못 믿을 인간의 눈…이 계단은 과연 어느 쪽이 높은 걸까

올해 최고의 착시는 ‘3D 슈뢰더 계단’
반대편에서 봐도 똑같은 형태의 계단
감각 정보-기존 정보 교차하며 발생

계단 그림의 좌우 양쪽은 실제론 높이가 똑같지만, 위에서 보면 왼쪽이 높고 오른쪽이 낮다. 스기하라 고기치

눈에 보이는 것이 언제나 실체를 100% 반영하는 건 아니다. 시신경을 통해 습득한 정보와 뇌에 저장돼 있는 정보를 비교, 처리하는 과정에서 뇌가 착각을 일으키는 경우가 자주 있다. 물체의 원근, 속도, 밝기 등 물체의 상태는 물론 사람의 심리나 신체 상태, 고정관념 등에 따라 사물에 대한 정보가 왜곡된다. 이처럼 사물의 실재와 일치하지 않는 지각 경험을 착시라고 부른다. 모든 지각 경험에는 원칙적으로 어느 정도 착시적 요소가 개입해 있다고 할 수 있다. 따라서 착시 현상은 감각기관의 지각 시스템과 안과 및 신경 질환을 이해하는 데 중요하다.

미국 신경상관학회(Neural Correlate Society)는 새로운 지각 현상을 찾아냄으로써 이에 관한 연구를 촉진하기 위해 2005년부터 해마다 창의적인 착시 작품 온라인 공모전을 열고 있다. 16회째를 맞은 올해 `최고의 착시'(Best Illusion of the Year Contest 2020) 작품에 `3D 슈뢰더 계단'이 뽑혔다. 이 분야에서 이름이 자자한 일본 스기하라 고기치 메이지대 첨단수리과학연구소 연구특별교수의 작품이다.

180도 돌려도 계단의 형태는 똑같다. 빨간색 표지의 위치만이 바뀌어 있다.

옆에서 보면 계단의 좌우 높이가 똑같다는 걸 알 수 있다.

슈뢰더 계단은 독일 물리학자이자 수학자 하인리히 슈뢰더가 1858년에 처음 발표한 것으로, 보는 시각에 따라 계단이 두 가지 형태로 보인다. 가장 직관적인 형태는 계단이 왼쪽에서 오른쪽으로 내려가는 것처럼 보이는 것이다. 그러나 자세히 들여다 보면 계단이 천정에 거꾸로 매달린 것처럼 보일 수도 있다. 그림을 아래위로 180도 회전시켜 보면 계단이 이런 형태로 보이는 걸 쉽게 알 수 있다(동영상 참조). 이렇게 한 그림에서 물체의 방향이 달리 보이거나 두 개의 개체로 보이는 것을 다의도형(ambiguous figures, 多義圖形)이라고 부른다.

1858년에 발표된 원조 슈뢰더 계단. 보통은 왼쪽에서 오른쪽으로 내려가는 계단으로 보이지만, 계단이 천정에 거꾸로 매달린 것처럼 보이기도 한다. B를 가까운 쪽 벽면, A를 먼쪽 벽면이라고 생각하면 이렇게 보인다. 위키미디어 코먼스 ※ 이미지를 누르면 크게 볼 수 있습니다.

그러나 계단은 실제로는 평평한 표면이다. 일정한 간격으로 각도와 음영을 달리해 뇌에 착각을 불러일으킨 일종의 속임수다. 이런 속임수가 통하는 이유는 우리 뇌가 갖고 있는 고정관념 때문이다. 뇌는 눈 앞에 보인 사물의 실체를 신속히 파악하기 위해 기존의 지식들을 총동원한다. 예컨대 어두운 색은 그림자나 깊은 곳을 뜻한다. 수렴하는 선은 거리감을 반영한다. 이들을 하나로 합치면 그림의 실체와는 상관없이 뇌의 기존 지식에 부합하는 형태의 물체로 인식되는 것이다.

원조 슈뢰더 계단은 평면 그림이었지만 이번에 스기하라 교수는 계단 양 옆에 입체 난간을 만들고, 계단 아래위 양쪽 끝에도 똑같은 높이의 기둥을 세운 입체 종이작품으로 재탄생시켰다.

입체 슈뢰더 계단도 방향 변화에 따른 착시 현상을 일으킨다. 그러나 계단이 놓인 위치가 바닥과 천정으로 각기 달리 보이는 평면 슈뢰더 계단과는 달리, 입체 슈뢰더 계단은 어떻게 봐도 왼쪽에서 아래쪽으로 내려가는 계단 모습이다. 입체 계단의 착시 현상은 계단을 반대편에서 볼 때 생긴다. 반대편에서 봐도 계단 모양이 똑같게 보인다. 옆에 거울을 놓고 거울에 비친 계단을 봐도 같은 현상이 일어난다. 거울을 사용하는 대신 종이작품을 수직 축을 중심으로 180도 회전시켜도 똑같은 착시가 일어난다.

스기하라 교수가 공개한 ‘3D 슈뢰더 계단’ 제작 키트. ※ 이미지를 누르면 크게 볼 수 있습니다.

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2018년에도 3중 착시 물체로 1등상 받아

스기하라 교수는 2018년에도 `3중 착시 물체'(Triply Ambiguous Object)로 1위를 차지한 바 있다. 이 물체는 서로 다른 방향에서 세 가지 형태로 비친다. 영상을 보면 깃대를 중심으로 그림을 돌리면, 그에 따라서 뒤쪽 두 개의 거울에 비친 물체의 모습이 각기 다른 형태로 바뀌는 것을 볼 수 있다.

스기하라 교수는 작품 설명에서 "깃발에 꽂힌 막대는 중력의 방향을 나타낸 것인데, 이것이 착시를 강화해주는 역할을 한다"고 밝혔다. 비스듬한 방향의 사물 그림을 볼 때, 우리 뇌는 보통 그 이미지의 왜곡을 바로잡고 정상적인 입체 구조로 지각하지만 이는 그림 속 사물에 대한 정보를 알고 있을 때만 적용된다. 세 직각 축의 비율을 알지 못할 경우엔 왜곡 현상을 바로잡을 수 없어 결과적으로 시선 방향에 따라 다른 물체로 지각하게 된다는 것이다.

곽노필 선임기자 [e-mail], ▶곽노필의 미래창 바로가기