מאמר שיטה

מדידת רגישות לשינוי נקודת מבט עם ובלי רמזים סטריאוסקופיים

DOI:

10.3791/50877

⸱

4 בדצמבר 2013

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

במאמר זה

סיכום

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

אנו דנים בשיטה חדשה לסיבוב נקודת מבט של גירויים חזותיים, ומדגימים באמצעות סטריאוסקופ מראה את התפיסה התלת-ממדית של סיבוב לעומק. ניתן להשתמש בטכניקה כדי לחקור את תפקידם של רמזים סטריאוסקופיים בקידוד דמויות מסובבות מנקודת מבט.

תקציר

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

המהירות והדיוק של זיהוי אובייקטים נפגעים על ידי שינוי בנקודת המבט; מה שמוכיח שצופים אנושיים רגישים לשינוי זה. כאן נדון בשיטה חדשה להדמיית מראה של אובייקט שעבר סיבוב מעמיק, ונכלול אקספוזיציה של ההבדלים בין פרספקטיבה להטלה אורתוגרפית. בשלב הבא אנו מתארים שיטה שבאמצעותה ניתן למדוד רגישות אנושית לסיבוב לעומק. לבסוף נדון במנגנון ליצירת תפיסה חיה של סיבוב תלת-ממדי לעומק; סטריאוסקופ שמונה המראות של וויטסטון. על ידי כך, אנו חושפים אמצעי שבאמצעותו ניתן להעריך את תפקידם של רמזים סטריאוסקופיים בהבחנה של צורות ואובייקטים מסובבים מנקודת מבט.

מבוא

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

מחקרים רבים הראו כי המהירות והדיוק של זיהוי אובייקטים נפגעים על ידי שינוי בנקודת המבט1-7. לדוגמה, זיהוי פנים הוא הטוב ביותר כאשר רואים את הפנים במישור המקביל הקדמי, כלומר "קדמי", ויורד באופן שיטתי ככל שהפנים מסובבים לעומק הרחק מהמישור הקדמי-מקביל. שינויים בנקודת המבט יכולים להתרחש כאשר הצופה, או האובייקט הנצפה, זז. חשוב לציין, עלות נקודת המבט מופחתת לעתים קרובות על ידי הכנסת רמזים סטריאוסקופיים לצופה1-4,6,8. עם זאת, חשוב להבחין בין סיבוב של עצמים תלת מימדיים ומישוריים. הראשון עשוי לחשוף מרקמים חדשים או מידע מבני בסיבוב בעוד שזה לא קורה עם עצמים מישוריים. בתקשורת זו אנו דנים בשיטה להדמיית המראה של צורות מישוריות ואובייקטים שעברו סיבוב לעומק, או RID. אנו מתארים מנגנון להפיכת הקרנה דו-ממדית של תמונת RID לתפיסה תלת מימדית חיה (תלת מימדית) של RID המבוססת על סטריאוסקופ המראה של וויטסטון9. לבסוף, אנו מדווחים על שיטה פסיכופיזית לקביעה אם רמזים סטריאוסקופיים (תלת-ממדיים) משפיעים על הרגישות שלנו לשינוי נקודת מבט. סרטון 1 מדגים כיצד מראה צורה משתנה על-ידי שינוי נקודת מבט/RID.

הדמיית שינוי נקודת מבט

כאשר אובייקט נתון ל-RID הוא כמובן לא משתנה פיזית בזהות או בצורה. עם זאת, מנקודת מבטו של המתבונן, הצורה אכן משתנה. לדוגמה, אם אתה מחזיק דף נייר ישירות מולך במבט לרוחב, תמונת הנייר בעינך, המכונה תמונת הרשתית, היא מלבן אופקי. אם לאחר מכן תסובב את הנייר סביב הציר האנכי המרכזי שלו, תמונת הרשתית תתקצר לאורך הציר האופקי (ראה איור 1 להדגמה). בסופו של דבר, אם מסובבים את הנייר ב-90°, תמונת הרשתית היא רצועה דקה בעובי הנייר. לפיכך, השינוי הגדול ביותר בתמונה של גיליון הנייר שהיה נתון ל-RID הוא דחיסה אופקית של צורתו. שיפוע שינוי קטן יותר מתרחש במידה האנכית כאשר התמונה גבוהה יותר עבור הקצה הקרוב ביותר ללא שינוי בציר הסיבוב וקצרה יותר עבור הקצה הרחוק יותר.

ניתן לדמות RID על ידי טרנספורמציה מתאימה של תמונות באמצעות חבילות תוכנה או על ידי כתיבת קוד8,10 משלך. קוראים המעוניינים לדעת יותר על RID יכולים לעיין בטקסטים ובאתרי אינטרנט רלוונטיים העוסקים בטרנספורמציות של נקודת מבט, או ללמוד על פונקציות מובנות בתוכנת עיבוד התמונה של חבילות כגון אלה המפורטות בחומרים שלנו. עם זאת, כאשר הופכים תמונה של גירוי על מסך לייצוג זווית מסוימת של RID יש שיקול נוסף: באיזה סוג הקרנה להשתמש, אורתוגרפי או פרספקטיבה? כאשר אנו צופים בסצנה, עצמים קרובים מייצרים תמונות רשתית גדולות יותר מאשר עצמים רחוקים יותר. עבור אובייקט דו-ממדי (דו-ממדי) הנתון ל-RID המשמעות היא שהצד הרחוק דחוס יותר מהצד הקרוב, כפי שממחיש איור 1 (ראה במיוחד את האיור הימני התחתון שיש לו RID של 60°). גודל אסימטריית הדחיסה תלוי בגודל האובייקט הנתון ל-RID, ובמרחק שלנו ממנו. הקרנת פרספקטיבה משלבת אסימטריית דחיסה זו ואילו הקרנה אורתוגרפית פשוט מתעלמת ממנה על ידי הקצאת אותם ממדים לצד הקרוב והרחוק של אובייקט ה-RID. מכיוון שצופה שצופה בעצם מישורי מסתובב יוצג עם אסימטריה זו, נשתמש כאן בהקרנת פרספקטיבה. יתרון נוסף של השיטה שלנו הוא שההקרנה לוקחת בחשבון את מרחק הצפייה מהצופה למסך. השתמשנו בעבר בשיטת ה-RID שלנו כדי לדמות צורות מסובבות של נקודת מבט הן בהקרנת פרספקטיבה דו-ממדית והן בתלת-ממד8,10.

הדמיית שינוי נקודת מבט תלת-ממדית

על מנת לדמות RID סטריאוסקופי צריך להציג תמונות מעט שונות לעין שמאל וימין. הבדל זה בין שתי התמונות ידוע בשם פער דו-עיני11, והוא פונקציה של מרחק הצפייה וההפרדה בין העיניים, במיוחד המרחק בין האישונים. אם נחזור לדוגמה של גיליון הנייר שלנו במבט לרוחב, אם נסובב את פיסת הנייר סביב המרכז האנכי, בכיוון השעון ב-45 מעלות (כך שהקצה השמאלי נסוג), נקודת המבט של כל עין על הנייר שונה במקצת. התמונה המוקרנת על העין השמאלית היא מעט פחות מסיבוב של 45 מעלות בעוד שהתמונה המוקרנת על עין ימין היא מעט יותר מסיבוב של 45 מעלות (ראה איור 2 להמחשה - צופים שיכולים למזג את שתי התמונות העליונות באופן חופשי יתפסו RID בתלת מימד). אם זוויות ה-RID המתאימות מוצגות בנפרד לעין השמאלית והימנית (מצב הסטריאו) הן ייצרו שיפוע פער והצופה צפוי לדווח על רושם חי של RID תלת מימדי. עם זאת, אם תמונות זהות, המייצגות סיבוב של 45 מעלות מנקודת הראייה המרכזית, מוצגות לשתי העיניים (המצב הלא-סטריאו), הצופה יראה ייצוג דו-ממדי של גירוי ה-RID. שיטה מבוססת להצגת תמונות נפרדות לעין שמאל וימין באמצעות צג יחיד היא שימוש בשינוי של סטריאוסקופ המראה שפותח במקור על ידי סר צ'ארלס וויטסטון באמצע המאהה-19 12 - ראה איור 3. כאשר שתי חצאי התמונות הסטריאו ממוקמות במיקומים מתאימים בשדה הראייה של כל עין, ניתן למזג אותן באופן דו-עיני כדי לייצר תפיסה תלת-ממדית (ראה הווארד ורוג'רס12 לסקירה מקיפה של שיטות סטריאו ומגבלות).

על ידי שילוב של שינוי נקודת מבט מדומה עם הצגה סטריאוסקופית אנו יכולים לקבוע, למשל, את התפקיד שממלאים רמזים סטריאוסקופיים ביכולתנו לזהות שינויים בנקודת המבט. תוצאות ההדגמה שלהלן מגלות שכאשר גודלו של אובייקט מישורי, במקרה זה קו מתאר מעוקל, ידוע או מוכר לצופה, השינוי ברוחב הדו-ממדי של העקומה (המכונה לפעמים השקיעה שלה) משמש לזיהוי השינוי ב-RID, כלומר נקודת מבט (ראה Bell et al.10 לכתב היד המלא על אפקט זה). להלן נתאר בפירוט שיטה פסיכופיזית למדידת רגישות לשינוי RID עבור צורות מישוריות המוגדרות בדו-ממד ובתלת-ממד.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

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

1. סינון מקדים

  1. לפני הבדיקה, קבל הסכמה בכתב ומודעת מכל משתתף.
  2. שאל את הנבדק אם יש לו חדות נורמלית או מתוקנת לנורמה (כלומר משקפיים).
  3. ודא את חדות הסטריאו של המשתתף באמצעות מבחן סטריאו כף יד פשוט.

2. השגת איחוי דו-עיני בסטריאוסקופ

  1. הושיבו את המשתתף ליד השולחן מול סטריאוסקופ המראה והתאימו את גובה הכיסא שלו לנוחות.
  2. כבה את האורות כך שהם יוכלו להסתגל לחושך למשך 3 דקות לפחות. מערכת הראייה מתפקדת בצורה הטובה ביותר כאשר היא מותאמת לתנאי התאורה השוררים.
  3. בקש מהמשתתף להסתכל דרך הסטריאוסקופ. הם יראו צלב המוצג על הצג עבור כל עין. עליהם להתאים את המיקום האופקי של צלבי הקיבוע עד שהם רואים צלב אחד בלבד, במרכז שדה הראייה שלהם. אם הם רואים שני צלבים, אז ההפרדה הזו שגויה ויש צורך בהתאמה אופקית. המטרות מרוכזות על הצלבים כאשר הן מוצגות והליך זה מבטיח היתוך במרחק הנכון.
  4. המשתתף מוכן כעת להתחיל בניסוי.

3. הוראות משימה לצופה

  1. "בכל ניסוי תראה שתי עקומות בעלות סיבוב בעומק (RID). אתה נדרש להחליט למי משתי העקומות יש RID גדול יותר, במילים אחרות איזו מסובבת יותר הרחק מהתצוגה שלך. לחץ על כפתור העכבר השמאלי אם לגירוי הראשון יש RID גדול יותר. לחץ על לחצן העכבר הימני אם לעקומה השנייה יש יותר RID."
  2. "זו משימה של בחירה כפויה שבה הניסוי הבא לא מתחיל עד שניתנה תגובה לניסוי קודם".
  3. "אם אינך בטוח לאיזה גירוי יש יותר RID, אנא ניחש כמיטב יכולתך".

4. מדידת רגישות לשינוי נקודת מבט/RID בקווי מתאר

  1. כדי להעריך את תפקידם של רמזים סטריאוסקופיים בשיפוט של RID, ביצועי המשתתף נמדדים בנפרד בתנאים שבהם מוצגים רמזים סטריאוסקופיים ל-RID (תנאי סטריאו) והיכן שהם אינם מוצגים (תנאים שאינם סטריאו). כדי להציג רמזים סטריאוסקופיים, המחשב מציג זווית עקומה שונה של RID לכל עין של הצופה, דרך הסטריאוסקופ. כדי להציג את העקומות ללא רמזי סטריאו, המחשב מציג את אותה עקומת RID לשתי העיניים (ראו איור 2 לדוגמא לכך). לאחר מכן חוזרים על השלבים המתודולוגיים שלהלן עבור שני המצבים.
  2. התחל את ההליך, המורכב מ-140 ניסויים, עבור המשתתף. הערה: שיטת הגירויים הקבועים (MOCS13) משמשת כדי להבטיח מספר שווה של ניסויים עבור כל ערך של RID של עקומת הבדיקה המופעלת. ה-RIDs יכולים להיות גדולים, קטנים או שווים ל-45°, כאשר הערך המסוים נבחר באופן אקראי מהקבוצה עבור כל ניסוי. ה-RID של עקומת הייחוס מוחזק קבוע ב-45° RID. סדר ההצגה של גירוי ההתייחסות והבדיקה הוא אקראי בכל ניסוי.
  3. אפשרו לתוכנית לתעד באיזו תדירות המשתתף בוחר את המבחן כנמצא בזווית ה-RID הגדולה יותר.
  4. תנו למשתתפים הפסקה לאחר כל בלוק של ניסויים. בדוגמה זו 140 הניסויים מורכבים מ-20 חזרות בכל אחת מ-7 זוויות RID שונות עבור עקומת הבדיקה: 3 זוויות פחות מ-45°, 3 זוויות גדולות מ-45° ו-1 RID בדיוק ב-45° - זהה לעקומת הייחוס.
  5. בסוף כל ריצה המחשב משרטט נתונים המתארים את שיעור הפעמים שהמשתתף בחר בגירוי הבדיקה כנמצא בזווית RID גדולה מ-45°, כפונקציה של זווית ה-RID המוצגת (ראה נקודות נתונים לדוגמה באיור 4).
  6. תן לתוכנה להתאים את הנתונים לפונקציה גאוס מצטברת על מנת לקבוע את הדיוק שבו הם מסוגלים לבצע את הבחנת ה-RID. דיוק זה ניתן על ידי הפרמטר של הפונקציה המותאמת הקובעת את השיפוע (ראה דוגמה לקווים מלאים באיור 4).
  7. השג את המדרון מכל חלקה. לאחר מכן ניתן להשוות סטטיסטית את הערכות השיפוע עבור תנאי הסטריאו והלא-סטריאו על מנת לקבוע אם רמזים סטריאוסקופיים תרמו ליכולתו של הצופה לזהות שינוי ב-RID.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

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

איור 4 מציג תוצאות לדוגמה שהתקבלו מניסוי כזה. ציר ה-y בכל איור מתאר את שיעור הפעמים שתבנית הבדיקה נבחרה כבעלת RID גדול יותר. במקום לשרטט את המספר המוחלט של הפעמים שזה קרה, זה ניתן כפרופורציה. ציר ה-x מתאר את ה-RID הפיזי של דפוס הבדיקה; לזכור שכאן, תבנית הייחוס הוחזקה ב-RID קבוע של 45°. נקודות הנתונים מייצגות את שיעור הפעמים שבהן הצופה בחר את עקומת הבדיקה כבעלת ה-RID הגדול יותר עבור טווח של RIDs פיזיים. המחשב נותן ציון רק למספר הפעמים שתבנית הבדיקה נבחרה כבעלת RID גדול יותר; המשמעות היא שהנתונים עבור צופה...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

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

השיטות הנדונות בתקשורת זו יכולות לשמש כל חוקר המבקש לענות על שאלות הקשורות להבחנה ו/או זיהוי של אובייקטים מסובבים מנקודת מבט. חשוב לציין, שיטת השלכת הפרספקטיבה אינה מוגבלת לגירויים המודגמים כאן; במקום זאת ניתן ליישם אותו על מגוון רחב של גירויים ניסיוניים, מקווים ועד תמונות של עצמים מורכבים. ההקדמה שלנו מתארת דרכים ליישם את הטרנספורמציה הזו באמצעות תוכנה מותאמת אישית, או תוכנת ספרייה כגון MATLAB.

יש עניין רב בהבנת האופן שבו אנו מזהים אובייקטים מנקודות מבט שונות. יש לציין כי ישנן מספר דרכים לדמו...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

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

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים. המחבר הראשון, ג'ייסון בל, הוא עובד במשרה מלאה באוניברסיטה הלאומית של אוסטרליה; דיוויד באדקוק וג'יי אדווין דיקינסון הם עובדים במשרה מלאה באוניברסיטת אוסטרליה המערבית; פרד קינגדום הוא עובד במשרה מלאה באוניברסיטת מקגיל.

תודות

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

מחקר זה נתמך על ידי מועצת המחקר האוסטרלית. מענק ARC # DP110101511 ניתן ל-JB; המועצה הלאומית למחקר מדעים והנדסה, מענק NSERC של קנדה # RGPIN121713-11 ניתן ל-FK; מענק ARC # DP130102580 ו-DP110104553 ל-DRB.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
בדיקת סטריאוhttp://www.stereooptical.com/products/stereotestsמבחן סטריאופליי Titmusמכשירי בדיקת כף יד
התקני סטריאו בנויים מראשhttp://www.stereoaids.com.auסטריאוסקופים מובנים מראשמתאים למחשבים שולחניים וניידים
סטריאוסקופ מראהבהתאמה אישית; או, סטריאוסקופ מראה Edmundoptics8 www.edmundoptics.com
כרטיס מסךNVidiaNVidia או ATI מומלץ
תוכנת בקרה ניסיוניתMATLAB MATLAB, Python, C++, Visual Basic מומלצת
תוכנת בקרה ניסיוניתPsychtoolbox.orgPsychtoolboxחינם להורדה אך דורש תוכנת
MATLAB סטטיסטיתGraphpadPrism V5http://www.graphpad.com/
סטטיסטי תוכנהפסיכופיזיקהPalamedeshttp://www.palamedestoolbox.org
תיעוד הקרנה תלת מימדיתויקיפדיהhttp://en.wikipedia.org/wiki/3D_projection
מדריך

מקורות

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

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

SIAN

מאמרים קשורים