空间知觉

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空间知觉

space perception

对物体距离、形状、大小、方位等空间特性的知觉。两个视网膜上的略有差异的映象,是观察物体空间关系的重要线索。它使人能在两维的视网膜刺激基础上,形成三维的空间映象。对物体不同部位的远近的感知称为立体视觉深度知觉。深度知觉除了利用双眼的视差的线索外,还要利用其他的主客观线索。大小知觉是在深度知觉的基础上对不同远近的物体作出的大小判断。听觉空间知觉,在距离方面主要以声音强度为线索;而要判定声源的方位则必须依据双耳听觉线索。后者称为听觉空间定位。除了视觉和听觉外,人手的触摸感觉,人在环境中的探索活动,也是空间知觉的重要信息。

空间知觉-视空间知觉

在视空间知觉的问题上,心理学家一直在探索下面两个问题:(1)我们的视网膜是二维的,同时我们又没有“距离感受器”,那么在二维空间的视网膜上如何形成三维的视觉,我们又通过哪些线索来把握客体与客体、客体与主体之间在位置、方向、距离上的各种空间关系呢?(2)如果说视空间知觉的获得是由于双眼协调并用的结果,那么为什么在很多时候使用单眼仍然可以获得准确的空间知觉?根据已有资料,空间知觉需要依靠许多客观条件和机体内部条件或线索(cues)并综合有机体的已有视觉经验而达到。有时我们甚至无法意识到这些线索的作用。概括起来,视空间知觉的线索包括单眼线索和双眼线索。单眼线索主要强调视觉刺激本身的特点,双眼线索则强调双眼的协调活动所产生的反馈信息的作用。

(一)单眼线索

单凭一只眼睛即可利用单眼线索(monocular cue)而相当好地感知深度,艺术家们特别擅长利用单眼线索制造作品中的深度等空间关系。单眼线索很多,其中主要的有如下几种。

(1)对象的相对大小(relative size)。对象的相对大小是距离知觉的线索之一。如图所示,

空间知觉

小圆点好像离我们远些,大圆点好像离我们近些。对于熟悉物体的判断则有所不同,高矮不同的两个熟人,如果现在你看到那个本来矮小的人显得高大些,而那个本来高大的人看起来矮小些,那么,你便会觉察到前者离你近些,后者则离你远些。

(2)遮挡(occlusion)。如果一个物体被另一个物体遮挡,遮挡物看起来近些,而被遮挡物则觉得远些。物体的遮挡是距离知觉的一个线索(见图)。

空间知觉

如果没有物体遮挡,远处物体的距离就难以判断。例如,高空的飞机倘若不与云重叠,就很难看出飞机和云的相对高度。

(3)质地梯度(texture gradient)。视野中物体在视网膜上的投影大小及投影密度上的递增和递减,称为质地梯度。当你站在一条砖块铺的路上向远处观察,你就会看到越远的砖块越显得小,即远处部分每一单位面积砖块的数量在网膜上的像较多。看图中的两个图形,上部质地密度较大,下部质地单元较少,于是产生了向远方伸延的距离知觉。

空间知觉

(4)明亮和阴影(light and shadow)。我们生活在一个光和阴影的世界里。它帮助我们感知体积、强度、质感和形状。黑暗、阴影仿佛后退,离我们远些;明亮和高光部分得突出,离我们近些(见图)。

空间知觉

在绘画艺术中,运用明暗色调,把远的部分画得灰暗些,把近的部分画得色调鲜明些,以造成远近的立体感。

(5)线条透视(linear perspective)。同样大小的物体,离我们近,在视角上所占的比例大,视像也大;离我们远,在视角上所占的比例小,视像也小。平行线,如火车轨道,会在远处汇聚。汇聚线越多,知觉的距离越远(见图)。

空间知觉

(6)空气透视(atmosphere perspective)。由于空气的散射,当我们观看远处物体时都会感受到:能看到的细节就越少;物体的边缘越来越不清楚,越来越模糊;物体的颜色变淡,变得苍白,变得灰蒙蒙的。远处物体在细节、形状和色彩上的这些衰变现象,称为空气透视。当然,空气透视和天气的好坏很有关系。天高气爽,空气透明度大,看到的物体就觉得近些;阴雾沉沉或风沙弥漫,空气透明度小,看到的物体就觉得远些。如图所绘的“布里斯托尔的宽码头”,

空间知觉

其中不仅利用了空气透视原理,还综合运用了质地梯度、遮挡、线条透视及相对大小和相对高度等线索。

(7)运动视差(motion parallax)。头只要稍微一转动,物体与视野的关系就变了。这种由于头和身体的活动所引起的视网膜物像上物体关系的变化,称为运动视差。当我们运动时,原来静止的物体看上去也在运动。坐过火车的人有这样的经验:在火车上注视窗外的一个物体,如一座房子,那么,比房子近的物体向后运动,物体越近,运动得越快,而注视点远处的物体则和你同时运动,物体越远,运动速度越慢。

(8)眼睛的调节。人在看东西的时候,为了使视网膜获得清晰的物像,水晶体的曲率就要发生变化:看近物时,水晶体较凸起;看远物时,水晶体比较扁平。这种变化是由睫状肌进行调节的。睫状肌在调节时产生的动觉,给大脑提供了物体远近的信息。不过,调节作用只在几米的范围内有效,且分辨力较差。

(二)双眼线索

利用双眼线索(binocular cue)是深度和距离知觉的主要途径,其效果要比利用其他线索精细准确得多。双眼线索主要包括视轴辐合双眼视差

(1)视轴辐合或双眼会聚(binocular convergence)。看远物时,两眼视线近似于平行;看近物时,双眼视线会向正中聚合以对准物体。眼睛肌肉在控制视线辐合时所产生的动觉,会给大脑提供物体远近的线索。不过,辐合作用所提供的距离线索只在几十米的范围内起作用。物体太远,视线趋于平行,已不能提供有效的辐合信息。

(2)双眼视差(binocular disparity)。人的两只眼睛相距约65毫米。当我们看立体物的时候,两眼从不同的角度看这一物体,视线便有点儿差别。尝试一下将手指放在离鼻尖较近的位置,分别用两只单眼观看,会发现手指位置发生了明显的移动。观察物体时两眼视网膜上的物像差异就是双眼视差。双眼视差在深度知觉中起着至关重要而又不为人所觉察的作用,由双眼视差来判断深度的过程即立体视觉(stereopsis)。利用这一原理,人们可借助计算机制图或特制的实体镜观察三维实体图。

立体视觉的研究表明,在排除了其他所有深度线索的条件下,一组完全无意义的视觉刺激,只要具备视差条件,即能产生深度知觉。这在一定程度上验证了吉布森的直接知觉理论,并在艺术创作和计算机视觉领域得到广泛的应用。  

空间知觉-听空间知觉

关于空间的感受,除了视觉之外还能从听觉器官获得,耳朵能提供声音的方向和声源远近的线索。视觉线索有单眼和双眼的区别,听觉线索也有单耳和双耳的区别。

(一)单耳线索

由单耳所获得的线索,虽不能有效地判断声源的方位,却能有效地判断声源的距离。平时我们往往以声音的强弱来判断声源的近远:强觉得近,弱觉得远。特别是熟悉的声音(如汽车、火车的声音),按其强弱来判断声源远近较为准确。

(二)双耳线索

对声源远近和方向定位,靠双耳的协同合作才能获得准确的判断。关于空间知觉的双耳线索主要有以下三种。

(1)双耳间时间差(time difference of binaural)。从一侧来的声音,两耳感受声音刺激有时间上的差异(即一只耳朵早于另一只耳朵)。这种时间差是声源方向定位的主要线索,声源被定位于先接受到刺激的耳朵的一侧。人体头部近似球形,两耳间的距离约为15~18厘米,声音到达两耳的时差的最大值约为0.5毫秒。

(2)双耳间强度差(intensity difference of binaural)。声音的强度随传播远近而改变,即愈远愈弱。与声源同侧的耳朵获得的声音较强,对侧耳朵由于声波受头颅阻挡得到的声音较弱。这样,声源就被定位于较强的一侧。

(3)位相差。低频声音因波长较长,头颅的阻挡作用较小,两耳听到的强度差也较小。这时,判定方位主要靠两耳感受声音的位相差,即同一频率声波的波形的不同部位作用于两耳,因而内耳鼓膜所受声波的压力也就有了差别。虽然这种差别很小,但它是低频声源定位的主要线索。

高于3 000赫兹的声音,两耳强度差较大,易于定位。两耳感受刺激的强度差是高频声音方向定位的主要线索。声速为344米/秒,当声源从正中偏向3°时,刺激两耳的时间差仅为0.03毫秒,人便能感觉到声音偏向一侧。时间差越大,感到声音偏向侧面的角度越大。偏向身体左右两侧的声音,到达两耳强度差和时间差较大,易于辨别其方向;处于两耳轴线垂直平分面上的声音,到达两耳的强度差和时间差相等,难于分辨其方向。在听觉方向定位时,人经常转动身体和头部的位置,使两耳的距离差不断变化,以便精确地判断声音的方向。这样,即使是一只耳朵,借助头部和身体转动的线索也能够确定声音的方位。

在通常的情况下,正常人的空间知觉主要依靠视觉和听觉。嗅觉也能起作用,由于气味到达两个鼻孔的时间、强度不同,也能分辨出气味的来源和位置。在特殊情况下,还可以用其他感官来感受空间。例如在黑暗中,靠触摸觉和动觉来确定周围物体与人之间的方位关系等。

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