3d視覺的心理學研究

1、<p>　　3D視覺的心理學研究</p><p>　　【摘 要】近年來，隨著3D電影、電視的逐步走入人們的生活，3D這個詞對于人們來說已經(jīng)變得不再陌生。從19世紀以來，物理學家和心理學家就開始探討，人類是如何產(chǎn)生的3D視覺的？他們做了大量的有關3D視覺的心理物理實驗，試圖揭開這個謎團。隨著，近年來認知神經(jīng)科學的發(fā)展，腦成像技術被引入到有關3D視覺加工的研究。使我們開始對3D視覺的加工方式有了更清晰的認識

2、。 </p><p>　　【關鍵詞】3D；深度；腦損傷；腦成像 </p><p>　　人類本來生活在一個三維的世界，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。當一個物體出現(xiàn)在我們眼前的時候，首先有關物體的光學信息透過我們的眼睛傳送到視網(wǎng)膜上，視網(wǎng)膜再通過感光細胞將物理的光學刺激轉化為神經(jīng)元信號，被送往大腦進行加工。這是我們視覺系統(tǒng)在對物體的輪廓、結構和空間定位進行重新表征的過程，

3、在這一個過程中，我們需要利用一些線索來幫助表征，這被稱之為深度線索。我們的視覺系統(tǒng)是如何利用這些深度線索來幫助我們的大腦對客觀的3D世界進行重新表征的？這一直是困擾心理學視覺領域研究的一個問題。 </p><p>　　一、3D視覺的心理物理學研究 </p><p>　　最早有關3D視覺的一些心理物理學實驗在19世紀便開始產(chǎn)生，盡管當時的研究僅僅是在黑暗中呈現(xiàn)一些小的光點。后來，大多有關3D

4、視覺的實驗開始使用還相對粗糙的心理物理測驗，比如讓被試判斷一個物體的深度距離，或者評估其深度和寬度的比例。Gibson（1950）可能是第一個正式嘗試去解答視覺系統(tǒng)是如何利用不同類型的圖形結構而獲取有關3D圖形的知覺信息的人。他認為，要想獲取物理環(huán)境的屬性，就必須和可測量的光學刺激做到一一對應的關系。另外他也可能是第一個嘗試科學的解釋為什么深度知覺由單眼線索誘發(fā)，包括圖形紋理梯度線索，陰影，線條透視以及運動。他認為視覺系統(tǒng)通過檢測視覺元

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過后，有許多的心理物理學研究已經(jīng)證明，人類通過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，運動視差等。 </p><p>　　關于3D深度視覺，心理學家也做了大量的實驗研究試圖說明，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36名6.5-14個月會爬的兒童進行了著名的視崖實驗。他們設計了一個試驗臺

6、，中央有一個容納會爬嬰兒的平臺，平臺兩邊覆蓋著厚玻璃。平臺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”。實驗結果表明，有足夠大的視崖深度時（大約90cm或更多），只有不到10%（3名）嬰兒會越過視崖爬向自己的母親，而有27名嬰兒從中間的平臺爬向“淺灘”。當深側的方格圖案距離玻璃板越近時，就有越多的嬰兒爬過淺灘；當視崖深度是26cm時，有

7、38%的嬰兒爬過淺灘，而1cm時只有8%（主要是年齡較大的嬰兒）。 </p><p>　　二、3D視覺的腦神經(jīng)機制研究 </p><p>　　Holmes and Horrax （1919）報告了一個有關3D視覺和腦損傷的重要案例。這位病人因為被槍擊而使得雙側頂葉皮層沿角回中心區(qū)受損，完全的失去了3D視覺，部分2D視覺也受到影響。在他受傷以后，他的視知覺完全的被改變了，以至于看到的每個物體

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的確實（雙眼視覺）。我們知道，當我們閉上一只眼睛的時候，這樣我們便不能產(chǎn)生雙眼視差，但這并不會導致3D知覺的完全消失。讓頂葉受傷的病人完成堆砌磚塊的任務，病人根據(jù)一個由磚塊組成的3D磚塊結構模型圖片來堆磚塊，結果很難順利完成任務。這種癥狀可以被解釋為在3D空間中提取磚塊關系的損傷，而這種關系的提取在使用單眼或者雙眼深度線索的

9、時候都能正常的完成。Ungerleider， L.G. and Mishkin， M. （1982） 首先在顳下葉損傷的猴子身上發(fā)現(xiàn)了他們在學習視覺辨別任務中異常困難。動物的雙側下顳葉皮層脫落對于它們辨別復雜的2D圖形會有損傷。相反，頂葉皮層受損則能表現(xiàn)出正常的圖形辨別能力，但是它們對物體在空間中的定位的能力</p><p>　　近年來，越來越多的研究者采用功能磁共振成像技術（fMRI）對3D圖形神經(jīng)加工進行研究

10、。其主要對比被試在看3D圖形和2D圖形時，大腦不同的激活圖像，以精確負責加工3D圖形的腦區(qū)。Janssen團隊已經(jīng)采用fMRI的辦法詳細的討論了前頂葉內(nèi)部（AIP）對于3D圖形加工的神經(jīng)機制。絕大多數(shù)的AIP神經(jīng)元對不同的深度位置，有非常高的敏感性。另外他們也發(fā)現(xiàn)顳葉皮層邊緣（TEs）對于彎曲的深度表面的方向敏感。Tsutsui團隊同樣利用fMRI技術，對人和猴子對于3D視覺的加工進行了大量的研究。結果顯示，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；通過視差梯度負責對3D表面方向重新表征的神經(jīng)元，主要出現(xiàn)在頂葉尾部內(nèi)側溝（CIP）中。 </p><p>　　各種研究結果匯總似乎可以得出一個結論，靈長類動物的視覺系統(tǒng)包含了兩種功能迥異的視覺通道：腹側的“what”通道指向顳葉，負責物體的認知，識別物體是什么有關系；背側的“where”通道指向頂葉，負責物體的空間定位和視覺動作的控制 </p><p>

12、;<b>　　參考文獻 </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&