3d視覺(jué)的心理學(xué)研究

1、<p>　　3D視覺(jué)的心理學(xué)研究</p><p>　　【摘 要】近年來(lái)，隨著3D電影、電視的逐步走入人們的生活，3D這個(gè)詞對(duì)于人們來(lái)說(shuō)已經(jīng)變得不再陌生。從19世紀(jì)以來(lái)，物理學(xué)家和心理學(xué)家就開(kāi)始探討，人類是如何產(chǎn)生的3D視覺(jué)的？他們做了大量的有關(guān)3D視覺(jué)的心理物理實(shí)驗(yàn)，試圖揭開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)。隨著，近年來(lái)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展，腦成像技術(shù)被引入到有關(guān)3D視覺(jué)加工的研究。使我們開(kāi)始對(duì)3D視覺(jué)的加工方式有了更清晰的認(rèn)識(shí)

2、。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】3D；深度；腦損傷；腦成像 </p><p>　　人類本來(lái)生活在一個(gè)三維的世界，但是我們的眼睛卻只能接收到投射到視網(wǎng)膜上的二維信息。當(dāng)一個(gè)物體出現(xiàn)在我們眼前的時(shí)候，首先有關(guān)物體的光學(xué)信息透過(guò)我們的眼睛傳送到視網(wǎng)膜上，視網(wǎng)膜再通過(guò)感光細(xì)胞將物理的光學(xué)刺激轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元信號(hào)，被送往大腦進(jìn)行加工。這是我們視覺(jué)系統(tǒng)在對(duì)物體的輪廓、結(jié)構(gòu)和空間定位進(jìn)行重新表征的過(guò)程，

3、在這一個(gè)過(guò)程中，我們需要利用一些線索來(lái)幫助表征，這被稱之為深度線索。我們的視覺(jué)系統(tǒng)是如何利用這些深度線索來(lái)幫助我們的大腦對(duì)客觀的3D世界進(jìn)行重新表征的？這一直是困擾心理學(xué)視覺(jué)領(lǐng)域研究的一個(gè)問(wèn)題。 </p><p>　　一、3D視覺(jué)的心理物理學(xué)研究 </p><p>　　最早有關(guān)3D視覺(jué)的一些心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)在19世紀(jì)便開(kāi)始產(chǎn)生，盡管當(dāng)時(shí)的研究?jī)H僅是在黑暗中呈現(xiàn)一些小的光點(diǎn)。后來(lái)，大多有關(guān)3D

4、視覺(jué)的實(shí)驗(yàn)開(kāi)始使用還相對(duì)粗糙的心理物理測(cè)驗(yàn)，比如讓被試判斷一個(gè)物體的深度距離，或者評(píng)估其深度和寬度的比例。Gibson（1950）可能是第一個(gè)正式嘗試去解答視覺(jué)系統(tǒng)是如何利用不同類型的圖形結(jié)構(gòu)而獲取有關(guān)3D圖形的知覺(jué)信息的人。他認(rèn)為，要想獲取物理環(huán)境的屬性，就必須和可測(cè)量的光學(xué)刺激做到一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。另外他也可能是第一個(gè)嘗試科學(xué)的解釋為什么深度知覺(jué)由單眼線索誘發(fā)，包括圖形紋理梯度線索，陰影，線條透視以及運(yùn)動(dòng)。他認(rèn)為視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)視覺(jué)元

5、素“梯度”的增加或減少，從2D的視網(wǎng)膜圖形中提取空間信息。在Gibson過(guò)后，有許多的心理物理學(xué)研究已經(jīng)證明，人類通過(guò)各種單眼線索獲取高精度的深度信息，包括紋理梯度，線條透視，運(yùn)動(dòng)視差等。 </p><p>　　關(guān)于3D深度視覺(jué)，心理學(xué)家也做了大量的實(shí)驗(yàn)研究試圖說(shuō)明，人類是先天還是后天形成的具備感知3D物體能力的。吉布森和沃克（1961）對(duì)36名6.5-14個(gè)月會(huì)爬的兒童進(jìn)行了著名的視崖實(shí)驗(yàn)。他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)

6、，中央有一個(gè)容納會(huì)爬嬰兒的平臺(tái)，平臺(tái)兩邊覆蓋著厚玻璃。平臺(tái)與兩邊厚玻璃上鋪著同樣黑白相間的格子布料。一邊的布料和玻璃緊貼，不造成深度，形成“淺灘”；另外一邊的布料與玻璃相隔數(shù)尺距離，造成深度，形成“懸崖”。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有足夠大的視崖深度時(shí)（大約90cm或更多），只有不到10%（3名）嬰兒會(huì)越過(guò)視崖爬向自己的母親，而有27名嬰兒從中間的平臺(tái)爬向“淺灘”。當(dāng)深側(cè)的方格圖案距離玻璃板越近時(shí)，就有越多的嬰兒爬過(guò)淺灘；當(dāng)視崖深度是26cm時(shí)，有

7、38%的嬰兒爬過(guò)淺灘，而1cm時(shí)只有8%（主要是年齡較大的嬰兒）。 </p><p>　　二、3D視覺(jué)的腦神經(jīng)機(jī)制研究 </p><p>　　Holmes and Horrax （1919）報(bào)告了一個(gè)有關(guān)3D視覺(jué)和腦損傷的重要案例。這位病人因?yàn)楸粯寭舳沟秒p側(cè)頂葉皮層沿角回中心區(qū)受損，完全的失去了3D視覺(jué)，部分2D視覺(jué)也受到影響。在他受傷以后，他的視知覺(jué)完全的被改變了，以至于看到的每個(gè)物體

8、都是扁平的。這種癥狀可以被理解為不能從深度線索中提取深度信息，包括雙眼視差和各種單眼的圖形線索，而不僅僅是立體視覺(jué)的確實(shí)（雙眼視覺(jué)）。我們知道，當(dāng)我們閉上一只眼睛的時(shí)候，這樣我們便不能產(chǎn)生雙眼視差，但這并不會(huì)導(dǎo)致3D知覺(jué)的完全消失。讓頂葉受傷的病人完成堆砌磚塊的任務(wù)，病人根據(jù)一個(gè)由磚塊組成的3D磚塊結(jié)構(gòu)模型圖片來(lái)堆磚塊，結(jié)果很難順利完成任務(wù)。這種癥狀可以被解釋為在3D空間中提取磚塊關(guān)系的損傷，而這種關(guān)系的提取在使用單眼或者雙眼深度線索的

9、時(shí)候都能正常的完成。Ungerleider， L.G. and Mishkin， M. （1982） 首先在顳下葉損傷的猴子身上發(fā)現(xiàn)了他們?cè)趯W(xué)習(xí)視覺(jué)辨別任務(wù)中異常困難。動(dòng)物的雙側(cè)下顳葉皮層脫落對(duì)于它們辨別復(fù)雜的2D圖形會(huì)有損傷。相反，頂葉皮層受損則能表現(xiàn)出正常的圖形辨別能力，但是它們對(duì)物體在空間中的定位的能力</p><p>　　近年來(lái)，越來(lái)越多的研究者采用功能磁共振成像技術(shù)（fMRI）對(duì)3D圖形神經(jīng)加工進(jìn)行研究

10、。其主要對(duì)比被試在看3D圖形和2D圖形時(shí)，大腦不同的激活圖像，以精確負(fù)責(zé)加工3D圖形的腦區(qū)。Janssen團(tuán)隊(duì)已經(jīng)采用fMRI的辦法詳細(xì)的討論了前頂葉內(nèi)部（AIP）對(duì)于3D圖形加工的神經(jīng)機(jī)制。絕大多數(shù)的AIP神經(jīng)元對(duì)不同的深度位置，有非常高的敏感性。另外他們也發(fā)現(xiàn)顳葉皮層邊緣（TEs）對(duì)于彎曲的深度表面的方向敏感。Tsutsui團(tuán)隊(duì)同樣利用fMRI技術(shù)，對(duì)人和猴子對(duì)于3D視覺(jué)的加工進(jìn)行了大量的研究。結(jié)果顯示，參與低水平的視差加工，主要分

11、布在枕葉皮層，而參與高水平的視差加工；通過(guò)視差梯度負(fù)責(zé)對(duì)3D表面方向重新表征的神經(jīng)元，主要出現(xiàn)在頂葉尾部?jī)?nèi)側(cè)溝（CIP）中。 </p><p>　　各種研究結(jié)果匯總似乎可以得出一個(gè)結(jié)論，靈長(zhǎng)類動(dòng)物的視覺(jué)系統(tǒng)包含了兩種功能迥異的視覺(jué)通道：腹側(cè)的“what”通道指向顳葉，負(fù)責(zé)物體的認(rèn)知，識(shí)別物體是什么有關(guān)系；背側(cè)的“where”通道指向頂葉，負(fù)責(zé)物體的空間定位和視覺(jué)動(dòng)作的控制 </p><p>

12、;<b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] Corrow， S.， Granrud， C. E.， Mathison， J.， & Yonas， A.Infants and adults use line junction information to perceive 3D shape. Journal of Vision， 2012，12（1）. </p&