（设计艺术学专业论文）基于虚拟驾驶平台的注意选择与分配模型研究及平台设计.pdf

北京邮电大学硕士研究生毕业论文 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论 本人签名： 处，本人承担一切相关责任。 日期：丝 殳：! ! 苎 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名：几钮姐 适用本授权书。 日期：迎( 竺! 圭：f 丝 e t 期：匕! 刍兰：k 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 基于虚拟驾驶平台的注意选择与分配模型研究及平台设计 摘要 道路交通驾驶系统是动态与静态相结合的、错综复杂的开放随机 系统。驾驶人员、汽车和道路环境为道路交通系统的三个组成部分， 其中驾驶人员是主导因素，其驾驶行为在协调和控制交通系统各要素 中起着举足轻重的作用。他不但扮演了处理和决策的角色，同时又担 任了调节和控制的任务。因此通过研究驾驶人员的驾驶行为，分析其 注意的选择目标与分配方式，对分析、测试、研究道路交通系统，建 模、仿真、构建安全驾驶行为模型，最终以此构建一个成功的智能仿 真驾驶人员模型有着重要的意义。 本文以实验室虚拟驾驶实验平台的建设和研究为前提，通过分析 注意的选择与分配理论，驾驶人员的信息处理、驾驶行为及其驾驶过 程中个通道的注意状态，结合虚拟驾驶的优势，研究人的注意在驾驶 过程中的选择与分配机制。通过实验测试，考查研究速度、任务对注 意分配的影响，并将被试以熟练驾驶者和无经验驾驶者分类，通过记 录分析驾驶者行为结合访谈，研究任务目标及数量刺激以及驾驶能力 对被试的选择性注意的影响。然后对研究结果进行分析总结，得出任 务目标决策和驾驶技能均会会影响人的选择性注意，并根据上述研究 内容得到了一个基于任务目标的选择性注意分配模型。最后论文进行 了虚拟驾驶实验平台的软件功能需求分析、界面布局、以及相关实验 设计等工作，并在平台中添加了针对选择性注意的实验。 关键词：选择性注意注意分配虚拟驾驶人机交互 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 s t u d yo ns e l e c t ea t t e t i o na n d d i s t ri b u t i o nm o d e lb a s e do n r t u a i ， d r i n ga n dp l a t f o i 之md e s i g n a b s t r a c t i th a st h r e ec o m p o n e n t s ，t h ed r i v e r s ，v e h i c l e sa n dr o a d se n v i r o n m e n t ， o fw h i c ht h ed r i v e ri st h ed o m i n a n tf a c t o r t h ed r i v e r sd r i v i n gb e h a v i o r p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nc o n t r o la n dc o o r d i n a t i o nt h ev a r i o u se l e m e n t s o ft h et r a f f i c s y s t e m h en o to n l yp l a y e dar o l ei nt h ep r o c e s s i n ga n d d e c i s i o n - m a k i n gb u ta l s ou n d e r t a k et h et a s ko fa d j u s t i n ga n dc o n t r o l l i n g t h e r e f o r e ，b ys t u d y i n gt h ed r i v e r sd r i v i n gb e h a v i o r , a n a l y z i n gt h e i r s e l e c t i v ea t t e n t i o no fo b j e c t i v e sa n dt h em e t h o d so fd i s t i l b u t i o n w ew i l l f o u n da ni m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et oa n a l y z i n g ，t e s t i n g ，r e s e a r c h i n gt h e r o a dt r a f f i cs y s t e m ，a n dm o d e l i n g ，s i m u l a t i n g ，c o n s t r u c t i n gs a f e rd r i v i n g b e h a v i o rm o d e l s ，f i n a l l yw ec a nb u i l das u c c e s s f u li n t e l l i g e n ts i m u l a t i o n d r i v i n gs t a f f m o d e l - i nt h i sp a p e r ，t h ep r e m i s ei st h ec o n s t r u c t i o na n dr e s e a r c ho fv i r t u a l d r i v i n gt e s tp l a t f o r m i no u rl a b o r a t o r y b y a n a l y z i n gt h et h e o r yo f s e l e c t i v ea t t e n t i o na n dt h ed i s t r i b u t i o n ，t h ed r i v e r si n f o r m a t i o np r o c e s s ， d r i v i n gb e h a v i o r , a n da t t e n t i o ns t a t e so fa l lt h ec h a n n e l s c o m b i n e dw i t h t h ea d v a n t a g e so ft h ev i r t u a ld r i v e ，w ec a nr e s e a r c ht h em e c h a n i s mo f s e l e c t i o na n dd i s t r i b u t i o no fa t t e n t i o ni nt h ep r o c e s so fd r i v i n g t h ep a p e r s t u d yh o ws p e e da n dt a s k si m p a c t e dd r i v e r sa t t e n t i o nd i s t r i b u t i o nb y e x p e r i m e n t a lt e s t ，d i v i d e dt h et e s t e e si n t ot w oc a t e g o r i e s ，s k i l i e dd r i v e r s a n dn o v i c ed r i v e r s ，t h e nr e c o r da n da n a l y s i st h e i rb e h a v i o r s ，i n t e r v i e wt h e t e s t e e sa f t e rt h et e s t ，f i n a l l yr e s e a r c hh o wm i s s i o no b j e c t i v e sa n dt h e n u m b e ro fs t i m u l a t i o na n dt e s t e e sd r i v i n ga b i l i t ym a k ee f f e c t so f s e l e c t i v ea t t e n t i o n t h e nt h es t u d ya n a l y z e da n ds u m m a r i z e dt h er e s u l t s o ft e s t s ，f o u n do u tt h eo b j e c t i v ed e c i s i o n m a k i n ga n dd r i v i n gs k i l l sw i l l a f f e c tt h ep e r s o n ss e l e c t i v ea t t e n t i o n ，a n dg o tam o d e lo fs e l e c t i v e a t t e n t i o na n dd i s t r i b u t i o nb a s e do nt a r g e t f i n a lt h ep a p e ra n a l y z e dt h e f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s o ft h ev i r t u a ld r i v i n g e x p e r i m e n tp l a t f o r m ， 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 d e s i g n e dt h ei n t e r f a c el a y o u t ，a n dr e l a t e de x p e r i m e n t s ，a d dt h es e l e c t i v e a t t e n t i o ne x p e r i m e n ti n t ot h ep l a t f o r m k e yw o r d s ：s e l e c t i v ea t t e n t i o n ，a t t e n t i o nd i s t r i b u t i o n ，v i r t u a ld r i v i n g ， h u m a n - c o m p u t e r i n t e r a c t i o n 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 目录 第一章绪论1 1 1 概述1 1 2 注意的研究现状2 1 3 课题研究的内容及意义4 第二章相关理论6 2 1 注意概述6 2 2 注意的选择性功能7 2 3 注意的分配功能8 2 4 研究方法1 1 2 4 1 观察法( o b s e r v a t i o nm e t h o d ) l l 2 4 2 实验法l2 2 4 3 澳i 量法13 2 4 4 出声思维( t h i n k i n g a l o u d ) 分析1 3 2 4 5 神经心理学方法14 第三章影响驾驶员注意的因素：1 6 3 1 道路交通系统1 6 3 2 驾驶人员信息处理及驾驶行为分析_ 1 6 3 3 驾驶人员的注意通道18 3 3 1 视觉通道18 3 3 2 听觉通道1 9 3 3 3 其他辅助通道19 3 4 研究对建立仿真驾驶系统的优势一2 0 第四章基于任务目标的注意选择性影响分析2 1 4 1 模型提出的依据2 l 4 1 1 任务目标对驾驶员注意机制的影响2 1 4 1 2 操作技能对驾驶人员注意的影响2 2 4 2 模型描述2 3 第五章实验分析2 5 5 1 实验平台2 5 5 1 1 实验目的2 5 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 5 1 2 仪器与材料。2 5 5 1 3 被试人员2 6 5 2 实验设计2 6 5 2 1 实验1 ：自由驾驶2 7 5 2 2 实验2 ：限定速度的驾驶任务2 7 5 2 3 实验3 ：直线换挡加速任务l 2 7 5 2 4 实验4 ：直线换挡加速任务2 2 9 5 3 实验数据处理2 9 5 4 实验结论j 3 1 第六章系统设计3 5 0 1 系统平台组成3 5 。 6 1 1 硬件组成3 5 6 1 2 软件开发平台3 6 。 6 2 系统设计3 7 6 2 1 虚拟场景设计3 7 6 2 2 驾驶车设计3 8 6 2 3 道路设计oo j 3 8 6 2 4 房屋与自由车辆建模3 9 6 2 5 树木建模4 0 6 2 6 其他4 l 6 3 选择性注意实验设计4 1 6 3 1 故事版4 l 6 3 2 实验设计4 2 6 4 实验系统界面设计一4 5 6 4 1 主界面4 5 6 4 2 自由驾驶训练4 6 6 4 3 实验模块4 7 第七章结论和展望5 0 7 1 全文总结5 0 7 2 后续研究及展望。5 0 参考文献。5 2 附：录一5 5 致谢5 9 硕士期间发表论文6 0 北京邮电大学硕上研究生毕业论文 1 1 概述 第一章绪论 无论有没有意识到，我们的世界是由各种纷繁复杂的信息集合而成，这些信 息则被我们有意识或者无意识地接收。在传统的认知心理学中，通常会将人的认 知过程比喻成信息加工系统，而在这种认知活动中，注意( a t t e n t i o n ) 决定着我 们所获取的信息原料。注意通过刺激的一部分特征使之得到加强，使之更为清晰、 生动，从而使其进入意识，其他的特征则被系统漠视【2 1 。 然而人类的心理能量是有限的，尽管我们从不同的知觉通道获取了大量的信 息，但是我们不可能同时加工处理许多不同的信息。如果一定要求同时完成多个 认知任务，那么每项认知活动的效率都会不同程度地下降【l 】。正所谓“一心不可 二用”，几乎所有人都不可能顺利完成一边写文章一边和朋友聊天这种行为。那 么如何将这些信息进行筛，迅速获取随时可能出现的，与任务相关的重要刺激， 使之进入认识加工系统，同时抑制无关的干扰，这个有效的选择机制就是“选择 性注意( s e l e c t i v ea t t e n t i o n ) 一；而那些没有被选中的信息，个体则对它们加以弱 化，这种弱化直接导致了被选中进入认知加工系统的信息的显著化。这些被选中 的信息处于注意的焦点，就好像被放大了一样，因此更加容易得到操纵和处理。 在我们的信息加工系统中，虽然信息会被注意有选择的获取进而得到加工， 但是人类的认知活动并不是单线程的处理过程，个体常常会同时执行多项任务。 例如，你可以一边骑自行车，一边昕着m p 3 ，这似乎与“一心不可二用相矛 盾，但是，在这里注意机制扮演了分配有限的认知资源的角色，对认知活动的主 要方面给予持续性注意，并有序地变换认知活动的指向，从而做到就多项任务同 时获取足够的资源，顺利进行平行处理，这就是注意的分配功能。通过合理地分 配资源，我们不但可以同时进行两种活动，甚至还可以达到任务之间相互配合的 效果。 以汽车司机在十字路口看到红灯而停车为例，这一系列的反应与操作，我们 可以将之理解为一系列连续阶段的信息加工过程，并且在不同的阶段进行了不同 的加工。首先红灯及其他有关刺激的信号进入视觉系统而被登记：然后，在注意 的作用下，红灯信号得到识别并转到短时记忆；接下来将该短时记忆信息与从长 北京邮电人学硕士研究生毕业论文 时记忆中提取来的红色交通灯的含义信息相匹配；然后根据已经掌握的遇红灯停 车的交通规则来做出停车的决定；最后根据这一决定开始进行亮指示灯、刹车等 与停车相关的实际操作。 1 2 注意的研究现状 在过去的几十年里，很多研究者都对选择性注意进行了研究。在注意的几个 功能中，选择性维度被认知心理学更多地加以强调。它将注意看作一种内部机制， 用以实现对刺激选择的控制并调节反应行为，即舍弃一部分无用或次要信息，以 便有效地加工那些更重要的信息。尽管注意具有心理现象所共有的内隐特性，但 是研究者们通过大量的实验，从布罗德本特( b r o a d b e n t ) 通过听觉通道的研究 提出的过滤器模型( f i l t e rm o d e l ) 开始，直至卡尼曼( k a h n e m a n ) 基于认知加 工能量的能量分配模型( m e n t a lr e s o u r c e sa l l o c a t i o nm o d e l ，都验证了注意的选择 性维度【1 2 】，并分别给予自己对注意的选择性理论的阐述。其中一些著名的选择 性注意模型如下： 英国著名心理学家b r o a d b e n t 于1 9 5 8 年提出过滤器模型( f i l t e rm o d e l ) ，这 是选择性注意的一个早期模型。他认为人有限的神经中枢加工能力使信息获取量 出现瓶颈。为了避免认知系统超载，则需要一个过滤器对获取到的信息加以调节， 选择一些信息进入高级分析阶段，而其余信息可能暂存于某种记忆之中，然后迅 速衰退。 但是这个模型产生了“鸡尾酒会效应”( c o c k t a i lp a r t ye f f e c t ) 悖论，它无法 解释这种现象：在各种声音嘈杂的鸡尾酒会上，当你将注意完全集中予欣赏音乐 或与别人谈话时，你会对周围的其他各种声响及谈话充耳不闻，但若在另外一处 有人提到你的名字时你会立即有所反应，或者朝说话人望去，或者注意那个提到 你的人接下来要说的可能和你相关的后续内容。于是在1 9 6 0 年，t r e i s m a n 对 b r o a d b e n t 的滤器模型加以改进，得到了衰减模型( a t t e n u a t i o nm o d e l ) 。他认为 人可以同时注意两个通道( 左右耳) 的刺激，过滤器允许不止一个通道的信息通 过。有意义的材料极易引起注意，从而使注意的目标迅速向其转移。即过滤器并 不是按“全或无 的方式来工作，而是同时允许追随耳与非追随耳的信息通过， 只是非追随耳的信号受到了衰减，强度减弱了，但一些信息仍旧可以得到高级加 工。 多伊奇和多伊奇( f a d e u t s c h & d d e u t s c h ) 则从另一个方向入手，提出 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 了后期选择模型( 1 a t e - s e l e c t i o nm o d e l ) 。他们认为选择功能作用的阶段晚于知觉 水平，即在反应水平上进行选择。约翰斯顿和海因茨( j o h n s t o n & h e i n z ) 则设 计了多态模型( m u l t i m o d em o d e l ) ，他们认为注意在感觉阶段、语义阶段、意识 阶段都可能对信息做出选择，能在前一阶段完成的加工，绝不会拖到后边的阶段。 因为选择发生的越晚，任务的难度越大。主张知觉选择模型的人，所研究的是集 中性注意( f o c u s e da t t e n t i o n ) ；而支持反应选择模型的人，所研究的是分配性注 意( d i v i d e da t t e n t i o n ) 【2 1 。 上述这些模型既有其一定的意义，又有不同方面的局限性。更多认知心理学 家倾向用中枢能量分配机制来说明注意的机制，将目光更多的投在被个体所注意 继而进行加工的信息，把注意力从上述模型的瓶颈转移到个体如何将有限的能量 分配给所执行的任务。 1 9 7 3 年卡尼曼( k a h n e m a n ) 提出了著名的能量分配模型( m e n t a lr e s o u r c e s a l l o c a t i o nm o d e l ) ，该模型很好地体现了中枢能量理论。他认为人可得到的资源 和唤醒( a r o u s a l ) 是连在一起的，其数量也可因情绪、药物等因素的作用而发 生变化。决定注意的关键是所谓的资源分配方案，它本身又受到几个因素的制约： 受制于唤醒因素的可能的能量、当时的意愿和对完成任务所需能量的评价。当然， 个人的长期倾向也起作用。在这几个因素的作用下，所实现的分配方案体现出注 意选择。 ， 选择性注意机制的研究。在分类上，根据感觉通道，可分为听觉选择性注意、 视觉选择性注意和跨通道选择性注意；根据刺激选择的内外因，可分为目标驱动 选择性注意和刺激驱动选择性注意；根据注意选择单元，可分为基于空间的选择 性注意、基于客体的选择性注意和基于特征的选择性注意；根据注意选择内容的 表征，则可分为知觉水平的选择性注意和概念水平的选择性注意。 在过去的三十年里，研究者对视觉、听觉通道信息加工进行了大量的研究， 产生了多种加工理论。在视觉通道信息加工研究中，继经典的“聚光灯模型”、 “透视镜模型 后，刘登攀等人又提出了“梯度模型，【4 1 。刺激物呈现的范围、 位置、角度、时间、颜色和加工资源等等都会对选择性注意产生影响。周义斌等 研究者提出视觉选择性注意的目标特征随角度的变化发生转移，出现明显的倒 “v 字效应【3 l 】。另外杨华海等人提出，突现能够激活对高时间频率敏感的视觉 通路，引导注意朝向突然加亮的刺激物或突现在视域中的新物体【2 丌。而杨治良 在研究中提到过，视觉记忆的识记成效为7 0 ，听觉记忆的识记成效为6 0 2 9 l 。 对跨通道的选择性注意研究历时相对较短，研究结果也不一致。s p e n c e 认 为视听加工存在着通道特异性，其加工是在不同的感觉通道内进行的，只是相互 之间存在一定的连接。m o n d o r 等人发现相同通道内的线索有效性大于不同通道 3 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 间的线索有效性。c o l o v i t a 提出“视觉优势 现象，鼾当视觉刺激和听觉刺激同 时呈现而产生冲突时，人往往会对视觉呈现( 如光亮) 做出反应，而忽视声音刺 激【1 0 1 。 由于我们所处的环境是时刻都在变化着的，d a n c k e r t 、b u h u s i 等人意识到了 这个变化，突破了空间维度，又将时间维度引入到注意中【6 ，7 】。例如当我们过马 路时，除了注意红绿灯的位置外，也会将注意集中在红绿灯的变化时刻上，以利 于我们更迅速的做出反应。上述研究提出通过对目标出现的时间信息，来预期即 将到来的事件【9 】。 关于工作记忆与选择性注意的交互关系，张明和张阳对国内外研究现状进行 了总结，指出工作记忆的内容在选择性注意的注意导向、晚期反应选择以及视觉 搜索和返回抑制中的作用。选择性注意在工作记忆具有信息维持和更新的作用， 空间注意在空间工作记忆具有复述机制，同时注意的分心物加工机制对工作记忆 具有影响，在记忆表征中也存在选择性注意【1 5 】。 1 3 课题研究的内容及意义 道路交通系统通常被划分为三部分：驾驶人员、汽车和道路环境，其中的每 一个部分都对驾驶有不同程度的影响。据统计，在各类交通事故中与人有关的事 故约占总体事故的9 0 以上，其中与驾驶人员本身有直接责任的事故高达8 1 以上【1 2 1 。同时其他国家的统计数据及研究结果也都表明在这三个因素中最为重 要的一个因素是驾驶人员。 在进行驾驶操作行为时，驾驶人员依靠其视觉，听觉，触觉，甚至嗅觉等多 个通道不停地收集道路环境信息，获取到的信息输入大脑后则进行信息处理，经 过分析进行决策，继而给出操作指令，然后通过四肢运动实现操作行为。 驾驶人员在道路交通系统中不但扮演了处理和决策的角色，同时又承担了调 节和控制的任务，因此通过研究驾驶人员的驾驶行为，分析其注意的目标选择与 分配方式，对分析、测试、研究道路交通系统，建模、仿真、构建安全驾驶行为 模型，最终以此构建一个成功的智能仿真驾驶人员模型有着重要的意义。 本文以实验室虚拟驾驶实验平台的建设和研究为前提，研究人的注意在驾驶 过程中的选择与分配机制。通过阅读前人的研究可以发现，人的注意在多通道和 多维度都有不同选择标准和分配方案，而且这种分配不是均匀的。然而目前对由 非通道差异的因素所产生的选择性注意的研究还比较薄弱。论文通过对注意的选 4 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 择与分配理论，以及对虚拟驾驶的研究，来分析在驾驶条件下人的选择性注意分 配方案，最终得到了一个以虚拟驾驶为基础的，可扩展的注意能量分配模型。 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 2 1 注意概述 第二章相关理论 注意是人的心理活动对一定对象的指向和集中【l3 1 。注意使人的心理活动指 向那些有意义的、符合需要的且与当前活动有关的对象，而离开那些与对象无关 的对象，跟踪一些有意义的信息，同时抑制或排除那些与当前活动无关的信息。 这种选择功能不仅使大脑获得与当前活动有关的必要信息，而且可以对其进行正 常的信息加工。 周围环境向人施加各种影响，提供大量信息不断地涌入进我们的感觉记忆， 但由于感觉通道的局限，人不可能同时接受所有信息，若不加以注意，它们很快 就会衰减消失，这就需要对信息进行过滤、筛选。因此，注意在为进一步加工而 选择感觉信息方面，是起着重要作用的。 认知心理学家通常会用一个经典的聚光灯隐喻( s p o t l i g h tm e t a p h o r ) 来描述 注意机制。在他们的描述中，注意力就像聚光灯的光束一样在视野中进行移动， 光束照射到的地方就是加工资源分布最为集中的地方。聚光灯的光束是非常集中 的，它们仅能照射到一个很有限的范围，也就是说通常人们能注意到的范围不是 无止境的，而是有范围的。光束所照之处的中心是最亮的，细节也呈现的非常清 晰，而越向周围发散则越模糊，因此被我们注意到的信息通常是清晰而详细的， 其他次要信息则相对模糊。当然注意的光束是可以移动的，照射的方向可以按照 需要进行调整，这样我们才能将注意总是聚焦到最重要( 或者说是最需要注意到) 的信息上。 除此之外，还有一些比较形象的隐喻用来表述注意，例如空间隐喻和活力隐 喻。空间隐喻将注意力比作一个舞台，注意力只能处理那些被置于舞台空间之上 的信息，而超出场地范围的信息则无法被处理。活力隐喻则将注意比喻成活力小 子，每一位活力小子一次只能处理一个任务，有多少个活力小子就能处理多少任 务，多出的任务则被顺延甚至是不执行。 对应上述隐喻，注意的机制也是如此：个体可以将自己的注意集中在一项或 少数几项任务上，而不理会其他事情；注意可以按照个体的意愿从一项任务转移 到另一项任务上；处于注意中心的任务得到的处理最精细，其他任务能够得到的 6 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 处理就比较低级；任务对认知加工的要求越高，占用的注意资源就越多【2 1 。 2 2 注意的选择性功能 我们发现在日常生活中，人们有时能顺利地同时进行两种活动，如一边看书， 一边听音乐。但是有的时候我们又无法顺利地同时完成两种活动，例如如果你在 辛辛苦苦地撰写工作报告时，一个意外的来电通常会迫使你停下手头的工作，因 为一边收听电话内容，一边整理资料会使你感到很困难。这些情况表明，能否顺 利地同时进行两种活动是有条件的。在进行两种不同感觉通道的作业时，未受到 注意的输入通道的信息所能得到的高级分析要多。即使是在同一感觉通道内进行 两种性质相同的信息处理，也会由于信息资源的难易程度不同而出现不同的结 果。而对于不同特点的被试，结果也会有很大偏差，例如u n d e r w o o d ( 1 9 7 4 ) 发 现，在双耳双听试验中，当要求被试即从追随耳，又从非追随耳中觉察靶子词时， 没有经验的无经验驾驶者只能从非追随耳中觉察出8 的靶子，而训练有素的专 家则能察觉出6 7 的靶子，两者的差距是巨大的【。 注意通常被认为是一种非常有限的心理资源，未加注意的信息很少受到加 工，甚至不被加工。在第一章中所提到的知觉选择模型和反应选择模型都与认知 系统加工能力有限相联系，从信息加工的观点看来，由于中枢能量是有限的，所 以认知心理学研究者大都承认人和计算机一样，加工能力都是有限。一些心理学 家试图将注意机制解释成一个没有瓶颈( 即过滤器) 的结构，采用中枢能量来说 明注意，将注意看作人能用于执行任务的数量有限的能量或资源，用这种能量或 资源的分配来解释注意，即中枢能量理论。 在中枢能量理论体系中，最为著名的模型当属卡尼曼( k a h n e m a n ，1 9 7 3 ) 提出的能量分配模型( m e n t a lr e s o u r c e sa l l o c a t i o nm o d e l ) ，它较好地体现了中枢 能量理论。卡尼曼认为人可得到的资源受到唤醒( a r o u s a l ) 水平的制约，而唤 醒又会由于受到各种因素( 诸如情绪、药物、肌紧张和强烈的刺激等) 的影响而 发生变化。通常唤醒水平越高，个体得到的认知加工资源( 可及能量) 也就越多。 接着，由一定的唤醒水平动员起来的可及能量通过一定的策略分配给不同的任 务。决定注意的关键是所谓的资源分配方案，而约束和影响资源分配策略的因素 就更多了：受制于唤醒因素的可及能量、当时的意愿、对完成任务所需能量的评 价、甚至比较永久起作用的个人特质，都会影响资源的分配。在这几个因素的作 用下，所实现的分配方案体现出了注意的选择性。 7 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 一般来说，可及能量会更多地分配给个体认为比较感兴趣的、喜欢的或重要 的任务。根据这个模型( 图2 1 ) ，只要有限的认知资源足够分配，个体就可以同 时接受多个输入，进行多项活动。这就是为什么个体总是将比较重要的、费神的 工作留到清醒时、精力充沛的时间去完成【2 1 。 箨种唤醒秉源( 孳爵络、 药物，飘紧张、强! l l | 激等) 庋嫒 图2 - 1k f l h l l e m a n 的能量分配模型 现 根据k a h n e m a n 的看法，个人的长期倾向反映影响注意的作用，即将能量分 配给新异刺激、突然动起来的东西和自己的名字等；当时的意愿体现任务的要求 和目的等：对完成任务所需能量的评价是一个重要的因素，它不仅影响可得到的 能量，使其增多或减少，而且极大地影响分配方案。从这个模型看来，只要不超 过可得到的能量，人就能同时接收两个或多个输入，或者进行两种或多种活动， 否则就会发生相互干扰，甚至只能进行一种活动。应当指出，这个模型非常明确 地将不随意注意包括进来，而且k a h n e m a n 还认为存在某些自动加工，这些都对 说明注意是有意义的。 2 3 注意的分配功能 当我们在描述前文那些“一心可以二用 的事例时，除了用选择性注意理论 来解释外，通常还会用注意的分配功能来进行解释。注意的分配功能强调的是个 8 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 体如何将注意力合理地分配和转移，一边同时有效地处理多项任务。正是注意的 分配功能发挥了作用，我们才得以顺利地同时进行两种活动时。需要清楚地是， 选择性和分配性是注意的两个重要功能，而这两者互相区别的同时又是密不可分 的，没有分配就不需要选择，同样地，没有选择也就实现不了分配。两者只是侧 重点不同：选择功能强调的是如何将注意力集中到当前注意的任务上，而暂时阻 断来自其他途径的信息；分配功能强调的是个体如何将注意力合理地分配和转 移，以便同时有效地处理多项任判2 1 。 注意通过自动加工和控制加工任务来实现分配的。在同时进行的几项任务 中，有些任务是自动加工( a u t o m a t i cp r o c e s s i n g ) 的，由于它们几乎不需要占用 认知资源，没有一定的容量限制，这就可以使个体集中注意于其他任务，从而提 高工作效率。而自动加工并不是天生的，是通过练习获得的，而且一旦形成就难 以改变。 波斯纳和斯奈德( p o s n e r s n y d e r ，1 9 7 5 ) 提出了判断自动加工的三个标准： ( 1 ) 个体没有进行该加工的意图； ( 2 ) 个体没有意识到正在进行该加工； ( 3 ) 该加工不能干扰其他心理活动。 而与自动加工相对应的，就是控制加工( c o n t r o l l e dp r o c e s s i n g ) 。这是一种需 要运用到注意的加工过程，受到意识的控制，其容量有限，可以灵活地适应变化 的环境，更接近于我们通常认识中所提到的注意。 自动加工总是出现在比较容易的任务中( 相对而言) ，或对熟悉刺激进行加 工的过程中。自动加工是一种平行加工，不需要限制加工容量。相反，控制加工 出现在比较困难的任务中，或对不熟悉刺激进行加工的过程中。控制加工是一种 序列加工，同一时间只能对一小部分刺激进行加工，需要限制加工容量，是在意 识控制之下完成的。 自动加工并不是天生的，可以通过练习获得。如在斯特鲁普效应( s t r o o p e f f e c t ) 中，被试能够很好地报告色块墨水颜色，但是在报告颜色单词所使用的 墨水颜色时却显得非常困难，经常不由自主地读出单词本身。( 注：斯特鲁普设 计了一种任务，他向被试呈现一系列各种颜色的长方形色块和有关颜色的单词， 这些单词的打印颜色与他们的语义所指的颜色是相互冲突的，例如用绿色墨水打 印表示红色的单词“r e d ，要求被试以最快的速度说出印刷这些色块和颜色单词 的墨水颜色) 。也有实验表明，相同的实验条件，对训练有素的专家进行测试， 获取到的数据要远远优于没有经验的人做被试。心理学家常常将注意和练习结合 起来考察认知活动。洛根( l o g a n ) 和艾瑟顿( e t h e r t o n ) 等人提出了一个“自动 化过程的注意假设( a t t e n t i o nh y p o t h e s i so f a u t o m a t i z a t i o n ) ，认为练习需要注意的 9 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 参与，因为注意帮助确定练习当中应该学习哪些东西、记住哪些东西。这样一来， 学习就被看做是练习的副效应( s i d e e f f e c t ) ，注意到的东西将得到学习，未被注 意到的将得不到学习。 对于同时进行的两种作业的水平来说，练习起着重要的作用。日常生活的观 察和实验研究都发现，人们起初同时进行两种作业时会感到十分困难，作业水平 低下，但随着练习的展开，困难就会减少，作业水平也逐渐提高，甚至可以达到 非常完善的程度。从中枢能量理论来看，练习之所以起到有利的作用，是因为它 改善了能量分配方案，使能量分配更加适合当前的任务需要，另一方面又改善了 完成作业的操作过程，减少对能量的需求，甚至使某些加工过程自动化了，不需 要任何资源或注意就可以进行。个体同时有效地进行两种活动的机制有以下三 种： ( 1 ) 在完成两种活动时，个体的注意频繁地在两项任务之间来回转移，是 两项任务交替获得认知资源。我们能够对同时进行的几种活动迅速地轮换，交替 地给予注意。灵活、自然、协调的注意分配能力，这是驾驶人员的必备能力之一。 驾驶时，一方面眼、耳等感觉器官要时刻注意车内外的情况，另一方面还要使用 手、脚进行各种操作，有时还需要同时注意几个方面的情况。在复杂的交通情况 下驾驶人员的视线要不断从一个目标转向另一个目标，以便在众多的信息中进行 选择，抓住危险信息并及时处理。 ( 2 ) 在两种作业中，有一个是自动进行的。当有一种作业内容是生疏的， 则需要把较多的注意集中在该种作业上，这部分作业需要注意进行控制加工；而 同时进行的其余作业应是不需注意过多支配的“自动化 的作业，即注意进行自 动化加工过程。比如我们一边走路，一边打电话，不仅需要观察周围的环境，甚 至还可以与来电人探讨问题。在这里，走路成为不假思索的“自动加工”过程， 它仅仅需要很少的注意，和别人探讨问题，则采取控制加工过程，成为的主要注 意对象，集中了大部分的注意。 ( 3 ) 个体通过训练，学会将两项任务整合在一起。同时从事的多项作业之 间如果相互有联系，并且这些作业都不是生疏的，则可以使注意恰当分配。如有 些歌唱演员可以自弹自唱，也是由于这两种活动有一定联系，并都已成为熟练的 活动。而司机开车即便达到了十分熟练的程度，也不允许随便与人谈话，那是因 为开车与谈话是完全没有联系的两种活动，而且这两种活动都需要一定的注意 力。同时，开车本身就包含着多种动作，如果给予开车的注意力不够，驾驶人员 就不能把足够的注意力分配给开车时所需要的各种操作动作中，就容易发生事 故。 l o 北京邮电大学硕一k - 研究生毕业论文 2 4 研究方法 认知心理学研究的主要对象是人的认知机能作用，而最直接的方法就是去研 究作为行为的基础的生理机制。然而研究行为的生理基础并非易事，首先就需要 先克服严重的技术障碍。一种神经的解释对于充分描述高度复杂的人类行为时太 复杂而又太琐碎了，我们需要一种比较抽象的分析水平。 认知心理学研究者的任务是一宗高度推论性的任务。他们以通过观察人 们执行任务的行为作为开始，直到得出关于作为行为基础的抽象机制而结束。认 知心理学者根据被试的外部行为，突出各种关于在被试的头脑内部所发生的情况 的理论。显然，无法确切的知道一种认知理论是否描述内部实际所进行的情况。 在认知心理学方面发展一种理论，很像为一种奇异的新运载工具的引擎的运转设 计一种模型，既要推动这种运载工具，而又不能打开它以检查引擎本身。认知心 理学者们相信他们的概念能够用生理学的字眼加以解释，生理学的实验结果能够 约束认知理论的形式【l 。 一项研究通常需要根据课题的实际情况选择具体的研究方法。而目前常用的 研究方法有观察法、实验法、自我报告法、神经生理学方法等。 2 4 1 观察法( o b s e r v a t i o nm e t h o d ) 这是要在自然地条件下，有目的、有计划地描述和记录被试的外部表现( 如 言语、表情和行为等) ，从而总结认知活动规律的一种研究方法【2 l 。观察法成功 的关键是让被试在自然的气氛下自由活动，不对他进行任何形式的干预。也就是 说要让用户进行自然的表现行为，不能使他们产生一种好像正在被试验的小白鼠 的体验。这样观察到的行为才会是被试本来面貌的自然表露。 观察法的优势在于被试处在现实情境中，而不是经过精心设计的实验室环境 中，是具有生态效度的研究方法。而且在个别情况下，也并非排斥观察者的干预， 观察者甚至可以在某些环节参与到被试的行为活动中。 但是观察法也有很大的缺陷，观察得到的原因和结果并不一定是一一对应的 关系，即某个结果或现象的可能原因有很多，但是根据观察又无法确认导致结果 的原因是哪一个或是哪一些。另外，观察者对于被试行为的记录也往往具有主观 性，会有选择性的记录自己认为有用的信息，可能因此漏掉另外一些重要的信息。 同时观察法需要观察者进行一定的训练，才能做到有效地记录数据，避免在记录 一个数据的同时，错过了用户的另一些重要行为信息。从用