СУБЪЕКТИВНОЕ «СЖАТИЕ» ОБЪЕКТА, ДВИЖУЩЕГОСЯ В СТВОРЕ УЗКОЙ ЩЕЛИ

Описан оригинальный метод объективной оценки субъективного сжатия изображения движущегося объекта, наблюдаемого через узкую щель. Проводились записи движений глаз. При анализе результатов использовалось представление о параллельной зрительной системе. Проводилось приборное моделирование, позволившее создать аналоги сетчаточных проекций объектов. Показано, что величина субъективного сжатия изображения объекта соответствует его сетчаточной проекции, которое определяется степенью замедления при прослеживании.

Ключевые слова: узкая щель, движение глаз, замедленное прослеживание, искажение ретинальной проекции, приборное моделирование.

Восприятие движения существенно зависит от условий наблюдения за движущимся объектом. Используя необычные условия наблюдения, можно показать, что любой объект, движущийся горизонтально позади неподвижной вертикальной щели, может быть хорошо виден, хотя в каждый момент времени на сетчатку проецируется только узкая его часть; при этом объект виден заметно сжатым в направлении движения. Это явление впервые описал Ф. Зольнер [12], назвавший его анортоскопическим восприятием (в переводе с греческого – «неправильное восприятие»). Х. Р. Шиффман в своей книге «Ощущение и восприятие» отмечает, «что в условиях анортоскопического предъявления может быть распознана вся фигура, хотя в каждый данный момент видна только ее узкая полоска. Следовательно, вопреки тому обстоятельству, что одновременно на сетчатке никогда не проецируется вся фигура целиком, зрительная система способна интегрировать, или собрать воедино, ряд последовательных фрагментов, спроецированных на Один и тот же [курсив наш. – Д. Л., Н. С.] участок сетчатки» [4; 325].

Цитата наводит на мысль, что автор, рассматривая анортоскопическое восприятие, имеет в виду неподвижный глаз наблюдателя. Действительно, в этом случае щель проецируется на одно и то же место сетчатки глаза, и в ее узком створе последовательно проецируются фрагменты движущегося объекта. Объяснить, каким образом зрительная система интегрирует эти фрагменты, создавая целостное восприятие объекта, – по словам Х. Р. Шиффмана, дело будущего.

Наши исследования анортоскопического восприятия с учетом записи движений глаз показали, что восприятие движущегося объекта через узкую щель сопровождается прослеживающими движениями глаз наблюдателя. В этом случае проекция щели движется по сетчатке, последовательно прорисовывая на ней фрагменты движущегося объекта, и благодаря инерционным свойствам зрительной системы создается восприятие целого объекта.

138

Всех исследователей анортоскопического восприятия можно разделить на две группы. С. М. Анстист и Дж. Аткинсон, Р. Н. Хабер и Д. С. Натансон, М. Дж. Морган, Дж. М. Финдей и Р. Дж. Уатт ([6]–[8]) являются сторонниками глазодвигательной версии. Они считают, что

29.09.2012

137

2

Искаженное восприятие в этих условиях возникает за счет прослеживающих движений глаз, не совпадающих по скорости с наблюдаемым движением объекта. Другие авторы – Т. Э. Паркс, И. Рок и Э. Сигман, И. Рок и А. Гилкрист ([9]–[11]) – предлагают объяснение посредством post-retinal памяти, формирующей, по их мнению, целостное восприятие объекта. Эти исследователи проводили остроумные опыты, пытаясь опровергнуть глазодвигательную концепцию: например, предлагалось наблюдать через узкую щель встречное движение объектов.

Может быть, в какой-то степени правы и те, и другие. Все дело в том, что считать щелью. Одни авторы используют широкий створ щели, открывающий для наблюдателя достаточно большой угол зрения и позволяющий проецировать на сетчатку значительный фрагмент изображения объекта. Другие используют узкие щели.

Мы предлагаем следующее определение понятий. Если величина угла зрения при фиксированном взоре позволяет правильно определить характер движения объекта, то данные условия будем называть наблюдением через окно. Если же угол зрения настолько мал, что при фиксированном взоре правильно определить характер движения объекта не удается, то условия будем называть наблюдением через узкую щель.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В настоящей работе изучались движения глаз при наблюдении через узкую щель за объектом, движущимся в направлении поперек щели; при этом использовались записи движений глаз и объективная оценка видимой величины сжатия изображения объекта. Использование монитора для демонстрации реального движения объекта, как правило, затруднено не только из-за инерционности люминофора, но и из-за покадрового способа показа изображения. Поэтому мы отдали предпочтение способу проекции.

В кадровом окне диапроектора помещался диапозитив с изображением тестового объекта (рис.1) и непрозрачная заслонка с регулируемой щелью. С помощью двигателя диапозитиву придавалось возвратно-поступательное движение в горизонтальном направлении с амплитудой 4 мм и частотой 1,2 Гц; движение сохраняло синусоидальный характер. Изображение объекта в створе вертикальной щели проецировалось объективом F=78 мм на отражающий экран, расположенный на расстоянии 0,9 м от проектора. Изображения объектов были контурными (белыми на черном фоне). Ширина объекта на диапозитиве (в направлении движения) составляла 6 мм. Изображение тест-объекта в кадре помещалось таким образом, что при возвратно-поступательном движении все точки объекта могли последовательно пройти через створ щели и проекцироваться на экран. Ширина щели могла меняться от 0 до 10 мм. Наблюдатель находился рядом с проектором и имел возможность регулировать ширину щели.

После адаптации в темноте (в течение 5–7 мин) створки щели раскрывались полностью, и испытуемый имел возможность видеть на экране движущийся объект целиком. Затем он сводил створки, переходя к условиям наблюдения через узкую щель.

При фиксированных амплитуде и частоте возвратно-поступательного движения объекта его субъективное сжатие зависит от ширины створа щели S. Для объективной оценки величины наблюдаемого сжатия в качестве тест-объектов использовались ромбы с различными соотношениями вертикальной и горизонтальной диагоналей (1:3; 1:2; 1:1,5); при этом длина горизонтальной диагонали сохранялась постоянной. Задачей испытуемого было установление такой ширины щели, при которой движущийся ромб сжимался

139

29.09.2012

137

3

Настолько, что казался квадратом. Проверяя себя, испытуемый мог несколько раз подстраивать щель, прежде чем устанавливалась окончательная ширина. Таким образом, испытуемый, меняя условия опыта, добивался установления величины субъективного сжатия в отношении 1:3; 1:2; 1:1,5.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

На рис.1 показаны тестовые изображения (вверху) и их субъективное восприятие (внизу) в условиях описанного опыта.

Рис. 1. Тест-объекты для объективной оценки величины наблюдаемого сжатия. Верхний ряд –

Изображения (стимулы) с соотношением диагоналей ромбов 1:3 (а); 1:2 (в); 1:1,5 (с); нижний ряд –

Соответственное восприятие стимулов в условиях опыта

Покажем с помощью несложного построения, что замедленное прослеживание в нашем опыте приводит к сжатию уже на уровне сетчаточной проекции. Для этого удобно воспользоваться представлением о параллельной зрительной системе [5].

Рис. 2. Схемы образования сетчаточных проекций объекта ABC в моменты времени1 T, T2, T3 При

Замедленном прослеживании (|V2| < |V1|)

На рис. 2 плоскости I, II, III параллельны. В непрозрачной плоскости II прорезана узкая щель. Объект (отрезок AC) задан на плоскости изображения I. В момент времени T1 Точка A объекта проецируется на плоскость III, являющуюся аналогом сетчатки. Движение

29.09.2012

137

4

Объекта относительно щели моделируется движением плоскости объекта (I) относительно плоскости щели (II). Прослеживающее движение глаз за объектом моделируется движением плоскости сетчатки (III) относительно неподвижной щели (плоскость II). Прослеживание происходит с замедленной скоростью (V2 < V 1). Как видно из рисунка, проекции точек отрезка АВС соответственно сближаются. С учетом инерции зрения к моменту времени T3 На сетчатке (плоскость III) будет существовать проекция отрезка (ac), сжатая по сравнению с оригиналом (AC) в отношении:

AC / ac = V1 / V2.

Во время описываемого опыта проводилась запись движений глаз фотооптическим

Рис. 3. Слежение за ромбом с соотношением диагоналей 1:2 при полном раскрытии щели, когда наблюдаемый ромб виден целиком (а), и через щель, при которой ромб казался квадратом (б)

140

Методом [5]. На рис. 3а приведена кимограмма движений глаз испытуемого в начале опыта при слежении за движущимся ромбом с соотношением диагоналей 1:2 при полном раскрытии створок, когда наблюдаемый объект виден целиком. На рис. 3б приведена кимограмма движений глаз при слежении за тем же ромбом, но через такую щель, при которой движущийся ромб казался квадратом. По кимограммам видно, что при слежении за ромбом через щель размах движения глаз уменьшился. Это означает, что прослеживание за тест-объектом велось с замедлением.

Запись движений глаз проводилась при слежении за каждым из трех ромбов при максимальном раскрытии щели и при такой щели, когда ромб казался квадратом. Полученные кимограммы обрабатывались – выбрасывались участки кривой, соответствующие скачкам, стыковались концы в местах разрывов, измерялся размах каждого колебания и вычислялось его значение для данной реализации. Ниже для каждого ромба приводится величина субъективного сжатия объекта (P), наблюдаемого испытуемым, и относительное уменьшение сетчаточной проекции ромба в горизонтальном направлении (n), вычисленное по соответствующим записям движений глаз.

29.09.2012

137

5

L1 /L2 1:3 1:2 1:1,5

P 0,33 0,50 0,67

N 0,31 0,48 0,53

Видно, что величина субъективного сжатия объекта в целом соответствует величине сжатия его сетчаточной проекции. То, что причиной субъективного сжатия в описанных опытах является замедленное прослеживающее движение глаз, многие исследователи находят естественным. Однако, как было сказано выше, имеются и противники [9; 145]. В качестве возражения они приводят опыты с наблюдением через щель двух объектов, движущихся синхронно навстречу друг другу. Суть возражения заключается в следующем: если сжатие вызвано замедленным прослеживанием за объектом, то это можно отнести к тому объекту, за которым ведется слежение. Следить можно только за одним объектом. Однако эксперименты, проведенные Т. Э. Парксом [9; 145], показывают, что сжимаются оба объекта одновременно. Автор делает вывод, что имеется какая-то иная причина сжатия, чем прослеживание.

Рис. 4. Схема образования сетчаточных проекций двух объектов, двигающихся навстречу друг другу в моменты времени T1, T2, T3 При замедленном прослеживании (|V2|<|V1|)

141

Рассмотрим образование сетчаточной проекции при слежении за объектами, движущимися навстречу друг другу в створе узкой щели. Воспользуемся, как и раньше, представлением о параллельной зрительной системе (рис. 2), но для каждого из моментов времени (T1, T2, T3) плоскости I, II, III будем рассматривать сверху и по отдельности. Кроме того, плоскость изображения (I) разобьем на две плоскости (I’, I”), как показано на рис. 4. Вертикальные пунктирные линии на рисунке показывают проецирование отдельных точек объектов через щель на плоскость сетчатки. Как видно из построения, к моменту времени T3 С учетом инерции зрения на сетчатке (плоскость III) будут существовать проекции объектов. Поскольку прослеживание велось с замедлением (|V2| < |V1|), то проекции будут сжатыми.

Таким образом, при замедленном слежении за одним из двух объектов, движущихся в противоположных направлениях, имеет место лишь одно прослеживающее движение глаз. В сочетании с неподвижными проекциями оно поддерживает у наблюдателя ощущение

29.09.2012

137

6

Синфазного движения; при этом проекции объектов, движущихся навстречу друг другу, будут одинаково сжатыми.

Поскольку проекции объектов, движущихся навстречу друг другу, совпадают, то и сами объекты воспринимаются наблюдателем одинаково, следовательно, тот объект, который двигался в противофазе с прослеживанием, оказался для

Рис. 5. Схема образования сетчаточной проекции при (а) гипотетическом точном прослеживании (V1 = V2) и (б) повторяющей форму щели при замедленном прослеживании (V2 < V1)

142

Наблюдателя повернутым на 180°. Инверсию одного из движущихся объектов наблюдал еще Ф. Зольнер.

Эксперименты со встречным движением проводились с помощью установки, описанной выше, у которой в кадровом окне диапроектора помещались два одинаковых диапозитива, движущихся навстречу друг другу. Синхронность движения обеспечивалась жесткой кинематической схемой с приводом от электромотора.

Наблюдатель, раскрыв створ щели, сам выбирал объект слежения. Затем створки щели сближались до установления узкой щели. Как и следовало ожидать, объект слежения сохранял свою ориентацию в течение всего опыта. Что же касается второго объекта, то он приобретал такую же ориентацию, что и объект слежения. Оба объекта двигались синхронно и воспринимались одинаково сжатыми. Таким образом, можно сказать, что сделанное выше геометрическое построение правильно отражает механизм возникновения

29.09.2012

137

7

Феномена (см. рис. 4).

В литературе давно обсуждается вопрос, связанный со слежением за объектом, движущимся в створе узкой щели произвольной формы. Отмечается, что при этом объект принимает для наблюдателя форму щели [6; 572]. Можно показать, что это явление связано с искажением сетчаточной проекции, которое, в свою очередь, вызывается замедленным прослеживанием. Применяя представление о параллельной работе зрительной системы, убедимся, что при гипотетическом точном прослеживании имеем неискаженную проекцию объекта при любой форме щели (рис. 5а).

Однако в случае замедленного прослеживания получим искаженные сетчаточные проекции, повторяющие форму щели (рис.5б).

Геометрическая интерпретация опытов с прослеживанием через щель дает наглядное объяснение феномена. Используя представление о параллельной зрительной системе, можно описать построение сетчаточной проекции в этих опытах и формальным путем.

На рис. 6 представлены плоскости I, II и III с системой координат X, Y каждая. Объект представлен функцией F(X) на плоскости I. Щель описывается функцией S(X) На плоскости II. Сетчаточная проекция представлена функцией F(X) на плоскости III. Напомним, что плоскости I, II и III на самом деле совмещены. Это дает возможность показать (пунктиром) расположение щели S(X) на плоскостях изображения (I) и сетчатки (III). При движении объекта в горизонтальном направлении, как указано на рис. 6, можно определить время T(X) встречи точки X Объекта со щелью

T(X) = (S(X) -F(X)) / V1 . (1)

Аналогично для точки X Плоскости III.

T(X) = (S(X) -F(X)) / V2 . (2)

Объединяя (1) и (2), получим описание сетчаточной проекции

F(x) = F(X) V2 / V1 S(X) (V1 –V2) / V1; (3)

При прослеживании без замедления V1 = V2 и F(X) = F(X) при любой форме щели.

При замедленном прослеживании

V2<V1 Сетчаточная проекция искажается,

29.09.2012

137 8

Рис.6. Пояснение к выводу аналитического описания сетчаточной проекции

143

Повторяя в некоторой степени форму щели, и, наконец, при V2 /V1 → 0 имеем F(X) → S(X), т. е. вне зависимости от вида функции F(X) получим на сетчатке только проекцию щели.

Анализ записей прослеживающих движений глаз в описанных выше опытах с узкой щелью и предложенный способ объективной оценки величины субъективного сжатия позволяют сделать вывод, что сжатие происходит уже на уровне сетчатки. Это подтверждается и геометрическими построениями. Строго говоря, искажение объекта можно назвать «субъективным» только в том смысле, что зрительная система сама устанавливает степень замедления при прослеживании, ориентируясь на ширину щели. Поэтому сжатие объекта индивидуально и может несколько отличаться у разных наблюдателей в опыте с фиксированной шириной щели.

То, что искажение объекта при заданной величине замедления не является субъективным, можно показать, заменив человека фотоаппаратом. На место испытуемого был установлен фотоаппарат, способный поворачиваться вокруг вертикальной оси. Привод фотоаппарата был связан с приводом диапозитива. Таким образом моделировались прослеживающие движения глаз наблюдателя. Можно было менять амплитуду угла поворота фотоаппарата, осуществляя ту или иную степень замедления при прослеживании. В случае необходимости можно было изменять фазу колебания на 180°, переходя к прослеживанию в противофазе. Инерционные свойства зрительной системы,

29.09.2012

137

9

Способствующие восприятию целого объекта, реализуются памятью светочувствительного слоя фотографической пленки.

На рис. 7а представлено изображение двух неподвижных объектов, полученное с помощью неподвижного фотоаппарата в отсутствие щели. Видно, что объекты ориентированы в разные стороны, как и на самом деле. При наличии узкой щели движения объектов навстречу друг другу, прослеживающего движения фотоаппарата за одним из объектов и продолжительности экспозиции, обеспечивающей полное прохождение объектов мимо створа щели, получаем на фотопленке аналоги сетчаточных проекций (рис. 7 b, с и d). При слежении за нижним объектом (рис.7b) верхний объект меняет свою ориентацию на противоположную. При слежении за верхним объектом (рис.7с) ориентацию меняет нижний объект.

Рис 7. Фотографии тест-объектов, использованных в эксперименте (а), и фотографии-аналоги

Сетчаточной проекции в условиях нормального слежения за нижним (b) и верхним (с) объектами,

А также в условиях слежения за нижним объектом с трехкратным замедлением (d)

Рис. 8. Фотографии – аналоги сетчаточных проекций объекта при точном (а) и замедленном (b) «слежении» через двойную щель; при точном (с) и замедленном (d) «слежении» через щель,

Наклоненную под углом 45°

Когда фотоаппарат осуществлял нормальное слежение, например за нижним объектом, «сетчаточные» проекции обоих объектов не подвергались сжатию (рис. 7b). Когда же фотоаппарат «следил», например, с трехкратным замедлением (т. е. с уменьшенной в три раза амплитудой угла поворота), «сетчаточные» проекции обоих объектов сжимались (рис. 7d).

Приборное моделирование позволяет получать изображение сжатой проекции объекта, движущегося в створе узкой щели

144

Произвольной формы. На рис. 8 представлены фотографии, полученные в условиях «слежения» за ромбом, который двигался в створе двух узких щелей, разнесенных на некоторое расстояние друг от друга.

При точном «слежении» изображение объекта не искажено (рис. 8а). При

29.09.2012

137

10

Использовании замедления (N = 1/2) получаем фотографию сжатого двойного ромба (рис. 8b). На рис. 8с, d представлены фотографии, полученные в условиях «слежения» за квадратом через узкую щель, наклоненную под углом 45°. При точном «слежении» изображение объекта не искажено (рис. 8с), при «слежении» с замедлением (N = 1/2) получаем фотографию сжатого параллелограмма, наклоненного под углом в ту же сторону, что и щель (рис. 8d). Впечатления наблюдателя при слежении за объектами в тех же условиях совпадают с результатами фотографирования.

ВЫВОДЫ

1. С помощью записи движений глаз и объективной оценки наблюдаемого сжатия объекта, движущегося возвратно-поступательно в створе узкой щели, показано, что величина субъективного сжатия соответствует сжатию сетчаточной проекции объекта. В свою очередь, сжатие сетчаточной проекции определяется замедлением при прослеживании.

2. Зрительная система устанавливает величину замедления в зависимости от скорости движения объекта и ширины щели.

3. При наблюдении за двумя объектами, движущимися навстречу друг другу в створе узкой вертикальной щели, тот объект, за которым ведется слежение, воспринимается наблюдателем правильно, а объект, движущийся в противофазе, кажется повернутым на 180°. Как показали расчет и приборное моделирование, это явление объясняется прослеживанием и соответствует виду сетчаточной проекции. Наблюдатель вместо движения объектов в противофазе видит синфазное движение объектов, что также объясняется существованием прослеживающих движений глаз. Расчет и приборное моделирование показали, что замедленное прослеживание, которое имеет место в опытах с узкой щелью, приводит к сжатию сетчаточных проекций обоих объектов, движущихся навстречу друг другу.

4. Известное субъективное искажение объекта, наблюдаемого через узкую щель
произвольной формы, можно объяснить соответствующим искажением сетчаточной
проекции, которое является следствием замедленного прослеживания.

1. Ефимов С. К., Лебедев Д. Г., Суровичев а Н. С. О роли прослеживания в восприятии объектов,

Движущихся навстречу друг другу в створе узкой вертикальной щели // Биофизика. 1989. Т. XXXIV. Вып. 3. C. 488–490 .

2. Лебедев Д. Г., Суровичева Н. С. О восприятии объектов, движущихся в створе щели

Произвольной формы // Биофизика. 1989. Т. XXXIV. Вып. 4. С. 696–700.

3. Рожкова Г. И., Ярбус А. Л. Особенности восприятия человеком объектов в условиях работы

Ограниченных центральных участков сетчатки // Физиол. человека. 1977. Т. 3. № 6. С. 1119–1127.

4. Шиффман Х. Р. Ощущение и восприятие. СПб.: Питер, 2003.

5. Ярбус А. Л. Роль движения глаз в процессе зрения. М.: Наука, 1965.

6. Anstist S. M., Atkinson J. Distortion in moving figures viewed through a stationary slit // Amer. J.

Psychol. 1967. V. 80. P. 572–585.

7. Haber R. N., Nathanson L. S. Post-retinal storage? Some further observation on Parks’ camel as seen

Through the eye of needle // Perception and Psychophysics. 1968. V. 3. P. 349–355.

8. Morgan M. J., Finday J. M., Watt R. J. Aperture viewing: A review and synthesis // Quart. J. Exp.

Psychol. 1982. V. 34. P. 211–233.

9. Parks T. E. Post-retinal visual storage // Amer. J. Psychol. 1965. V. 78. P. 145–147.

10. Rock I., Sigman E. Intelligence factors in the perception of form through a moving slit // Perception.

1973. V. 2. P. 357–369.

29.09.2012

137

11

11. Rock I., Gilchist A. Induced form // Amer. J. Psychol. 1975. V. 88. P. 475–482.

12. Zollner F. Uber eine neue Art anorthoskopischer Zerrbilder // Annalen der Physic. 1862. V. 117. P.

447–484.

Поступила в редакцию 24.V 2007 г.

29.09.2012

145

1

145 ЗА РУБЕЖОМ