（基础心理学专业论文）多维可旋转地图和固定地图的定位效率研究.pdf

多维可旋转地图和固定地图的定位效率研究 杨乐 摘要：空间物体定位和物体搜索对人类的生存和日常生活非常重要。地图在 帮助人们进行空间定位方面发挥了极其重要的参照作用。什么样的地图更适合于 引导人们进行物体定位和物体搜索，或者说地图的哪些特征会影响人们空间定位 的效率，是当前地图空间认知领域研究的热点。目前国内外的相关研究主要集中 于对传统的二维地图和固定地图的研究，对三维虚拟地图和可旋转地图的研究还 相对较少。随着电子信息技术的发展，三维虚拟地图( 电子旋转地图) 导航系统 在汽车导航等现实领域中得到应用，比较以往的二维地图和固定地图，三维电子 旋转地图究竟在空间导航能力方面是否具有更大的优势，是本文研究的重点。 本研究采用三个实验。利用计算机模拟技术探讨了在桌面虚拟环境下，地图 维度( 二维、三维) 、地图背景( 空白背景、复杂背景) 以及地图导航方式( 可 旋转地图、固定地图) 对人的空间方位判断效率的影响。 前人研究认为，人们利用二维地图进行空间定位的认知过程包括了心理旋转 和目标搜索两个阶段。第一阶段将地图上的背景参照物进行心理旋转，使之与以 自我身体为中心的定向习惯保持一致：第二阶段进行目标搜索，寻找某一特定目标， 然后判断该目标与自己的方位关系。对于可旋转的地图，人不需要进行第一个阶 段的心理旋转，但是需要进行第二个阶段的目标搜索：而对于固定地图，人的心理 操作过程正好相反，需要进行第一阶段的心理旋转，但因目标点在地图上没有发生 变化，不需要进行第二个阶段的目标搜索。这可能导致导航方式对地图空间定位 效率的影响。本研究中的实验一除了检验二维简单背景地图和二维复杂背景地图 在两种导航方式下方位判断反应时之间的差异，以及两种背景在两种导航方式差 异上的一致性问题，而且探讨了三维地图是否也存在这种差异和差异的一致性。 规范或偏爱方向( c a n o n i c a l p r e f e r r e do r i e n t a t i o n ) 是人们对地理空间 进行心理表征的一个很重要的特征。当人们需要借助地图学习一个新的环境时， 通常用“北”表征地图的上方，这种情况下规范的方向就是“上一北”。以此确定 “上北下南，左西右东”的法则。在想象空间场景记忆的研究中，人以自我为参照 系，f r a n k l i n 等人认为前、后、左和右处于规范位置，造成了对该位置下物体的 搜索要比非规范位置( 如左前、右前、左下、右下等) 物体的搜索要快。实验二 就是要进一步验证当空问信息处于规范轴上或规范位置时是否更易于进行空间方 位判断。 我们平时使用的地图大部分是平面地图，也就是二维地图，而伴随着三维景 观显示技术的快速发展，三维电子地图( 比如g o o l e 电子地图) 开始被广泛应用 到人们日常生活的导航中。那么，二维地图和三维地图哪一种更有利于人们进行 空问定位和定向，是本文实验三的研究目的。 综合实验结果及有关讨论，本研究支持以下结论： 1 、当地图中运动点的运动方向为朝上、朝左和朝右时，对于空白背景，地图 旋转方式下的反应时显著低于地图固定方式：而对于复杂背景，两种导航方式下的 反应时之间不存在显著差异。 2 、在运动点的运动方向为朝下时，对于两种背景，地图旋转方式的反应时均 显著低于地图固定方式。 3 、地图固定情况下，四种感知转向对方位判断反应时有影响。由低到高依 次为：向上 向右= 向左 向下。 4 、目标物在地图中出现的位置对方位判断有影响，表现为目标出现在规范 位置的反应时显著小于目标出现在非规范位置的反应时。 5 、比较二维地图，人类更适合于加工桌面虚拟三维地图。 关键词：可旋转地图固定地图空间参考框架心理旋转 n a c c o r d i n gt ot h em u l t i d i m e n s i o nm a po f s p a t i a lo r i e n t a t i o n o fs t a t i cm a pa n dr o t a t e dm a pe f f i c i e n c ys t u d y y a n g l e a b s t r a c t ：p o s i t i o n i n ga n ds e - a r c h i n gs p a c eo b j e c t si sv e r yi m p o r t a n tt oh u m a n s u r v i v a la n dd a i l yl i r e m a p sh e l pp e o p l ei ns p a c ep o s i t i o n i n gp l a y e dav i t a lr e f e r e n c e r o l e w h a tm a pi sm o r es u i t e dt og u i d ep e o p l es e a r c hf o ro b j e c t sp o s i t i o n i n ga n do b j e c t s ， o rw h a tc h a r a c t e r i s t i c sw i l la f f e c tp e o p l eo nt h em a po ft h el o c a t i o no ft h es p a c e e f f i c i e n c yo f t h ec u r r e n tm a p i sah o tr e s e a r c ha r e ao f s p a c ec o g n i t i v es t u d y c u r r e n ta n d r e l e v a n tr e s e a r c hf o c u s e dm a i n l yo nt h et r a d i t i o n a lt w o d i m e n s i o n a lm a p sa n ds t a t i c m a p a n ds t u d yt ot h r e e d i m e n s i o n a lv i r t u a lm a p a n dr o t a t e dm a p r e l a t i v e l yl e s s w i m t h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i ci n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h r e e - d i m e n s i o n a lv i r t u a lm a p ( e l e c t r o n i c m a p ) n a v i g a t i o ns y s t e m si nt h ef i e l do fr e a l i t y , s u c ha s c a rn a v i g a t i o n a p p l i c a t i o n w h e t h e r t h e p r e v i o u st w o d i m e n s i o n a lm a p sa n ds t a t i cm a po r 3 d e l e c t r o n i c m a pn a v i g a t i o nh a sg r e a t e ra d v a n t a g ec a p a b i l i t i e si ns p a c el o c a t i o ni st h e f o c u so f t h i ss t u d y 、 t h es t u d yu s e dt h r e ee x p e r i m e n t s ，u s i n gc o m p u t e rs i m u l a t i o nt e c h n i q u e se x p l o r e d i n d e s k t o pv i r t u a le n v i r o n m e n t , f o c u s o nt h e m a p ( t w o d i m e n s i o n a la n d t h r e e - d i m e n s i o n a l ) ，t h em a pb a c k g r o u n d ( s i m p l eb a c k g r o u n d ，c o m p l e xb a c k g r o u n d ) ，a n dm a p n a v i g a t i o nm o d e ( s t a t i cm a p ，r o t a t e dm a p ) t o j u d g et h ee f f i c i e n c yo f t h es p a c el o c a t i o n p r e v i o u ss t u d i e ss u g g e s tt h a tt h eu s eo ft w o d i m e n s i o n a ls p a c eo ht h em a po ft h e c o g n i t i v ep r o c e s s ，i n c l u d i n gt h ep o s i t i o n i n go fr o t a r ya n dp s y c h o l o g i c a lo b j e c t i v e s s e a r c ht w op h a s e s t h ef i r s tp h a s ew i l lm a pt h ep s y c h o l o g i c a lb a c k g r o u n dr e f e r e n c e r o t a r yt ot h ep h y s i c a la n ds e l g c e n 仃e do r i e n t a t i o nc u s t o m a r yc o n s i s t e n c y ；t w op h a s e s o b j e c t i v e ss e a r c ht of i n das p e c i f i ct a r g e t ，w i t hi t so w ng o a l sa n dt h e nd e t e r m i n et h e l o c a t i o n t h er o t a r yc a nm a pf o rt h ef i r s tp h a s ew e r en op s y c h o l o g i c a lr o t a r y , b u tt h e n e e df o rt h es e c o n dp h a s eo ft h et a r g e ta c q u i s i t i o n ；f o rf i x e dm a pt h ep s y c h o l o g i c a l o p e r a t i o n sc o u r s e ，o nt h ec o n t r a r y , t h en e e df o rt h ef i r s tp h a s eo fp s y c h o l o g i c a lr o t a r y , b u ti nt h eo b j e c t i v ep o i n to nt h em a ph a sn o tc h a n g e d ，a n dt h e r ei sn on e e df o ras e c o n d p h a s eo ft h et a r g e ta c q u i s i t i o n t h ep u r p o s e so ft h ef i r s te x p e r i m e n ti na d d i t i o nt ot h i s s i m p l et w o d i m e n s i o n a la n dt w o d i m e n s i o n a lm a pb a c k g r o u n dc o m p l e xb a c k g r o u n do f i l l t h el o c a t i o no nt h em a pi nt w ow a y sn a v i g a t i o n j u d g m e n tr e s p o n s ed i f f e r e n c e s ，a n dt w o b a c k g r o u n dd i f f e r e n c e si nt h ew a yt h et w on a v i g a t i o nc o n s i s t e n c y , b u t3 dm a pa l s o e x p l o r e dw h e t h e rt h ep r e s e n c eo f s u c hd i f f e r e n c e sa n dd i f f e r e n c e sc o n s i s t e n c y c a n o n i c a l p r e f e r r e do r i e n t a t i o ni st h eg e o g r a p h i c a ls p a c eo fav e r yi m p o r t a n t p s y c h o l o g i c a ls y m p t o m sc h a r a c t e r i s t i c w h e np e o p l en e e dh e l pl e a r n i n gan e wm a po f t h ee n v i r o n m e n t ，u s u a l l yi nt h e ”n o r t h o n - - t h em a po ft h ea b o v es y m p t o m s ，t h e c i r c u m s t a n c e sn o r m sd i r e c t i o ni s ”n o a h ，”t h u sd e f i n i n g ”n o r t ho fs o u t h ，e a s tl e f t w e s tf i g h t ”l a w s i m a g i n et h es c e n ei nm e m o r ys p a c er e s e a r c h ，f o rp e o p l et os e l f - p a r a m e t e r st h a tf r a n k l i na n do t h e r sb e f o r ea n da f t e i , a tt h el e f ta n df i g h tn o r r f t sp o s i t i o n ， t h ep o s i t i o no fo b j e c t sc r e a t e ds e a r c ht h a nn o n - n o r m a t i v ep o s i t i o n ( s u c ha sc h e s t ，s o l d ， l o w e r , l o w e r , e t c 1t oq u i c k l ys e a r c ho b j e c t s 皿ep u r p o s eo ft h es e c o n de x p e r i m e n ti st o f u r t h e rt e s tt h et w os p a t i a li n f o r m a t i o ni nas t a n d a r d i z e da x i so rw h e t h e rt or e g u l a t et h e l o c a t i o n j u d g e m e n t w eu s u a l l yu s eat w o d i m e n s i o n a lm a po ft h em a p , ：t h a ti st w o d i m e n s i o n a lm a p s ， a n dt h r e e - d i m e n s i o n a lv i s u a ld i s p l a yt e c h n o l o g ya c c o m p a n i e db yt h er a p i dd e v e l o p m e n t o f3 d e l e c t r o n i cm a p ( f o r ：e x a m p l eg o o l ee l e c t r o n i cm a p s ) a r ew i d e l ya p p l i e dt op e o p l e s d a i l yl i f en a v i g a t i o n t h e n ，t w o d i m e n s i o n a lm a p sa n dt h r e e - d i m e n s i o n a lm a p sw h i c h a r em o r ec o n d u c i v et ot h ep e o p l e , ss p a c ep o s i t i o n i n ga n do r i e n t a t i o n , i st h ep u r p o s eo f t h et h i r de x p e r i m e n t i n t e g r a t e de x t ) e r i m e n t a lr e s u l t sa n dt h ed i s c u s s i o no ft h i ss t u d ys u p p o r tt h e f o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： 1 皿1 el o c a lc h a r tt h ed i r e c t i o no ft h em o v e m e n tf o rf a c e su p w a r dm o v e m e n t p o i n t s ，z h a o z u oa n dz h a oy o u ，t h eb l a n kb a c k g r o u n dm a pr o t a r ym a n n e r , t h er e s p o n s e m a r k e do nt h em a pb e l o wf i x e d ；f o rc o m p l e xb a c k g r o u n d ，t h et w ow a y so fn a v i g a t i o n b e t w e e nt h er e s p o n s ed o e sn o te x i s ts i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s 2 ，d u r i n gt h ec a m p a i g ni st or e v e r s et h ed i r e c t i o no ft h ec a m p a i g n ，t h et w o b a c k g r o u n d ，t h ew a yt h em a p t h em a po f r e s p o n s ea r es i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a ns t a t i c 3 ，i ns t a t i cm a p s ，t h ef o u rm a l er e s p o n s et ot h ei n f l u e n t i a lp o s i t i o nt oj u d g e f r o m l o wt oh i g hf o l l o w e db y ：u p w a r d ”r i g h t ”l e f t ”d o w n w a r d 4 ，t a r g e t sa p p e a ri nt h em a po ft h el o c a t i o no fa ni n f l u e n t i a lp o s i t i o nt oj u d g e p e r f o r m a n c ea sag o a li nr e g u l a t i n gt h el o c a t i o no fat a r g e tr e s p o n s et i m es i g n i f i c a n t l y i v s m a l l e rt h a ni nt h en o n s t a n d a r dl o c a t i o nr e s p o n s e 5 ，t oh u m a nb e i n g s ，3 dd e s k t o pv i r t u a lm a pi sm o r es u i t e dt op r o c e s st h a n2 d m a p k e y w o r d ：r o t a t e dm a p ，s t a t i cm a p ，s p a t i a lr e f e r e n c ef r a m e ，m e n t a lr o t a t i o n v 学位论文独创性声明 本a 声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下迸彳亍的研究工作及取得的研 究硪果。尽我所知，除文中已经注孵引用的内窑外。论文中不包含其他个人己经 发表或撰写过钓研究成果，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：芏! 鱼垒： 日期： 学位论文使用授权声明 本人弼意研究生丧校攻读学位翔闻论文工作的知识产权单位属陕爵师范大 学。本人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果对署名单位仍为陕祷郯 范大学。学校骞板保留学位论文并向琶家主管部门或其它指定机梅送交论文的电 子舨帮纸质舨；有权将学位论文用于菲赢利目的的少量复锚并允许论文进入学校 图书馆、院系资辩室技查阅；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婺汇编出版。 作者签名；纽堕 珏期 引言 在陌生的环境里，人们需要借助地图确定方位和寻找目标，地图在帮助人们 进行空间定位和导航方面发挥了极其重要的参照作用。在对地图空间认知能力的 研究中，研究者们对个体在借助地图进行空间方位判断的反应时问、使用策略、 空间更新能力以及地图的特征等方面进行了广泛深入的研究。当前国内外的研究 主要集中在对传统平面地图和固定地图空间定位效率的研究，对三维地图和可旋 转地图的研究还相对较少。随着电子信息技术的发展，三维电子旋转地图正在逐 渐取代传统的二维地图，成为新一代的导航工具。那么，比较传统的二维地图和 固定地图，三维电子旋转地图究竟在空间导航能力方面是否具有更大的优势，能 否为人们进行空间定位提供更为有效的帮助，是本文研究的重点。本研究设计了 三个实验，分别比较了桌面虚拟环境下，地图维度( 二维、三维) 、地图背景 ( 空白背景、复杂背景) 以及地图导航方式( 可旋转地图、固定地图) 对人的空 间方位判断的影响。 第一部分研究综述 一、空间认知、空间能力与地图空间认知 空间是人类赖以生存的场所，我们的生活无时无刻离不开空间因素的作用， 空间认知对人类的思维具有十分重要的意义。2 0 世纪二三十年代，出于对机械能 力和实际操作能力的研究，人们提出了“空间因素”的概念，并把空间因素作为 获得某些实际操作能力的基础。随着认知科学的发展，空间认知已成为认知心理 学的重要领域之一，也是心理学、地图学、地理学、计算机科学和人工智能等学 科广泛关注和研究的一个重要问题。 空间认知是人类智能结构的重要组成部分。认知心理学家认为空间认知就是 对空间信息的表征，是大小、形状、方位以及空间区分和对空间关系的理解等空 间概念在人脑中的反映。具体地说，空间认知是人们对出现与周围环境中的各事 物和现象的存在、变化的方式以及它们之间相对位置的认知过程和能力。，是对 事物现象的发生、影响、因果进行分析研究的基础。 空间认知是通过获取、处理、储存、传递和翻译空间信息，获取空间知识的 过程。因此，空间认知与空间的概念、空间知识的分类、人类的空间认知能力有 关。空间认知的程度是通过一定的认知手段由空间认知能力决定的。 。事洪玉青少年框架认知能力发展的研究d 咽北京：北京师范大学出版社，1 9 9 9 空间能力是人类生活中不可缺少的一种基本能力。人类生活在一定的空间范 围内无时无刻不在与空间信息打交道，空间意识是人类重要的生存先决条件，人 们无论是上班还是购物，无论是去学校还是与人交谈等都要用到空间认知能力。 g o r d o n 指出了认知功能分布特征，指出个体间存在两种认知功能的差异：这两个 认知功能是言语功能和空间功能。一般认为广义的空间能力指的是非语言信息加 工中的个体差异，+ 也指在日常生活中的个体差异；狭义的空间能力指的是完成空 间测验中的个体差异。空间能力涉及到对物体内部的关系，物体与物体的关系， 物体与观察者的关系把握。l o n m a n 认为，空间能力一般包含三个因素：空间定 向、空间想象、空间关系。空间定向是保持不被空间模式以不同方向呈现而弄糊 涂的能力；空间想象是理解表象在三维中运动或操作想象中物体的能力：空间关 系是精确的觉察空间模式并相互比较的能力。空间认知技能是由三种能力构成： 准确知觉世界的能力；对知觉到的事物进行改造或修改的能力；重建视觉经验的 能力。因此可以肯定，个体利用地图对周围环境中的事物进行空间定位与个体的 空间能力有着一定的相关性。因为对物体的空间定位需要掌握物体之间的空间关 系，对物体进行定向，而且还要有一定的想象能力，甚至心理旋转能力，而这些 都是和一个人的空间能力分不开的。 空间能力的发展是个体认识事物、探索客观世界的必要基础，空间能力和言 语能力是智力的基本组成部分，在人类的职能研究中人们发现，言语能力并不是 唯一的与智力有关的能力，空间能力也是较为独立的智力结构。空间能力是一种 认知图形，是不同于般的形象思维和抽象思维的特殊能力，他运用图形在头脑 中的表象图形的操作能力，其主要内容是在解决任务的过程中运用图形表象。他 的操作单位是能表现客体的空间特征各关系的表象，如构成客体的各种因素的形 状、大小、相互位置以及客体的各种构成因素在二维平面上、三维空间上相对于 任何特定位置的排列顺序。视觉空间能力及其认知加工性质的研究不仅对理解人 类空间认知行为具有重要的理论意义，而且还具有重要的应用价值。 地图是空间认知的重要工具，l a n d a u 认为，地图是现实世界的微缩或者模 型，他用一些类似物或者符号来表示真实环境。地图作为现实世界的空间表象， 反映了物体之间、地点之间、或者物体和地点之间内在的几何关系，如方向和方 位。 地图空间认知是以地图为信息来源的渠道，从地图中获取信息，并对这些信 息进行加工、处理，选择有效的信息来选择道路，确定目标点的过程。人们必须 具备一定的空间能力，才能够从地图中获取有效信息。因此，空间认知对信息的 搜索、获得起着十分重要的作用。研究人类如何获取物理环境中的空间知识以及 煎何使用所获得的空间信息究成楣应的任务( 如方位判断、导航策蝽和参照物 等) 等，蒋寿韵子久纛深入了辩垂身靛窆瓣谈鲡遘程，媳褥秀搓赛秘凌空弱羯瑟 任务绩效的界面设计嘲( 包括地图、座舱仪表、空间定位系统和电予导航帮助 等) 和虚拟环境1 ( 包括完众沉浸虚拟环境、桌面虚拟环境和i n t e r n e t ) 中的 绩慧莹现以及特殊状态( 如炎藏昶聋哑入) 下豹空趣鳃识获取等领域兹磅究羹 定瑷论基础。 一 二、物体定位时的空间参考框架和心璁旋转 ( 一) 空间参考框架( s p a t i a lr e f e r e n c ef r a m e 入察霹窆阕羧髂戆建委器方蠢夔粪薮鬣滋餮努矮镄韵予菜一参照终系。空阕 方便参照是物理空间在诀知空间中方位关系的表达和反映，是一种立体的、抽象 的、深层的认知结构。 参照系是定义了原点、朝潮、方向和尺度的三维坐椿系，空闽参照系的各个 参数楚可变赘翔。空藤方离鼢参考框架是蠢予不同叠酶、不露爱途积躐点对空阊 进行的划分。依据参照系备参数变化的特性可将参照系分为以观察者为中心的直 接参考框架、以物体为中心的内部参考框架的和以环境为中心的外部参考框架三 类。戳观察者毙孛心魏参照系，裂廷残察纛浆鬻囊定义艇稼辘，魏鼹豢者熬头 脚、兢后和左右构成三个坐标轴：驻环境为中心的参照系，和外部环境酶突 出特征定义轴的朝向，例如以爨力定义垂赢轴，以房间的侧面定义水平轴：以物体 为中心的参照系，利用物体预先定义好的内在的侧面来定义轴的朝向( 如底部、顶 部、蔫、惹、意、右) “。gb u h l e g1 9 8 2 ；c a r l s o n - r a d v a n s k y & i r w i n , 1 9 9 4 ； f i t l m o r e ，1 9 7 5 ；g a r n h a m , 1 9 8 9 ；l e v e l t ，1 9 8 4 ，1 9 8 9 ；i np r e s s ；l e v i n s o n ，i np r e s s ；m i l l e r & j o h n s o n - l a i r d ，1 9 7 6 ；r e t z - s c h m i d t , 1 9 8 8 ) 。国外目前对掇闯定位的研究中主要用 了瓣狩参考框架，穆是壹接参考框架，一萃孛是= 争 帮参考撼架。 m c n a m a r a 等入认先：久稍是驳空闻参照系来建穗溺囤环境的奎阉绪梅，避 而形成对物理空间进行表征的认知空间结构，获知环境中物体的空间信息，而参 照系统固有于物体布局本身，即环境的空间结构主要是以其自身特性( 如房间中 亲褥梅藏豹嚣鞠翔) 疆鸯羹激焱 蒌夔，这耱参照磊襞聱梵巍在参爨系统( i n t r i n s i c r e f e r e n c es y s t e m ) 。内在参照系的方向或轴的选择是基于线索的，如攀习空间结 构时的视角、经验( 如指导谣) 、物体特髋( 如物体间的类似程度) 和环境结构 ( 如房间墙壁的突蔑) ，葜中起支配作用的是自我经验方面的线索。从另终一个 麓发来说，瘫在参爨系鞠遥耩藏其方鑫翁确定不是静态懿，随著葵中篥些线索 ( 如视角) 的变化而改变：当观察者以第一个视角对空间布局学习时，他们以与 该视角平行( 匹配) 的内在参照系统对空间布局进行表征，通常情况下基于第一 税热瑟选择懿内在参照系不会随着蕊察者的移动和视角的改变两进行受耨，当蕊 察嚣处于后继穰角对就如同驮新的方自鼹察巢一熟悉物体。僵是鲡暴第一视角与 环境中某一突出轴不匹配而厢继视角与之暇配，新的内税参照系( 方向) 就会取 代原有的内在参照系( 方向) ，相应的就以后继内在参照系( 方向) 对环境布局 遴器表 垂。争“ c l a r k 提出空间方位如聚离开具体的参照系，就没帮实际意义，参照系可以 是点、线和面。由于重力的普遍存在，且方向始终不变，所以地平面趋自然参照 瑟，上下轴( 纵轴) 是自然轴。向上为正内。由于大多数人的感觉器胄在人体的 蓠部，劳虽久教淘蓠运动，继天体分蕊不对称酶蘩嚣疆部分静孚舔踅勇一参照 平谳，前后轴为舄一轴，向前为正向；另一参照平面把人体分为左、右两部分， 左右轴为第三轴，人体的左右是对称的，所以没有方向。空间语言和空间知觉在 绫搀上舂对应关系，由于重力秘矗立豹入镕躲级辘方彝致，重力熬终逼下，人 体的头部和下部不对称，丽人体的前后辅黔方向随着身体转动丽改交，所l 爰上下 名词比前后名词习得早；由于人的大多感觉器官在人体的前部，而飘人一般向前 运动，前后不对称，而人体的左右是对称的，所以前后名词比左右名词习得早。“o 众多磅究衰麓藿予真实黪壤纛怒象繇缓翡愆蒙窒闼甥髂定谴 薹务巾存在方谴 效臌，最为突出的是前一后效应，即主体定位前方物体的时间比定能厝方物体的 时间短，且在物体一物体的空间关系( o b j e c t t o o b j e c ts p a t i a lr e l a t i o n s ) 的憾境下，这转效瘟依然存在，所以其表锻或提取是在魏我参照系中完成的。坐 标系统把蘸一嚣羧应归于蠢我参照系中主体瓣其前部分驹空闯坐标诗髯要茯于对 其厝部分的空间嫩标计算，反应的不对称性发生于感觉运动水平，而对其监控 则发生于表征水平。因此影响自我参照系中物体相对方像易达性的悬英在身体空 麓孛敬蔻嚣使鬟，瑟独立予认籀矢量窆阕。 坐标系统模溅认为人对空间知识的获敝建构于宣我参照和物体内在参照( 认 知必量空间) 两个系统之上的。自我参照系统以观察者街体朝向所寇义的坐标轴 ( 如前后、左右翱上下) 对身体坐标( b o d y c e n t e r e dc o o r d i n a t e ) 中的身 舔一耱俸空阉关系( s e l f t o - o b j e c ts p a t i a lr e l a t i o n s ) 进嚣魏王，该系统灸 主体( 人) 在定鬣空间中的逡动( 如行走、抓取或搜索等) 提供了椴架：而物体 内在系统则是对环境坐标( e n v i r o n m e n t a lc o o r d i n a t e ) 中物体一物体的空间关 系遴行交彗工，该塞统戳物露爨隽定义物体麓鹃整要关系，毽稳对方囱弱麓存是局 部煞，仅限于系统所基于的物体或物体缀合( s e t ) ，与两边环境没有关系，不 存程优势方向缄坐标轴效应，因此该表征是朝向独立( o r i e n t a t i o n - i n d e p e n d e n t ) 的。但这两个子系统不是竞垒独立的，在一定程度上也存在交 叉，由于身体坐标前后轴中的“前点”决定了客体参照系统中的“前方 ( f o r w a r d ) ”，故自我参照系统的身体朝向( h e a d i n g ) 确定物体内在系统的方 向( o r i e n t a t i o n ) ，当由身体的实际旋转或想象旋转而引起自我参照系统的身 体朝向变化时，物体内在系统的方向也随之变化。 地图一般是以外部世界为参照的，而人在定向时却常需以自我为参照系。当 人利用地图完成自我定位任务时，需要不断进行心理旋转，使地图的参照系与自 我参照系的方向一致，再进行空间方位判断。 ( 二弘b 理旋转( m e n t a lr o t a t i o n ) 1 、心理旋转的含义及研究的历史背景 心理旋转是人在头脑中将某个图形的映像作平面或立体转动的心理运作过 程。心理旋转是人类空间能力的基本成分之一，是衡量空间智能的重要标尺之 一。“o 对于心理旋转能力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，而且具有十分重要的应用价值。 心理旋转以信息的内部表征的产生为前提，涉及比表象更为复杂的认知过程 ( r i c h a r d s o n ，1 9 6 9 ) 。关于心理旋转的实验最早是由美国斯坦福大学的心理学 家r n s h e p a r d 和m e t z l e r ( 1 9 7 1 ) 等人开始的，采用了认知心理学的方法( 反 应时和正确率) ，通过一系列的实验把心理旋转看作是一个类比的过程。所谓类 比就是说心理旋转也要经历一些中间阶段，与客体的物理旋转是类似的。在人对 心理表象做出处置时，似乎也经历了同对实物做出实际处理类似的过程，即被试 进行心理旋转所需的时间，随着类似的实际运作所需的时间而相应的提高。“”1 也就是说，随着旋转角度的增大，反应所用的时间就越长。之后，r n s h e p a r d 和c o o p e r ( 1 9 7 3 ) 进一步研究证明，心理旋转的方式并非固定不变，不是都按照 顺( 逆) 时针方向进行，而是看哪边离正常位置近，就向哪边旋转。 2 、心理旋转中的视者优势效应 c o r b a l l i n s ( 1 9 9 7 ) 提出，心理旋转作为一个认知过程，在许多方面和语言 一样，是一个在认知发展过程中相对高水平的能力：和语言不同的是，心理旋转 是一个没有标记的、不用计算的、连续的类比过程。心理旋转是一种想象自己或 客体旋转的空问表征转换能力。根据心理旋转对象的不同，可以把心理旋转分为 客体旋转和自我旋转。客体旋转就是旋转主体( 被试) 对其外部物体的旋转，如对 字母、数字或立方体的旋转。自我旋转就是旋转主体对其本身整个身体或身体某 个部位的旋转，如手或脚。 周荣刚，张侃，空间知识和记忆提取的理论模型，心理科学进展，2 0 0 4 ，1 2 ( 3 ) ：3 3 0 3 3 9 王鹏，游旭群，刘永芳，心理旋转研究的新进展，心理科学，2 0 0 5 ，2 8 ( 5 ) ：1 1 6 4 - 1 1 6 6 自s h e p a r d 和其同事对心理旋转进行的开创性研究以来，国内外心理学家更 多的是进行客体旋转研究，而对自我旋转尤其是对整个身体的旋转研究，及客体旋 转和自我旋转对比性研究较少。 心理旋转的对象不同涉及的空间参照系也不同。近年发现，在位置更新的研 究中，存在着明显的视者优势，即想象自身旋转较想象系列或单个客体旋转在反应 时和精确性上有优势。”。p r e s s o n 等在成人和儿童中比较丁_ 视者旋转和客体旋 转，随着所给信息的不同，得到的结果也不一致。w r a g a 等提出，视者优势效应起因 于人的认知能力使自身参照系有效而连贯地转变，而客体旋转任务涉及到客体相 关参照系，它在表征和转变时不够连贯。他们通过增加系列客体的内部凝聚力( 如 增加客体的熟悉度) 可提高客体旋转的成绩。 3 、心理旋转的性别差异问题 同其他个体认知因素一样，在影响个体心理旋转的因素中，性别一直都是其 中一个重要的因素。s h e p a r d 和m e t z l e r 在最初研究心理旋转时，并为关注其性 别差异问题。m e r e d i t h ( 1 9 7 5 ) 改进了他们的工作，采用纸笔测验在小学儿童中发 现了心理旋转的性别差异。结果表明，在三维物体的心理旋转实验中，确实存在 着性别差异：男性的反应显著快于女性；而且男性的准确性也高于女性；旋转角 度与操作成绩呈明显的线性相关，旋转角度越小，操作成绩越好，且女性随旋转 角度的增加，反应时增加率高于男性；但男女被试在心理旋转中选择的策略与他 们的成绩没有显著相关。许多研究者( 例如m c g e e ，1 9 7 9 ；s a n d e r s ，s o a r e s & d a q u i l a , 1 9 8 2 ) 在后来的研究中也都发现，在空间想象能力上存在着性别差异，也 就证实了心理旋转这一空间想象的重要过程也具有性别差异。 但我国在这方面的研究结果于西方的研究有所差别，比如侯公林等( 1 9 9 8 ) 对幼儿进行心理旋转实验结果表明，幼儿在四岁似乎已经开始建立心理旋转能 力，男女之间没有统计上的差异。许燕和张厚粲( 2 0 0 0 ) 对小学生空间能力的性 别差异研究表明，在各年龄组均未显示出很大的性别差异，其变异数均未达到显 著水平。林仲贤等人( 2 0 0 2 ) 通过对儿童、中青年及老年人心理旋转能力的比较 研究中发现，无论是儿童组、中青年组还是老年组，均未发现心理旋转能力在性 别上的差异。陋驯心理旋转能力是否存在性别上的差异，现在还没有定论，因 此，本研究在每个实验设计中都选择了同等数量的男女被试进行测试，以避免由 于性别差异带来的干扰。 三、地图空间认知中的调整效应和地理标志效应 ( 一) 调整效应( a l i g ne f f e c t ) 人们对空间场景中物体的定位、方向的表达和方位说明，离不开参照系的选 择和转化，在复杂情况下还需要进行参照系多次的转化和整合。一般的地图是以 外部世界为参照的，而入在定向时却常需以自我为参照系进行物体定位。”叫在陌 生的环境中，当人利用地图完成自我定位任务时，要依据地图参照系和自我参照 系，并需要不断进行心理旋转，在这两个参照系之间进行转换与整合。只有当地 图的参照系与自我参照系的方向正好致时，也就是当“朝上就是朝前”时，人不需 要进行额外的心理旋转，人完成自我定位任务的效率最高，这被称作调整效应。 a r e t z 的研究表明，当自我参照( 表现“上、下、前、后、左、右”方位词的 运用) 和环境参照( 如表现为“东、西、南、北、经度和纬度”的运用) 需要转 化或整合时，相对方位判断( 左转、右转) 变慢。5 3 比如驱车在一个陌生城市的 路口，借助地图( 环境参照) 确定是左转还是右转才能到达目的地时，车前进的方向 是北方的情况下的判断要比车前进的方向是南方的情况下的判断要快，因为面北 的时候自我朝向( 自我参照) 和地图( 环境参照) 是一致的。 ( 二) 地理标志效应( 1 a n d m a r ke f f e e t ) 当人的行进方向转为地图朝下方向时，人需要进行额外的心理旋转，因而大大 增加判断左右方位的反应时。这种情况下，人通常喜欢把地图转过来，恢复原来的 简单联系。因此，有人认为，如果根据人的行进方向来旋转地图，使地图始终保持 朝上的方向( 亦即人的行进方向) ，可以避免人为调整参照系统而进行的心理旋转 从而降低人在利用地图定位时所需付出的心理努力。目前，随着用户的前进方向 而随时调整地图朝向的电子旋转地图( 也叫调整地图) 1 已经广泛地运用在汽车 导航系统上。但是也有研究认为，在增加了路标以后，旋转地图的效果显著下降， 出现了所谓的地理标志效应。 牟书( 2 0 0 5 ) 等人研究认为，人们利用地图进行空间定向的过程经历了心理 旋转与目标搜索两个阶段。旋转地图可以让被试省去心理旋转的时间，如果地图 上的目标点非常容易搜索，重新定位目标点的时间短，那么地图旋转情况下的方位 判断反应时就会低于地图固定情况下的方位判断反应时。但是地图旋转时地图的 背景方位也被重新刷新，在地图刷新的瞬间，用户需要对目标进行重