（基础心理学专业论文）行走信息资源、小范围空间能力与环境空间距离知识关系的实验研究.pdf

行走信息资源、小范围空间能力与 环境空间距离知识关系的实验研究+ 王雯 摘要环境空间距离知识( 1 ) i s t a n c ek n o w l e d g ei ne n v i r o n m e n t a s p a c e ) 是决定人们能否在既定的时间达到目的地的必要知识。环境空间距离估计任务就 是获取环境空间距离知识基础上的实际空间行为。良好的环境距离估计能力能够 帮助人们较好的制定行走路线，节约他们的时间和精力。获取环境空间距离知识 是人类寻路、空间定位和定向中重要环节，因为它能够决定我们的空间行为和行 走。 如此重要的空间认知能力，却很少有人涉及这一领域的研究工作，虽然很早 就开展了这领域的研究，但还是缺少有关空间距离知识的深入研究。目前为止， 很多问题都还在研究探索之中。例如，路线行走学习环境下人类的距离知识获取 过程是如何的? 哪些行走信息资源影响了环境空间的距离估计? 小范围视觉空间 认知能力测试是否能够预测大范围环境空间距离估计任务，它们的认知过程是否 相同? 距离知识的获取直接导致影响距离估计判断的因素到底有哪些? 行走信息 资源是如何影响距离估计的? 本研究针对以上问题展开，结合有关环境空间行走的研究并未将小范围视觉 空间认知能力和环境空间认知能力相联系的特点，使用国内心理学研究极少使用 的计算机模拟的三维虚拟现实技术，通过改变环境空间行走信息资源，探究人类 距离估计时由于路线特征影响产生的路线转弯效应的成因，特别是使用视觉空间 能力测试这类小范围空间能力测试测量的空间能力对环境空间距离估计任务起到 多大的预测效度也是我们关注的问题。区分小范围空间能力与环境空间能力之间 是否拥有相同的结构。对于环境空间距离认知的加工及其性质的研究不仅在理解 人类空间认知行为方面具有重要的理论意义，而且还对日常生活学习新环境下的 布局，例如建筑物或城市布局，熟悉地行走，言语指路，特别是许多不同职业人 员如出租车司机、公交车司机以及飞行员在现实环境下的定位定向活动能力的提 高和改善，更大的节约资源等方面起到了重要的应用价值。 本研究的四个实验分别是 1 、被试在完成对比路线的行走后，能否出现路线转弯效应的实验 2 、距离估计与环境空削行走速度关系的实验； 。国家自然科学基金资助项目( 3 0 5 7 0 6 0 2 ) 3 、距离估计与环境空间行走转弯方向关系的实验； 4 、距离估计与环境空间行走努力程度关系的实验； 综合实验结果与有关讨论，本研究支持以下结论： l 、桌面虚拟现实环境下，被试会过长估计出现很多转弯的路线距离，即出现 了路线的转弯效应。 2 、行走速度影响距离知识的获取。行走平均速度越快，被试对于距离估计得 越短。 3 、被试努力程度影响距离知识的获取。被试付出越多的努力，对于路线的估 计越长。转弯效应更显著的出现在干扰条件下。 4 、小范围的空间能力测试并不能预测虚拟现实条件下被试的环境空间距离任 务。 5 、桌面虚拟现实环境能够很好地反映真实环境的特征，符合对于空间认知行 为实验环境的严格要求，能够很好地进行重复实验。 关键词：距离知识、距离估计、小范围空| 日j 能力、环境空间能力、 心理旋转、桌面虚拟现实环境 t h er e s e a c ho nt h er e l a t i o na m o n gt h et r a v e li n f o r m a t i o n s o u r c e ，s m a l l s c a l es p a t i a la b i l i t ya n de n v i r o n m e n ts p a t i a l d i s t a n c ek n o w l e d g ei nv i r t u a lr e a l i t y w a n g w e n a b s t r a c td i s t a n c ek n o w l e d g ei ne n v i r o n m e n t a ls p a c ei st h ek n o w l e d g et o d e t e r m i n ew h e t h e rh u m a nc a ng e tt oad i s t a n tt a r g e tw i t h i naf i x e dt i m e d i s t a n c e e s t i m a t i o ni st h eb e h a v i o ri na c t u a ls p a t i a le n v i r o n m e n t ，w h i c hi sb a s e do na c q u i r i n gt h e d i s t a n c ek n o w l e d g e t h ea b i l i t yo fe s t i m a t i n gd i s t a n c ec a nh e l ph u m a nb e t t e rp l a nt h e r o u t et os a v et i m ea n de n e r g y d i s t a n c ek n o w l e d g ea l s op l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei n w a y f i n d i n ga n ds p a t i a lo r i e n t a t i o n h o w e v e r ，l i t t l er e s e a r c ho nd i s t a n c ek n o w l e d g eh a s b e e nc o n d u c t e d ，s u c ha st h ep r o c e s so fa c q u i r i n gd i s t a n c ek n o w l e d g e ，i n f o r m a t i o n r e s o u r c e st h a te f f e c td i s t a n c ee s t i m a t i o n ，w h e t h e rl a r g e s c a l es p a t i a ld i s t a n c ec a nb e p r e d i c t e db ys m a l l s c a l es p a t i a la b i l i t yt e s t ，f a c t o r st h a ta f f e c td i s t a n c ee s t i m a t i o nb y a c q u i r i n gd i s t a n c ek n o w l e d g e ，a n dh o wt h e ya f f e c ts u c hd i s t a n c ee s t i m a t i o n t h e s e a r e a ss t i l ln e e dt ob ef u r t h e rs t u d i e d ，c u r r e n tr e s e a r c ho nd i s t a n c ek n o w l e d g ed o e s n t c o n s i d e rt h es m a l l s c a l ev i s u a ls p a t i a la b i l i t ya n de n v i r o n m e n t a ls p a t i a la b i l i t y i nt h i s s t u d y ，m e c h a n i s mo ft h er o u t e - a n g u l a r i t ye f f e c tw h e nh u m a ne s t i m a t e sd i s t a n c ew a s i n v e s t i g a t e db yu s i n gv r m li nd e s i g n i n gv i r t u a lr e a l i t ye n v i r o n m e n ta n dc h a n g i n gt h e r o u t ef e a t u r e s r e l a t i o n s h i po fs m a l l s c a l e s p a t i a l a b i l i t ya n de n v i r o n m e n t a ls p a t i a l d i s t a n c ee s t i m a t i o na b i l i t yw a sa l s os t u d i e dt oe x a m i n ew h e t h e rt h e yh a v et h es a m e m e c h a n i s ma n de s p e c i a l l yh o wa c c u r a t es m a l l s c a l e s p a t i a l t e s tc a np r e d i c tt h e e n v i r o n m e n t a ls p a t i a ld i s t a n c e t h u s ，t h i ss t u d yo fp r o c e s sa n dc h a r a c t e r i s t i c si n e n v i r o n m e n t a l s p a t i a l d i s t a n c e c o g n i t i o n n o t o n l yp l a y s a n i m p o r t a n tp a r t i n u n d e r s t a n d i n gh u m a nb e h a v i o r sw i t hs p a t i a lc o g n i t i o n ，b u ta l s og r e a t l yc o n t r i b u t et o e n v i r o n m e n t a ls p a t i a lt a s k si n c l u d el e a r n i n gt h el a y o u to fn e we n v i r o n m e n t s ，s u c ha s b u i l d i n g s o rc i t i e s ，n a v i g a t i o ni nk n o w ne n v i r o n m e n t s ，a n dg i v i n ga n di n t e r p r e t i n g v e r b a ln a v i g a t i o nd i r e c t i o n s ，e s p e c i a l l yt h e 一 n a g i g a t i o na b i l i t yo ft a x i b u sd r i v e r sa n d p i l o t s ，a n dr e s o u r c e ss a v i n gi nd a i l yl i f e f o u re x p e r i m e n t si nt h i ss t u d ya r ea sf o l l o w s ， 1 p o s s i b i l i t yo fr o u t e - a n g u l a r i t ye f f e c ta f t e rp a r t i c i p a n tf i n i s h e sc o m p a r a t i v er o u t e e x p l o r a t i o n 2 r e l a t i o n s h i po fd i s t a n c ee s t i m a t i o na n dn a v i g a t i o ns p e e di ne n v i r o n m e n t a l s p a c e 3 r e l a t i o n s h i po f e s t i m a t i o na n dt h ea n g l e so f t u r n s 4 r e l a t i o n s h i po fe s t i m a t i o na n dn a v i g a t i o ne f f o r t t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sa r eo b t a i n e d ， 1i nd e s k t o pv i r t u a lr e a l i t ye n v i r o n m e n t ，p a r t i c i p a n tp r e d i c t sl o n g e rd i s t a n c ew h e n t h e r ea r em o r et u r n s ，w h i c hi sr o u t e a n g u l a r i t ye f f e c t 2 d i s t a n c ee s t i m a t i o ni sa f f e c t e db yn a v i g a t i o ns p e e d t h ef a s t e rt h es p e e d ，t h e s h o r t e r 血ed i s t a n c ee s t i m a t e d 3 d i s t a n c ee s t i m a t i o ni sa f f e c t e db yn a v i g a t i o ne f f o r t t h em o r et h ee f f o r t ，t h e l o n g e rt h ed i s t a n c ee s t i m a t e d ，e s p e c i a l l yw h e ni nd i s t u r b a n c ec o n d k i o n 4 t h es m a l l - s c a l es p a t i a lt e s t sc a p t p r e d i c tt h ee n v i r o n m e n t a ls p a t i a ld i s t a n c e e s t i m a t i o ni nt h ed e s k t o pv i r t u a lr e a l i t ye n v i r o n m e n t 5 v rt e c h n i q u er e p r e s e n t sh u m a nb e h a v i o ri ne n v i r o n m e n ts p a c ev e r yw e l la n d s a t i s f i e ss t r i c t e x p e r i m e n t a lr e q u i r e m e n t s e x p e r i m e n t a l r e s u l t sa r ew e l l r e p e a t e d k e yw o r d s ：d i s t a n c ek n o w l e d g e ，d i s t a n c ee s t i m a t i o n ， s m a l l - s c a l ev i s u o s p a t i a la b i l i t y , m e n t a lr o t a t i o n ， e n v i r o n m e n t a ls p a t i a la b i l i t y ，d e s k t o pv i r t u a le n v i r o n m e n t ( v e ) 学位论文独创性声明 本人声明所里交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得陕西师范大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 作了明确说明并表示谢意。 作者签名：卫堡日期：三2 ： 学位论文使用授权声明 本人同意研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属陕西师范大 学。本人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果时署名单位仍为陕西师 范大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它指定机构送交论文的电 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校 图书馆、院系资料室被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索； 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。 作者签名； 乏坚 引言 人类任何空间行走活动( n a v i g a t i o d ) 都离不开距离知识。日常生活中，正 因为我们能够对两地之间的距离进行了一定的估计，才能找到捷径。环境空间距 离知识能够帮助我们很好的制定行走路线，节约我们的时间和精力。因为距离知 识被用来估计环境空间行走活动时要花费的资源，如时间，金钱，或食物，以达 到更有效的利用目前所拥有的资源。而且，环境空间距离知识会影响人们做出“是 去是留? ”、“到哪里去? ”、“选择哪条路线? ”等决定，也就是说，环境空间距 离知识可以从根本上解释和预测空间行为。 但是人们对于距离的估计却常常出错。很简单的一个例子就能说明这个问题： 当我们每个人从一个地方出发，行走到另一个目的地时，每个人对于这样一段相 同的距离却产生了不同的距离感知。有些人对于这段路线感知的更长些，有些人 却对这段路线感知的更短些，总而言之，人们距离估计的能力存在差异，也就是 说人们的主观距离常常违背现实的客观距离。本文将介绍现阶段国外环境空间距 离知识的研究现状和发展，并将小范围空间能力和环境空间能力的前人研究进行 总结，通过对路线特征、行走时间、路线结构、干扰条件下的努力程度等行走信 息资源的改变，试图揭示人类环境空间距离估计中的认知加工行为及其性质，对 于环境空间认知的加工及其性质的研究的理解不仅在理解人类空间认知行为方面 具有重要的理论意义，而且还对日常生活中，改善自身空间行为，更大的节约我 们的资源等方面起到了重要的应用价值。 c a d w a l l a d e r , mt p r o b l e m si nc o g n i t i v ed i s t a n c e ：i m p l i c a t i o n sf o rc o g n i t i v e m a p p i n g ，e n v i r o n m e n t a n d b e h a v i o r , 1 9 7 9 ，1 1 ，5 5 9 5 7 6 第一部分研究综述 一、环境空间距离认知研究的历史与发展 环境距离认知能力是人类空间认知能力的一个重要的组成部分。人类所有的 活动都是在一定的空间内进行的，同时要对这个空间进行心理表征，这样才能获 取空问知识以保证我们所有的空间活动。空间认知能力是人们使用空间信息，并 对空间进行心理转化获取空间知识的能力。环境空间距离认知是空间认知过程中 的一个环节，环境空间距离认知的研究的开展首先需要从概念与理论开始。 ( 一) 环境空间距离知识的一些重要概念 l 、距离知识( d i s t a n c ek n o w l e d g e ) 距离知识是决定人们能否在既定的时间达到目的地的必要知识。它可以帮助 人们更好的计划自己的路线，利用有效的环境资源( 如时间，资金，食物) ，它能 在环境空间行走过程中帮助我们定向和定位“”“1 。t v e r s k y 认为距离估计任务 出现的个体差异是因为人类不能站在环境空问的一点而知觉到完整的空间，而且 每个人总是从个人经验丽不是依靠客观距离估计路线距离长度。从环境空间不同 的观察点观察到的路线，人们对其距离的知觉、记忆、提取都会产生不同的距离 估计差异。此外，主观距离总是不容易测量的，而且并不是对称的”。前人的研究 表明，人类获取的距离知识确实反映了一定的客观距离。一般的关系形态可以用 心理量方程描述： 主观距离( d 。) = n 客观距离( d 。) 9 o 0 ，1 3 在研究量和l 之间取值。在对7 0 个距离估计研究进行元分析后，1 9 8 5 年w i e s t 和b e l l 研究发现，原因的决定性因素是在b 指数小于1 时，从知觉到 提取而后推断距离的递减过程中，主观距离是否能够感知并提取。 本研究中所提到的环境空间，是环绕在身边比人类身体范围大，却不是大到 人们通过直接的行走经验也不能感知的环境范围。我们选择的空间环境的定义是 1 9 9 7 年m e n t e l o 有关环境距离认知的研究综述对环境空间所下的定义“3 。环境空 间包括，公园，建筑群，校园，邻居家和我们居住的城市。以前的文献中，也曾 经列举过不同的空间类型。t v e r s k y 就分类为身体空间、身体周围空间、行走空间、 欧几里德几何学的距离测量学公理解释( 即在二维平面空间里，距离必须满足下列三个公理) ： 测量分配到每对点之间的数值，x 和m 一段距离d ( x ”满足下面三个条件： ( 1 ) 积极性：d ( x ”= 0 并且d ( x ”，0 即表示，每一点从本点到本点的距离是零，任意两点之间的距离大于 零。 ( 2 ) 对称性：d ( x y ) = d ( y ) ，即表示，任意两点之间测量的距离是没有方向性的。 ( 3 ) 三角不等式：o ( x ”十d u z ) 三d ( x z ) 即两个点之间的距离不能大于i g + 0 9 a - 与第三点距离的和； 2 地图空间这四类空间。而m e n t e l l 0 就认为后面的两类空间类型就是环境与图形 空间。过去相当长时间里，研究者认为对这些环境空间的感知是整合知识的结果， 所以，环境空间知识过去称为“认知距离”，而另一些研究者不同意这种说法，他 们把从一个位置看到有关可视物体或位置距离的知识称为“知觉距离”0 1 。而 m e n t e l l 0 认为，这两个词都不够准确，他认为环境空间知识是包括自上而下和自 下而上两种形式的过程的，既有距离认知，也有距离知觉，所以称之为距离知识“ ( d i s t a n c ek n o w l e d g e ) 。这里我们的研究沿用m e n t e l l 0 的理论，因为使用大范 围环境空间，所以也称为环境空间距离知识* ，。 2 、行走信息资源( t r a v e l n f o r m a t i o ns o u r c e s ) ： 行走信息资源是影响环境空间距离知识获取的因素总称“1 。它可以是多种多样 的信息或感知觉因素，例如在盲视条件下，它可以由本体感、运动肌肉感等组成。 目前大部分研究都是针对可视条件下，剥夺本体感与肌肉感的桌面虚拟现实场景 下进行的由视觉呈现的获取的距离知识的研究。m e n t e l l o 的研究认为距离知识可 能由于行走信息资源被扭曲：行走时间，行走的努力程度，路线结构，路线中环 境特征数量和种类“1 。最常在文献中被讨论到的环境距离知识就是行走或者回忆评 估时知觉到的行走信息资源：如环境特征的种类和数量，路线的结构，行走时间 和努力程度，熟悉度，背景，例如，位置和参考观察点的产生的距离估计。我们 注意到在对环境空间距离认知的上世纪6 0 年代到8 0 年代的实验研究中，很少有 将行走信息资源整合起来，全面的讨论它们对于距离估计工作任务的影响。 3 、距离估计( d is t a n c ee s t i m a t io n ) 经常在文献中被讨论到的环境空问距离知识的工作任务就是距离估计。距离 估计成绩好坏的判断条件就是在行走或者回忆的评估时知觉到的特征数量的多 少，准确与否。这类任务中使用两种不同的测量方法，即绘图法和比率估计法。 2 0 0 5 年德国的o s m a n n 与b e r e n d t 研究的结果说明”1 ，当人们处于不同空间情景 时，提取距离知识会使用了不同的方式。当被试以日常行走时的第一人称视角学 习环境的位置时，填充或分割路线的环境因素就会起到夸大距离知识的作用。他 们认为尽管人们使用距离估计研究距离知识开展的比较早，但是相对环境空间距 离知识的深入实验研究还是不足的。 2 0 0 2 年s c h u s t e r 与sc f a u s s 研究了果蝇对相近物体之间距离估计8 1 ，证明了 果蝇区别距离的能力取决于自动推迟更新的表象转换。果蝇表现出自我运动与视 觉反馈的关系，并且他们研究出一个惊人的结果：果蝇的自我运动推迟更新能够 保持2 秒钟。这项果蝇的距离比较实验结果对于人造机器人的研究具有很高的学 术和应用价值。同时让我们思考，在大范围环境空间中人类是否也是通过表象转 3 换来进行距离估计的昵? 4 、路线转弯效应( r o u t e a n g u l a r i t ye f f e c t ) 路线转弯效应是一种距离估计错觉效应。最早是由s a d a l l a 和m a g e l 在实验 室路径中发现的“”。这个效应的实验现象是，在环境空间行走活动中，被试会过 长估计出现很多转弯的路线距离。他们发现，经常被迫改变方向的路线即在他们 的实验中出现7 个右转弯的路线，更容易被估计比具有相同物理距离长度的两个 右转弯的路线更长”0 1 。路线转弯效应独立于行走的次数( 例如，走次或走三次) ， 学习路线的时间和出发点与目的地之间的直线距离。他们对于转弯的数量也进行 了比较，发现再多的转弯并没有改变这个效应的出现，7 个转弯就是“更多”这个 程度的最好代表数量。同样的结论也出现在两个转弯路线中“。m a l l o t 认为路线 转弯效应，是从一个复杂水平的空间行为中获得的，即记忆与学习水平在更复杂 水平上的路径整合。很多研究者也认为“，当人们在新的环境下学习环境布局时， 人们首先学习重要位置路线上的细节，然后逐渐建立起对于这个新环境的探寻知 识( s u r v e yk n o w l e d g e ) ，他们认为最重要的是如果被试记住了行走的路线距离 和该路线的转弯个数和方向，原理上认为被试可能已经将路线整合进入自己的内 部认知地图中了。是否可以这样认为，距离估计错觉即路线转弯效应的出现明显 与被试内部认知过程有关，构建一个完成的认知地图是关键所在。 ( 二) 认知地图的研究概况 l 、认知地图的相关研究 所谓“认知地图”是有关一个搜寻路径和确定各地点之间相对的位置的大型 环境的知识体系，这个知识体系的获得需要一定时间并把观察到的现象整合到一 起“。所以有人说，认知地图的形成是个体对环境空间中各种现象信息的获取、 储存、回忆以及解释的加工过程“。人类和动物的行走活动( n a v i g a t i o n ) 研究 时常假定空间知识类似于地图表征即人们时常称为的“认知地图”。，虽然目前 研究者们对认知地图的定义还存在争议“，但从原理上来讲，这幅图可以保存许 多不同的几何学特征。而且很多研究者认为。，认知地图加工过程是欧几里德结构 的，特别是对于测量距离和角度的空间知识而言。当人们在新的环境下学习环境 布局时，能够记住行走的路线的距离和转弯， 就有可能已经将路线整合进入内部 认知地图中了。这点似乎得到了共识，然而，并非在所有环境空间下人们都使用 路径整合策略，p a t r i c k 和w i l lj a m2 0 0 5 年的研究对此提出了异议。他们提出对 于认知地图的理解是否只表现出诸如两地间的距离和角度这样的测量方面的特 g a l i i s t e l ( 1 9 9 0 ) 0 k e e f e n a d e i ( 1 9 7 9 ) ：t h i n u sb l a n c ( 1 9 8 7 ) t o l m a n ( 1 9 4 8 ) 等人对这个概念逐渐完善 s h e m y a k i n ( 1 9 6 1 ) ；h a r t m o o r e ( 1 9 7 3 ) ：s i e g e l ，w h i t e ( 1 9 7 5 ) ：0 k e e f e ，n a d e l ( 1 9 7 8 ) ： t h i n u s b l a n c ( 1 9 8 7 ) ：g a l l i s t e l ( 1 9 9 0 ) 等人在其的著作里都有对这个问题的阐述 4 征? 还只是对于环境布局的一些不牢固的知识? 因此，他们使用在虚拟环境下行 走寻找捷径这种新的研究范式，发现在沙漠环境下，被试不能整合路线知识，但 是在分段的有路标的森林环境下，被试确实能够整合路线知识。他们的研究认为， 人类和蜜蜂一样，他们没有使用路径整合策略来获得准确的认知地图指导他们的 行走，而是使用可参考的路标来获得认知地图的“。p a t r i c k 和w i i lj a m 的研究使 用的是一个中等范围的环境空间( 1 2m * 1 21 1 1 ) ，这样的研究结果能否证明，人们在 大范围环境空间中是否同样没有使用基于路线的整合策略? 其他一些研究者“。虽 然已有大范围局部环境进行了研究，但有意思的是，至今这个问题尚未出现结论。 2 、行走策略的研究 p a t r i c k 和w i l l i a m 等人的研究成果同时也发现，行走策略可能是根据记忆储 存的，并且通过认知过程的需要分类，它独立于某个特殊的加工过程，他们把认知 策略分为三个部分：运动指引( l o c o i l l o t o r sg u i d a n c e ) 、路标行走( l a n d m a r k n a v i g a t i o n ) 与路径整合( p a t hi n t e g r a t i o n ) 这里我们着重介绍路径整合策略， 因为这个策略与本研究关系重大。 运动指引( l o c o m o t o rg u i d a n c e ) ： 最基本的策略，能够成功寻路的技能。与显而易见的路标之间有关系，而且 可以不需要记忆条件下的即时操作 路标行走( l a n d m a r kn a v i g a t i o n ) ： 一个略微有些复杂的策略。向着一个已知物体或可见物体行走的能力，这个 策略要求人们对于路标的细节和场景进行记忆。 路径整合( p a t hi n t e g r a ti o n ) ： l o o i l l i s 等人1 9 9 9 年提出的定义，它是一种行走策略，用以估计从起始点游历 过的距离和转弯，而且收集到有关个人的速度或加速度的信息进行即时的综合整 理。它可以用来更新人们当时的位置，或者更新人们的返回导航，它能够区分当 时的方向与到起始点的距离，因此提供了一个基本的返回策略。路径整合如此重 要的可能是因为它如同一个和其他类型行走知识的获取一样的平台。例如，学习 一个返回路线是在对于转弯和路标顺序学习基础上的，动物要生存下来，首先必 须学会返回自己的巢穴，而这可能就是通过路径整合方式学习的“。路径整合能 够使一个人学会两地之间的路线，并最终把他们联系起来整合到如同地图般的环 境空间知识中去。前人对于路径整合的研究也大都与动物的空间认知行为有关， 现阶段人类大范围空间环境认知行为研究相对较少，本研究的结果是否能支持 p a t r i c k 和w i l l i a m 的研究结果? 人类行走在环境空间中是否使用了一定的行走策 略距离估计任务是否因为其相对的即时性，而显现出不需要路径整合策略的参 5 与? 我们将在后面的讨论中进行探讨。 二、行走信息资源与环境空问距离估计关系的研究背景 ( 一) 有关环境特征方面的研究 第一个潜在影响距离知识的信息资源就是环境特征。有关环境特征的研究主 要是针对环境特征数量展开的。其中最著名的理论就是特征积累学说，即随着路 线环境中提取的特征数量的增多，被试环境空间距离的估计也随之增长，开始点 和结束点之间的距离会被更多估计，被试主观的距离感会增加。从这个意义上讲， 行走环境中，路标就是任何一个被感知的物体或结构因素，例如，拐弯和信号。 特征积累假说提出的同时就提出了路线分割理论，它描述了路线的层次结构对环 境空间距离知识的影响。路线是一段层次构建的，包含一个或多个路标。相对于 在同一段的路标间距离，不同段内路标间距离会被过度估计。为了补充积累和结 构学说，缩放学说用来解释路线特征对于主观距离的影响。下面我们具体介绍各 个学说： 1 、特征累积学说( f e a t u r ea c c u m u l a t i o nh y p o t h e s i s ) 特征积聚学说认为，随着路线或环境中提取的特征数量的增多，被试环境空 间距离的估计也随之增长，开始点和结束点之间的距离会被更多估计，被试主观 的距离感会增加。特征积聚学说这个术语是由m o n t e l l 0 在1 9 9 7 年从早期的研究 综述中整理出来的”“。s a d a l l a 和m a g e l 在1 9 8 1 年和s t a p l i n ，和b u r r o u g h s 1 9 7 9 年所做的实验研究都使用了实验室路径。实验的环境特征使用了交叉路口和 路线转弯。而s a d a l l a 与m a g e l 在1 9 8 0 年发现的效应：路线转弯效应 ( r o u t e a n g u l a r i t ye f f e c t ) 是一种错误估计路线距离的现象，就是拥有更多转 弯( 他的实验中为7 个转弯) 的路线总是比具有相同物理距离的少量转弯的路线 ( 他的实验中为2 个转弯) 距离估计得更长。这个实验的桌面虚拟现实实验已经 由o s m a n n 证实了 1 7 1 o 2 、路线结构学说( r o u t es t r u c t u r i n gh y p o t h e s i s ) 路线结构学说描述了路线层次结构对路线距离估计的影响。路线是由层次构 成的：路线本身就是一段路程，有转弯，有一个或两个路标。街道上，路程可以 被分为不同的块，或者其它一些区域。k l f e n 和k i r a s i c 于1 9 8 5 年发现不同路程 上的路标之间的距离相对于同一段路程中路标之问的距离更容易被估计的更长。 同样的，不同路程上的路标问距离仅取决于路标属于哪条路程，并不取决于路标 在路程的什么地方放置“。m c n a m a r a 和h a r d y 、h i r t l e 在1 9 8 9 年也发现空间 层次导致对直线距离的过长估计。一个层次的路线结构不仅引起分割环境特征而 6 且可以组织环境特征。因此，m o n t e l l o 的研究中认为应该把在距离估计中出现 的效应叫“路线结构”( r o u t es t r u c t u r i n g ) ，而不是“路线分割”( r o u t e s e g m e n t a t i o n ) 3 、缩放学说( s c a li n gh y p o t h e s i s ) 这个理论认为距离估计的心理量方程就是一个小于l 的正指数方程。这个指 数1 9 6 6 年被k u n n a p a s 提出。这就意味着，物理距离的估计比率可能小于1 。对一 条路线的估计可能比对几个小段分开的一条路线估计的总和要短，因为人们总是 低估相对短分段路线来讲长些的分段路线距离。h o l y o a k 和m a t h1 9 8 2 年的文献 提供了一个有关这个模型的详细解释，在此不做详细地介绍。 ( 二) 有关行走时间方面的研究 行走时间和主观距离关系最简单的模型解释就是主观距离等同于主观时间。 显然这种模型会遭到质疑，e w i n g 对此模型质疑指出“”：行走时间和主观距离之间 的差异是十分明显的：例如人们一般都感到因交通堵塞花去得十分钟一定比在高 速公路上花去得十分钟长的多。这就涉及到了移动知识( m o v e m e n tk n o w i e d g e ) 。 所以在此情况下，1 9 9 1 年f u j i r a 等人提出的“位置推测”行走模型，他提出了存 在用行走时间与行走速度的乘积来计算距离的认知加工过程”“。另一些不同观点 的学者认为o “，距离知识并不是直接从时间信息中提取出来的，而是通过一定的 启发方式影响控制人们对于时间与距离的关系。当行走时间和距离差异十分大的 时候，这种启发方式才可能发生在仅有的一些活动操作范围中。c o h e n 和c o o p e r 把这种启发方式称之为“t 字型运动效应”( t a u m o v e m e n te f f e c t ) 。t 字型运动 效应存在的最明显证据是，被试在摩托车上并在不能获得视觉信息的基础上作匀 速运动时，他们也不能获取足够的运动信息，也就是说被试并不认为自身运动。 很多研究，包括在上面提到的路线特征的研究都提供了有关行走时间与距离 估计关系的实验数据。所以本研究将行走时间作为一项因变量。s a d a l t a 和他的同 事对行走时间与距离估计之间的关系进行了研究，他们发现不同实验条件下产生 的行走时间差异并没有引起巨大的距离估计差异”。h e r m a n 与他的同事发现实验 并不能支持距离估计是从行走时间中提取出来的观点“。l e d e r m a n 和他的同事发 现，路线行走并不能发生t 字型运动效应。因此，行走时间不同影像距离估计， 那么行走速度是否会对距离估计产生影响呢? 这是前人未曾考虑过的问题，我们 将进行实验研究。 ( 三) 有关努力程度方面的研究 第三个影响距离知识获取的潜在行走信息资源就是在环境中行走付出的努 力和精力。由于被试并没有付出一定的努力( 例如上面所说的t 字型运动效应的 7 产生) ，所以他们在距离估计时并不能给出正确的判断。然而，距离的判断有可能 首先是在努力启发方式的影响下从其他几个资源的影响中获取的，依照这个努力 的启发方式，对那些付出更多努力的长路线被试应该估计得更长。 努力程度可以通过不同的方式来操作：如1 9 8 2 年n e w c o m b e 和l i h e n 所作的 不可识别的路线、出现障碍物。”，1 9 7 8 年c o h e n 等人设计的小山或者斜坡路线o ， 1 9 8 8 年b a m f o r d 所设计的负重工作或者其他行走时艰难的条件“。努力程度所起 的作用首先在对于直线距离估计中得到证实，人们发现随着路线不可识别性的增 加，人们对于距离的估计也增加了。但是以上的一些发现还是存在一些问题的， 首先，障碍不仅仅是增加了努力程度，同样也增加了环境特征，增加了行走时间。 k o s s l y n 的1 9 7 8 年的有关研究证实，与不同透明的障碍物相比，透明障碍物并不 能对距离估计产生多大的影响。“。本研究中，研究者使用增加加工复杂程度的方 法提高被试的努力程度。在被试进行路线学习的过程中，让一部分被试对沿途所 显示的数字进行加法运算，这样会导致不同的认知加工努力程度，从这两种条件 下，我们将考察努力程度对于路线距离估计的影响。 三、小型空间能力与环境空间能力界定方面的研究 ( 一) 空间能力的研究历史 有关空间能力的界定及结构范围研究，一直是空间认知领域重要的研究方面。 “空间因素”的提出最早起源于机械能力的研究。和实际操作能力的研究。1 9 3 8 年t h u r s t o n 将空间能力定义为“空间或视觉表象方面的才能”，其进行的相关测 验是“保持心理表象并使表象扭曲、转动或旋转到不同位置，以及能将移动了的表 象和结果相匹配”。1 9 5 年f r e n c h 在回顾了有关文献后，认为至少有三个独立的 空间因素：第一个是空问：精确地觉察空间模式并作相互比较的能力：第二是定向： 不被以不同方向呈现的空间模式弄糊涂的能力：第三是视觉化：理解表象的三维运 动或操作想象中的物体的能力o ”0m a c c o b y 和j a c k t i n 将空间能力分为两大类：分 析型( a n a l y t i c ) 和非分析型( n o n a n a l y t i c ) 。“。根据m c g e e 观点，空间能力至少由 两个主因素所构成，空间视觉化和空间定向o “。归纳其元分析结果，l o h m a n 提出 了一个由空间视觉化、空间定向和空间关系构成的三因素模型”1 。l i n n 与p e t e r s e n ( 1 9 8 5 ) 将空间能力定义为一种涉及表征( r e p r e s e n t a t i o n ) 、转换( m e n t a l r o t a t i o n ) 、生成( o e n e r a t i n g ) 和提取( r e c a l l i n g ) 符号、非言语信息的技能。基 于对以往空间研究的因素分析，他们在1 9 8 6 年提出空问能力三个其它空间因素的 存在：( 1 ) 空间知觉( s p a t i a lp e r c e p t i o n ) ，即根据观察者自身方位确定空间关 c o x ，1 9 2 8 ；p a t e r s o ne a l ，l9 3 0 ；s t e n q u i s t ，1 9 2 2 wpa l e x a n d e r , 1 9 3 5 ；k o h s ，1 9 2 3 ；m c f a d a n e ，1 9 2 5 8 系的能力。( 2 ) 心理旋转( m e n t a lr o t a t i o n ) ，即快速而准确从心理上对一个两维 或三维图形进行旋转的能力。( 3 ) 空间视觉化( s p a t i a lv i s u a l i z a t i o n ) ，即以复 杂的方式对所呈现信息进行空间操作的能力。c a r p e n t e r 和7 u s t 仅划分出了两种 空间能力因素：从不同观察角度识别空间图形的空间定向能力( s p a t i a l o r i e n t a t i o na b i l i t y ) 和在心理上对一个两维或三维客体加以重组的空间操作能 力( s p a