К.ф.-м.н.
Антипов В.Н., *к.биол.н. Звездочкина Н.В., **к.псих.н. Жегалло А.В.
*Казанский
(Приволжский) федеральный университет, Россия, **Институт психологии РАН, ЦЭП МГППУ, Россия
Физиологические особенности трехмерного восприятия образов
плоскостных изображений
Известно, что зрительное восприятие человека основано на
стереоскопичности и бинокулярной диспарантности (стереопсис). Первое означает, что информация из окружающего мира
поступает двумя глазами. Два глаза – это две точки наблюдения, смещенные на 5-7
см. Именно смещение (диспарантность) создает условие распознавания глубины и пространственного построения окружающих трехмерных предметов,
расположенных на различных расстояниях от глаз. На сетчаточных изображениях
глаз формируются смещенные проекции объектов, попадающих в поле зрения глаз.
Смещение преобразуется в зрительных центрах мозга в восприятие глубины, объема,
пространственной перспективы трехмерного окружающего мира. В том случае, если
на сетчаточных изображениях образуются идентичные проекции, то для определения
местоположения объектов друг относительно друга инициируются монокулярные
признаки. Остановимся на плоскостных изображениях. Оба глаза фокусируются на плоскости изображения. Проекции от
образов плоскостного изображения находятся на одном расстоянии от глаз, как и
плоскость самого изображения. Естественно по принципу стереопсиса нет
возможности определить, какой образ изображения ближе. Отсутствие диспарантности не создают и эффекты
объемности образов.
Последние 20-25 лет происходит изменение визуальной среды обитания.
Широкое применение компьютеров, программное обеспечение (особенно трехмерное
моделирование) к ним создают изображения, отсутствующие ранее в природной
среде. Многочасовое влияние экрана монитора компьютера на расстоянии всего 70-80 см создает новые
условия зрительного восприятия. Возможно причинной восприятия рельефности
образов плоскостных изображений, выявленной нами по опросу ~ 1000 чел. возраста
11-22 года, является именно длительное
воздействие плоскостным экраном монитора компьютера на зрительную систему.
Эффекты рельефности можно довести
до полноценного восприятия глубины, объема, пространственной перспективы
образов плоскостных изображений (далее феномен). Технология развития феномена
включает тренинг зрительного восприятия к наблюдению стереоскопической глубины
стереограмм (Антипов,2010). Тренинг проводится в статических и динамических
условиях восприятия направления вектора стереоскопической глубины относительно
плоскости расположения стереограммы. Ниже приводятся физиологические
особенности в условиях наблюдения
атрибутов феномена.
Физиологические факторы при наблюдении феномена изучались двумя
методиками: 1. при регистрации движения
глаз (Антипов,2014) и 2. фиксировании ЭЭГ активности головного мозга
(Звездочкина, 2014).
Регистрация
движений глаз выполнялась с помощью установки SMI HiSpeed в
бинокулярном режиме (Частота регистрации 500 Гц). Первичная запись движений
глаз содержала Х,У координаты взора (на поверхности экрана монитора) и величину
раскрытия зрачка по отдельности для левого и правого глаз. Изображения
экспонировались на 19” ЭЛТ мониторе ViewSonic
90Gf, расположенном на расстоянии 58 см. от глаз
наблюдателя (разрешение 1280х1024 пикселей; 38 пикселей/см).
Работа
проводилась в Центре экспериментальной психологии Московского городского
психолого-педагогического университета
(исследователь с.н.с., к.псих.н.Жегалло А.В., испытуемый Антипов В.Н.). По
результатам исследований получено 5 патентов Российской федерации. Стимульными
изображениями были: три плоскостных (2D), на
которых по утверждению испытуемого он воспринимает глубину и объемность образов;
стереограммы, растровые 3D- изображения.
Стереограммы наблюдались в трехмерном и плоскостном вариантах. Для обработки
информации по координатам применялись методы нелинейной динамики.
Главная
особенность: оперативная запись координат на экране монитора показала, что при
восприятии плоскостных изображений
образуется горизонтальная диспарантность. Иными словами в условиях
восприятия глубины и объема стимульных 2D-изображений фокусировка глаз происходит вне их
плоскости расположения на экране монитора. На мониторе возникает не нулевая
разность координат правого и левого глаз (ΔX = ХRa – XLe ≠0). Выявлено,
фокусировка глаз (плоскости расположения образов) происходит далее плоскости
расположения монитора на расстояниях 14-
92 см (для 90% интервала значений разности). Для растровых изображений
аналогичные показатели разности координат обеспечивают местоположение распределения объема, глубины в
диапазоне 17-62 см. Сравнение местоположений
фокусировки глаз (т.е. глубины, объемности) образов растрового и плоскостного
изображения показывают, что они одного уровня восприятия.
При
вычислении расстояния до плоскости фокусировки изображений используется формула
H = h d / (d- ΔХ), d- расстояние между зрачками глаз, h –расстояние от глаз до стимульных изображений
(монитор). Формула получена по треугольнику, образованному по линиям,
соединяющим зрачки глаз и точку их фокусировки. Если фокусировка осуществляется
на плоскости стимульного изображения (т.е. на плоскости монитора), то ΔХ
=0, а H= h. В таком
варианте образы стимульного изображения воспринимаются как двумерные.
Рассмотрим вариант расстояний H в условиях:
ΔX ≈ d. Очевидно, расстояние до
плоскости воспринимаемых изображений будет бесконечно большим. Иными словами,
если рассматривать стимульное
изображение на экране монитора при
ориентации глаз как бы на удаленные
объекты, то эффекты глубины и объема могут распределяться в протяженном пространстве за плоскостью
расположения изображения. Оговоримся, такие состояния зарегистрированы, но их
продолжительность не превышает 30 мс.
Следующими
особенностями восприятия глубины
плоскостного изображения являются: возникновение диспарантности по
У-координате и превышение интервала фиксации правого глаза над левым в 1,95
раз.
Гистограммы разности координат в условиях плоскостного и трехмерного
восприятия стереограмм. Ширина
контура в условиях восприятия стереоскопической
глубины в пересчете на диспарантность составляет величину 7,1 мм, при плоскостном - 2,2 мм. Максимум контура
при плоскостном восприятии располагается в области нулевых значений разности Х-координат.
Отклонение от нулевых значений показывает, что даже в условиях плоскостного
восприятия стереограммы фокусировка глаз происходит не только в плоскости расположения стереограммы. Тем самым формируется ограниченный интервал значений разности ΔХ. Именно контур гистограммы плоскостного восприятия стереограммы может характеризовать особенности
ранее упоминаемой рельефности образов, выявленной в опросе молодых людей.
Изучение ЭЭГ активности
в условиях восприятия глубины, объема плоскостного изображения. Регистрация ЭЭГ
осуществлялась с помощью компьютерного электроэнцефалографа Нейрон-Спектр-1
фирмы "Нейрософт" (Россия) (частота пропускания усилителей 0.5-35 Гц)
монополярно от 8 симметричных отведений правого и левого полушарий: затылочных
(О1, О2), височных (T3, T4), центральных (С3,С4),
лобных (F1, F2), расположенных по международной схеме 10-20. Изображения
размером 40х30 см устанавливались на расстоянии ~1,5 м от испытуемого. Задачей
испытуемых было обеспечить условия трехмерного восприятия изображения «ИЭГ».
О трехмерном восприятии судили по ранее проведенным тестам, а также по
субъективным ощущениям испытуемых. Первичные данные
записи ЭЭГ обрабатывались с
помощью пакета стандартной
программы «Нейрон-Спектр.NET». Изучали
пространственные и амплитудно-частотные характеристики корковой электрической
активности. Выделенные единичные
отрезки ЭЭГ (эпохи анализа), по
10 секунд каждый, лишенные артефактов, обрабатывались методом
спектрального анализа в
области 3-30 Гц с
использованием алгоритма быстрого
преобразования Фурье в
программе BrainLoc. Оценивали следующие критерии ЭЭГ :мощность и
максимальную частоту основных диапазонов ЭЭГ (дельта, тета, альфа, бета);
выявляли пространственно-временные характеристики активности мозга.
Работы проводилась на
четырех испытуемых. Трое из них студенты, прошедшие семестровый курс тренинга
по развитию способности трехмерного восприятия плоскостных изображений.
Четвертый-Антипов В.Н., ранее прошедший испытания с применением айтрекера. Исследователь: к.биол.н.Звездочкина Н.В.
Стимульными 2D- изображениями были те, которые использовались при изучении движения глаз. Выделены следующие
особенности: в условиях трехмерного восприятия по сравнению с плоскостным, во-первых,
полная амплитуда когерентности ЭЭГ ритмов в 1,8 (и более раз) больше.
Во-вторых, зарегистрировано возрастание мощности тета и альфа ритмов на правом и левом полушариях.
Литература
Антипов В.Н., Антипов А.В. Пат. № 2391948 RU. Способ развития стереоскопического зрения / Опубл.
20.06. 2010. - Бюл.17.
Антипов В.Н., Жегалло А.В. Трехмерное восприятие
плоскостных изображений в условиях компьютеризованной среды обитания //
Экспериментальная психология. 2014.Т.7. №3. С.97-111
Звездочкина Н.В., Антипов В.Н., Ахмадуллина Г.Н.
Динамика спектральной мощности ЭЭГ при восприятии плоскостных изображений как
объемных после специального обучения // Естественно-научный подход в
современной психологии/ Отв. ред. В.А.Барабанщиков.- Изд-во «Институт
психологии РАН», 2014.С.271-278.