速度知覺實(shí)驗(yàn)報(bào)告

速度知覺實(shí)驗(yàn)報(bào)告

（浙江大學(xué)心理與行為科學(xué)系，311010 ）

摘要：速度知覺是運(yùn)動(dòng)知覺的一種，是能否正確估計(jì)物體的運(yùn)動(dòng)速度的能力。實(shí)驗(yàn)中通過

讓被試對(duì)碰撞時(shí)間進(jìn)行估計(jì)，通過測(cè)量估計(jì)誤差從而測(cè)量被試速度知覺準(zhǔn)確性。碰撞時(shí)間 ( TTC, Time to collision 或Time to Contact)是指運(yùn)動(dòng)物體到達(dá)某一特定點(diǎn)所需要的時(shí)間。對(duì)TTC的估計(jì)與速度，運(yùn)動(dòng)方向，視覺變量等多種因素有關(guān)，本實(shí)驗(yàn)旨在利用遮擋法，通過對(duì)被試估計(jì)誤差的測(cè)量，研究物體運(yùn)動(dòng)的速度和方向類型對(duì)速度知覺的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)物體運(yùn)動(dòng)速度和方向類型對(duì)時(shí)間的估計(jì)都有著顯著的影響。同時(shí)對(duì)速度知覺以及實(shí)驗(yàn)本身設(shè)計(jì)改善進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：速度知覺 碰撞時(shí)間（TTC） 運(yùn)動(dòng)速度 運(yùn)動(dòng)方向類型

1 引言

知覺在認(rèn)知心理學(xué)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(shí)和經(jīng)驗(yàn)。速度知覺是運(yùn)動(dòng)知覺的一種，是能否正確估計(jì)物體的運(yùn)動(dòng)速度的能力。實(shí)驗(yàn)中通過讓被試對(duì)碰撞時(shí)間進(jìn)行估計(jì)，通過測(cè)量對(duì)碰撞時(shí)間的估計(jì)誤差來(lái)測(cè)量被試速度知覺準(zhǔn)確性。

碰撞時(shí)間 ( TTC, Time to collision 或Time to Contact)是指運(yùn)動(dòng)物體到達(dá)某一特定點(diǎn)所需要的時(shí)間。例如司機(jī)估計(jì)從當(dāng)前位置運(yùn)動(dòng)到障礙物的碰撞時(shí)間，從而在合適的時(shí)間進(jìn)行剎車作業(yè)，避免碰撞的產(chǎn)生。

對(duì)TTC的估計(jì)要考慮到運(yùn)動(dòng)物體當(dāng)時(shí)的速度、距離以及運(yùn)行軌跡。人對(duì)TTC的估計(jì)因素大致分為以下幾類：

（一）視覺變量（相對(duì)擴(kuò)張率倒數(shù)τ）： Lee 在1976年提出, 對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的TTC知覺是由視覺變量決定的, 即: 物體光學(xué)影像相對(duì)擴(kuò)張率 ( relative rate of optical expansion) 的倒數(shù)τ決定了人們對(duì)其 TTC 的判斷。1983年Mclead 和Ross 與駕駛相關(guān)的 TTC 實(shí)驗(yàn)研究結(jié)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(shí)驗(yàn)支持了τ在完成TTC任務(wù)中的作用, 越來(lái)越多的研究結(jié)果表明 TTC 判斷還受限制于場(chǎng)景、閾限因素和認(rèn)知操作, 而且是以多種信息源為基礎(chǔ)的。在物體的輻射運(yùn)動(dòng)( radial motion) 中, τ變量是主要的時(shí)間線索。

（二）物理信息（運(yùn)動(dòng)速度，距離等）: 在物體的橫向運(yùn)動(dòng)(transverse motion)中, 由于物體視覺影像擴(kuò)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(jìn)行TTC判斷。物體進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)時(shí), 不存在視覺擴(kuò)張信息, 僅存在視覺邊界的收縮信息。因此, 影響其TTC估計(jì)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(yùn)動(dòng)對(duì)象, 采用遮擋范式, 考察了物體大小、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)距離和加速度等因素對(duì) TTC 估計(jì)的影響。結(jié)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(cè)試儀在遮擋范式下考察了運(yùn)動(dòng)速度和距離對(duì)碰撞時(shí)間估計(jì)的影響, 也發(fā)現(xiàn)速度的提高會(huì)導(dǎo)致TTC估計(jì)的準(zhǔn)確性提高。

（三）概念信息（運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)物體, 針對(duì)職業(yè)駕駛員被試開展了遮擋范式下的TTC估計(jì)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)駕駛員對(duì)不同概念物體的 TTC 估計(jì)存在顯著差異——對(duì)兩種不同交通工具( 小轎車和三輪車) 圖片的 TTC估計(jì)存在顯著差異，即便是當(dāng)這兩個(gè)物體具有相同視覺邊界收縮信息和運(yùn)動(dòng)速度時(shí), TTC 估計(jì)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(duì)駕駛員的 TTC 知覺產(chǎn)生了一定影響。

本實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟诶�用遮擋法，通過對(duì)被試估計(jì)誤差的測(cè)量，研究物體運(yùn)動(dòng)的速度和方向類型對(duì)速度知覺的影響。

2.主試指導(dǎo)被試閱讀指示語(yǔ)，說明反應(yīng)方法（認(rèn)為時(shí)間到了即按反應(yīng)鍵），然后開始測(cè)定。每次測(cè)定之后都有反饋，被試可以對(duì)照調(diào)整自己以后的估計(jì)。

3.被試共做4次實(shí)驗(yàn)，每個(gè)速度做兩次。實(shí)驗(yàn)按照被試內(nèi)平衡，采用ABBA平衡順序效應(yīng)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 被試

浙江大學(xué)心理系11級(jí)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(jié)果分析

本實(shí)驗(yàn)中,由于總時(shí)間未知，誤差百分?jǐn)?shù)無(wú)法計(jì)算，所以因變量為絕對(duì)誤差A(yù)E,指被試的反應(yīng)與實(shí)際TTC間絕對(duì)誤差的平均值。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3.1，柱形圖見圖3.1，經(jīng)重復(fù)度量多因素方差分析，速度的主效應(yīng)顯著（F(1，49)=239.64，P<.01）,方向類型主效應(yīng)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(duì)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：方向中平面運(yùn)動(dòng)（擴(kuò)大和收縮）與水平、垂直運(yùn)動(dòng)均有顯著差異，而同類運(yùn)動(dòng)之間除平面運(yùn)動(dòng)外無(wú)顯著差異。

同時(shí)，對(duì)性別差異進(jìn)行了檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)表見表3.2，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，男女之間在任何實(shí)驗(yàn)條件下并無(wú)顯著差異。

2.2 儀器與材料

計(jì)算機(jī)一臺(tái)，PsyKey心理教學(xué)系統(tǒng)

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與流程

實(shí)驗(yàn)采用遮擋范式，遮擋一段固定的距離，讓被試

估計(jì)光標(biāo)在通過該段距離所用的時(shí)間。整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，光標(biāo)的寬度和光標(biāo)移動(dòng)的總距離不變。屏幕背景為黑色，光標(biāo)為黃色。

1.本實(shí)驗(yàn)有兩種變量：運(yùn)動(dòng)速度（40點(diǎn)/秒和100點(diǎn)/秒），三種運(yùn)動(dòng)類型（水平、垂直和平面運(yùn)動(dòng)）。為克服方向帶來(lái)的誤差，每種運(yùn)動(dòng)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(wù)，每種任務(wù)測(cè)兩次，共24次。各類測(cè)定隨機(jī)呈現(xiàn)。

表3.1 不同速度與方向類型估計(jì)誤差統(tǒng)計(jì)表（s）

估計(jì)誤差均值 估計(jì)誤差絕對(duì)

值均值 絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)誤

右

2.8 3.5 0.2

左

2.2 3.4 0.2

40點(diǎn)/秒 上 下

0.8 2.9 0.2

1.8 3.0 0.2

擴(kuò)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(diǎn)/秒 上 下

-0.3 1.2 0.1

0.3 1.0 0.1

擴(kuò)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(jì)誤差統(tǒng)計(jì)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(diǎn)/秒 上 下

3.0 1.5 2.7 1.1

3.1 1.4 2.7 1.0

擴(kuò)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(diǎn)/秒 上 下

1.3 0.8 0.9 0.5

1.0 0.4 0.9 0.3

擴(kuò)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(zhǔn)確性的影響因素

1.運(yùn)動(dòng)類型：實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，不同運(yùn)動(dòng)類型（平移或者平面運(yùn)動(dòng)）或者不同運(yùn)動(dòng)方向（水平或者垂直）之間存在顯著差異，說明不同運(yùn)動(dòng)類型對(duì)速度知覺具有影響。并且推測(cè)在不同運(yùn)動(dòng)類型之間存在著不同的速度知覺的機(jī)制，在平面運(yùn)動(dòng)（擴(kuò)張或收縮）中，由于相對(duì)擴(kuò)張率改變，所以被試更多的是利用直接知覺，對(duì)速度進(jìn)行感知；而在平移運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于相對(duì)擴(kuò)張率不變，所以被試只能通過物理信息對(duì)速度進(jìn)行感知，從而可能是通過間接知覺，通過T=S/V，并對(duì)S以及V分別進(jìn)行估計(jì)，再計(jì)算出估計(jì)TTC，而這種方法的估計(jì)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(xí)慣等因素造成；

2.運(yùn)動(dòng)速度：實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，物體運(yùn)動(dòng)速度可影響對(duì)物體速度知覺的準(zhǔn)確性，且速度大時(shí)，對(duì)碰撞時(shí)間估計(jì)誤差越小，速度知覺更準(zhǔn)確。首先，從直接知覺角度出發(fā)，由于速度大時(shí)相對(duì)擴(kuò)張率也大，所以知覺其的`準(zhǔn)確性也增大；同時(shí)，從間接知覺角度，由于S不變，在速度V增大時(shí)，同樣的知覺誤差下對(duì)V的誤差率降低，從而更準(zhǔn)確的估計(jì)了速度，也進(jìn)而http://www.lotusphilosophies.com/news/558B2B396E6D5A98.html提高了對(duì)TTC的估計(jì)；

3.運(yùn)動(dòng)距離：此因素本實(shí)驗(yàn)并未作為自變量進(jìn)行研

究，因?yàn)椴⒉恢�道每次光�?biāo)消失（被遮擋）時(shí)所距離目標(biāo)的距離。但從現(xiàn)實(shí)生活經(jīng)驗(yàn)來(lái)講，當(dāng)相隔距離越近時(shí)，被試能更清楚地掌握目標(biāo)位置與當(dāng)前位置的情況，所獲得的視覺信息也就更加詳細(xì)，大腦對(duì)于環(huán)境的綜合加工會(huì)更加迅速，做出的判斷也就更加準(zhǔn)確。

4.是否反饋：本實(shí)驗(yàn)中每次試驗(yàn)后都有反饋，有利于被試通過反饋調(diào)節(jié)，如增加對(duì)V的估計(jì)等方式改善自己的速度知覺的準(zhǔn)確性。所以猜想反饋對(duì)于速度知覺準(zhǔn)確性應(yīng)該起著重要的作用。

4.2本實(shí)驗(yàn)是否受練習(xí)效應(yīng)的影響

由于本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)沒有固定格式，導(dǎo)致被試在輸入數(shù)據(jù)時(shí)并未統(tǒng)一按照實(shí)驗(yàn)順序進(jìn)行填寫，所以不能對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而無(wú)法進(jìn)行方差分析以及標(biāo)準(zhǔn)誤計(jì)算，只能通過某一組實(shí)驗(yàn)中每個(gè)運(yùn)動(dòng)類型5次試驗(yàn)的平均估計(jì)誤差繪制圖4.1，進(jìn)行定性分析；

從圖中可以看到：被試整體的估計(jì)誤差隨著試驗(yàn)次數(shù)增加而降低，說明應(yīng)該存在練習(xí)效應(yīng)，這與有反饋的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有關(guān)，但不同任務(wù)之間波動(dòng)比較大。而疲勞效應(yīng)由于無(wú)法分析整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)，所以無(wú)法分析。同時(shí)，也有可能是由于疲勞效應(yīng)與練習(xí)效應(yīng)相互抵消，才導(dǎo)致了折線圖的波動(dòng)，練習(xí)與疲勞效應(yīng)有待后續(xù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

5.554.54

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

平均估計(jì)誤差/s

3.532.521.510.50

1

2

3

4

5

試驗(yàn)順序

圖4.1 不同任務(wù)在一組實(shí)驗(yàn)中的估計(jì)誤差變化圖

4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否能證明速度與運(yùn)動(dòng)方向、類型可以影響速度知覺

首先，由于每次實(shí)驗(yàn)的總位移是固定的，而每組實(shí)驗(yàn)的速度也是固定的，因而每次實(shí)驗(yàn)的總時(shí)間也是一樣的，這就導(dǎo)致被試在策略選擇時(shí)進(jìn)行時(shí)間估計(jì)而非速度估計(jì)的效益最高，而實(shí)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(jìn)行總時(shí)間估計(jì)，而并非是通過對(duì)速度進(jìn)行估計(jì)而推斷光標(biāo)移動(dòng)到目標(biāo)所需的TTC。這就導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的內(nèi)部效度值得商榷，實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性有待檢驗(yàn)；

同時(shí)另一方面，由于速度的設(shè)置只有兩檔，所以運(yùn)動(dòng)速度對(duì)速度知覺的影響可能并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，即速度增大，速度知覺準(zhǔn)確性提高，而可能是具有一個(gè)拐點(diǎn)，分段的影響方式，而這些在本實(shí)驗(yàn)結(jié)果中均無(wú)法檢驗(yàn)。

不定，總時(shí)間不定，這樣可減少定勢(shì)，并減少對(duì)總時(shí)間估計(jì)這一與本實(shí)驗(yàn)?zāi)康南噙`背的策略形成，增加實(shí)驗(yàn)的內(nèi)部效度。

3.增加各變量的實(shí)驗(yàn)次數(shù)：本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中每個(gè)運(yùn)動(dòng)方向在不同速度下僅10次實(shí)驗(yàn)，這并不能控制由于被試操作誤差等帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)，則可縮短每次實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，進(jìn)而增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)，使被試的隨機(jī)誤差得到控制。

4.改善組內(nèi)平衡方式：本實(shí)驗(yàn)采取的組內(nèi)隨機(jī)平衡，但會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的多次的相同任務(wù)操作，從而增大了練習(xí)效應(yīng)或疲勞效應(yīng)的產(chǎn)生可能性，建議采用ABBA的平衡方法，這樣實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)距離、有無(wú)反饋、概念信息（外觀）等，從而更全方面得對(duì)速度知覺（TTC的估計(jì)）進(jìn)行研究。

4.4 實(shí)驗(yàn)具有哪些改進(jìn)之處

從4.3及結(jié)果中的討論中可以看出：本實(shí)驗(yàn)在很多方面可以進(jìn)行改進(jìn)：

1.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方面：本實(shí)驗(yàn)可以利用移動(dòng)總時(shí)間，遮擋時(shí)間等在數(shù)據(jù)輸出時(shí)將被試的估計(jì)誤差率（估計(jì)誤差/總時(shí)間）表示出來(lái)，并且將遮擋（光標(biāo)消失）時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而可分析運(yùn)動(dòng)距離對(duì)速度知覺的影響；同時(shí)在數(shù)據(jù)輸出時(shí)可根據(jù)不同速度條件的時(shí)間先后順序進(jìn)行分組，進(jìn)而方便分析練習(xí)效應(yīng)及疲勞效應(yīng)。

2.本實(shí)驗(yàn)應(yīng)從不同的距離開始運(yùn)動(dòng)，從而使總位移

5結(jié)果

1. 運(yùn)動(dòng)速度以及運(yùn)動(dòng)類型對(duì)速度知覺準(zhǔn)確性的影

響主效應(yīng)顯著，且兩者之間的交互作用顯著。 2. 不同任務(wù)之間并不存在性別差異。 3. 實(shí)驗(yàn)在多方面存在改進(jìn)空間。

6參考文獻(xiàn)

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