速度知覺實驗報告

速度知覺實驗報告

（浙江大學心理與行為科學系，311010 ）

摘要：速度知覺是運動知覺的一種，是能否正確估計物體的運動速度的能力。實驗中通過

讓被試對碰撞時間進行估計，通過測量估計誤差從而測量被試速度知覺準確性。碰撞時間 ( TTC, Time to collision 或Time to Contact)是指運動物體到達某一特定點所需要的時間。對TTC的估計與速度，運動方向，視覺變量等多種因素有關，本實驗旨在利用遮擋法，通過對被試估計誤差的測量，研究物體運動的速度和方向類型對速度知覺的影響，結果發(fā)現(xiàn)物體運動速度和方向類型對時間的估計都有著顯著的影響。同時對速度知覺以及實驗本身設計改善進行了討論。

關鍵詞：速度知覺 碰撞時間（TTC） 運動速度 運動方向類型

1 引言

知覺在認知心理學中被看作是感覺信息的組織和解釋,也即獲得連續(xù)階段的信息加工過程,它依賴于過去的知識和經(jīng)驗。速度知覺是運動知覺的一種，是能否正確估計物體的運動速度的能力。實驗中通過讓被試對碰撞時間進行估計，通過測量對碰撞時間的估計誤差來測量被試速度知覺準確性。

碰撞時間 ( TTC, Time to collision 或Time to Contact)是指運動物體到達某一特定點所需要的時間。例如司機估計從當前位置運動到障礙物的碰撞時間，從而在合適的時間進行剎車作業(yè)，避免碰撞的產(chǎn)生。

對TTC的估計要考慮到運動物體當時的速度、距離以及運行軌跡。人對TTC的估計因素大致分為以下幾類：

（一）視覺變量（相對擴張率倒數(shù)τ）： Lee 在1976年提出, 對運動物體的TTC知覺是由視覺變量決定的, 即: 物體光學影像相對擴張率 ( relative rate of optical expansion) 的倒數(shù)τ決定了人們對其 TTC 的判斷。1983年Mclead 和Ross 與駕駛相關的 TTC 實驗研究結果也支持了直接知覺法, 表明TTC直接由光陣(optic array) 決定。盡管很多此類實驗支持了τ在完成TTC任務中的作用, 越來越多的研究結果表明 TTC 判斷還受限制于場景、閾限因素和認知操作, 而且是以多種信息源為基礎的。在物體的輻射運動( radial motion) 中, τ變量是主要的時間線索。

（二）物理信息（運動速度，距離等）: 在物體的橫向運動(transverse motion)中, 由于物體視覺影像擴張率不變, 視覺變化近似于線性, 觀察者使用不同的信息源進行TTC判斷。物體進行橫向運動時, 不存在視覺擴張信息, 僅存在視覺邊界的收縮信息。因此, 影響其TTC估計的因素除了視覺信息之外, 還有物理信息。劉瑞光和黃希庭(1999) 在研究中使用正方形圖形作為運動對象, 采用遮擋范式, 考察了物體大小、運動速度、運動距離和加速度等因素對 TTC 估計的影響。結果表明, TTC 知覺線索是視覺信息和物理信息( 速度、距離) 的統(tǒng)合。而郭秀艷等(2000) 使用知覺測試儀在遮擋范式下考察了運動速度和距離對碰撞時間估計的影響, 也發(fā)現(xiàn)速度的提高會導致TTC估計的準確性提高。

（三）概念信息（運動物體的概念特征）：Kiefer等（2006）以及黃端等（2008）使用不同類別的交通工具（汽車和三輪車）的圖片為運動物體, 針對職業(yè)駕駛員被試開展了遮擋范式下的TTC估計實驗，發(fā)現(xiàn)駕駛員對不同概念物體的 TTC 估計存在顯著差異——對兩種不同交通工具( 小轎車和三輪車) 圖片的 TTC估計存在顯著差異，即便是當這兩個物體具有相同視覺邊界收縮信息和運動速度時, TTC 估計的差異仍然存在——表明除了視覺信息和物理信息以外, 概念信息也對駕駛員的 TTC 知覺產(chǎn)生了一定影響。

本實驗目的在于利用遮擋法，通過對被試估計誤差的測量，研究物體運動的速度和方向類型對速度知覺的影響。

2.主試指導被試閱讀指示語，說明反應方法（認為時間到了即按反應鍵），然后開始測定。每次測定之后都有反饋，被試可以對照調整自己以后的估計。

3.被試共做4次實驗，每個速度做兩次。實驗按照被試內(nèi)平衡，采用ABBA平衡順序效應。

2 實驗方法

2.1 被試

浙江大學心理系11級本科生50名，其中18名男性，32名女性，平均年齡為20.22±0.71歲。視力或矯正后視力良好。

3 結果分析

本實驗中,由于總時間未知，誤差百分數(shù)無法計算，所以因變量為絕對誤差AE,指被試的反應與實際TTC間絕對誤差的平均值。

統(tǒng)計結果見表3.1，柱形圖見圖3.1，經(jīng)重復度量多因素方差分析，速度的主效應顯著（F(1，49)=239.64，P<.01）,方向類型主效應顯著（F(5，45)=21.7，P<.01），并且兩者交互作用顯著（F(5,45)=15.67,P<.01）。事后兩兩配對檢驗發(fā)現(xiàn)：方向中平面運動（擴大和收縮）與水平、垂直運動均有顯著差異，而同類運動之間除平面運動外無顯著差異。

同時，對性別差異進行了檢驗，統(tǒng)計表見表3.2，結果發(fā)現(xiàn)，男女之間在任何實驗條件下并無顯著差異。

2.2 儀器與材料

計算機一臺，PsyKey心理教學系統(tǒng)

2.3 實驗設計與流程

實驗采用遮擋范式，遮擋一段固定的距離，讓被試

估計光標在通過該段距離所用的時間。整個實驗中，光標的寬度和光標移動的總距離不變。屏幕背景為黑色，光標為黃色。

1.本實驗有兩種變量：運動速度（40點/秒和100點/秒），三種運動類型（水平、垂直和平面運動）。為克服方向帶來的誤差，每種運動類型又有兩種相反方向（左右、上下和里外），這樣就組合成12種任務，每種任務測兩次，共24次。各類測定隨機呈現(xiàn)。

表3.1 不同速度與方向類型估計誤差統(tǒng)計表（s）

估計誤差均值 估計誤差絕對

值均值 絕對值標準誤

右

2.8 3.5 0.2

左

2.2 3.4 0.2

40點/秒 上 下

0.8 2.9 0.2

1.8 3.0 0.2

擴大

0.2 1.8 0.1

收縮

0.3 1.5 0.1

右

0.3 1.0

左

0.3 1.0 0.1

100點/秒 上 下

-0.3 1.2 0.1

0.3 1.0 0.1

擴大

-0.2 0.6 0.0

收縮

-0.1 0.6 0.1

0.1

表3.2 不同性別各條件下估計誤差統(tǒng)計表(s)

右

女（32） 男（18）

均值 SE 均值 SE

3.7 1.6 3.1 1.6

左

3.5 1.7 3.0 1.3

40點/秒 上 下

3.0 1.5 2.7 1.1

3.1 1.4 2.7 1.0

擴大

1.9 1.0 1.6 0.8

收縮

1.6

0.9 1.2 0.5

右

1.1 0.6 0.8 0.2

左

1.1 0.6 0.8 0.4

100點/秒 上 下

1.3 0.8 0.9 0.5

1.0 0.4 0.9 0.3

擴大

0.7 0.3 0.6 0.3

收縮

0.7 0.6 0.5 0.3

4 討論

4.1 速度知覺準確性的影響因素

1.運動類型：實驗結果可以看到，不同運動類型（平移或者平面運動）或者不同運動方向（水平或者垂直）之間存在顯著差異，說明不同運動類型對速度知覺具有影響。并且推測在不同運動類型之間存在著不同的速度知覺的機制，在平面運動（擴張或收縮）中，由于相對擴張率改變，所以被試更多的是利用直接知覺，對速度進行感知；而在平移運動時，由于相對擴張率不變，所以被試只能通過物理信息對速度進行感知，從而可能是通過間接知覺，通過T=S/V，并對S以及V分別進行估計，再計算出估計TTC，而這種方法的估計誤差較大（圖3.1可看出）；而水平和垂直之間的差異可能是由于人眼的閱讀習慣等因素造成；

2.運動速度：實驗結果可見，物體運動速度可影響對物體速度知覺的準確性，且速度大時，對碰撞時間估計誤差越小，速度知覺更準確。首先，從直接知覺角度出發(fā)，由于速度大時相對擴張率也大，所以知覺其的準確性也增大；同時，從間接知覺角度，由于S不變，在速度V增大時，同樣的知覺誤差下對V的誤差率降低，從而更準確的估計了速度，也進而http://www.oriental01.com/news/558B2B396E6D5A98.html提高了對TTC的估計；

3.運動距離：此因素本實驗并未作為自變量進行研

究，因為并不知道每次光標消失（被遮擋）時所距離目標的距離。但從現(xiàn)實生活經(jīng)驗來講，當相隔距離越近時，被試能更清楚地掌握目標位置與當前位置的情況，所獲得的視覺信息也就更加詳細，大腦對于環(huán)境的綜合加工會更加迅速，做出的判斷也就更加準確。

4.是否反饋：本實驗中每次試驗后都有反饋，有利于被試通過反饋調節(jié)，如增加對V的估計等方式改善自己的速度知覺的準確性。所以猜想反饋對于速度知覺準確性應該起著重要的作用。

4.2本實驗是否受練習效應的影響

由于本實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計沒有固定格式，導致被試在輸入數(shù)據(jù)時并未統(tǒng)一按照實驗順序進行填寫，所以不能對所有數(shù)據(jù)進行分析，進而無法進行方差分析以及標準誤計算，只能通過某一組實驗中每個運動類型5次試驗的平均估計誤差繪制圖4.1，進行定性分析；

從圖中可以看到：被試整體的估計誤差隨著試驗次數(shù)增加而降低，說明應該存在練習效應，這與有反饋的實驗設計有關，但不同任務之間波動比較大。而疲勞效應由于無法分析整個實驗過程的數(shù)據(jù)，所以無法分析。同時，也有可能是由于疲勞效應與練習效應相互抵消，才導致了折線圖的波動，練習與疲勞效應有待后續(xù)實驗進行檢驗。

5.554.54

水平向右估計誤差變化曲線水平向左估計誤差變化曲線垂直向下估計誤差變化曲線垂直向上估計誤差變化曲線由里向外估計誤差變化曲線由外向里估計誤差變化曲線

平均估計誤差/s

3.532.521.510.50

1

2

3

4

5

試驗順序

圖4.1 不同任務在一組實驗中的估計誤差變化圖

4.3實驗結果是否能證明速度與運動方向、類型可以影響速度知覺

首先，由于每次實驗的總位移是固定的，而每組實驗的速度也是固定的，因而每次實驗的總時間也是一樣的，這就導致被試在策略選擇時進行時間估計而非速度估計的效益最高，而實際在詢問了部分被試之后，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)被試都采取了數(shù)秒的方法進行總時間估計，而并非是通過對速度進行估計而推斷光標移動到目標所需的TTC。這就導致實驗結果的內(nèi)部效度值得商榷，實驗結論的正確性有待檢驗；

同時另一方面，由于速度的設置只有兩檔，所以運動速度對速度知覺的影響可能并非簡單的線性關系，即速度增大，速度知覺準確性提高，而可能是具有一個拐點，分段的影響方式，而這些在本實驗結果中均無法檢驗。

不定，總時間不定，這樣可減少定勢，并減少對總時間估計這一與本實驗目的相違背的策略形成，增加實驗的內(nèi)部效度。

3.增加各變量的實驗次數(shù)：本實驗設計中每個運動方向在不同速度下僅10次實驗，這并不能控制由于被試操作誤差等帶來的實驗誤差，并且易受極端數(shù)據(jù)的干擾；而如果從不同距離開始運動，則可縮短每次實驗的時間，進而增加實驗次數(shù)，使被試的隨機誤差得到控制。

4.改善組內(nèi)平衡方式：本實驗采取的組內(nèi)隨機平衡，但會出現(xiàn)連續(xù)的多次的相同任務操作，從而增大了練習效應或疲勞效應的產(chǎn)生可能性，建議采用ABBA的平衡方法，這樣實驗次數(shù)增加，但平衡效果改善。

5.可以增加的研究變量包括：遮擋運動距離、有無反饋、概念信息（外觀）等，從而更全方面得對速度知覺（TTC的估計）進行研究。

4.4 實驗具有哪些改進之處

從4.3及結果中的討論中可以看出：本實驗在很多方面可以進行改進：

1.數(shù)據(jù)統(tǒng)計方面：本實驗可以利用移動總時間，遮擋時間等在數(shù)據(jù)輸出時將被試的估計誤差率（估計誤差/總時間）表示出來，并且將遮擋（光標消失）時間進行統(tǒng)計，從而可分析運動距離對速度知覺的影響；同時在數(shù)據(jù)輸出時可根據(jù)不同速度條件的時間先后順序進行分組，進而方便分析練習效應及疲勞效應。

2.本實驗應從不同的距離開始運動，從而使總位移

5結果

1. 運動速度以及運動類型對速度知覺準確性的影

響主效應顯著，且兩者之間的交互作用顯著。 2. 不同任務之間并不存在性別差異。 3. 實驗在多方面存在改進空間。

6參考文獻

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