（基础心理学专业论文）运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效与追踪策略的影响.pdf

苏州大学学位论文使用授权声明 本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索。 涉密论文口 本学位论文属 在年月解密后适用本规定 非涉密论文日 论文作者签名：蚣耋日 导师签名：监& 日 运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效j 追踪策略的影响中义摘要 运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效与 追踪策略的影响 中文摘要 多目标追踪( m u l t i p l eo b j e c tt r a c k i n g ，m o t ) 是同常生活中的常见问题，也是 心理学研究中的热门话题，涉及到注意策略、工作记忆等认知过程。m o t 作为研究 运动情境下视觉注意追踪的一种经典范式，常被用于研究被试追踪视野范围内随机运 动的对象时，对目标特征变化的反应规律。 本研究采用多目标追踪范式，通过三个实验使用e y e l i n k 眼动仪记录被试在追踪 过程中的眼动数据以期考察运动速度、目标数量和追踪时间对追踪绩效和追踪策略的 影响。其中，实验一探讨在追踪时间固定的情况下，运动速度与目标数量对追踪正确 率的影响以及在追踪过程中被试采取的追踪策略；实验二研究在运动速度固定的情况 下，运动时间和目标数量对追踪j 下确率和追踪策略的影响；实验三考察当目标数量固 定时，运动时间、运动速度、目标间碰撞次数、目标与虚拟器壁的碰撞次数对追踪绩 效和追踪策略的影响。 研究结果发现： ( 1 ) 追踪正确率受到注意资源的限制，随着目标数量的增加、运动速度的加快 以及运动时间的延长，追踪目标所获得的注意资源相对减少，从而影响追踪的正确率。 ( 2 ) 在目标数量变化的情况下，被试倾向于采用目标注视策略；运动速度和运 动时间改变时，被试会选择不同的注视策略；特别地当目标为5 个时，被试会选择非 目标作为追踪对象的策略。 ( 3 ) 随着目标与其它对象间碰撞次数以及目标与器壁碰撞次数的增加，追踪正 确率逐渐降低。 关键词：多目标追踪眼动注视策略 作者：宋静雯 指导教师：冯成志 英文摘要运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效与追踪策略的影响 t h e i m p a c t o fs p e e do fm o v e m e n t ，n u m b e ro fo b je c t s a n d t r a c k i n gd u r a t i o n o nm u l t i p l eo b j e c tv i s u a l t r a c k i n gp e r f o r m a n c ea n ds t r a t e g y a b s t r a c t m u l t i p l eo b j e c tt r a c k i n g ( m o t ) ，ap r o b l e me x t r e m e l yc o m m o ni nd a i l yl i f ea n da n i s s u eh o ti np s y c h o l o g i c a lr e s e a r c h ，i n v o l v e si nc o g n i t i v ep r o c e s s e ss u c ha st h e o r i e so f v i s u a la t t e n t i o na n dw o r k i n gm e m o r y a sak i n do fc l a s s i cp a r a d i g mi ns t u d yo fv i s u a l a t t e n t i o nw h i l et r a c k i n gm o v i n go b j e c t s ，i ti so f t e nu s e dt os t u d yt h eb e h a v i o ro fr e s p o n s e t ot h ec h a n g eo fo b j e c tf e a t u r e sw h e nt h e p a r t i c i p a n t s a l e t r a c k i n g t h o s eo b j e c t s r a n d o m l ym o v i n gw i t h i nt h ef i e l do fv i e w t h i ss t u d yi n v e s t i g a t e dt h ei m p a c to fn u m b e ro fo b j e c t s ，d u r a t i o no fm o v e m e n ta n d s p e e do fm o v e m e n to nt r a c k i n gp e r f o r m a n c ea n dt r a c k i n gs t r a t e g yw i t ht h ep a r a d i g mo f m u l t i p l eo b j e c tt r a c k i n gt h r o u g ht h r e 贮e x p e r i m e n t s ，a c c o r d i n gt ot h ee y em o v e m e n td a t a a c c u r a t e l yr e c o r d e db ye y e l i n kf o re a c hp a r t i c i p a t o rd u r i n gt r a c k i n g t h ei n s te x p e r i m e n t i n v e s t i g a t e dt h ei m p a c to fn u m b e ro fo b j e c t s ，d u r a t i o n o fm o v e m e n ta n ds p e e do f m o v e m e n to nt r a c k i n gp e r f o r m a n c ea n dt r a c k i n gs t r a t e g yu n d e rt h ec o n d i t i o no ff i x e d d u r a t i o n ；t h es e c o n do n ei n v e s t i g a t e dt h ei m p a c to fn u m b e ro fo b j e c t s ，d u r a t i o n o f m o v e m e n ta n ds p e e do fm o v e m e n to nt r a c k i n gp e r f o r m a n c ea n dt r a c k i n gs t r a t e g yu n d e r t h ec o n d i t i o no ff i x e ds p e e da n dt h et l l 硼o n es u r v e y e dt h ei m p a c to fn u m b e ro f o b j e c t s ，d u r a t i o no fm o v e m e n t ，s p e e do fm o v e m e n t ，c o l l i s i o n sa m o n go b j e c t sa n db e t w e e n t a r g e t sa n de d g eo nt r a c k i n gp e r f o r m a n c ea n dt r a c k i n gs t r a t e g yu n d e r t h ec o n d i t i o no ff i x e d n u m b e ro fo b j e c t s t h er e s u l t so ft h es t u d yw e r es h o w ni n t h et h e s i s ： ( 1 ) t r a c k i n gp e r f o r m a n c e i sr e s t r i c t e db yt h er e s o u r c , 懿o fa t t e n t i o nf o ri td e c l i n e sa s t h er e s o u r c e ss h a r e db ye a c ho b j e c td e c r e a s ew i t ht h ei n c r e a s eo fn u m b e ro fo b j e c t s ，s p e e d o fm o v e m e n ta n dd u r a t i o no fm o v e m e n t ( 2 ) t h ep a r t i c i p a n t sp r e f e r t ot a r g e tt r a c k i n gs t r a t e g yi nt h ec a s eo fn u m b e ro fo b j e c t s 运动速度、1 5 标数和追踪时问对多目标视觉追踪绩效j 追踪策略的影响英文摘要 c h a n g e s ，w h i l e ，t h e yw i l lu s ek i n d so ft r a c k i n gs t r a t e g ya ss p e e do fm o v e m e n ta n dd u r a t i o n o fm o v e m e n tc h a n g e s s p e c i a l l y , w h e nn u m b e ro fo b j e c t sr e a c h5 ，t h e yw i l lt u r nt o c h o o s en o n - t a r g e tt r a c k i n gs t r a t e g y ( 3 ) t r a c k i n gp e r f o r m a n c ed e c l i n e sw i t ht h ei n c r e a s eo fn u m b e ro fc o l l i s i o n sa m o n g t h eo b j e c t sa n db e t w e e nt h eo b j e c t sa n de d g e k e y w o r d ：m u l t i p l e - o b j e c tt r a c k i n g ( m o t ) ，e y em o v e m e n t ，t r a c k i n gs t r a t e g y m w r i t t e n b y ：s o n gj i n g w e n s u p e r v i s e db y ：f e n gc h e n g z h i 目录 一文献综述1 1 1 多目标追踪范式1 1 2 多目标追踪研究的历史背景2 1 3 多目标追踪的研究现状及动态3 1 3 1 多目标追踪的认知加工机制3 1 3 2 多目标追踪的视觉工作记忆研究5 1 3 3 多目标视觉追踪的抑制机制6 1 3 4 多目标追踪的眼动研究7 二问题提出与研究假设。8 2 1 问题的提出8 2 2 研究意义和价值8 2 3 研究假设9 三研究内容1 l 3 1 实验一运动速度与目标数对追踪绩效和注视策略的影响1 l 3 1 1 实验目的1 l 3 1 2 被试1 l 3 1 3 仪器与材料11 3 1 4 实验设计l l 3 1 5 实验程序l2 3 1 6 结果与数据分析1 3 3 1 7 讨论1 7 3 2 实验二运动时间与目标数对追踪绩效和注视策略的影响1 7 3 2 1 实验目的1 7 3 2 2 被试1 7 3 2 3 仪器与材料1 7 3 2 4 实验设计1 8 3 2 5 实验程序一1 8 3 2 6 结果与数据分析一1 9 3 2 7 讨论2 3 3 3 实验三运动速度与运动时间对追踪绩效和注视策略的影响一。2 3 3 3 1 实验目的一。2 3 3 3 2 被试2 4 3 3 3 仪器与材料2 4 3 3 4 实验设计2 4 3 3 5 实验程序：2 5 3 3 6 结果与数据分析。2 6 3 3 7 讨论3 0 四总讨论3 2 4 1 运动速度与追踪绩效和追踪策略的关系3 2 4 2 目标数量对追踪绩效和注视策略的影响3 2 4 3 运动时间与追踪绩效和追踪策略的关系3 3 4 4 运动速度、目标数量与运动时间和追踪绩效、注视策略的关系3 4 4 5 视觉追踪过程中的眼动模式3 5 4 6 碰撞次数对目标追踪的影响3 5 五结论。3 7 六研究不足与展望3 8 参考文献3 9 p 付录4 2 攻读硕士期间发表论文4 3 后记4 4 运动速度、目标数和追踪时间对多日标视觉追踪绩效j 追踪策略的影响一文献综述 1 1 多目标追踪范式 文献综述 在日常生活中，我们时常会遇到这种情形，即需要同时注意并跟踪多个物体的运 动，简称多目标追踪( m u l t i p l eo b j e c tt r a c k i n g ，m o t ) 。例如，家长带着小孩过红绿 灯的时候，不仅需要观察红绿灯的变化，而且要注意小孩的位置，还必须注意过往的 车辆从而保证安全过马路；足球队员在比赛过程中带球时，也必须同时注意其他多名 队员的跑动位置从而寻找最佳的传球线路。 正因为如此，多目标追踪成为当今非常热门的一个研究领域，它不仅是人类视觉 研究，而且是机器视觉研究中的重要问题之一，它涉及注意、工作记忆等认知过程。 它是研究运动物体注意追踪的一种经典范式，被用于追踪视野范围内随机运动的对象 时，对目标的空间或非空白j 特征变化进行反应。魏柳青、张学民、刘冰等( 2 0 1 0 ) 研 究得出，多目标追踪范式关注动态场景中视觉信息的注意加工，是研究并行的容量有 限的注意机制和研究基于客体的注意机制比较常用的范式。 多目标追踪任务的典型范式是：首先是目标识别阶段，向被试呈现若干个相同客 体( 屏幕中呈现几个静止的球) ，其中部分客体标定为目标( 闪烁的球是追踪任务中 的目标) ，其余为非目标：然后是目标追踪阶段，所有客体开始做各自独立的不规则 运动( 所有球都开始随机而独立地在屏幕内运动) ，要求被试追踪目标；最后是目标 探测阶段，所有客体持续运动一段时间( 通常7 到1 5 秒) 后，要求被试判断某一闪 烁客体是否为目标，即小球停止运动后要求被试用部分报告法( 一个随机选择的球被 标记出来，被试报告它是否为之前所要求追踪的目标) 或完全报告法( 让被试指出之 前所要求追踪的所有目标球) 测试追踪成绩。 对多目标追踪的研究，比如对动态环境下对多个目标的注意选择、分配与保持的 研究，不仅有助于更加全面的认识视觉注意的加工机制，还对鉴别运动知觉障碍、注 意缺陷障碍有极大的帮助。 一文献综述 运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效与追踪策略的影响 1 2 多目标追踪研究的历史背景 对多目标追踪的研究已有2 0 多年的历史，其中最早对多个运动物体进行追踪研 究的是心理学家p y l y s h y n 和s t o r m ( 1 9 8 8 ) ，他们设计了经典的多目标追踪任务：首 先呈现8 - - 一1 0 个完全相同的物体( 如圆点、“+ 字等) ，其中的4 - - 5 个物体以某种方 式( 如闪烁数次) 被标记为目标，其余则为非目标：然后所有物体独立运动5 - - - 1 5 s ， 在物体运动过程中要求被试对目标进行追踪；在运动停止后，要求被试指出所有的目 标或判断某一探测物是目标还是非目标，以被试能够正确指出的目标数量为考察绩效。 p y l y s h y n 等人( 1 9 8 8 ) 的研究结果表明，当目标项数目不大于5 时，被试能够较 好地完成追踪任务( 追踪5 个目标的正确率为8 6 ) 。基于其系列研究结果，他们提 出了针对多目标追踪的视觉索引理论。他们认为，在视觉加工的早期阶段存在一个封 闭的、独立于其它视觉加工过程的视觉索引系统，为视野中的运动的目标物体提供索 引，。且容量约为4 - - 5 个。多目标追踪任务使用该视觉索引系统完成，且当目标数量 在索引容量以内时，前注意阶段每一个追踪目标均被分配一个索引与其绑定。此后， 虽然被追踪的目标不停地运动，但索引始终与目标绑定。索引本身并不表征与其所对 应的追踪目标物体的任何信息( 如特征、空间位置等) ，只是起指针的作用。当要求 判断某客体是否为追踪目标时，被试可根据该客体是否具有索引做出决策。由于受到 视觉索引容量的限制，人们最多只能同时追踪4 - - 5 个运动目标。 随后，同样是采用m o t 范式，以a l v a r e z 和c a v a n a g h ( 2 0 0 5 ) 为代表的研究者 提出了多焦点理论来解释多目标追踪过程。该理论认为，选择性注意具有数个相互独 立的注意焦点，在同一时刻可以对多个对象进行选择。多目标追踪过程中，当目标数 量不大于可分配的注意焦点时，每个目标均可被注意选择，通过选择性注意对其进行 实时的知觉编码以完成追踪任务。 除此之外，近年来研究者采用m o t 范式发现了一些新的现象与规律，从而提出 了更多的理论模型。在多目标追踪的研究基础上，基于真实情境中的物体一般带有身 份或表面特征信息，人们不仅要对物体进行追踪，而且要对物体的身份特征进行识别， 研究者提出了多身份追踪范式，用于考察多目标视觉追踪过程中身份识别的认知加工 机制。 2 运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效j 追踪策略的影响一文献综述 1 3 多目标追踪的研究现状及动态 1 3 1 多目标追踪的认知加工机制 关于多目标追踪的内在认知加工机制的解释，主要有早期的视觉索引理论、知觉 组织模型、客体档案理论以及近期的多焦点注意模型和多身份捆绑模型( 张滨熠丁 锦红，2 0 1 0 ) 。 1 ) 视觉索引理论 由p y l y s h y n ( 2 0 0 1 ) 等人研究提出，该理论最初认为视觉追踪处于早期视觉加工 的前注意阶段，它是一个自动化的平行加工过程，通过视觉系统中存在的索引机制， 为运动物体分配4 、5 个索引，从而进一步认知加工所有被索引的运动物体。当索引 被分配给视觉追踪的物体后，将对该物体进行绑定，而不会因为追踪目标的运动变化 而丢失，它将一直依附于所绑定的目标上。但是，索引只对目标物体的空间位置信息 起作用，而忽略目标物体的其他属性信息。后来，他们又进一步提出了新的理论，认 为追踪过程是由两个独立的阶段组成：一个是平行追踪阶段，在该阶段完成对视觉索 引的自动加工；另一个是序列反应选择阶段，在这一阶段将受到追踪目标数量的影响， 主要完成对追踪目标进行检查并做出相应的反应。随着研究的逐步深入，p y l y s h y n ( 2 0 0 1 ) 等又发现，若要保证在追踪的过程中分配给每个追踪物体的索引不丢失，则 需要注意的参与，来定期地更新索引的状态，以保持索引和运动目标的绑定关系。此 外，还有研究认为，索引不具有内容表征，因此，被试虽然能够成功追踪目标，但却 不能j 下确识别目标的颜色、形状等特征。但也有研究发现，当目标和非目标有可区分 的特征时，物体特征对注意追踪具有促进作用，这一现象说明目标的属性信息是可以 得到加工的( 蒋怀滨等，2 0 0 9 ) 。 2 ) 知觉组织模型 由y a n t i s ( 1 9 9 2 ) 研究提出，该模型认为，被试基于自上而下的策略来完成追踪 任务，在追踪过程中，目标被知觉为单一的几何物体，如多边形的顶点，并通过它与 运动物体当前时刻画面进行比较进而对心理表征进行更新。基于这一模型，知觉组织 过程被分为两个阶段：一是形成知觉组织阶段，这一阶段主要完成对前注意、刺激驱 动的自动加工；二是保持知觉组织阶段，这一阶段需要注意的参与，完成目标驱动过 程。 3 一文献综述 运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效与追踪策略的影响 此外，f e h d 和s e i f f e r t ( 2 0 0 8 ) 通过记录基于眼动分析发现，当多目标追踪任务 中目标数为3 个的时候，被试倾向于注视由以这3 个目标为顶点的三角形的中心，即 采用目标中心注视策略；而z e l i n s k y 和n e i d e r ( 2 0 0 8 ) 却研究认为，当追踪目标数大 于2 个时，被试采用目标间转移策略，而非中心加工策略消失；另外，还有研究者发 现，当目标刺激物的特征各自完全不相同时，则很难形成知觉组织，这一结果表明知 觉组织形成与目标物体的数量及特征属性相关。 3 ) 客体档案理论 这一理论由k a h n e m a n 等( 1 9 9 2 ) 提出，其中，客体档案将运动中的客体根据时 空特性组合成一个单一连续的客体知觉，用于存储和更新客体特征信息。在客体被追 踪注意时，其相关的客体档案将被打开，从而将该客体的特征信息，如位置、特征、 语义等信息等存储到相应的客体档案中。客体档案的保持需要视觉工作记忆的参与， 因受记忆容量的限制，一般可同时保持4 5 个客体档案。客体档案理论中客体档案 是一种有内容信息的表征形式，它与客体特征信息的编码和特征信息与记忆的联系有 关，这一点是该理论和关注追踪目标的视觉索引理论最大的不同之处( 蒋怀滨，2 0 0 8 ) 。 4 ) 多焦点注意模型 由a l v a r e z 等( 2 0 0 5 ) 研究提出，该理论认为大脑左右半脑各自拥有有限并独立 的注意资源，在追踪目标的过程中，追踪容量受到注意资源的限制，而不是受限于追 踪目标的数量。基于这一理论，他们认为在追踪过程中，每个目标必须匹配多个注意 焦点，而仅通过一个注意中心完成对多个目标的追踪是不可能的。每个目标物体都和 一个注意焦点相匹配，这些焦点随着目标的运动而移动，而且每个目标中心注视会对 目标的位置和特征进行视觉加工。实际上，在f e h d 等( 2 0 0 8 ) 提出的中心注视策略， 也说明了注意是可以被分配到多个目标上，因为只有这样，由注意引导的眼动才有可 能实现首先注视多个不同位置目标，进而逐渐转移到中心位置，而如果只存在一个注 意中心，则眼动将无法实现对多个位置目标的同时选择。但由于实验控制过程较为复 杂等原因，此模型中未能进一步解释多个目标选择后的信息整合分析过程。 5 ) 多身份捆绑追踪模型 由o k s a m a 和h y a ( 2 0 0 8 ) 基于多身份追踪( m u l t i p l ei d e n t i t yt r a c k i n g ，m i t ) 范式的研究结果所提出，该模型与前述各模型存在着较大的不同，他认为，多目标追 4 运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效j 追踪策略的影响一文献综述 踪任务中的追踪机制是以短时记忆为基础的序列加工过程，而并不是一个容量有限 的、平行加工机制。此模型主要由五部分组成：( 1 ) 身份信息分析，主要加工目标身 份特征信息；( 2 ) 空间信息分析，主要加工目标的位置信息；( 3 ) 短时记忆系统，用 于短暂保存目标之前的位置信息；( 4 ) 控制系统，主要控制注意在目标间的转移切换； ( 4 ) 情景缓冲器，用于暂存身份啦置信息。该模型能够更为全面地描述多目标视觉 追踪的注意加工机制，并且首次提出长时记忆在视觉追踪中的作用，并对短时工作记 忆的作用做出较详细的解释。 1 3 2 多目标追踪的视觉工作记忆研究 研究视觉工作记忆中客体信息如何被表征和存储是近年来认知心理学领域的重 要方向。其中，l u c k 等人( 1 9 9 7 ) 采用变化觉察范式( c h a n g ed e t e c t i o np a r a d i g m ) 首 先对该问题进行了探讨。他们的实验结果发现，被试对1 - 、4 个客体的记忆绩效很高， 当客体数超过4 个以后，则随着客体数目增多，记忆绩效下降显著。基于该发现，他 们认为：视觉工作记忆中的存储基本单元是整合的客体组，容量约为4 个；记忆容量 只与客体数量有关，并受其限制，而与客体的特征数量和种类没有关系。 l e e 和c h u n ( 2 0 0 1 ) 在他们的研究中探讨了客体所占空间位置数量对视觉工作记 忆的影响，并得出结论，记忆绩效仅由客体数量决定，不受客体占据的空间位置数目 影响，从而进一步支持了上述结论。但随后的不少研究者从不同角度重复了l u c k 等 ( 1 9 9 7 ) 以双色块为刺激物的实验，但均得到了与上述结论不符的结果。因此，他们认 为，视觉工作记忆的基本存储单元是客体的特征而非客体本身。另外，他们还发现， 当客体特征数量恒定时，记忆绩效随着客体特征种类异质性增大而提高，如记忆三个 颜色的客体和三个朝向的客体的绩效优于记忆六个不同颜色( 或朝向) 的客体。x u 等人( 2 0 0 6 ) 的研究认为，记忆绩效不仅与客体数量有关，而且也受客体的特征维度及 其整合方式影响。 近年来沈模卫等人( 2 0 0 6 ) 的研究进一步提出，视觉工作记忆中视觉信息的存储方 式与该类信息在知觉阶段被加工的方式有关。知觉过程中可在前注意阶段以并行方式 加工的客体特征信息能以整合客体的方式存储于视觉工作记忆中，但是这一过程需要 集中注意的参与，而以系列方式加工的客体特征信息则很难在视觉工作记忆中形成整 合的客体表征，从而不能以整合客体的方式存储。 5 一文献综述 运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效与追踪策略的影响 1 3 3 多目标视觉追踪的抑制机制 基于m o t 范式的研究表明，被试无论目标和非目标是否运动都能正确追踪到目 标，因此提出被试为了能够顺利完成任务对非目标进行有效了的抑制，而这种一致机 制可以用自上而下的视觉标记理论( v i s u a lm a r k i n g ) 来解释。 m o t 任务过程中视觉系统的抑制问题，主要是探讨抑制作用会局限于非目标， 而不会涉及非目标运动经过的空白区域的原因。目前，有关视觉系统中的抑制问题的 解释主要有两类：一是对视觉标记的研究提出的基于位置的抑制和基于特征的抑制的 假设；二是通过对返回抑制( i n h i b i t i o no fr e t u r n ，i o r ) 的研究提出基于位置的抑制 和基于客体的抑制的假设( 张学民等，2 0 0 9 ) 。 p y l y s h y n 等( 2 0 0 6 ) 在研究中对于视觉系统的抑制问题提出了解释，其中，在 m o t 任务中对非目标的抑制有如下假设：( 1 ) 若是基于特征的，那么抑制机制应具 有很强的任务目的相关性；( 2 ) 若是基于客体的抑制，那么无论非目标是否与目标容 易区分，都会受到抑制。 1 ) 基于客体的抑制 基于客体的抑制最初是在对i o r 的研究中发现的。在随后的研究中，t i p p e r 等人 ( 1 9 9 4 ) 发现，改变传统的i o r 范式，采用在线索化后旋转方框的方式来分离对基 于位置的抑制与基于客体的抑制。研究结果得出当方框旋转9 0 。后，目标刺激物出现 在线索化的方框上，反应时间还是长于目标刺激物出现在未线索化的方框上。为此， t i p p e r 等将这种返回抑制称为基于客体的抑制。 2 ) 基于特征的抑制 基于特征的抑制，主要是在对视觉标记的研究中提出的。b r a i t h w a i t e 等( 2 0 0 3 ) 研究认为，视觉标记中的抑制机制，是对先出现目标刺激物的特征进行标记，然后产 生针对已标记特征的抑制，使得后出现的具有不同特征的目标刺激物在选择中的优先 等级得到提高。其后的许多研究结果都表明，抑制发生在具有某一共同特征的对象上， 如颜色、形状、空间分布等，这些结果支持了基于特征的抑制机制。由此可见，基于 客体的抑制与基于特征的抑制并不矛盾，视觉标记的研究结果，同时支持了这两种抑 制机制。 6 运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效j 追踪策略的影响一文献综述 1 3 4 多目标追踪的眼动研究 众所周知，人类获取的信息中的将近9 0 都是通过眼睛获得，也就是说，眼睛运 动模式能够为视觉加工提供大量信息，因此，近年来有不少研究者对多目标视觉追踪 过程中的眼动模式进行探讨和研究。 其中，f e h d 和s e i f f e r t ( 2 0 0 8 ) 基于对多目标视觉追踪过程中眼睛注视位置的统 计分析和研究发现，当追踪1 个目标时，被试的眼睛的注视位置会更多地接近这一目 标位置：当同时追踪3 个目标时，眼睛的注视位置会接近由这三个目标构成的三角形 的中心；而在同时追踪4 - - 5 个目标时，被试倾向于采用目标中心注视策略。这表明 眼睛的注视位置会更多的接近由多个目标所构成的多边形的中心，这种眼动注视策略 在不同数量的追踪目标条件下都很明显。 而z e l i n s k y 和n e i d e r ( 2 0 0 8 ) 的研究却发现，在同时追踪2 个目标时，中心注视 策略优势明显：当同时追踪3 个目标时，中心注视策略的优势消失；追踪4 个目标时， 表现出注意在目标之间切换的追踪策略。这一结果说明追踪策略会受到追踪目标数量 等所构成的负荷的影响，另外，他们还认为，除了与目标负荷密切相关，追踪策略还 是一个连续的统一体，被试会根据追踪目标任务的负荷大小对追踪策略进行选择。 张滨熠等( 2 0 1 0 ) 基于m o t 眼动实验，对多目标追踪过程中的眼动模式以及追 踪目标数量与眼动模式之间的关系作了进一步的探讨。基于实验结果，他们得出结论， 在多目标视觉追踪任务中，视觉系统采用知觉组织加工策略，注意中心为以被追踪目 标构成的多边形的几何中心，并试图将注意分配到多个目标上。追踪绩效受到注意资 源的限制，随着追踪目标数量的增加，分配到目标和非目标上的注意资源发生变化， 每个目标获得的资源减少，而分配到每个非目标上的资源有所增加，追踪绩效也随之 降低。此外，追踪绩效也受到注意资源分配方式影响，追踪过程中获得资源较多的目 标更容易被有效追踪，相反，获得资源较少的目标则容易被丢失。 7 二问题提出与研究假设 运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效与追踪策略的影响 2 1 问题的提出 二问题提出与研究假设 眼睛是人类大脑获取外界信息的重要通道，据研究统计，大脑约有8 0 - - - - 9 0 的 外界信息是通过眼睛获得的。视觉生理学的研究表明，眼动是一种受中枢神经系统控 制的有规律运动，正常人的眼动受视觉任务的影响，能够通过调整获取更全面的信息。 眼球运动客观地反映了大脑的信息处理过程。由此可以认为，即视觉加工的一些特征 可由眼动指标反映，为探讨多目标视觉追踪策略和视觉力n - r _ 特性提供了有效的手段。 眼动仪是一种记录人眼动轨迹变化的精密仪器，它能捕捉并记录下诸如眼跳、瞳 孔大小、注视、视觉轨迹等人眼的任何一个细小动作。通过对这些眼动数据的分析， 我们可以总结，人眼在看某个物体时的视觉反应和规律。因此，将眼动仪用于多目标 视觉追踪的研究能够发挥其很大的优势，提供有力的行为数据( 如注视持续时间、注 视次数等) 支持。 自多目标追踪研究范式提出以来，它被广泛应用于视觉认知方面的研究。以往的 实验中，物体的运动通常是独立的，当两个物体相遇时，会互相绕开。在一些增加难 度的试验中，会出现物体间短暂遮挡的现象。假如物体相遇发生碰撞会对追踪的正确 率有何影响。综合其他因素，本实验将会从以下几点探讨和验证前人的研究：追踪目 标数量、物体运动速度、运动时间；物体间碰撞，目标与虚拟器壁( 运动所参考的框 架) 的碰撞。 基于前文所述多目标追踪的研究现状及眼动仪所能发挥的优势，将在本文通过对 眼动模式的分析来探讨不同目标特征下多目标视觉追踪的注意策略。 2 2 研究意义和价值 多目标追踪任务具有这些特点：较长时间的持续注意：同时注意多个目标；由数 据驱动，自发激活，不需要注意准备；对注意容量的考察可以利用追踪目标数量的变 化直接量化操作。多目标追踪的这些特点都是真实世界中视觉认知的特性，如真实情 境中探索环境信息、各类驾驶、射击、团体运动等活动都需要对多个目标随着时间的 8 运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效j 追踪策略的影响 二问题提i l l ! 锕f 究假设 运动变化进行持续注意。 对不同特征下的多目标追踪注视策略的研究不仅有助于全面认识视觉信息的认 知机制，还对鉴别运动知觉障碍、注意缺陷障碍有极大的帮助以及对现实生活具有重 要指导意义。已有研究表明，在飞机驾驶领域，专家和新手的反应方式和注视策略差 异显著；在体育运动领域，运动员和非运动员的反应速度有较大的差异，因此可以利 用追踪任务的反应指标作为对某些特殊领域，如雷达操作、飞机驾驶、体育运动、汽 车驾驶等人员进行选拔和培训的依据。 综上所述，基于眼动仪提供的有力数据支撑对不同目标特征下的多目标追踪任务 注意策略的探讨将为进一步认识视觉信息认知机制提供帮助，并且对现实生活中的很 多实例提供很好的指导作用。 2 3 研究假设 本研究将采用多目标追踪范式，探讨刺激物运动时间、运动速度与目标个数对被 试在多追踪过程中产生的影响。一方面，考查刺激物运动速度、运动时间与目标个数 对于追踪正确率的影响。另一方面，研究目标个数、刺激物运动速度与运动时间对被 试注视策略的影响。 具体操作过程，我们将设计三组实验：1 、探讨在固定时间下，刺激物运动速度 与目标个数对于追踪j 下确率的影响以及在追踪过程中采取的注视策略。2 、使用m o t 范式，探讨在固定速度下，刺激物运动时间与目标个数对于追踪正确率的影响以及在 追踪过程中采取的注视策略。3 、探讨在固定目标数量下，刺激物运动时间与运动速 度对于追踪正确率的影响以及在追踪过程中采取的注视策略。 根据相关理论和前人研究以及我们设计预想，我们对本研究中的实验分别有以下 六个假设： 1 ) 假设l ：采用m o t 范式，刺激物运动时间不变，运动速度与目标个数的变化 均会影响追踪j 下确率； 2 ) 假设2 ：在固定时间下，改变刺激物运动速度会使被试选择不同的追踪策略， 而目标个数的增加或者减少也会影响被试的注视策略。在多目标追踪中，被试的注视 点可能是在多个目标间切换，或者注视目标群的动态中心； 9 二问题提；i j 与研究假设运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效与追踪策略幽 3 ) 假设3 ：采用多目标追踪范式，研究在刺激物运动速度固定的情况下，运动 时间与目标个数的改变均会影响追踪正确率； 4 ) 假设4 ：固定刺激物运动速度，随着运动时间的变化，被试会采取不同的注 视策略。目标个数的增加或者减少也会影响被试的追踪策略。在多目标追踪中，被试 可能采取的是注视点在多个目标间切换，或者注视目标群的动态中心； 5 ) 假设5 ：探讨在固定目标数量下，刺激物运动时间与运动速度均会对追踪正 确率产生影响： 6 ) 假设6 ：在固定目标个数( 3 个) 的情况下，刺激物运动时间与运动速度均会 影响被试的追踪策略。在追踪过程中，被试会选择注视目标群的动态中心或者采取注 视点在多个目标间切换的策略： 7 ) 假设7 ：在多目标追踪过程中，随着物体间碰撞次数，目标与虚拟器壁的碰 撞次数的变化会影响追踪绩效。 l o 运动速度、目标数和追踪时问对多目标视觉追踪绩效j 追踪策略的影响三研究内容 三研究内容 3 1 实验一运动速度与目标数对追踪绩效和注视策略的影响 3 1 1 实验目的 、运用多目标追踪范式，探讨在固定时间下，刺激物运动速度与目标个数对追踪j 下 确率的影响以及在追踪过程中采取的注视策略。目标个数与运动速度的改变，是否会 对被试的注视策略产生影响。并且为后续实验提供实验参数。 3 1 2 被试 被试为1 6 名( 8 男8 女) 裸眼视力或矫正视力均正常的在校研究生，无色盲色 弱，平均年龄2 4 岁。 3 1 3 仪器与材料 眼动数据由加拿大s rr e s e a r c h 公司的e y e l i n k2 0 0 0 眼动仪记录，采样率为 1 0 0 0 h z ，固定被试的头部，被试眼睛距离电脑屏幕大约6 5 c m ，所有刺激物呈现在屏 幕中央6 4 0 x 4 8 0 的矩形内。实验采用多目标追踪( m o t ) 实验程序，被试通过鼠标 和键盘做出反应，记录指标为正确率。定义正确率为被试实际找对的目标数与该试次 目标总数的比值( 例如，目标总数为4 ，被试实际找对2 个，则正确率为2 4 = 5 0 ) 。 实验使用m o t 范式，刺激物为8 个黑色小球( 半径为0 3 0 ) ，呈现在灰色背景 上，用红色圆圈框住的黑色小球标记为目标，黑色小球的起始位置随机，它们在 6 4 0 x 4 8 0 的矩形虚拟容器内运动。当黑色小球运动到矩形虚拟器壁时，会发生弹性碰 撞；当任意两个黑色小球运动相遇时，会发生相互的弹性碰撞( 碰撞后黑色小球运动 方向符合物理学原理，速度不变) 。刺激物的运动方向随机，运动轨迹为直线，运动 过程保持匀速。 3 1 4 实验设计 本实验采用3 x 4 被试内设计，两个自变量分别为：目标个数( 2 、3 、4 、5 个) 和刺激物的运动速度( o 0 3 0 s 、0 0 9 0 s 、o 1 5 0 s ) 。 三研究内容 运动速度、目标数和追踪时间对多目标视觉追踪绩效与追踪策略的影响 3 1 5 实验程序 图l实验一中流程图 本实验中一个试次的步骤如图l 所示，屏幕背景为灰色( r g b 值为1 2 8 ，1 2 8 ，1 2 8 ) ， 每次实验开始前，会进行一次视线的校准，校准成功之后，在矩形虚拟容器内随机位 置呈现8 个静止刺激物( 黑色小球) ，目标为被红色圆圈框住的黑色小球。当被试识 记目标后，被试点击鼠标左键，红色圆圈消失，刺激物开始随机匀速运动。当刺激物 运动停止后，要去被试通过鼠标左键点击要求追踪的目标( 所选择的小球变成红色) 。 作答完毕后，被试点击鼠标右键保存，进入下次实验。 每次小球运动的持续时间是l o s ，被试反应时间也限制在1 0 s 内，一个试次大约是 2 0 s 。正式试验前先进行l o 次练习试验，掌握实验流程后，开始正式实验。实验由4 个 b l o c k 组成，每个b l o c k 有3 0 个t r a i l ，共有1 2 0 个试次，整个实验大约持续4 0 分钟。 1 2 运动速度、目标数和追踪时问对多目标视觉追踪绩效与追踪策略的影响三研究内容 3 1 6 结果与数据分析 3 1 6 1 行为数据 1 0 0 8 0 芭6 0 铸 登4 0 2 0 0 追踪目标物数量 豳0 0 3 。s 0 0 9 。s 口0 1 5 。s 图2 不同水平下的追踪正确率 对追踪正确率进行4 ( 追踪目标数量) 3 ( 刺激物运动速度) 的重复测量方差 分析，结果显示，目标数量的主效应显著f ( 3 ，4 5 ) - 5 1 7 0 ，p 0 5 ，即从总体来说，随着 追踪目标数量的增加，被试能够追踪到的目标的正确率显著下