Влияние трехмерной конфигурации на выраженность зрительных иллюзий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние трехмерной конфигурации на выраженность зрительных иллюзий

Г. Я. Меньшикова

Е. Г. Лунякова

Н. В. Полякова

Изучалось восприятие классических зрительных иллюзий Мюллера-Лайера, одновременного контраста и Вазарели, предъявленных в трехмерной и двумерной конфигурациях с использованием технологии виртуальной реальности. Результаты показали, что 3D-предъявление влияет на выраженность иллюзорного эффекта для иллюзий одновременного контраста и Вазарели и не сказывается на выраженности иллюзии Мюллера-Лайера. Полученные данные обсуждаются с позиций трехуровневой модели формирования зрительных иллюзий.

Ключевые слова: зрительные иллюзии, уровневая модель переработки информации, сенсорные и когнитивные механизмы формирования зрительного образа, технология виртуальной реальности.

Одной из новых, практически неизученных задач является задача создания и исследования восприятия трехмерных (3D) зрительных иллюзий. Огромный интерес к исследованию зрительных иллюзий связан с предположением о том, что выявление причин возникновения «ошибок» зрительной системы позволит выявить особенности обработки информации в зрительной системе человека. Разнообразные зрительные иллюзии, известные к настоящему времени, представляют собой плоские 2D-изображения, предъявляемые на бумаге или на экране монитора. Возникает вопрос о том, изменится ли выраженность зрительных иллюзий, если классические плоские изображения иллюзий преобразовать в трехмерный вид, используя технологию виртуальной реальности?

Ответ на этот вопрос представляется важным с теоретической точки зрения, поскольку позволяет выявить важность такого зрительного признака как диспаратность для процесса формирования иллюзорного эффекта.

Теоретическую основу данного исследования составляют современные представления о многоуровневой структуре восприятия (Adelson, 2000; Gilchrist et al., 1999; и др.), согласно которым в зрительной системе можно выделить гипотетические уровни обработки информации. Нижний (сенсорный) уровень включает процессы, происходящие на сетчатке. На среднем (кортикальном) уровне осуществляется переработка зрительной информации, связанная с процессами перцептивной группировки, восприятия контуров и поверхностей. На высшем (когнитивном) уровне происходит интеграция зрительной информации с учетом различных когнитивных зрительных признаков. Подобный многоуровневый подход был успешно применен для объяснения восприятия оптико-геометрических иллюзий (Coren, Girgus,1978), для объяснения иллюзий светлоты (Adelson, 2000). иллюзия виртуальный зрительный

Наиболее интересны, на наш взгляд, иллюзии, имеющие несколько альтернативных (разноуровневых) вариантов объяснения.

Одной из таких иллюзий является иллюзия Мюллера-Лайера. В ряде объяснений (как, например, в теории смещения нейронной активности (Bekesy, 1967; Chiang, 1968)) основную роль в возникновении иллюзорного эффекта играют механизмы сенсорного и кортикального уровней. Например, выраженность иллюзии Мюллера-Лайера может быть снижена, если «наконечники» и центральные сегменты окрашены в разные цвета. Предполагается, что это является следствием перцептивной группировки - механизма среднего уровня (Sadza& de Weert, 1984). В других работах (Gregory, 1997) иллюзия имеет когнитивное происхождение и объясняется интерпретацией двумерного изображения как трехмерного: наконечники стрел создают ложные признаки разной удаленности линий от наблюдателя, что приводит к ошибке в оценке их длины. В пользу этого свидетельствуют данные Юлеша (Julesz, 1971): иллюзия возникает даже при предъявлении стимуляции в форме случайно-точечных стереограмм. Еще одним аргументом в пользу когнитивного уровня является снижение выраженности иллюзии в результате научения (Girgus et al., 1975).

Иллюзия одновременного контраста состоит в том, что два одинаковых серых квадрата, расположенных на черном и белом фоне, кажутся, соответственно более и менее светлым друг относительно друга. Существует как минимум три альтернативных объяснения этой иллюзии, причем каждое из них основывается на работе механизмов разных уровней: сенсорного (Hering, 1964), кортикального (Gilchrist et al., 1999; Adelson, 2000) и когнитивного, предложенного Г. Гельмгольцем. Последнее предполагает, что участки светлого и темного фона воспринимаются по-разному освещенными, что и приводит к различной оценке светлоты центральных тестовых квадратов.

Иллюзия Вазарели состоит в том, что при наложении достаточно большого количества квадратов (не менее 7), размер которых меняется от большего к меньшему, а светлота равномерно распределяется от черного к белому, наблюдатель видит крест, локализованный по диагоналям квадратов и окрашенный в цвет центрального квадрата. Классическое объяснение этой иллюзии основано на сенсорном механизме латерального торможения, а также механизме заполнения (fillingin), действующем на кортикальном уровне. Данные Menshikova, Polyakova (2009) по исследованию влияния геометрии, образующих стороны квадратов, линий на выраженность эффекта Вазарели также свидетельствуют в пользу того, что в ее формировании участвуют механизмы кортикального уровня. Вопрос о том, вносит ли когнитивный уровень обработки информации свой вклад в формирование иллюзорного креста, не исследовался.

Представляет интерес вопрос о вкладе механизмов различных уровней в процесс формирования перцептивного образа, а также вопрос о взаимодействии этих механизмов (суммация/взаимное торможение). Так, Р. Грегори (Gregory, 1997) основное значение придавал когнитивным факторам высшего уровня, включающим знания и опыт. Одним из механизмов, традиционно относимых к высшему уровню обработки, является механизм стереозрения. Наличие или отсутствие зрительного признака диспаратности является важным для восприятия размера, формы, светлоты. Именно неоднозначность информации о глубине в двумерных изображениях может приводить к ошибкам в оптико-геометрических иллюзиях, иллюзиях яркости и светлоты.

Гипотеза исследования. Добавление в зрительную сцену зрительного признака когнитивного уровня, а именно признака диспаратности, может привести к изменению выраженности иллюзорного эффекта.

Процедура и методы исследования. Экспериментальное исследование проводилось с использованием технологии малой виртуальной реальности (очки ВР eMagin Z800 3D Visor). План проведения эксперимента был написан в программе MediaLab v2008 1.33. Статистическая обработка данных производилась в программе SPSS Statistics (версия 14.0).

В исследовании приняли участие 25 человек (12 мужчин и 13 женщин) в возрасте от 17 до 30 лет с нормальным или скорректированным зрением. Исследование состояло из трех серий.

1 Исследование выраженности иллюзии Мюллера-Лайера в 2D и 3D конфигурациях. 3D конфигурации были созданы таким образом, что сравниваемые линии лежали в одной плоскости, а индуцирующие наконечники - в других некомпланарных плоскостях (углублялись внутрь или выходили наружу).

2 Исследование выраженности иллюзии одновременного контраста в 2D- и четырех 3D-конфигурациях. Тестовые участки в конфигурации 1 были приподняты над фоном и компланарны ему; в конфигурации 2 - приподняты под углом к фону, оставаясь компланарными друг другу; в конфигурации 3 (а и б) - некомпланарны между собой и расположены под разными вертикальными углами к фону.

3 Исследование выраженности иллюзии Вазарели в 2D- и 3D-конфигурациях, образующих выступающие на наблюдателя пирамиды или же, наоборот, углубляющиеся внутрь туннели.

Для измерения выраженности иллюзорного эффекта иллюзии Мюллера-Лайера и иллюзии одновременного контраста в 2D- и 3D-вариантах нами был использован метод констант. Для изучения выраженности иллюзорного эффекта иллюзии Вазарели в 2D- и 3D-конфигурациях был выбран метод парных сравнений Терстоуна.

Результаты. На рисунке 1 представлены вероятности предпочтения (ответ «длиннее») сравниваемого стимула (стрелки наружу) эталонному (стрелки внутрь) для плоского варианта иллюзии Мюллера-Лайера и ее четырех стереоконфигураций.

Значимых различий между психометрическими кривыми, полученными для плоского варианта иллюзии и для ее 3D-конфигураций, не обнаружено. Этот результат позволяет сделать вывод о том, что добавление признака диспаратности не приводит к изменению иллюзорного эффекта.

На рисунке 2 представлена вероятность предпочтения (ответ «светлее») сравниваемого стимула (серый участок на черном фоне) эталонному (серый участок на белом фоне) для плоского варианта (0) иллюзии одновременного контраста и четырех стереоконфигураций (1, 2, 3а, 3б).

Значимые различия по критерию Вилкоксона (р = 0,05) были выявлены для стереоконфигураций 3а и 3б по сравнению с конфигурациями 1 и 2. Кроме того, значимыми можно считать различия между плоской (0) и 3а и 3б конфигурациями (р = 0,08).

Иллюзорный эффект значимо уменьшился для 3а-конфигурации и, наоборот, увеличился для 3б-конфигурации. К изменению иллюзорного эффекта может приводить учет взаимного расположения поверхностей и фона, а также наличие неосознаваемой гипотезы об освещенности всей сцены сверху. В конфигурации 3а поверхность на черном фоне кажется ярко освещенной, а на белом - затененной; в конфигурации 3б, напротив, на черном фоне поверхность затенена, на белом -

Рис. 1.Иллюзия Мюллера-Лайера. По абсциссе отложена длина сравниваемого стимула (85, 90, 95 и 100 % от длины эталонной линии), по ординате - вероятность его предпочтения эталонному; d - смещение правого/левого изображений в экранных пикселях, задающее величину диспаратности

Рис. 2.Иллюзия одновременного контраста. По абсциссе отложены цветовые параметры сравниваемого стимула (30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70 % белого в шкале HSB), по ординате - вероятность ответов «светлее» освещена.

Учитывая гипотезу о том, что при оценке светлоты зрительная система использует перцептивное правило взаимодействия светлоты и воспринимаемой освещенности (чем сильнее воспринимаемое освещение, тем ниже оценка светлоты) (Menshikova, Logvinenko, 1993; Menshikova, Lunyakova, 1994), зрительная система автоматически «пересчитывает» светлоту центральных поверхностей в соответствие с этим правилом. В результате, в конфигурации 3а светлота тестового участка на черном фоне уменьшается, а на белом - увеличивается, что приводит к снижению иллюзорного эффекта в конфигурации 3а и, наоборот, к увеличению - в конфигурации 3б.

По результатам парных сравнений пяти вариантов иллюзии Вазарели: (плоская иллюзия - 0), две пирамиды (1р - невысокая; 2р - высокая) и два туннеля (1t - неглубокий и 2t - глубокий) - были построены порядковые шкалы выраженности иллюзорного эффекта - яркости креста. На основании полученных данных можно сделать выводы о том, что: 1) в плоском варианте иллюзия значительно менее выражена, чем в трехмерном; 2) иллюзорный эффект сильнее для более выраженных трехмерных форм (2р и 2t).

Добавление в зрительную сцену важного признака когнитивного уровня, а именно диспаратности, привело к изменению выраженности иллюзорного эффекта в 3D-конфигурациях по сравнению с плоскими изображениями в иллюзиях одновременного контраста и иллюзии Вазарели и никак не сказалось на выраженности оптико-геометрической иллюзии Мюллера-Лайера. Полученные данные подтверждают предположение, что в формировании иллюзии одновременного контраста и иллюзии Вазарели задействованы механизмы когнитивного уровня.

Литература

1. Adelson E. H. Lightness perception and lightness illusions // M. Gazzaniga (Ed.). The new cognitive neurosciences. Cambridge, MA: MIT Press, 2000. Р. 339-351.

2. Bйkйsy Georg Von. Sensory Inhibition. Princeton: University Press, 1967.

3. Chiang С. A new theory to explain geometrical illusions produced by crossing lines // Perception Psychophysics. 1968. 3. Р. 174-176.

4. Coren S., Girgus J. S. Visual illusions // R. Held H. W. Leibowitz, H.-L. Teuber (Eds.), Handbook of sensory physiology. V. III. Perception. New York: Springer Verlag, 1978.

5. Gilchrist A. L., Kossyfidis Ch., Bonato F. et al. An anchoring theory of lightness perception // Psychological Review. 1999. V. 4. № 109. P. 795-834.

6. Girgus J. S., Coren S., Durant M., Porac C. The assessment of components involved in illusion formation using a long term decrement procedure // Perception and Psychophysics. 1975. № 2. P. 144-148.

7. Gregory R. L. Knowledge in perception and illusion // Philosophical Transactions of the Royal Society B. 1997. № 352. Р. 1121-1128.

8. Hering E. Outlines of theory of the light sense. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1964.

9. Julesz B. Foundations of cyclopean perception. Chicago: University of Chicago Press, 1971.

10. Menshikova G., Logvinenko A. Colour-shadow coupling in human vision // Proc. of 16-th European Conference on visual perception. Edinburgh. Aug. 25-29. 1993. Р. 54.

11. Menshikova G., Lunyakova E. Relationship between achromatic colour of a surface and its perceived illumination in the «wallpaper» illusion // Proc. of 17-th European Conference on visual perception. Eindhoven. Sep. 4-8. 1994. Р. 17.

12. Menshikova G. Y., Polyakova N. V. The strength of Vasarely and SLC illusions depends on line straightness // Perception 38 ECVP Abstract Supplement. 2009. Р. 95.

13. Sadza K. J., de Weert C. M. M. Influence of color and luminance on the Muller-Lyer illusion // Perception & Psycbophysics. 198. № 35. P. 214-220.

Размещено на Allbest.ru