Avaruudellinen hahmottaminen

Markku KilpeläinenKäyttäytymistieteiden laitos, Helsingin yliopisto

Page 1 of 23

• Monokulaariset eli yhden silmän vihjeet

• Okulomotoriset eli silmälihasten antamat vihjeet

• Binokulaariset eli kahden silmän vihjeet

Verkkokalvo on pinta. Kunkin verkkokalvon pinnalla oleva kuva on 2-ulotteinen. Miten muodostuu 3-ulotteinen havainto?

Page 2 of 23

Syvyyshavainto

1. Monokulaariset vihjeet• Suhteellinen koko

• Lineaariperspektiivi

• Textuurin tihentyminen (gradientti)

• Ilman aiheuttama utuisuus

• Lähempi peittää kauemman (okkluusio)

• Tuttu koko

• Suhteelliset liikenopeudet (parallax)

Page 3 of 23

Suhteellinen koko: Jo lapset tietävät, että muiden tekijöiden ollessa samat, objekti on sitä kauempana, mitä pienempi kuva verkkokalvolla.

Lineaariperspektiivi voidaan nähdä suhteellisen koon erikoistapauksena: Toisiaan lähestyvien viivojen pienentyvä väli retinalla tulkitaan etäisyyden kasvuksi.

Samoin textuurin tihentyminen: Tekstuurielementtien pienentyminen tulkitaan etäisyyden kasvuksi

psych-ology.co.uk

Dr. Tony Phillips / NASA

Page 4 of 23

Ilman utuisuus: Valo siroaa ilmassa, vaikka se olisi puhdasta ja kirkastakin. Mitä kauempaa valo tulee, sitä enemmän siroamista tapahtuu matkalla ja sitä utuisemmalta objekti näyttää.

Okkluusio: Lähempi peittää kauemman.

Tuttu koko: Esim. ihminen on karkeasti aina saman kokoinen, joten yksittäisenkin ihmisen etäisyyden voi kohtalaisesti havaita verkkokalvokuvan koon perusteella.

Page 5 of 23

Suhteellisen liikenopeudet (parallax): Katsojan (tai katsojan pään) liikkuessa objektit lähempänä olevat objektit menevät näkökentän läpi nopeammin. Ei vaadi tietoa objekteista.

Page 6 of 23

Syvyyshavainto-vihjeiden yhdistely

• Sopusoinnussa olevat vihjeet summataan ja käytetään

• Ristiriitaisissa vihjeissä jokin vihje usein dominoiva tai arvio perustuu täysin yhteen vihjeeseen.

C.F. Cochran (1996)

Page 7 of 23

2. Okulomotoriset vihjeet

Linssien muoto (akkommodaatio): Pienet lihakset puristavat linssiä kasaan sitä enemmän mitä lähempänä objekti on.

Silmien asento (vergenssi): Silmät kääntyvät sitä enemmän kohti toisiaan, mitä lähempänä objekti on.

Molemmat vihjeet toimivat vain alle 3 metrin etäisyyksillä. Yli 3 metrin etäisyyksillä linssin muoto ja silmien asento ei muutu.

Sensation and Perception (2006) Sinauer associatesPage 8 of 23

Binokulaarinen eli kahden silmän vihje – StereonäköKoska ihmisen kaksi silmää ovat hieman eri kohdissa, niiden verkkokalvoille tuleva kuva näkökentän objekteista on hieman erilainen – Binokulaarinen dispariteetti (eroavuus)

Page 9 of 23

0-dispariteetti: objektin edustukset verkkokalvoilla osuvat vastinpisteisiin.

Vastinpisteet: jos toinen silmä siirrettäisiin toisen päälle ja samaan asentoon, vastinpisteet olisivat päällekkäin.

Mitä enemmän objektin edustukset olisivat erillään sitä suurempi absoluuttinen dispariteetti.

Page 10 of 23

Horopteri:

0-dispariteetin etäisyys, johon katse tarkennettu

Uncrossed

Crossed

Crossed disparity: Objektin edustus retinalla on vasemmassa silmässä oikealle horopterilla olevan objektin edustuksesta ja oikeassa silmässä vasemmalle.

Uncrossed: Objektin edustus vasemmassa silmässä vasemmalle ja oikeassa oikealle horopterilla olevan objektin edustuksesta.

Relative disparity: Kahden objektin dispariteettien erotus.

Page 11 of 23

Näköjärjestelmä ei siedä rajattomasti dispariteettia:

-Laita sormet vierekkäin noin 20 sentin päähän ja kohdista katseesi vasempaan.- Siirrä oikeaa hitaasti kauemmaksi, pitäen katseen kohdistettuna vasempaan, kunnes oikea sormi alkaa näkyä kahtena.- Siirrä oikeaa sormea nyt lähemmäksi kunnes se alkaa näkyä kahtena.

Page 12 of 23

Stereonäön vastaavuusongelma (correspondence problem):

Objektin dispariteetin määrittämiseksi aivojen täytyy tietää, mitkä pisteet vasemman ja oikean silmän verkkokalvokuvissa edustavat samaa objektia.

Marr & Poggio:

- Matalan spatiaalitaajuuden piirteitä on kuvassa huomattavasti vähemmän, ja kuvat saa aika hyvin kohdakkain niiden perusteella. Sen jälkeen tarkemmat piirteet voidaan etsiä pienemmiltä alueilta.

- Tietty spesifi piirre toistuu pääasiallisesti vain kerran näkökentässä, eli vain kerran kummassakin verkkokalvokuvassa.

- Rajoja lukuunottamatta dispariteetti muuttuu hyvin hitaasti vierekkäisten pisteiden välillä.

Page 13 of 23

Stereonäön fysiologia:

- Eri silmistä tuleva informaatio yhdistetään aivokuorella.

-Primaarin näköaivokuoren (V1) solut ovat valikoivia absoluuttiselle dispariteetille (ks. aiempi dia dispariteetista) vastaavalla tavalla kuin orientaatiolle ja spatiaalitaajuudelle.

-Myöhemmillä näköaivokuorilla solut ovat herkkiä myös relatiiviselle dispariteetille. Relatiivinen dispariteetti on ilmeisesti tärkeämpi 3-D -vaikutelman luoja kuin absoluuttinen.

-Primaarin näköaivokuoren solut reagoivat dispariteetteihinaikuista vastaavasti heti syntymän jälkeen, mutta stereonäkö kehittyy noin 6 kk iässä. Lisätukea sille, että (hitaammin kypsyvien) ylempien aivokuorten rooli on olennainen.

-Noin 3-5 %:lla ihmisistä ei ole stereonäköä. Yleensä seurausta varhaislapsuuden karsastuksesta tai muusta silmien epätasapainoa aiheuttavasta kehityshäiriöstä.

Page 14 of 23

Eri vihjeiden käyttökelpoisuus eri etäisyyksillä: kyky erotella objektien etäisyyseroja

Cutting & Vishton, 1995

Esineen etäisyys katsojasta (m)

Tarv

ittav

a et

äisy

ys e

ro

etäi

syys

Page 15 of 23

Verkkokalvokuva ei ole juuri ikinä yksiselitteinen

Page 16 of 23

Page 17 of 23

Miten näköjärjestelmä valitsee?– Synnynnäinen ja varhain opittu tieto siitä,

mikä on todennäköisintä (esim. c on todella epätodennäköinen)

Page 18 of 23

Kun näköjärjestelmän valistunut arvaus menee pieleen: IlluusiotMüller-Lyer -illuusion suosituin selitys on, että näköjärjestelmä päättelee nuolipäisen viivan olevan lähempänä ja siten, normaalien syvyyshavainnon periaatteiden mukaan, muuhun kuvaan nähden ’lyhyempi kuin miltä muuten näyttäisi’.

- Esimerkki näköjärjestelmän toiminnasta valistuneiden arvausten tekijänä.

Page 19 of 23

Ponzo -illuusio

Page 20 of 23

Binokulaarinen vaimennus ja kilpailu:

-Kun silmille näkyy eri objekti, jota näköjärjestelmän ei onnistu tai kannata yhdistää yhdeksi havainnoksi, aivot vaimentavat heikomman (alempi kirkkaus, kontrasti jne.) ja havaitaan vahvempi. Myös dominoivalla silmällä on etulyöntiasema.

-Jos katse pidetään kohdistettuna tässä tilassa pitkään, havainto vaihtelee kahden vaihtoehdon välillä.

Page 21 of 23

Dominoiva silmä ja binokulaarinen kilpailu

1. Tee sormista silmukka. Katso jotakin kohdetta silmukan läpi.2. Sulje vuorotellen vasen ja oikea silmä. 3. Se silmä, jonka sulkeminen saa esineen poistumaan

silmukasta, on dominoiva.4. Tuijota pitkään kahdella silmällä kyseistä esinettä silmukan

läpi. 5. Havainto siirtyy välillä hitaasti siihen silmään, joka ei näe

silmukan läpi ja takaisin. Binocular rivalry.

Page 22 of 23

Kokohavainnon pysyvyys (konstanssi)

• Objektit, esim. auto havaitaan samankokoisina, vaikka niiden verkkokalvokuvan koko muuttuu radikaalisti etäisyyden muuttuessa.

• Havaittua etäisyyttä ja esineen tyypillistä kokoa käytetään havaitun koon määrittämiseen, mutta ei tiedetä miten.

Kotitehtävä: Vastatkaa tavallisten 2 luentoa koskevien kysymysten lisäksi myös kysymykseen: Mikä asia, miltä tahansa luennolta, pitäisi kerrata viimeisellä luennolla?

Page 23 of 23