مقالة منهجية

قياس الحساسية لتغيير وجهة النظر مع وبدون إشارات مجسمة

DOI:

10.3791/50877

⸱

ديسمبر 4, 2013

 ,  ,  , 
1Research School of Psychology, Australian National University, 2School of Psychology, University of Western Australia, 3McGill Vision Research, Department of Ophthalmology, McGill University

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نناقش طريقة جديدة لدوران وجهة النظر للمنبهات البصرية ، ونوضح باستخدام مجسم المرآة الإدراك ثلاثي الأبعاد للدوران في العمق. يمكن استخدام هذه التقنية للتحقيق في دور الإشارات المجسمة في ترميز الأشكال التي يتم تدويرها بوجهة النظر.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

سرعة ودقة التعرف على الأشياء تتأثر بتغيير في وجهة النظر ؛ مما يدل على أن المراقبين البشريين حساسون لهذا التحول. نناقش هنا طريقة جديدة لمحاكاة مظهر كائن خضع لدوران في العمق ، وندرج عرضا للاختلافات بين المنظور والإسقاطات الإملائية. بعد ذلك ، نصف طريقة يمكن من خلالها قياس حساسية الإنسان للدوران في العمق. أخيرا نناقش جهازا لإنشاء إدراك حي لدوران ثلاثي الأبعاد في العمق. ويتستون ثمانية مرآة المجسمة. من خلال القيام بذلك ، نكشف عن وسيلة لتقييم دور الإشارات المجسمة في تمييز الأشكال والأشياء المستديرة لوجهة النظر.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أظهرت العديد من الدراسات أن سرعة ودقة التعرف على الكائن تتعرض للخطر بسبب التغيير في وجهة النظر1-7. على سبيل المثال ، يكون التعرف على الوجوه هو الأفضل عندما يتم عرض الوجه في المستوى الأمامي المتوازي ، أي "الأمامي" ، وينخفض بشكل منهجي حيث يتم تدوير الوجه بعمق بعيدا عن المستوى الموازي الأمامي. يمكن أن تحدث التغييرات في وجهة النظر إما عندما يتحرك المراقب أو الكائن المعرض. الأهم من ذلك ، غالبا ما يتم تقليل تكلفة وجهة النظر عن طريق إدخال إشارات مجسمة للمراقب1-4،6،8. ومع ذلك ، من المهم التمييز بين دوران الكائنات ثلاثية الأبعاد والمستوية. قد يكشف الأول عن مواد جديدة أو معلومات هيكلية تحت الدوران بينما لا يحدث هذا مع الأجسام المستوية. في هذا الاتصال نناقش طريقة لمحاكاة ظهور الأشكال والأشياء المستوية التي خضعت للدوران في العمق ، أو RID. نصف جهازا لتحويل الإسقاط ثنائي الأبعاد لصورة RID إلى إدراك ثلاثي الأبعاد (ثلاثي الأبعاد) حيوي ل RID يعتمد على مجسم مرآة ويتستون9. أخيرا ، أبلغنا عن طريقة نفسية فيزيائية لتحديد ما إذا كانت الإشارات المجسمة (3D) تؤثر على حساسيتنا لتغيير وجهة النظر. يوضح الفيلم 1 كيف يتم تغيير مظهر الشكل من خلال تغيير وجهة النظر / RID.

محاكاة تغيير وجهة النظر

عندما يخضع كائن ما ل RID ، فإنه بالطبع لا يتغير فعليا في الهوية أو الشكل. ومع ذلك ، من وجهة نظر المراقب ، يتغير الشكل. على سبيل المثال ، إذا كنت تحمل ورقة أمامك مباشرة في عرض أفقي ، فإن صورة الورقة في عينك ، والتي تسمى صورة الشبكية ، هي مستطيل أفقي. إذا قمت بعد ذلك بتدوير الورقة حول محورها الرأسي المركزي ، فستصبح صورة الشبكية قصيرة مسبقا على طول الوضع الأفقي (انظر الشكل 1 للحصول على عرض توضيحي). في النهاية ، إذا قمت بتدوير الورق بزاوية 90 درجة ، فإن صورة الشبكية عبارة عن شريط رفيع بسمك الورق. وبالتالي فإن أكبر تغيير في صورة الورقة التي خضعت ل RID هو الضغط الأفقي لشكلها. يحدث تدرج تغيير أصغر للتغيير في المدى الرأسي حيث تكون الصورة أطول لأقرب حافة دون تغيير عند محور الدوران وأقصر للحافة الأبعد.

يمكن محاكاة RID عن طريق التحويل المناسب للصور باستخدام حزم البرامج أو عن طريق كتابة الكود الخاصبالفرد 8،10. يمكن للقراء الراغبين في معرفة المزيد عن RID الرجوع إلى النصوص والمواقع الإلكترونية ذات الصلة المعنية بتحولات وجهات النظر ، أو التعرف على الوظائف المضمنة في برنامج معالجة الصور للحزم مثل تلك المدرجة في موادنا. ومع ذلك ، عند تحويل صورة محفز على الشاشة لتمثيل زاوية معينة من RID ، هناك اعتبار إضافي: أي نوع من الإسقاط يجب استخدامه ، الإملائي أو المنظور؟ عندما نشاهد مشهدا ، تنتج الكائنات القريبة صورا أكبر لشبكية العين من الأشياء البعيدة. بالنسبة للكائن ثنائي الأبعاد (ثنائي الأبعاد) الذي يخضع ل RID ، فهذا يعني أن الجانب البعيد مضغوط أكثر من الجانب القريب ، كما يوضح الشكل 1 (انظر على وجه الخصوص الشكل الأيمن السفلي الذي يحتوي على RID 60 درجة). يعتمد حجم عدم تناسق الانضغاط على حجم الجسم الخاضع ل RID ، وعلى بعدنا عنه. يشتمل إسقاط المنظور على عدم تناسق الضغط هذا بينما يتجاهله الإسقاط الإملائي ببساطة عن طريق تعيين نفس الأبعاد للجانبين القريب والبعيد من كائن RID. نظرا لأن المراقب الذي يشاهد كائنا مستو يدور سيتم تقديمه مع عدم التناسق هذا ، فسنستخدم إسقاط المنظور هنا. ميزة أخرى لطريقتنا هي أن الإسقاط يأخذ في الاعتبار مسافة المشاهدة من المراقب إلى الشاشة. لقد استخدمنا سابقا طريقة RID الخاصة بنا لمحاكاة الأشكال المستديرة لوجهة النظر في كل من إسقاط المنظور ثنائي الأبعاد وفي 3D8،10.

محاكاة تغيير وجهة نظر ثلاثية الأبعاد

< p class = "jove_content" >من أجل محاكاة RID المجسم ، يحتاج المرء إلى تقديم صور مختلفة قليلا للعين اليمنى واليسرى. يعرف هذا الاختلاف بين الصورتين باسم التباين المجهر11 ، وهو دالة على كل من مسافة المشاهدة والفصل بين العينين ، وتحديدا المسافة بين الحدقة بالعودة إلى مثال الورقة الخاصة بنا في العرض الأفقي ، إذا قمنا بتدوير قطعة الورق حول المركز الرأسي ، في اتجاه عقارب الساعة بمقدار 45 درجة (بحيث تنحسر الحافة اليسرى) ، فإن عرض كل عين للورقة يختلف قليلا. الصورة المعروضة على العين اليسرى أقل بقليل من 45 درجة أثناء دوران الصورة المعروضة على العين اليمنى تزيد قليلا عن 45 درجة (انظر الشكل 2 للحصول على توضيح - المراقبون الذين يمكنهم دمج الصورتين العلويين سيدركون RID في 3D). إذا تم تقديم زوايا RID المناسبة بشكل منفصل للعين اليمنى واليسرى (حالة الاستريو) ، فستنتج تدرجا تباينيا ومن المرجح أن يبلغ المراقب عن انطباع حي عن 3D RID. ومع ذلك ، إذا تم تقديم صور متطابقة ، تمثل دورانا بزاوية 45 درجة من نقطة الرؤية المركزية ، لكلتا العينين (الحالة غير المجسمة) ، فسيرى المراقب تمثيلا ثنائي الأبعاد لمحفزات RID. تتمثل إحدى الطرق الراسخة لتقديم صور منفصلة للعين اليمنى واليسرى باستخدام شاشة واحدة في استخدام تعديل لمجسم المرآة الذي طوره السير تشارلز ويتستون في الأصل فيمنتصف القرن التاسع عشر12 - انظر الشكل 3. عندما يتم وضع صورتي نصف الاستريو في مواقع مقابلة في عرض كل عين ، يمكن دمجهما مجهرين لإنتاج إدراك ثلاثي الأبعاد (انظر Howard and Rogers12 للحصول على مراجعة شاملة لطرق وقيود الاستريو).

من خلال الجمع بين تغيير وجهة نظر محاكاة وعرض مجسم ، يمكننا تحديد ، على سبيل المثال ، الدور الذي تلعبه الإشارات المجسمة في قدرتنا على اكتشاف التغييرات في وجهة النظر. تكشف نتائج العرض التوضيحي أدناه أنه عندما يكون حجم الجسم المستوي ، في هذه الحالة محيط منحني ، معروفا أو مألوفا للمراقب ، يتم استخدام التغيير في عرض المنحنى ثنائي الأبعاد (يطلق عليه أحيانا ترهله) للكشف عن التغيير في RID ، أي وجهة النظر (انظر Bell et al.10 للمخطوطة الكاملة حول هذا التأثير). نصف أدناه بالتفصيل طريقة نفسية فيزيائية لقياس الحساسية لتغيير RID للأشكال المستوية المحددة 2D و 3D.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
< ص الفئة = "jove_title" >1. الفحص المسبق

  1. قبل الاختبار ، احصل على موافقة خطية ومستنيرة من كل مشارك.
  2. اسأل الشخص عما إذا كان لديه حدة طبيعية أو مصححة إلى طبيعية (أي النظارات).
  3. تحقق من حدة الاستريو للمشارك باستخدام اختبار استريو بسيط محمول باليد.

2. تحقيق الاندماج المجهر في المجسم

  1. اجلس المشارك على المكتب أمام المجسم المرآة واضبط ارتفاع كرسيه للراحة.
  2. أطفئ الأنوار حتى تتكيف الظلام لمدة 3 دقائق على الأقل. يعمل النظام المرئي بشكل أفضل عندما يتكيف مع ظروف الإضاءة السائدة.
  3. اطلب من المشارك النظر من خلال المجسم المجسم. سيرون صليبا معروضا على الشاشة لكل عين. يجب عليهم ضبط الوضع الأفقي لصلبان التثبيت حتى يرون صليبا واحدا فقط ، في وسط مجال رؤيتهم. إذا رأوا صليبين ، فإن هذا الفصل غير صحيح وهناك حاجة إلى تعديل أفقي. تتمحور الأهداف على الصلبان عند عرضها ويضمن هذا الإجراء الاندماج على المسافة الصحيحة.
  4. المشارك جاهز الآن لبدء التجربة.

3. تعليمات المهام للمراقب

  1. "في كل تجربة سترى منحنيين لهما دوران في العمق (RID). أنت مطالب بتحديد أي من المنحنيين لديه RID أكبر ، بمعنى آخر الذي يتم تدويره بعيدا عن وجهة نظرك. اضغط على زر الماوس الأيسر إذا كان الحافز الأول يحتوي على RID أكبر. اضغط على زر الماوس الأيمن إذا كان المنحنى الثاني يحتوي على المزيد من RID."
  2. "هذه مهمة اختيار قسري لا تبدأ فيها المحاكمة التالية حتى يتم الرد على محاكمة سابقة."
  3. "إذا لم تكن متأكدا من الحافز الذي يحتوي على المزيد من RID ، فيرجى اتخاذ أفضل تخمين."

4. قياس الحساسية لتغيير وجهة النظر / RID في الخطوط

  1. لتقييم دور الإشارات المجسمة في أحكام RID ، يتم قياس أداء المشارك بشكل منفصل في الظروف التي يتم فيها تقديم إشارات مجسمة إلى RID (ظروف مجسمة) وحيث لا يتم تقديمها (ظروف غير مجسمة). لتقديم إشارات مجسمة ، يعرض الكمبيوتر زاوية منحنى RID مختلفة لكل عين من المراقب ، من خلال المجسم المجسيم. لتقديم المنحنيات بدون إشارات استريو ، يقدم الكمبيوتر نفس منحنى RID لكلتا العينين (انظر الشكل 2 للحصول على مثال على ذلك). ثم تتكرر الخطوات المنهجية أدناه لكلا الحالتين.
  2. بدء الإجراء ، المكون من 140 تجربة ، للمشارك. ملاحظة: تستخدم طريقة المحفزات الثابتة (MOCS13) لضمان أعداد متساوية من التجارب لكل قيمة من RID لمنحنى الاختبار المستخدم. يمكن أن تكون RIDs إما أكبر من أو أقل من أو تساوي 45 درجة ، مع اختيار القيمة المعينة عشوائيا من المجموعة لكل تجربة. يتم الاحتفاظ ب RID من المنحنى المرجعي ثابتا عند 45 درجة RID. يتم ترتيب عرض المراجع ومحفزات الاختبار بشكل عشوائي في كل تجربة.
  3. اسمح للبرنامج بتسجيل عدد المرات التي يختار فيها المشارك الاختبار على أنه في زاوية RID أكبر.
  4. امنح المشاركين استراحة بعد كل مجموعة من التجارب. في هذا المثال ، تتكون التجارب ال 140 من 20 تكرارا في كل من زوايا RID السبع المختلفة لمنحنى الاختبار: 3 زوايا أقل من 45 درجة ، و 3 زوايا أكبر من 45 درجة و 1 RID عند 45 درجة بالضبط - نفس المنحنى المرجعي.
  5. في نهاية كل تشغيل ، يرسم الكمبيوتر البيانات التي تصف نسبة المرات التي اختار فيها المشارك حافز الاختبار على أنه بزاوية RID أكبر من 45 درجة ، كدالة لزاوية RID المعروضة (انظر أمثلة على نقاط البيانات في الشكل 4).
  6. دع البرنامج يناسب البيانات بوظيفة Gaussian تراكمية من أجل تحديد الدقة التي يمكنهم بها إجراء تمييز RID. يتم إعطاء هذه الدقة من خلال معلمة الوظيفة المجهزة التي تحدد المنحدر (انظر مثال الخطوط الصلبة في الشكل 4).
  7. احصل على المنحدر من كل قطعة أرض. يمكن بعد ذلك مقارنة تقديرات المنحدر للظروف الاستريو وغير المجسمة إحصائيا من أجل تحديد ما إذا كانت الإشارات المجسمة قد ساهمت في قدرة المراقب على اكتشاف التغيير في RID.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يرسم الشكل 4 أمثلة على النتائج التي تم الحصول عليها من مثل هذه التجربة. يصف المحور y في كل شكل نسبة المرات التي تم فيها اختيار نمط الاختبار على أنه يحتوي على RID أكبر. بدلا من رسم العدد المطلق للمرات التي حدث فيها هذا ، يتم إعطاء هذا كنسببة. يصف المحور x RID المادي لنمط الاختبار. تذكر أنه هنا ، تم الاحتفاظ بالنمط المرجعي عند 45 درجة RID. تمثل نقاط البيانات نسبة المرات التي اختار فيها المراقب منحنى الاختبار على أنه يحتوي على RID أكبر لمجموعة من RIDs المادية. يسجل الكمبيوتر فقط عدد المرات التي يتم فيها اخ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يمكن استخدام الأساليب التي تمت مناقشتها في هذا الاتصال من قبل أي باحث يسعى إلى معالجة الأسئلة المتعلقة بالتمييز و / أو الاعتراف بالأشياء التي تم تدويرها في وجهة النظر. الأهم من ذلك ، أن طريقة إسقاط المنظور لا تقتصر على المحفزات الموضحة هنا. بدلا من ذلك ، يمكن تطبيقه على مجموعة واسعة من المحفزات التجريبية ، من الخطوط إلى صور الأشياء المعقدة. توضح مقدمتنا طرق تطبيق هذا التحول باستخدام برامج مخصصة أو برامج مكتبات مثل MATLAB.

هناك اهتمام كبير بفهم كيفية التعرف على الأشياء عبر وجهات نظر مختلفة. وتج...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة. المؤلف الأول ، جيسون بيل ، موظف بدوام كامل في الجامعة الوطنية الأسترالية. ديفيد بادكوك وجي إدوين ديكنسون موظفان بدوام كامل في جامعة أستراليا الغربية. فريد كينغدوم موظف بدوام كامل في جامعة ماكجيل.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
< p class = "jove_content">تم دعم هذا البحث من قبل مجلس الأبحاث الأسترالي. منحة ARC # DP110101511 الممنوحة ل JB ؛ المجلس الوطني للبحوث العلمية والهندسية ، منحة NSERC الكندية # RGPIN121713-11 الممنوحة ل FK ؛ منح ARC # DP130102580 و DP110104553 إلى DRB.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
اختبار ستيريوhttp://www.stereooptical.com/products/stereotestsاختبار Titmus stereoflyأجهزة اختبار محمولة
أجهزة ستيريو مسبقة الصنعhttp://www.stereoaids.com.auمجسمة مسبقة الصنعمناسبة لأجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة
مجسم مرآةمخصص ؛ أو Edmundoptics8 مجسم مرآةwww.edmundoptics.com
بطاقة الرسوماتNVidiaNVidia أو ATI الموصى
بها برنامج التحكم التجريبيMATLABMATLAB و Python و C ++ و Visual Basic الموصى
به برنامج التحكم التجريبيPsychtoolbox.orgPsychtoolboxمجاني للتنزيل ولكنه يتطلب برنامج MATLAB
الإحصائيGraphpadPrism V5http://www.graphpad.com/
إحصائي برنامجPalamedesدليل الفيزياء النفسيةhttp://www.palamedestoolbox.org
وثائق الإسقاط ثلاثية الأبعادويكيبيدياhttp://en.wikipedia.org/wiki/3D_projection

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bennett, D. J., Vuong, Q. C. A stereo advantage in generalizing over changes in viewpoint on object recognition tasks. Percep. Psychophys. 68, 1082-1093 (2006).
  2. Bulthoff, H. H., Edelman, S. Y., Tarr, M. J. How are three-dimensional objects represented in the brain? Cereb. Cortex. 5, 247-260 (1995).
  3. Burke, D. Combining disparate views of objects: Viewpoint costs are reduced by stereopsis. Vis. Cogn. 12, 705-719 (2005).
  4. Burke, D., Taubert, J., Higman, T. Are face representations viewpoint dependent? A stereo advantage for generalising across different views of faces. Vis. Res. 47, 2164-2169 (2007).
  5. Edelman, S., Bulthoff, H. H. Orientation dependence in the recognition of familiar and novel views of three-dimensional objects. Vis. Res. 32, 2385-2400 (1992).
  6. Lim Lee, Y., Saunders, J. A. Stereo improves 3D shape discrimination even when rich monocular shape cues are available. J. Vis. 11, (2011).
  7. Parr, L. A., Siebert, E., Taubert, J. Effect of familiarity and viewpoint on face recognition in chimpanzees. Perception. 40, 863-872 (2011).
  8. Bell, J., Dickinson, J. E., Badcock, D. R. Radial frequency adaptation suggests polar-based coding of local shape cues. Vis. Res. 48, 2293-2301 (2008).
  9. Wade, N. J. On the late invention of the stereoscope. Perception. 16, 785-818 (1987).
  10. Bell, J., Kanji, J., Kingdom, F. A. A. Discrimination of rotated-in-depth curves is facilitated by stereoscopic cues, but curvature is not tuned for stereoscopic rotation-in-depth. Vis. Res. 77, 14-20 (2013).
  11. Regan, D. Human Perception of Objects. , Sinauer Associates, Inc. (2000).
  12. Howard, I. P., Rogers, B. J. Binocular Vision and Stereopsis. , Oxford University Press. (1995).
  13. Kingdom, F. A. A., Prins, N. Psychophysics: A Practical Introduction. , Academic Press: an imprint of Elsevier. (2010).
  14. Kingdom, F. A. Color brings relief to human vision. Nat. Neurosci. 6, 641-644 (2003).
  15. Ustinova, K. I., Perkins, J. Gaze and viewing angle influence visual stabilization of upright posture. Brain Behav. 1, 19-25 (1002).
  16. Shieh, K. -K., Lee, D. -S. Preferred viewing distance and screen angle of electronic paper displays. Appl. Ergon. 38, 601-608 (2007).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Viewpoint Change SensitivityRotation In DepthMirror StereoscopeMethod Of Constant StimuliCumulative SIAN FunctionBehavioral Data AnalysisVisual Acuity ScreeningStereo Acuity TestBinocular Fusion Adjustment

مقالات ذات صلة