Роль движения в построении трехмерного образа объекта

Понятие «структуры-из-движения»

Восприятие движения является важным условием выживания живого существа в окружающем мире. Благодаря нашей способности воспринимать движущиеся объекты, а также самим перемещаться в среде мы получаем разностороннюю информацию о таких свойствах окружающих нас объектов, как их форма, положение в пространстве, рельеф и наклон поверхностей и т.д.

Конструирование трехмерных свойств объектов в результате их движения в науке называется восстановлением трехмерной структуры из движения («структура-из-движепия», от англ, stmcture-from-motiori). Данный феномен активно изучается в настоящее время в мировой науке, причем не только в психологии, но и в роботостроении и разработке систем искусственного интеллекта. В силу этого феномен восстановления структурных пространственных характеристик объекта из его движения рассматривается по трем основным направлениям: а) исследование того факта, что информация о пространстве может быть получена на основе информации о движении; иными словами, при решении проблемы восприятия третьего измерения; б) изучение психологических и психофизиологических параметров, механизмов и условий такого использования конструирования для адекватного взаимодействия с миром; в) при решении проблем моделирования человеческого поведения с помощью технических средств.

В психологической пауке одним из способов анализа процесса конструирования пространственных свойств объекта из его движения является рассмотрение этого процесса в терминах оптического потока, описанного в предыдущем параграфе.

Наиболее изученным явлением, относящимся к группе феноменов, называемых «структура-из-движения», является кинетический эффект глубины. Кинетический эффект глубины показывает, что восприятие движения является важным условием для формирования трехмерного образа объекта, так как зрительная система может конструировать трехмерную форму объекта на основе информации о его движении. Кинетический эффект глубины впервые был описан Г. Уоллахом и Д. О’Коннелом в 1953 г.[1] Уоллах и О’Коннел провели серию экспериментов, где испытуемому предъявлялся не сам объект, а его проекция на экране. В этом случае при наблюдении вращающейся двумерной теневой проекции у наблюдателя возникало переживание, что вращается трехмерный объект. Например, в одном из своих экспериментов Уоллах и О’Коннел предъявляли наблюдателю вращающуюся проволочную фигуру, например куб, находящуюся между просвечивающимся экраном и лампой. В итоге испытуемый видел данную фигуру в теневой проекции (т.е. фигура отбрасывала тени на экран, представляющие собой набор линий, и именно эти тени и наблюдал испытуемый) (рис. 5.17). Важно отметить, что наблюдатель заранее не знал, какой объект и какой именно формы будет ему предъявляться. Если куб был неподвижен, то наблюдатель считал, что объект, отбрасывающий тень на экран, является плоским, т.е. двумерным; если же куб вращался, то наблюдатель совершенно точно определял форму объекта, отмечая прежде всего его пространственные характеристики (именно куб, а не квадрат, ромб и т.д.).

Значение кинетического эффекта глубины для психологии восприятия движения огромно, так как этот эффект показывает, что, несмотря на плоскую, т.е. двумерную проекцию окружающего мира на сетчатку глаза, наблюдатель способен восстанавливать трехмерную картину мира, и движение либо самого наблюдателя, либо самого объекта является необходимым условием для такого восстановления. В настоящее время в современной науке на стыке психологии восприятия движения и компьютерных наук, а именно такого раздела, как разработка искусственного интеллекта, систем распознавания и роботостроение, появился новый раздел, изучающий закономерности и механизмы такого конструирования трехмерного образа мира на основе кинетической информации.

Установка в эксперименте Уоллаха и О’Коннела с проволочным

Рис. 5.17. Установка в эксперименте Уоллаха и О’Коннела с проволочным

кубом

Дальнейшие исследования показали, что восприятие трехмерной формы объекта возможно, даже если на экран проецировать движущиеся независимые элементы, например точки. Ярким примером могут служить эксперименты Шимона Ульмана, ученого, стоявшего у истоков изучения явлений «структуры-из-движения». Ульман провел следующий простой эксперимент. Он взял два вложенных друг в друга (т.е. имеющих одну общую ось) небольших цилиндра, составленных из набора точек (рис. 5.18). Образы этих цилиндров проецировались на плоский двумерный экран; в этом случае на экране наблюдатель видел случайное распределение точек. Однако же, если цилиндры вращались по часовой и против часовой стрелок и, следовательно, проекции точек на экране менялись соответственно этому вращению, у наблюдателя возникало четкое представление о трехмерной форме вращающихся фигур: он видел два вложенных друг в друг цилиндра, вращающихся в противоположных направлениях. Таким образом, пространственная структура цилиндра может быть определена на основе относительного движения элементов его поверхности[2].

Из способности перцептивной системы к построению трехмерного образа объекта на основе его двумерной проекции вытекает проблема, получившая название в науке проблемы соответствия (correspondence problem). Эта проблема актуальна как для психологии, так и для инженерных наук, занимающихся разработкой фото- и видеосистем. Проблема соответствия в психологии опирается на тот факт, что движение объекта в единицу времени приводит к формированию последовательной серии плоских проекций этого объекта на сетчатке. Сама проблема состоит в поиске ответа на вопрос: как перцептивная система находит соответствие между одним и тем же элементом в разных проекциях? Проблему соответствия и возможные пути ее решения мы рассмотрим далее.

Стимульный материал в эксперименте Ш. Ульмана

Рис. 5.18. Стимульный материал в эксперименте Ш. Ульмана:

вращающиеся текстурированные точками цилиндры и проекция этих точек

на плоский экран

  • [1] Wallach O'Connel D. N. The kinetic depth effect //Journal of Experimental Psychology. 1953. Vol. 45 (4). P. 205-217.
  • [2] Ullman S. The Interpretation of Structure from Motion // Proc. of the R.l Soc. of London.Series B, Biological Sciences. 1979. Vol. 203 (1153). P. 405-426.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >