|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
Зрительные иллюзии как способ исследования восприятия светлоты поверхностистатья
Статья опубликована в журнале из списка RSCI Web of Science
Статья опубликована в журнале из перечня ВАК- Автор: Меньшикова Г.Я.
- Журнал: Вестник Московского университета. Серия 14: Психология
- Номер: 4
- Год издания: 2006
- Издательство: Изд-во Моск. ун-та
- Местоположение издательства: М.
- Первая страница: 43
- Последняя страница: 48
- Аннотация: В классической психологии зрительного восприятия принято различать два уровня построения образа: сенсорный и когнитивный. В различных научных подходах двуплановость формирования образа была обозначена разными понятиями: первичный образ и образ восприятия - в концепции Г. Гельмгольца, видимое поле и видимый мир – в экологическом подходе Дж. Гибсона, чувственная ткань и предметное содержание – в школе А.Н. Леонтьева. В последние два десятилетия появилось много экспериментальных исследований, как в области нейрофизиологии так и в области когнитивной нейрологии, позволяющих предположить, что процесс формирования образа можно рассматривать как многоуровневую организацию. Так, при помощи метода магнитно-резонансной томографии, было показано, что процессы формирования сенсорной основы образа, группировки отдельных параметров образа и процессы категоризации происходят в различных отделах мозга, что подтверждает гипотезу об уровневой структуре обработки зрительной информации. В рамках этого подхода процесс формирования образа рассматривается, по меньшей мере, на трех разных уровнях, которые условно обозначаются как сенсорный, кортикальный и когнитивный. Данный подход оказался плодотворным для объяснения оптико-геометрических иллюзий (Coren, 1978), а также для объяснения иллюзий светлоты (Adelson, 2000). В данной статье предлагается рассмотреть возможности и перспективы предложенного трехуровнего подхода для изучения восприятия ахроматического цвета поверхности. Наиболее важными параметрами объектов окружающего мира для зрительной системы человека являются размер, форма и цвет. Изменение положения объектов относительно наблюдателя существенно изменяет структуру светового потока, попадающего на светочувствительную поверхность глаза – сетчатку, что приводит к изменению проекции размера объекта, его формы и яркости на сетчатке. Это означает, что параметры объекта неоднозначно представлены в сетчаточном образе и должны на основе дополнительных зрительных признаков «вычисляться» на более высоких уровнях обработки информации в зрительной системе. Ахроматический цвет поверхности или светлота – один из таких параметров. Ахроматические цвета определяются как цвета в черно-серо-белом диапазоне. Основным параметром, данным зрительной системе для оценки светлоты, является яркость светового потока, отраженного от данного участка поверхности. Яркость отраженного светового потока зависит от многих параметров – интенсивности падающего на поверхность света, отражающей способности или альбедо поверхности, ориентации поверхности относительно наблюдателя и др. Однако, несмотря на изменяющиеся условия наблюдения, мы адекватно воспринимаем присущий объекту цвет. Белый снег остается белым вне зависимости от того, освещен он ярким солнечным светом или находится в тени. В психологии зрительного восприятия этот феномен называется константностью светлоты поверхности. Поэтому информация о яркости поверхности, представленная на сетчатке, многозначна, и зрительной системе необходимо использовать дополнительные зрительные признаки. Поиску зрительных признаков, необходимых для оценки светлоты, посвящено большое количество исследований (Anderson, 1997; Gilchrist, 1977; Todorovic, 1997). Один из наиболее эффективных способов демонстрации влияния отдельных признаков – изучение различных зрительных иллюзий светлоты поверхности. Благодаря изучению иллюзий можно выявить скрытые механизмы работы зрительной системы, которые не проявляются в реальных сценах. Процесс оценки может проходить на разных уровнях обработки информации о светлоте: первичном (сенсорном), среднем (кортикальном) и высшем (когнитивном). Подход, в котором восприятие светлоты объяснялось при помощи сенсорных процессов, был предложен Эвальдом Герингом. В качестве основного механизма, влияющего на оценку светлоты поверхности, рассматривался нейронный механизм латерального торможения. Благодаря этому механизму, происходит локальное сравнение яркостей соседних участков поверхности. Он обеспечивает сильную реакцию сенсорной системы на резкий перепад яркости (выделение границы) и слабую – на медленное изменение или постоянство яркости. Если перепад яркости большой, то цвет поверхности зависит от цвета фона на границе перепада. Иллюстрацией действия этого сенсорного механизма является известная иллюзия одновременного контраста (рис.1). Один и тот же серый квадрат на темно-сером фоне выглядит светлее, чем на светло-сером фоне. Цвет квадрата как бы контрастирует с фоном: на темном фоне серый квадрат выглядит светлее, на светлом фоне – темнее. Этот феномен расхождения цветов теста и фона назовем правилом одновременного контраста. Используя механизм латерального торможения, возможно объяснение не только иллюзии одновременного контраста, но и иллюзорных полос Маха, гармошки Маха, иллюзии Вазарели. Единственный зрительный признак, который представлен в паттернах перечисленных иллюзий, - это ступенчатые перепады яркости, равномерно распределенные по пространству. Для таких элементарных паттернов Г. Валлахом (Wallach,1963) было сформулировано правило восприятия светлоты поверхности, известное как гипотеза отношений. Исследования, проведенные Валлахом, показали, что на сенсорном уровне оценка светлоты зависит не от абсолютного значения яркости участка поверхности, а от соотношения яркостей соседних участков поверхности. Примером, иллюстрирующим влияние правила Валлаха на оценку светлоты поверхности, служит демонстрация (рис.2), предложенная Е. Адельсоном (Adelson,1993). Квадраты шахматной доски, помеченные буквами А и Б, имеют одну и ту же яркость, однако воспринимаются как белый и черный по цвету. В то же время квадраты А и В имеют разную яркость, однако воспринимаются как одинаково белые по цвету. Этот парадокс хорошо объясняется на основе гипотезы отношений: отношение яркости квадратов А и В к яркости соседних квадратов одинаково, а отношение квадратов А и Б к яркости соседних участков поверхности различается по величине. Неважно, в тени находятся квадраты или на свету, их цвет задается отношением Валлаха. Однако сенсорные механизмы носят локальный характер – нейроны взаимодействуют друг с другом только в пределах рецептивного поля, размер которого не превышает 1 зрительного угла. Кроме того, сенсорные механизмы, какими бы сложными они не были, не могут достоверно отобразить взаимодействия между параметрами сложной реальной сцены. Для того, чтобы построить достоверный образ внешнего мира, зрительная система должна дополнять информацию сенсорного уровня предположениями о структуре окружающего мира. Эта структура может задаваться зрительными признаками, которые учитываются на более высоких уровнях работы зрительной системы. Средний уровень традиционно рассматривается как уровень обработки информации о пересечениях контуров, группировке объектов и выделении поверхностей. На этом уровне включаются процессы перцептивной организации, которые, согласно концепции гештальтпсихологии, определяются как процессы, связанные с выделением фигуры на окружающем ее фоне. Именно гештальтпсихологи создали большое количество изображений для подтверждения принципов и правил группировки отдельных элементов изображения в фигуру. Одно из них – известное кольцо Коффки (рис.3а). Если кольцо Коффки «разорвать» (рис.3б), то две половинки серого кольца, расположенные на светлом и темном фоне, воспринимаются по-разному, в точном соответствии с правилом одновременного контраста (см. рис.1). Однако когда две половинки соединяются вместе (рис.3а), цвет кольца становится однородным. Возможно, на этом уровне правило контраста не учитывается зрительной системой, поскольку включаются более важные правила группировки элементов в целостную структуру (две половинки принадлежат одной фигуре), которые и определяют оценку светлоты. Например, можно предположить включение правила, согласно которому параметры фигуры могут оцениваться независимо от параметров фона. Еще одно правило, которое определяет оценку светлоты на среднем уровне, было предложено А. Гилкристом (Gilchrist at al,1999). Суть его заключается в том, что, согласно гипотезе отношений, оценка светлоты определяется соотношением яркостей соседних участков поверхности и не зависит от абсолютного значения яркости участка поверхности. Тогда для шкалирования светлоты необходимо «привязать» яркость какого-либо участка поверхности к определенному значению цвета. Например, самый яркий участок поверхности назовем белым, тогда все другие участки «выстроятся» в соответствии с правилом Валлаха в единую шкалу оценки светлоты. Это правило привязки можно продемонстрировать на примере все той же иллюзии одновременного контраста (рис. 4). В верхнем ряду показан классический вариант иллюзии, в нижнем ряду – показана та же иллюзия, но с фоном, в который включены белые участки для светло-серого фона (справа) и черные участки для темно-серого фона (слева). При этом средний уровень яркости фона остается тем же, что и для классического варианта иллюзии (верхний ряд). Введение белых и черных участков приводит к растягиванию шкалы светлоты, в результате чего правило одновременного контраста проявляется сильнее. А это приводит к усилению выраженности иллюзии. К зрительным признакам, которые на среднем уровне влияют на оценку белизны поверхности, можно отнести Х-пересечения (Beck et al, 1984), Т-пересечения (Todorovic,1997), правило адаптивного окна (Adelson, 2000). При помощи этих признаков возможно объяснить иллюзию Уайта, иллюзию змеи, кольцо Коффки. Этот уровень характеризуется более сложным паттерном изображения, в отличие от паттернов изображений, характерных для сенсорного уровня. Усложнение связано с группировкой отдельных элементов изображения в фигуру, с выделением контуров. Однако перечисленные иллюзии – это, по-прежнему, плоские изображения, и эти изображения не могут отразить закономерностей распределения света в реальной сцене. На высшем когнитивном уровне в процесс восприятия включаются знания о свойствах объектов и оценка общей структуры воспринимаемой сцены. Подход, в котором восприятие светлоты объяснялось при помощи когнитивных процессов, связывают с именем Г. фон Гельмгольца. Процесс построения зрительного образа представляется как сложная "интерпретация" данных, полученных от предыдущих уровней обработки информации. Зрительная система может эффективно работать только в том случае, если она учитывает экологические свойства объектов, т.е. вероятностные связи между воспринимаемым параметром образа и параметрами объектов внешнего мира. Это означает, что зрительный образ строится с учетом закономерных связей внешнего мира. Те изменения, которые происходят во внешнем мире, отображаются на сенсорном уровне и затем интерпретируются зрительной системой на более высоком когнитивном уровне. Согласно представлениям Г. Гельмгольца, интерес представляют не сенсорные механизмы, а правила интерпретации, поскольку именно они определяют значения параметров образа восприятия. В соответствии с подходом Гельмгольца, оценка светлоты может сильно изменяться, если меняется интерпретация всей сцены в целом. Правила интерпретации формируются на основе прошлого опыта субъекта. На этом уровне для оценки белизны поверхности предположительно появляются когнитивные зрительные признаки, согласно которым происходит формирование всей сцены в целом. В первую очередь к ним относятся признаки трехмерной сцены, так называемые 3D–признаки. Например, классические признаки восприятия глубины – перспектива, бинокулярная диспаратность, плотность текстуры поверхности, распределение светотени и др. являются основными признаками 3D–сцены. Были проведены экспериментальные исследования, в которых проводилось изучение влияния отдельных признаков на оценку светлоты. В ряде экспериментов (Beck, 1965; Gilchrist, 1977) было показано, что иллюзорное изменение такого зрительного признака как наклон поверхности влекло за собой изменение оценки светлоты даже в том случае, когда проекция сцены на сетчатку оставалась относительно неизменной. В исследованиях (Меньшикова, Лунякова, 1996) было изучено и сформулировано правило взаимодействия воспринимаемой освещенности и светлоты поверхности, которое показало влияние признака воспринимаемой освещенности на светлоту. Кроме указанных выше признаков, были предложены и экспериментально изучены такие признаки как затененность поверхности (Adelson,1993), локализация источника освещения, распределение светотени в зависимости от формы объекта (Knill, Kersten,1991). Данные исследования показывают, какое большое число признаков оказывают влияние на оценку светлоты поверхности. В связи с предложенной гипотезой формирования оценки белизны поверхности (3-х уровневый процесс с характерными для каждого уровня зрительными признаками) можно сформулировать следующие предположения: существует, по крайней мере, 3-х уровневая структура обработки зрительной информации для оценки светлоты поверхности. Для каждого уровня существуют свои, характерные для данного уровня зрительные признаки, влияющие на оценку светлоты. В пределах одного уровня признаки могут оказывать различное влияние на оценку светлоты. Вопрос о взаимодействии признаков низкого и более высокого уровней, а также о взаимодействии признаков одного и того же уровня является малоизученным. В литературе имеются немногочисленные и противоречивые данные о влиянии и взаимодействии различных признаков восприятия светлоты поверхности. Поэтому вопрос о иерархической структуре зрительных признаков, определяющих оценку белизны поверхности, и их взаимодействии остается открытым и требует дальнейшего исследования. С нашей точки зрения исследования в этом направлении следует вести по следующим направлениям: следует расширить список зрительных признаков, влияющих на оценку белизны поверхности, изучить принадлежность признака какому- либо уровню, исследовать взаимодействия признаков с целью определения иерархической структуры признаков в пределах заданного уровня (особый интерес для нас представляет когнитивный уровень). Для реализации указанных задач необходимо решить проблему конструирования сложных сцен на экране монитора методами компьютерной графики. В реальных сценах многие зрительные признаки связаны между собой, и изменение одного влечет за собой изменение значения других признаков. Поэтому, в реальных сценах невозможно исследовать влияние какого-либо заданного признака. При помощи моделирования зрительной сцены на экране монитора стала возможна инициация изменения параметров отдельного признака без изменения параметров других признаков, а, следовательно, стало возможным изучение влияния именно этого признака на оценку восприятия цвета поверхности. Предложенный подход служит наглядным свидетельством того, что каждый из уровней вносит свой вклад в формирование зрительных иллюзий восприятия белизны поверхности, причем для каждого характерны свои механизмы и зрительные признаки, согласно которым обрабатывается информация о белизне. Учет правил, согласно которым формируются восприятие такого параметра зрительного образа как цвет поверхности, необходим для моделирования работы зрительной системы человека. Результаты исследований могут быть использованы при проектировании средств отображения информации и для оптимизации деятельности операторов. Работа поддержана грантом РФФИ № 06-06-80390-а.
- Добавил в систему: Меньшикова Галина Яковлевна