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Sensation and Perception

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Overview

출처: 조나단 플롬바움 연구소 -존스 홉킨스 대학

시각적 지각의 가장 어려운 도전은 종종 2 차원 망막에서 3 차원 공간에 대한 정보를 복구하는 것으로 설명된다. 망막은 인간의 눈 안쪽에 빛에 민감한 조직입니다. 빛은 세계의 물체에서 반사되어 이러한 빛에 민감한 세포를 자극하는 망막에 투영을 주조합니다. 세계에서 나란히 있는 물체는 망막에 나란히 자극을 일으킵니다. 그러나 관찰자로부터 더 멀리 떨어져 있는 객체는 가까운 오브젝트에 비해 더 먼 자극을 생성할 수 없습니다. 거리-세 번째 차원-망막에 붕괴.

그렇다면 어떻게 하면 3차원에서 볼 수 있을까요? 대답은 인간의 뇌는 망막에 받은 입력 주어진 거리에 대한 추론을 만들기 위해 가정과 추론의 다양한 적용한다는 것입니다. 지각의 연구에서, 이러한 휴리스틱과 가정의 일부를 식별하는 방법으로 시각적 환상을 사용하는 오랜 전통이있다. 연구원은 뇌가 사용하는 트릭을 알고 있다면, 그들은 부정확하게 일을보고뇌를 속일 수 있어야합니다. 이 비디오는 시각적 깊이를 복구하기 위해 인간의 시각 시스템에 의해 적용 된 가정 중 하나를 설명하는 시각적 환상 인 Ames Room을 구축하는 방법을 보여줍니다.

Procedure

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1. 재료

  1. 에임스 룸을 건설하려면 각 1 피트 높이의 골판지 4 개가 필요합니다. 2피트 조각, 1피트 조각 2개, 길이 1.5피트의 1장 등 4개의 장길이가 다릅니다.
  2. 당신은 또한 어떤 종류의 두 개의 인형이 필요합니다, 액션 피규어, 장난감 군인, 심지어 박제 동물은 트릭을 할 것입니다. 두 가지 높이는 대략 동일한 높이여야 하며 키가 3/4피트보다 짧아야 합니다.
  3. 상자 커터와 접착제 또는 테이프도 필요합니다.

2. 에임스 룸 조립

  1. 두 개의 1피트 크기의 골판지 중 하나로 시작합니다. 바로 중앙에 페니를 넣고 상자 커터를 사용하여 페니 주위를 잘라 구멍을 생성합니다. 이것은 에임스 룸의 조리개가 될 것입니다.
  2. 도 1은 2.2.-2.4에 설명된 세 가지 초기 어셈블리 단계를 스키마하게 묘사합니다. 구멍으로 조각을 일어서서 오른쪽에 다른 1피트 크기의 판지 조각을 부착하여 두 개가 직각을 형성합니다. 위에서 볼 때 그림 1a의 오브젝트와 같은 개체가 있습니다.

Figure 1
그림 1: 에임스 룸을 구축하는 것은 불규칙한 4면 다각형건물(골판지)에 해당합니다. 첫 번째 단계는 1피트 크기의 골판지 조각에 페니 크기의 엿보기구멍을 조각하는 것입니다. 그런 다음 똑같이 크기의 판지 조각을 부착하여 (A)에 표시된 것과 같은 서 있는 직각을 생성합니다. 다음으로, 2피트 크기의 골판지를 관통구멍으로 조각 왼쪽에 플러시 직각으로 부착합니다. 결과는 B에서 스키마화됩니다. 마지막으로, 다각형을 닫기 위해 1.5 피트 크기의 판지 조각을 부착하십시오. 최종 제품은 C에 표시됩니다.

  1. 이제 조리개와 함께 조각의 반대편에 있는 2피트 조각을 부착합니다. 위에서 볼 때 그림 1b의 오브젝트와 같은 개체가 있습니다.
  2. 마지막으로 1.5피트 조각을 부착하여 구조를 닫습니다. 그림 1c에 있는 것과 같은 4면 다각형이 있습니다.
  3. 에임스 룸을 완료하고 환상을 생산하려면 두 개의 인형을 가지고 1.5 피트 판지 구조의 나머지 부분에 부착 된 각 정점각각에 배치합니다. 그림 2에서이 두 위치는 녹색 원으로 표시됩니다. 인형은 조리개를 향해야 합니다.

Figure 2
그림 2: 녹색 점은 에임스 룸 내의 인형의 상대적 배치를 나타냅니다. 가장 강한 환상을 생성하려면 두 개의 인형을 다각형의 두 개의 직사각형 정점에 배치하는 것이 중요합니다.

3. 환상을 보는 것

  1. 환상을 보려면 조리개를 통해 에임스 룸을 들여다 보십시오.

시각적 환상은 종종 사람이 세 가지 차원에서 세상을 보기 위해 두 눈에서 입력을 수신한다는 사실을 악용합니다.

예를 들어, 누군가가 열린 아파트 문을 통해 친구에게 이야기하는 경우, 그들은 복도 벽 앞에 몇 걸음 서이 개인을 분별할 것입니다. 이 인식은 부분적으로, 사람의 두뇌가 친구의 두 이미지, 즉 오른쪽 눈에서, 다른 하나는 왼쪽에서 결합한다는 사실에 기인한다.

그러나 문이 갑자기 닫히고 임차인이 구멍을 통해 한쪽 눈으로 친구를 보아야한다면 크기와 깊이는 판단하기가 더 어려워집니다.

안과 의사 발명가 알데버트 에임스의 이름을 따서 명명된 구조인 에임스 룸(Ames Room)은 이 쌍안경 시야를 조작하고, 기하학을 사용하여 시각적 시스템을 속여 물체의 크기를 실제로 동일시마다 식별합니다.

이 비디오는 에임스 룸을 디자인하는 방법을 설명하고, 그것이 만드는 환상을 문서화하고, 이러한 속임수가 영화의 특수 효과에 어떻게 사용되는지 설명합니다.

이 실험에서 참가자들은 조리개를 들여다 보며 한 눈으로 왜곡된 전시를 볼 수 있으며, 전체 설정은 에임스 룸입니다. 강제적인 관점은 뇌가 장면의 하나의 이미지만 수신하고, 모순된 눈에서 깊이 단서를 수신하지 않도록 합니다.

여기서 기하학적 인 트릭은 디스플레이가 불규칙한 길이의 측면 벽으로 구성되어 앞벽에 평행하지 않고 뒷벽을 대각선으로 만드는 것입니다. 이러한 구조는 방에서 예상되는 직각을 생성하지 않습니다.

대신 뒷모서리에 배치된 두 개의 크기 의 인형이 조리개와 거리가 다른 상황이 발생합니다. 즉, 왼쪽에 있는 것은 오른쪽에 있는 것보다 멀리 떨어져 있습니다.

참가자는 표시되는 내용을 보고해야 하며 응답은 종속 변수로 기록됩니다. 크기가 같더라도 오른쪽에 있는 문자를 훨씬 더 큰 것으로 보고할 것으로 예상됩니다.

참가자가 도착하기 전에 가위 나 칼, 테이프, 통치자, 4, 다양한 길이의 1 피트 너비의 골판지 조각, 그리고 두 개의 똑같이 크기의 액션 피규어를 사용하여 Ames Room의 작은 크기의 버전을 조립하십시오.

먼저 조리개를 만듭니다: 발 길이의 조각 중 하나의 중앙에 있는 페니 주위를 추적합니다. 이 윤곽선을 잘라서 부품을 밀어 내어 작은 구멍을 남깁니다. 이 세그먼트를 위로 서서 테이프로 골판지의 다른 1 피트 길이 부분에 부착하여 오른쪽이 될 것에 90 ° 각도를 형성합니다.

이제 왼쪽에 있는 2피트 조각을 고정하여 또 다른 90° 각도를 형성합니다. 마지막으로 나머지 한 발 반 부분을 연결하여 다각형을 닫습니다. 뒷면은 직각을 형성해서는 안됩니다.

디스플레이가 조립된 후면 모서리에 동일한 높이의 두 개의 그림을 배치합니다.

실험을 시작하려면 전시의 왜곡된 형상이 드러나지 않도록 뒷면이 덮여 있는지 확인하고 참가자를 앞에 앉히십시오. 조리개를 살펴보고 두 문자 중 어느 문자가 더 큰지 보고해야 한다고 설명한다.

이 시점에서 참가자가 몸을 숙일 수 있도록 합니다. 그녀가 내부를 들여다보는 동안, 어떤 것이 더 큰지 물어보고 그녀의 대답을 주목하십시오. [참가자말한다: 오른쪽은 더 큽하다.]

이 데모에서 참가자는 캐릭터가 크기가 다르다고 생각했습니다. 이 경우, 그녀는 오른쪽 그림을 왼쪽 그림보다 더 크다고 보고했습니다.

여기서 근본적인 기대는 벽이 직각으로 부착해야 하는 이전의 경험을 기반으로 했습니다. 뇌는 상계 증거를 수집 할 수 없기 때문에 - 다른 눈에 의해 제공 될 수있는 것과 같은 - 따라서 가정을 적용. 이로 인해 방이 직사각형으로 표시되었고, 먼 벽이 표시된 위치를 차지했습니다.

그 때 두 인물이 나란히 있었다는 것이 암시적이었습니다. 이제 망막에 나타난 두 가지 크기의 투영은 뇌가 뷰어와 서로 다른 거리에 서 있는 물체에 의해 발생하는 것이 아니라 크기 차이로 해석되었습니다.

이제 에임스 룸 환상에 익숙해지면 특수 효과 및 가상 현실 보기와 관련된 상황에서 원칙이 어떻게 적용되는지 살펴보겠습니다.

많은 영화 장면이 에임스 룸 세트 내부에서 촬영되었습니다. 프레임은 카메라의 조리개를 통해 캡처되기 때문에 감독은 배우가 매우 작고 로봇이 실제로 보다 훨씬 더 큰 것으로 묘사 할 수 있습니다.

Ames Room은 인간이 3D로 시각적 세계를 인식하는 데 필요한 단서를 이해할 수 있도록 지원함으로써 연구원들이 크기 환상을 사용하는 더 나은 가상 현실 도구를 설계하는 데 도움을 주었습니다.

이러한 시스템은 실제로 개인이 가정 리모델링 및 설계 프로젝트를 시각화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 가상 현실 장치를 사용하면 개체를 배치하여 시청자가 지정된 공간 내에서 의 외관의 실제성을 인식할 수 있도록 배치할 수 있습니다.

당신은 에임스 룸에서 JoVE의 비디오를 보았습니다. 이제 전시회를 설계하고 데모를 실행하는 방법과 응답을 해석하고 환상 뒤에 있는 원리를 적용하는 방법에 대해 잘 이해해야 합니다.

시청해 주셔서 감사합니다!

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Results

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에임스 룸을 들여다 볼 때 무엇을 보나요? 그림 3는 오른쪽에 있는 피규어가 크기가 같은 것이라는 것을 알고 있더라도 왼쪽에 있는 인형보다 훨씬 더 크게 보일 수 있습니다.

Figure 3
그림 3: 사람들이 에임스 룸에서 보는 것을 회로도 표현, 문제의 사실에 비해, 즉,실제로 무엇을. 그림의 오른쪽은 방에있는 인형의 진정한 상대적 크기와 거리를 보여줍니다 : 그들은 똑같이 키가 크고 왼쪽에있는 것은 뷰어에서 멀리 떨어져 있습니다. 그러나 조리개를 통해 볼 때, 왼쪽에 묘사 된 환상은 왼쪽에있는 인형이 오른쪽에있는 사람 옆에 서있는 것처럼 보이며, 그 인형도 훨씬 작아 보인다는 것입니다.

무슨 일이죠? 특히 에임스 룸을 설명하기 전에 크기와 깊이를 동시에 인식하는 일반적인 문제를 고려해야합니다. 물체가 망막에서 생성하는 투영은 물체의 크기에 비례하여 크기가 달라집니다. 그러나 투영은 또한 오브젝트가 투영하는 표면으로부터의 거리의 함수로서 크기가 달라집니다(이 경우 망막). 즉, 망막에 매우 큰 투영은 관련 개체가 관찰자와 매우 크고 합리적으로 멀리 떨어져 있거나 관련 개체가 작지만 매우 가깝다는 것을 의미할 수 있습니다. 큰 오브젝트는 멀리 있을 때 작은 투영을 투사할 수 있으며, 작은 오브젝트는 근처에 있을 때 큰 프로젝션을 투사할 수 있습니다. 크기와 거리를 분리하는 것은 3D 비전의 주요 과제 중 하나입니다. 도 4는 동일한 크기의 두 그루를 참조하지만 관찰자와 다른 상대적 거리를 참조하여 이 일반적인 문제를 스키마화합니다.

Figure 4
그림 4: 크기와 거리를 동시에 인식하는 문제를 설명하는 회로도다그램입니다. 그림의 왼쪽에는 높이가 같은 두 그루의 나무가 있습니다. 그들의 오른쪽에, 눈으로 표시 관찰자입니다. 관찰자가 나무에 대한 상대적 위치와 광학 투영의 물리학으로 인해 관찰자 왼쪽의 나무는 오른쪽 의 나무에 비해 관찰자의 망막에 훨씬 작은 반사를 던집니다. 오른쪽의 나무가 관찰자에 더 가깝기 때문입니다. 그러나 2차원 망막에 투영을 감안할 때, 관찰자는 왼쪽의 나무가 더 작거나 더 멀리 떨어져 있다고 어떻게 생각해야 합니까?

지금 에임스 룸으로 돌아오면, 특정 환상이 보여주는 것은 뇌가 물체 크기와 물체 거리를 추정하는 데 사용하는 트릭 중 하나입니다. 특히, 뇌는 가정을 적용: 그것은 강한 상계 증거의 부재에서, 그 구조는 직각에서 서로 연결 가정.

이제 에임스 룸 구성을 다시 살펴보고 환상이 그 가정을 어떻게 악용하는지 이해해 봅시다. 방의 벽은 모두 같은 색상이며, 작은 조리개를 통해 보는 사람들은 먼 벽이 대각선이라고 말할 수 없다. 그래서 뇌는 에임스 룸이 불규칙하지 않은 직사각형이라고 똑바로 가정합니다. 그 가정의 의미는 방의 왼쪽에있는 인형 (조리개 보기에 비해) 실제로보다 관찰자에 훨씬 더 가깝다는 것입니다. 사실, 의미는 오른쪽에있는 인형과 같은 거리에 있다는 것입니다. 실제로 멀리 떨어져 있기 때문에 왼쪽의 인형은 오른쪽의 인형보다 관찰자의 망막에 작은 이미지를 투사합니다. 그러나 뇌는 그들이 같은 거리임을 암시하는 가정을했다. 그렇다면 인형 투영의 크기 차이를 설명할 수 있을까요? 뇌는 속임수를 얻을 : 그것은 왼쪽에있는 인형이 실제로 환상을 생산하는 오른쪽의 것보다 훨씬 작아야하는 이유. 그림 5는 에임스 룸의 기하학과 관련하여 이 추론을 안내합니다.

Figure 5
그림 5. 에임스 룸은 뇌가 기하학에 대해 만드는 가정을 활용하여 크기 환상을 생성, 인간의 두뇌를 속입니다. 특히 인간의 뇌는 벽이 직각으로 서로 부착된다고 가정합니다. 에임스 룸의 조리개를 통해 보면 뇌는 상계 증거를 수집 할 수 없으므로 그 가정을 적용합니다. 그 결과 에임스 룸은 직사각형이라고 생각하며, 먼 벽이 그림의 점선 의 위치를 차지하고 있습니다. 그 때, 두 개의 인형이 나란히 있고 왼쪽 인형이 정확보다 관찰자에게 훨씬 가깝다는 것을 암시합니다. 그런 다음 뇌는 두 개의 나란히 물체가 망막에 너무 다르게 크기의 프로젝션을 캐스팅하는 이유를 스스로에게 묻습니다. 그것이 주는 대답 : 그들은 다른 크기여야합니다.

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인간이 3D에서 시각 세계를 어떻게 인식하는지 이해하는 것은 연구 초점의 주요 영역이자 현대의 지각 연구의 주요 성과였습니다. 그 결과 발생하는 중요한 응용 프로그램 중 일부는 3D 및 가상 현실 보기 기술을 개발중입니다. 에임스 룸은 특히 영화에서 오랜 시간 동안 특별한 효과로 사용되어 왔습니다. 영화가 거인이나 아주 작은 사람을 묘사해야 한다고 가정해 봅시다. 에임스 룸 내부의 내부 장면을 촬영하는 것은 어떤 사람들은 실제보다 훨씬 더 큰 (또는 작은)인 시청자를위한 환상을 생성 할 수 있습니다. 카메라는 결국 조리개입니다.

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