On distingue plusieurs grandes familles d’illusions d’optique.
Les illusions géométriques sont produites à partir de l’agencement de points, de lignes ou de formes simples qui amènent des erreurs d'interprétation face aux éléments observés. On nous présente souvent deux objets identiques qui ont l’air différents à cause de ce qui les entoure.
L’illusion du T renversé : malgré son apparence plus longue, la ligne verticale est de la même longueur que l’horizontale. On pense que cette illusion est le résultat de deux phénomènes : d’abord que les mouvement des yeux liés aux lignes horizontales sont plus facile à faire que les mouvements verticaux; ensuite parce que la ligne horizontale est séparée en deux segments plus petits.
Illusions cognitives: Au lieu de démontrer une cause physiologique elles agissent avec plusieurs niveaux de l'interprétation visuelle, les hypothèses pré-formatées ou « connaissances » sont emmêlées. Les illusions cognitives sont communément divisées en illusions ambiguës, illusions distordues, illusions paradoxales ou illusions fictives. Elles exploitent souvent les « hypothèses » formées par le système visuel au cours des premières étapes du traitement visuel.
Les illusions ambiguës sont des images ou objets qui subissent des changements significatifs d'apparence. La perception alternera entre les interprétations qui toutes seront perçues comme valides mais ne confirment pas une seule représentation
Les illusions distordantes sont les plus communes, ces illusions offrent des distorsions de taille, largeur ou courbure. Elles étaient faciles à découvrir et sont facilement repérables
Les illusions paradoxales concernent les objets impossibles, comme des escaliers impossibles, comme dans les travaux de M. C. Escher. Le triangle est une illusion dépendant d'une mauvaise interprétation cognitive selon laquelle les arêtes adjacentes doivent se joindre.
Les illusions fictives permettent la perception d'objets qui ne sont réellement pas visibles sauf pour son observateur, telles que celles induites par la schizophrénie ou les drogues hallucinogènes
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