweise habe ich mich kürzlich über einen ähnlichen Effekt gewundert, bei dem, wenn Sie Ihr Auge auf ein nahe gelegenes Objekt richten, z. B. Ihren Finger, Objekte dahinter in der Ferne um den Rand Ihres Objekts gekrümmt / verzerrt zu werden scheinen Finger. Es scheint schrecklich verwandt zu sein ...

Sie haben Recht, sie sind verwandt. Dies ist ein weiterer Beugungseffekt. Sie sehen eine Einzelkantenbeugung, auch als Messerkanteneffekt bekannt. Hier ist eine Webseite, die es beschreibt.

Licht, das sehr nahe an Ihrem Finger vorbeigeht, wird abgelenkt. Da sich die Richtung geändert hat, scheint sie von einem anderen Ort zu kommen.

Probieren Sie dies in einem Raum aus, in dem sich einer dieser Deckenventilatoren mit vier Glühbirnen befindet. Die verschiedenen Lichtquellen erzeugen mehrere Schatten, die deutlich sichtbar sind, und Sie können sehen, wie diese Art von Phänomen wirksam wird. Wenn sich die Schatten überlappen, erscheint sie und erzeugt die Phänomene, von denen gesprochen wird. In normalen Situationen können die verschiedenen Lichtquellen häufig Licht sein, das von Wänden und in der Nähe befindlichen Objekten reflektiert wird, alles, was weiß oder heller ist. Die erzeugten Mehrfachschatten sind so schwach, dass sie erst sichtbar werden, wenn sie andere Schatten überlappen. Lichtquellen aus verschiedenen Winkeln erzeugen mehrere Schatten. Wenn sich Ihr Ellbogen beispielsweise in Richtung des Buches bewegt, überlappen sich mehrere Schatten beider Objekte dort, wo sie sich zu verbinden scheinen. Was wie der Rand des Schattens eines einzelnen Objekts aussieht, ist der Rand, an dem sich die Schattenschichten am meisten überlappen.