（基础心理学专业论文）使用恒定刺激法探索刹车行为中线索的选择.pdf

两南大学硕十学位论文中文摘要 使用恒定刺激法探索刹车行为中线索的选择 基础心理学专业硕士研究生吴颖 指导教师孙弘进教授 中文摘要 传统的构造主义知觉理论认为，人对物体进行表征后才能知觉物体。也就是说，物体运 动的速度，加速度，距离等信息进入大脑后，要先经过一系列的处理运算，然后才能用来指 导行为。而直接知觉理论则认为，环境中存在着的包含丰富信息的光阵列中，可以让人们直 接提取自己所需要的信息进行行为控制。l e e 在g i b s o n 的直接知觉理论基础之上，提出了即 时碰撞时间的t a u 理论。他认为，运动物体视觉影像相对扩张率的倒数为观察者提供了重要的 信息，这个信息是观察者进行t t c 判断的主要线索，而距离、速度等物理信息与t t c 判断无 关。在t a u 理论的基础上，l e e 又提出了基于杀f 车行为控制的理论。与t a u 理论一样，i 理 论也认为，观察者在对周围环境信息的知觉是直接的，运动物体本身的信息就已经能够给观 察者提供足够的刹车判断信息，而不需要一步一步对周围环境中的其它信息进行认知加工计 算从而指导行为。 但是，也有大量研究证明，某些物理信息如速度、距离等也能够成功控制刹车行为。 a n d e r s e n 等人发现，当驾驶员向目标物靠近时是采用策略来控制刹车行为的，但是仍然受 到了距离、速度等其它囚素的影响。其它一些拦截任务的研究也证实，被试依赖的是其它物 理变量而不是。因为是独立于距离、速度等信息的，所以究竟其它信息是否对刹车行为 控制产生影响仍值得探讨。 本实验采用浸入式虚拟现实技术，用恒定刺激法及线索冲突范式对刹车行为中线索利用 机制进行探讨。实验中模拟小车在隧道中行驶，首先给被试呈现一减速行驶的小车，在小车 速度还未减为。时，屏蔽掉整个场景，并要求被试判断，若小车按照消失前的减速度继续行 驶，是停在障碍物之前还是会与障碍物发生碰撞。 实验一中，尽量排除环境信息的干扰，并用恒定刺激法呈现刺激，减少人为因素的影响， 探索性研究哪些线索对刹车行为控制有影响。结果发现，距离线索跟减速度信息都对刹车行 为控制有影响。说明即使是在环境线索比较单一的情况下，被试也能利用距离，减速度等物 两南人硕十学位论文 中文摘要 皇曼皇舅基鼍寰璺曼皇曼葛曼鼍曼量量蔓鲁曼曼量_ _ii 一一d 曼曼皇曼量皇皇曼曼舅皇曼蔓曼曼 理信息对刹车行为进行判断。 实验二初步探讨了实验一中出现主观相等点漂移的原因。结果发现，有驾驶经验的男被 试的主观相等点从0 左右漂移为8 ，但在其它各点上，基本未发生偏移。而两个女被试除了 在主观相等点上发生偏移外，其它各点也发生了不同程度的偏移。我们的推论是，对于男被 试而言，可以排除发生偏移是闽限发生改变的原因。而对于女生被试，有可能是阂限发生了 改变，也可能是其它原因造成，如产生某种倾向，被试在刹车行为判断中变得更为保守。 关键词：t a ut t c刹车行为 n 两南大学硕十学何论文英文摘要 舅曼曼曼曼曼皇皇曼曼曼曼曼皇曼舅曼鼍曼量曼喜n n n nn u n u m m m j 曼曼皇皇皇量皇曼鼍曼曼曼量曼曼皇墨量置量量皇曼皇鼍曼璺 英文摘要 u s i n gt h em e t h o do fc o n s t a n ts t i m u l u st os t u d yc u ec h o o s i n gi nb r a k i n g t h es t r u c t u r ed o c t r i n ep s y c h o l o g i s t sc o n s i d e r e dt h a tw ep e r c e i v ea l lo b j e c ta f t e ri tm p m s e n t t h a ti st os a y , w h e nw ep e r c e i v es p e e d ，a c c e l e r a t i o n ，d i s t a n c ea n do t h e ri n f o r m a t i o n ，t h e ym u s tb e o p e r a t e di no u rb r a i nf i r s ta n dt h e nc o n t r o lo u rb e h a v i o r b u ts o m eo t h e rr e s e a r c h e r sa r g u e st h a tw e h a v ea l la p p r o p r i a t em e t h o dt od e s c r i b et h ee n v i r o n m e n t ，w h i c hi sn o tn e c e s s a r i l yb eo n eb a s e do n a b s t r a c t i o n ss u c ha s p o i n t s ”a n d “p l a n e s ”l e eh a sd e m o n s t r a t e dt h a tt i m et oc o n t a c t ( t t c ) c a nb e o b t a i n e df r o mt h ei m a g eo fa na p p r o a c h i n go b j e c tw i t h o u to b t a i n i n ge i t h e ri t sd i s t a n c eo ri t sv e l o c i t y m o r es p e c i f i c a l l y , i ti st h er a t i oa ta n yi n s t a n to ft h ed i s t a n c eo fa n yp o i n tf r o mt h ec e n t r eo fa l l e x p a n d i n go p t i c a lp a t t e mt oi t sv e l o c i t ya w a yf r o mt h ec e n t e r n o t i c et h a tt h i sc a nb eo b t a i n e d w i t h o u th a v i n gt od e t e r m i n ee i t h e rt h ed i s t a n c eo ft h es u r f a c eo ri t sv e l o c i t ya n dt h a ti td o e sn o t m a t e rw h e t h e rt h ev e l o c i t ya r i s e sf r o mm o t i o no ft h es u r f a c e ，t h ep e r c e i v e r , o rb o t h l e e ( 1 9 7 6 ) f u r t h e rs h o w e dt h a tt h et i m ed e r i v a t i v eo ft a bc t a u - d o t ”) c o u l db eu s e dt oc o n t r o ld e c e l e r a t i o n d u r i n gb r a k i n g t a u - d o tc a nd i r e c t l yp r o v i d ei n f o r m a t i o na b o u tw h e t h e ro n e 。sc u r r e n tl e v e lo f d e c e l e r a t i o ni ss u f f i c i e n tt os t o pi nf r o n to fa no b j e c t i nt h i ss t u d y , w eu s e dt h ev rt e c h n o l o g ya n dt h em e t h o do fc o n s t a n ts t i m u l u st os t u d yc u e c h o o s i n gi nb r a k i n g as l o w i n gd o w nc a rw a sp r e s e n t e dt os u b j e c t s w h e ni t ss p e e dw a sn o t0 ，w e m a s k e dt h es c r e e n ，a n da s k e dt h es u b j e c t st oj u d g et h ep o s i t i o nw h e nt h ec a rs t o p p e d h le x p e r i m e n t1 w eu s e dt h ev r t e c h n o l o g ya n dt h em e t h o do fc o n s t a n ts t i m u l u st op r e s e n tt h e s t i m u l u s ，r e d u c i n gt h ei m p a c to fh u m a nf a c t o r s t h er e s u l t ss h o w e dt h a ts u b j e c t sc o u l du s ed i s t a n c e c u e sa n dd e c e l e r a t i o nc u e si nb r a k i n gb e h a v i o r i ne x p e r i m e n t2 ，w et e s t e dw h yt h ep o i n to fs u b j e c t i v ee q u a l i t ys h i f t e di ne x p e r i m e n t1 t h e m a l es u b j e c t sr e s u l tn o ts h i f t e da ta l lt h ep o i n te x c e p tt h ep o i n to fs u b j e c t i v ee q u a l i t yi nd i s t a n c e c o n d i t i o na n dd e c e l e r a t i o nc o n d i t i o n ，b u tt h ef e m a l es u b j e c t ss h i f t e da ta l lt h ep o i n t t h o s er e s u l t s s u g g e s t e dt h a t ，t h em a l es u b j e c tb e c a m em o r ec o n s e r v a t i v e ，b u tf o rt h ef e m a l es u b j e c t s ，m a y b et h e i r t h r e s h o l dc h a n g e d k e y w o r d s ：t a u ，t t c ，b r a k i n g 1 1 1 独创性声明 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中己加了 特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁 在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者： 凌级 签字日期：少，年月，口 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，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 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 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，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：蒙辜乏 签字日期：h 年j 月io 日 导师签名：酚，弓厶遂 签字日期：易c 。年月，。日 两南大学硕十学何论文 前言 1 前言 在现实世界中，人类和动物都需要在有限的时间内对逼近物体的逼近时间和逼近位置做 出正确判断，从而避免碰撞和伤害或者击中逼近物体。如驾驶员需要对前方紧急刹车车辆的 情况进行正确判断，从而调整自己车辆的行驶状态以避免碰撞事故；棒球运动员需要判断棒 球正确的到达时间及到达位置，从而挥棒击中棒球得分；行人在路上行驶，需要对周围环境 中各种物体的距离进行判断，以避免碰撞或者正确停靠在目标物之前；动物在捕食时，也需 要精确判断猎物的运动轨迹运动时间等信息，以便在最佳时间做出捕食行为。同样，在人工 智能研究领域也会涉及到同样的问题，如机器人如何从获取的大量环境信息中提取出适当线 索，从而利用软件处理这些信息避免碰撞或执行抓握等动作。 物体逼近观察者或观察者逼近物体的瞬时时间称为即时碰撞时间( t i m et oc o l l i s i o n ，t t c ) 。 人类和动物是如何利用环境中丰富的信息来进行t t c 判断的，长期以来成为研究者研究的热 点。 传统的构造主义知觉理论认为，人对物体进行表征后才能知觉物体。也就是说，物体运 动的速度，加速度，距离等信息进入大脑后，要先经过一系列的处理，然后才能用来指导行 为。与之前的结构主义的知觉理论不同，g i b s o n 于1 9 5 6 年提出了直接知觉理论。他认为周围 世界中存在大量有序的光阵列，人们只需从这些包含丰富信息的光阵列中直接获取自己所需 要的信息即可。l e e ( 1 9 7 6 ) 在g i b s o n 的直接知觉理论基础之上，提出了即时碰撞时间的t a u 理 论。他认为，运动物体视觉影像相对扩张率的倒数为观察者提供了重要的信息，这个信息是 观察者进行t t c 判断的主要线索。而距离，速度等物理信息与t t c 判断无关。 长期以来，研究者们为了探究人们究竟利用什么样的线索进行t t c 判断，而进行了一系列 研究。对于这个问题的探讨，将有利于人类更好地了解自我，为安全驾驶，道路设计等方便 提供理论基础，并为人工智能的研究领域提供更为广泛深入的科学依据。 两南大学硕十学何论文理论研究综述 2 理论研究综述 2 1g i b s o n 的生态光学理论 g i b s o n 的生态光学理论认为，环境中运动的物体包含了两种信息：由物理变量决定的物体 大小、距离、速度等物理信息和由视觉变量决定的物体对观察点所形成的视角及其网膜物像 等视觉信息。研究表明，视觉变量还可根据物体丰富的纹理结构和不断变化的视觉流域( v i s u a l f l o w ) 而决定，在视觉变量和物理变量的之间，还存在着联系紧密一一对应的图式。 g i b s o n 还认为，知觉的基础是对物体表面布局的知觉。人看到的都是物体的表面，不存在 单独的深度知觉，因为光阵列中的结构密度信息已经包含了所有的三维信息。为此，他做了 _ 个很有趣的“伪通道”( p s e u d o t u n n e l ) ( 1 9 5 5 ) 实验。如图所示，实验中，很多中央开孔( 3 0 厘米) 的塑料薄片相继摆放，被试在一个隔开的小房间往孔里看。结果如下：当所有塑料片 是同种颜色时，被试报告什么也看不到：当塑料片是黑白相间时，所有被试都报告看到了一 个连续、平滑的通道，而无被试报告看到了塑料片中央孔的边缘；当黑白相间的塑料片数逐 渐减少时，被试报告看到连续平滑通道的也随之越来越少，而越来越多的被试报告看到了塑 料片中央孔的边缘。g i b s o n 的解释是：现实世界中任何物体表面均有一定的纹理，即包含有结 构信息，而对物体表面的知觉正取决丁：这种结构信息。当塑料片同颜色时，环境光阵列中缺 乏结构信息，所以被试报告什么都看不到；当塑料片黑白相间时，就形成了不连续信息：而 塑料片足够多时就可以让被试觉察不到塑料片之间的间隔，这些不连续信息就被误认为是伪 通道的表面纹理信息。 图1 2 两南大学硕十学何论文理论研究综述 p u r d v & g i b s o n ( 1 9 5 5 ) 在室外草地上放置了一些标记物，最远的距离被试3 2 0 米，并要 求被试平分两个标记物之间的距离或者是平分自己和某个标记物之间的距离。结果发现，所 有的被试都能较准确的完成实验任务。h i g a s h i y a m a ( 1 9 9 4 ) 在海面上让被试目测船和海岛之 间的距离( 范围0 4 1 5 3 千米) ，结果也证明了知觉距离信息的直接性。因为在这么远的距离 下，深度线索已经完全失效了。e j g i b s o n 等人( 1 9 6 0 ) 的视崖实验也强有力地支持了直接 知觉理论。 g i b s o n 的直接知觉理论提出了一个关于知觉的简单而真观的解释，开辟了从人与环境交互 这个角度研究知觉的途径。直接知觉理论通过研究人和环境的交互来解释人的行为，从丽避 开了直接研究复杂的大脑。此外，g i b s o n 还认为实验研究不能仅仅为了方便控制而与实际生活 完全脱节，这种观点后来演化成心理学研究中的生态学效度概念。 2 2 基于生态光学理论的t a u 理论及修正的t a u 理论 2 2 1t a u 理论 l e e 于1 9 7 6 年在直接知觉理论的基础上，最早提出了t t c 判断的t a l l 理论。他认为，观察者 可以利用物体在视网膜上视像的大小和视像大小变化速率的比值，来完成t t c 判断任务。并且， 这是观察者进行t t c 任务判断的主要线索，不需要依赖物体与观察者之间的距离及运动速度等 物理信息。l e e 最初提出的t a u 线索理论主要是基于单眼线索的，后来的一些研究者( g r a y & r e g a n ，1 9 9 8 ) 将t a u 理论拓展到双眼线索。即由于双眼视差使得舣眼对于物体上某一点会产生 一个视线的夹角，夹角的大小会随着物体的逼近而增大，观察者可以根据夹角大小与夹角大 小变化速率的比值来进行t t c 判断。 如图2 所示， 3 两南大学硕十学何论文 理论研究综述 | | 一 z ( t ) 矿 p r v ( t ) 图2 p r 代表以速度v 左运动的某一物体表面，t 为某时刻的运动时间。物体表面的特征点p 在视 网膜上有一个投射点p 。是在某时刻t ，p 、从原来的靠近视觉流域中心位置以速度v ( t ) 向外 扩张的距离。l e e 将“t ) v ( t ) 这个比率称之为“t a u ”。这个比率是指物体表面上某点在 网膜上的投射点，某一时刻t 移动的距离与它的瞬时移动速度的比值。若v 恒定， r ( t ) v ( t ) = z ( t ) v 。如上所知，如果视觉系统能够从膨胀的视网膜图像中直接获得t a u ，那么物体 表面上关于碰撞时间的信息就能直接作用于计时动作。从而我们可以得到，t a u 的获得与距离 和速度无关，同时也与速度的变化率无关。 图二所示是相对于物体的运动轨迹与视轴重合的情况。而在现实中，绝大多数物体的运 动轨迹都不可能刚好与观察者视轴重合。研究者们提出了局部t a u ( 1 0 c a lt a u ) 的概念。即运动 物体表面两点在网膜的投射点p 1 、p 2 ，某一时刻它们之间距离的改变量除以在这一时刻距离 改变的速率的比值，就得到了碰撞时间。这种局部t a u ，也可以根据视轴与物体运动轨迹间所 成的角度来计算。 究竟观察者能否利用又是如何利用t a u 线索对即时碰撞时间( t t c ) 进行判断，研究者们 进行了大量研究。w a n g & f r o s t 通过对鸽子脑神经单细胞放电情况的记录，证明了t a u 是在视 觉通道上被计算的。他们将鸽子放在一监视屏之前，监视器屏幕显示一个运动的实心球。当 球朝向鸽子眼睛方向运动时，某些细胞的反应比较强烈，这说明了这组细胞对球运动的方向 有很强的选择性。并且，只有在球的碰撞时间接近某特定的值时，这些细胞才会放电。也就 是说，即使球的运动速度，距离等都发生了变化，只要这个值保持恒定，这些细胞仍然不会 放电。w a n g & f r o s t 认为，这些细胞之间可以互相协调并确定精确的碰撞时间，从而对特定的 信息( 如t a u ) 作出反应，而对其它信息则无明显反应。同时，他们在进一步的实验中还发现， 这些对特定信息才有反应的细胞在刺激的不同阶段反应方式也不同。一些细胞在虚拟球运动 过来的整个过程中持续增加放电频率，而另外一些则仅仅刚好超过某一最高电位。 尽管以上证据证明，t a u 是在鸽子的视觉通道上被计算的，但它并不表示t a u 线索能够被 用于在即时碰撞时间的判断上。为此，d a v i e s & g r e e n 研究了鸽子和鹰的着陆情况，试图探究 4 两南人学硕十学何论文 理论研究综述 t a u 线索的感知是如何被直接利用在对计时行为的控制中的。我们知道，鹰在着陆过程中，头 部是不会上下摆动的，而鸽子则刚好相反。研究中，d a v i e s & g r e e n 发现，着陆过程中，当鹰 爪伸展时，t a u 的变化率比距离的变化小；而在上下摆动头部的鸽子的着陆过程中，距离的变 化要比t a u 的变化率小。这说明两者在着陆过程中采用的是不同策略。研究者们还发现，当鸽 子的眼睛位置下降到距离巢穴为某一特定值时，鸽子的脚就会伸展出来。他们认为，这个距 离的获得可能与鸽子在降落过程中上下摆动头部有关，也许是从双眼视差变量中得到。 l e e & r e d d i s h 研究了塘鹅俯冲进水面抓鱼的情况。塘鹅在即将俯冲进水面时的速度接近 2 4 米秒，若它们以这个速度张开翅膀进入水面肯定会受伤，因此在即将进入水里的时候，塘 鹅要及时将翅膀收回。但是，若翅膀收得过早，塘鹅可能会不能精确地抓捕到鱼。由此可见， 精确的计时行为对塘鹅能否成功捕食显得犹为关键。研究结果显示，通过高度、速度和加速 度等物理信息精确计算的关于碰撞时间的策略没有使用t a u 策略好。 这些实验数据都是间接的证明了t a u 理论。在这许多种视觉计时行为的研究中，t a u 相对 于其它线索信息能更好地解释数据。但是，这些还是不能说明t a l l 线索能被精确的利用。因为 其他的一些视觉信息或者行为控制理论也能很好的解释实验数据。 s a v e l s b e r g h ，w h i t i n g ，& b o o t s m a ( 1 9 9 1 ) 尝试通过实验室方法控制t a u ，让被试去抓一个向自 己飞来的泄气的真实气球。他们把一个逐渐缩小的气球与一个慢慢靠近的却大小固定的气球 相比较。如果被试仅仅使用了t a u 线索，那么他们抓取泄气的气球要比抓取大小不变的气球晚。 结果发现，虽然手的速度在接近最大值的那一点会延迟5 6 毫秒，但是被试都能准确抓到泄 气的气球，这说明在抓球任务中，至少还存在某些其它的信息是和t a u 线索同时被利用的。 在真实环境的抓球任务中，t a u 线索的可利用性要比s a v e l s b e r g h 的实验宣情境中更小。通 过使用立体眼镜，我们可以改变角度转向和差距，或者是改变他们之间的变化比率。这种手 段会使眼睛和球之间的距离被低估的可能性更大。j u d g e 发现当人们戴上这种立体眼镜后，就 不能准确抓住那些缓慢抛向他们的球，但在练习2 0 次左右后，又能重新准确抓住小球。他们 认为，这可能是由于大脑的某种机能能重新校准对四肢运动的控制，从而在练习之后，抓球 准确率又重新回到正常水平。实验中，戴了立体眼镜但视野也同时下降到和戴立体眼镜相同 程度的被试在抓取任务中没有困难，这说明，外界信息的一致改变使得我们的大脑不需要重 新校准行为控制也能准确完成任务。j u d g e 的实验显当我们用单眼去抓取缓慢移进的球时，单 眼线索也能被很好的利用。但是，当双眼信息可用时，我们更偏向使用双眼信息，因为双眼 信息能提供更佳的精确度，而此时，单眼信息只是起剑辅助作用。 r u s h t o n & w a n n 用虚拟现实技术在实验室分别控制了单i l l 曼t a u 信息和双眼视差信息。这样， 被试根据这些不同的信息可以获得不同的即时碰撞时间估计值。实验结果发现，当t a u 提供的 即时碰撞时间提前1 0 0 毫秒，被试作出反应的时间会提前7 0 8 0 毫秒：当t a u 提供的即时碰撞时 间延迟1 0 0 毫秒，被试作出反应的时间就会延迟3 0 一4 0 毫秒。实验结果证明t t a u 线索可被用于 抓取反应的时间判断，但实验变化的结果却说明了t a u 线索和双眼视差线索要经过整合才能产 5 两南大学硕十学何论文 理论研究综述 曼皇曼曼曼舅曼曼曼曼舅曼鼍曼曼舅寡皇曼鼍量舅舅量皇舅li i m i ii i i i 鼍曼鼍皇兽鼍舅量量曼鼍寡皇曼量曼量皇曼量曼蔓曼曼量舅 生一个组合的t t c 时间估计。r u s h t o n & w a n n 依据这个结果创建了一个整合模型，他们发现当 t t c 值最小时，有最大的权重。他们认为：在自然条件下，任何信息源的可靠性都存在局限， 用于整合不同信息源的一种策略是：赋予需要最先执行行为的信息源最大的权重。 2 2 2 修正的t a u 理论 e l l c e 在1 9 7 6 年提出t a u 理论以来，研究者们便围绕着t a u 展开了一系列的研究和讨论，问题 主要集中在两点：一是t a u 线索是否是唯一能影响任务准确完成的线索；二是人们是否真的能 从环境中提取t a u 线索来调节自己行为从而完成任务。然而到目前为止，还没有足够的证据能 直接对这两个问题进行验证。近年来大多数研究认为，环境中存在着大量丰富的视觉信息， 这些信息是模糊的、片面的，只有把这些丰富的信息正确地整合起来才能产生准确的知觉。 心理学的研究也表明，在不同的知觉任务中，被试倾向于使用任何能够被利用的信息，从而 达到完成操作任务的目的。而在我们之前的大多数实验中，通常都选择我们感兴趣并容易从 特定信息源中辨别的刺激，这样，特定的信息被“放大”。同时，在实验室特定的环境中，被 试对单一刺激的不同水平反复经历，导致对此类信息的敏感度比其他信息高。所以在严谨的 实验设计中应考虑以下两个冈素：一是多种信息对准确完成任务的作用；二是信息对行为的 控制作用依赖于具体的任务要求和刺激呈现的条件。 t r e s i l i a n ( 1 9 9 7 ) 为了保持原来t a u 理论的基本内容和逻辑，并能够接受现有研究的挑战， 提出了修正的t a u 理论( t h er e v i s e dt a uh y p o t h e s i s ) 。 修正的t a u 理论主要内容如下： ( 1 ) 对于速度性要求较高的时间判断任务( 如快速拦截任务) ，t a u 线索是主要的判断线索， 而其它信息的作用可以忽略( 如速度，加速度等) 。这类任务的完成通常需要很迅速，因为被 试对于目标物的知觉时间非常短，一般小于1 秒。所以此类任务已达到高度的自动化程度，不 需要认知加工过程的参加。但是，也不排除一些不需要利用t a u 线索就能完成任务判断的拦截 任务。 ( 2 ) 对于以下几种情况，t a u 线索可能完全不能被利用或者与其它线索一起对任务的判断 产生影响：一是任务时间比较长，一般超过2 秒。这种情况下，被试可以不使用t a u 线索或者与 t a u 线索一起利用其它线索进行判断：二是t a u 线索在任务中不明显，或者不能提供准确的t t c 判断信息，此类情况被试只有利用其它线索对任务进行判：三是某些可能不需要认知成份参 6 - 两南大学硕十学侮论文 理论研究综述 与的知觉运动联接的短时距任务。 修正的t a u 理论认为只有在要求快速、准确完成的计时任务中，t a u 线索是单独或主要的线 索，可以仅仅利用t a u 或主要利用t a u 来进行任务判断。而在其它任务中，t a u 线索与其它线索共 同影响着任务判断，并且存在着完全不需要利用t a u 线索进行判断的任务。t a u 线索用于即时碰7 撞时间的估计，在某种意义上这种t a u 线索是直接获取的，不需要认知成份的参与，信息可以 直接到达运动器官从而执行动作。 2 3t a u 点理论 l e e 在1 9 7 6 年提出t a u 的时间衍生物( f ，“t a u 点”) 能够在刹车过程中控制减速行为。 ；是t a u 的二阶变量，它能够提供当前的减速度情况是否能使观察者有效停靠在自己想停的位 置。当i 值处于0 至t j - 0 5 之间时，被试能在与目标物碰撞之前就安全停下来；当值处于0 5 到1 之间，被试就会发生与目标物相碰撞的情况；而当值刚好为一0 5 时，说明维持当前的 减速水平正好可以使被试停在目标物之前。比如，当值为一o 3 时说明当前的减速度很犬， 如果继续保持这个减速度，被试就会在还未到目标物且距离目标物较远的地方停止下来：当 值为一0 7 时说明当前减速度过小，如果继续保持这个减速度，就会发生与目标物的碰撞事故。 现实情况中，驾驶员究竟是否能够通过获得值来准确控制自己的刹车行为，大量研究者 对此做了相关研究。s p u r r ( 1 9 6 9 ) 从十五次刹车行为中获得的数据显示，刹车的过程并不是严格 按照标准的模式进行的。也就是说，在某种情况下，当i 值接近- o 5 时，减速度近似保持恒定。 而当；不在一0 5 附近，减速度或者会持续增加，或者先增加后减小，或者先减小后增加 ( k a i s e r & p h a t a k ，1 9 9 3 ) 。y i l m a z 和w a r r e n ( 1 9 9 5 ) 设计了一系列实验检验i 假设。实验中用计 算机呈现一条路和一个停止标志，弹簧鼠标定位刹车位置，要求被试用鼠标控制速度从而使 小车刚好停在停止标志前，且在整个过程中，被试被告知不能进行逆转刹车或猛然刹车。他 们根据停止标志大小是否恒定和场景中有无环境背景信息设计出四种条件：1 ) 天空一大小变 化条件。该条件下无环境背景信息，从而排除了距离、速度等空间线索只提供、t a u 、目标物 大小等信息。2 ) 天空一大小恒定条件。该条件将目标物大小保挣瞳定使得大小线索更为明显， 且与1 ) 一样无环境线索，从而只提供；、t a u 、等视觉线索。3 ) 地面一大小变化条件。该条 件提供了丰富的空间信息如距离、速度，并且在每次试验中目标物的大小是随机变化的。同 时也提供了、t a u 等视觉线索。4 ) 地面一大小恒定条件。该条件和条件3 ) 类似，也提供了 丰富的信息，但在整个过程当中目标物的大小保持恒定，突出了目标物的大小信息。实验结 果显示，被试主要利用l 线索来控制刹车行为，而其它物理线索的有无对实验结果没有显著的 影响。并且，在整个刹车过程中，值是呈线性递减的。它的数值在0 6 1 到0 3 5 之间，平均 值为0 5 1 ，这个结果与y i l m a z 和w a r r e n 总结的用来控制刹车行为的值相一致。他们的证据 都支持了对刹车行为的控制其实是一种持续控制。 7 两南大学硕十学何论文理论研究综述 f i & u r f2 s i m u l a t i o no fd e c e l e r a t i o na n dv e l o c i t yp r o f i l e sf o r o o l l s l a l l lv a l t j 髂o ftl n i t i e lc o n d i t i o n s ：如= 4 9 - 5m r e - 4 0i t , v n 一1 2 4 m s 图3 那么驾驶员在刹车行为中，又是如何具体利用线索来控制刹车行为的呢? 研究者们提出 了四种策略： 保持恒定在一o 5 。 l e e 最先提出观察者可以“尝试使的值保持在一个安全的边缘值即m a r 舀n 。”我们知 道，当= 一1 0 时减速度为0 ，会发生碰撞。当一1 o i 一o 5 时，减速度过小，仍会发生 碰撞，此时仍需要提高减速度；而当一o 5 o 时，减速度过大，汽车还未到达目标物就会 停_ l 匕此时就应当减小减速度的值；当潮时，汽车刚好停在目标物之前时间为无穷大。而 当= 一o 5 时，在某一时刻的刹车点可以产生一个恒定的减速度，从而使汽车到达目标物体 时的速度恰好为0 。 根据值控制判断方向。 在实践中，观察者并不需要也不可能始终保持一个恒定的i 值。既然i 能够提供当前减 速度信息情况，驾驶员就可以利用它来判断进行刹车的方向。即当一1 0 ； 一0 5 时，减速度 过小，可能会产生碰撞，此时需要增大刹车力度；反之，当一o 5 o ，此时需要减小刹车力度。反之，若瞬时小于一0 5 并且 减速度恒定，t a u 点就以负斜率下降，即甲 o ，此时驾驶员需要增大刹车力度以防止碰撞事故 产生。这个策略的成功运用也暗示了视觉系统可以精确地使用三维变量。 尽管策略认为，驾驶员只需要利用一个线索即可进行成功的刹车行为，但其它一些 研究也证明，某些物理信息如速度，距离等也能够成功控制刹车行为。a n d e r s e n 等人( 1 9 9 9 ) 重复了y i l z a m 和w a r r e n ( 1 9 9 5 ) 的实验，但他们的结果与y i l z a m 和w a = e n 的结果略有出入。 他们发现，当驾驶员向目标物靠近时是采用策略来控制刹车行为的，但是仍然受到了距离、 速度等其它因素的影响。其它一些拦截任务的研究也证实，被试依赖的是其它物理变量而不 是( d e l u c i a & w a r r e n ，19 9 4 ；g r a y & r e g a n ，19 9 8 ；m i c h a e l s ，z e i n s t r a & o u d e j a n s ，2 0 01 ；r u s h t o n & w a n n 。1 9 9 9 ) 。我们知道，i 是独立于距离、速度等信息的，所以a n d e r s e n 认为，其它的信 息资源也能被知觉并用来在刹车行为中防止碰撞事故的发生。 i 模型认为，观察者在对周围环境信息的知觉是直接的，运动物体本身的信息就已经能 够给观察者提供足够的刹车判断信息，而不需要一步一步对周围环境中的其它信息进行认知 加工计算从而得知，因此是一种很经济很迅速的方法。但理论也存在着一些问题：第一， 只有在非常有限的条件下才能检测到i - ，有部分原因是因为视觉扩张的阈限过高导致盼，所 以通常情况下，策略只适用于2 3 s 的即时任务判断。而对较长碰撞时间的低估可能是由于在 这些任务中被试用到了心理运算所导致的。第二，n a k a y a m a 等人的研究表示，对于诸如加速 度和i 之类的二级变量，视觉系统并不能提供足够高的分辨率来进行准确检测。另外一些研究 也表明，人感知目标物体加速度信息的能力确实很差。g l u n d e rs r l w a g n e r 也提出了类似的问题， 他们发现在判断一个逼近的有纹理的物体是减速还是加速时，被试的表现也很差。但是观察 者在确定碰撞状态等与行为相关的任务时比仅仅确定深度上的加速度、速度等物理信息时表 现要好得多。尽管存在许多间接性的研究结果表示策略在刹车行为中的确能够被利用，但 到目前为止，还没有获得直接的证据证明。 9 3 问题提出 3 1 对以往研究的评价 研究者们对于刹车行为控制判断已经进行了大量的研究，无论是运用虚拟手段在实验室 对此问题进行探讨( f a j e n 等) ，还是在现实场景中的研究( r o c k 等) ，都存在以下一些问 题。 第一，以往大多数采用电脑呈现刺激场景的方式确实给研究者带来了诸多便利，但对计 算机二维图形的感知不可能和具有丰富环境线索的现实物体的感知完全一样，例如计算机呈 现的场景中，就缺乏真实场景中的深度线索或立体视觉等信息，所以这些研究的结论存在很 大的局限性。 其次，一些研究虽然利用了虚拟现实技术，但目标物都采用表面积很小且几乎无纹理信 息的物体作为碰撞物，因此这些目标物能提供的线索也是有限的，对这种实验结果的可靠 性也需要慎重考虑。 第三，无论是用踏板控制刹车还是在现实场景中进行真实的刹车判断，主动刹车范式都 掺杂了很多不可控人为因素。如被试可能在距离碰撞物不同距离时利用不用线索，或者在整 个刹车过程中反复使用多种策略，从而会降低实验结果的信度跟效度。 第四，以往的关于刹车行为控制的研究中，虽然被试倾向于使用哪种线索还没有定论， 但主要采用光学流线索和普通知觉线索已得到普遍认同。不过大多数的研究都是单独考虑某 一种线索在刹车行为控制中的作用，而忽略了两种以上线索共同起作用的情况，这与现实中 大量线索存在并能够被同时利用的情况是相悖的。 3 2 本课题研究的问题 本实验采用浸入式虚拟现实技术，用恒定刺激法及线索冲突范式对刹车行为中线索利用 机制进行探讨。实验中模拟小车在隧道中行驶，首先给被试呈现一减速行驶的小车，在小车 速度还未减为0 时，屏敝掉整个场景，并要求被试判断，若小车按照消失前的减速度继续行 驶，是停在障碍物之前还是会与障碍物发生碰撞。障碍物是一个有红蓝纹理分布的正方体， 面积较大，因此能很好的提供t a u 线索。 本研究基于的理论前提：在刹车行为控制中，被试会利用多种线索来进行刹车判断，既 1 0 两南火学硕十学何论文问题提出 曼m =。=。mm m mo n 鲁量皇曼皇曼皇量皇曼曼曼皇曼曼皇量量曼曼曼曼曼曼曼量舅曼 有视觉线索，如，也有一般的物理线索，如距离、减速度等信息。 本研究要检验的理论假设如下：第一，在比较单一的场景中，被试可以根据目标物在视 网膜上成像的变化，即线索来判断刹车情况，从而进行刹车行为控制。第二，环境中其它 物理信息如距离，速度等，也能为刹车行为判断提供可靠线索。第三，当视觉信息与物理信 息均可被利用时，被试倾向于对多种信息进行整合，进而更准确地进行刹车行为判断。 3 3 意义及创新 本研究利用浸入式虚拟现实技术，使得整个实验都是在三维空间场景中进行，从而避免 了计算机二维屏幕提供视觉场景的单一性，同时为刹车行为判断提供了丰富的三维信息( 如深 度线索等) ，提高了实验结果的效度及信度。同时，本研究还将使用恒定刺激法，比较不同线 索提供的视觉信息对被试在刹车判断中采取策略的影响，尽可能排除不可控人为因素的影响， 并有效地探讨刹车行为判断中各种视觉线索的加：e 策略。 3 4 本研究整体构想 本研究采用浸入式虚拟现实技术，使用恒定刺激法呈现刺激条件，对刹车过程中线索的 利用情况进行考察。实验开始时，让被试坐在立体投影仪前。当程序运行时，被试会看到一 辆虚拟车匀速行驶在的隧道中，马上程序中加入相应的减速程序，汽车以一个恒定的减速运 行一段时间后，我们会将整个画面屏蔽。此时要求被试需要根据之前获得的减速度信息来判 断，该汽车若继续以当前减速度运行，是会与目标物发生碰撞还是会停在目标物之前。实验 中通过程序控制呈现的线索条件，从而探讨不同线索对刹车行为的影响。 两南人学硕十学位论文实验一 4 实验一 4 1 实验目的 利用虚拟现实技术模拟在空旷隧道驾驶汽车的情景，让被试进行相应的刹车判断。 4 2 被试 四名西南大学学生( 2 名男生，2 名女生) ，平均年龄2 3 岁，视力或矫治视力正常，听力 正常。其中两名被试有过驾驶经验，开过摩托车和汽车，另外两名被试没有任何驾驶经验。 实验后每位参加者都得到了适当的报酬。 4 3 实验设备和材料 本实验利用虚拟现实技术向被试呈现实验场景。v i r t o o l s3 0 软件编写实验程序并由d e l l 电脑工作站d e l lj w s y q l x 运行，偏正立体投影仪m o d e l l o3 8 v l v 3 0 3 0 1 和m o d e l l o 3 8 v l v 3 0 6 0 1 将立体场景投射到3 米x2 5 米的大屏幕上，分辨率为6 0 h z 。被试配戴偏正眼 镜观看。刹车板系统使用m o m o y e s l o l f d 3 刹车板，能够较好模拟真实汽车的刹车系统，刹 车板受力与程序中的减速度呈线性关系。被试到屏幕的距离是2 米，眼高为1 2 米。声音提示 使用d e l l a 4 2 5 扬声器，扬声器置于屏幕后，不在被试的视线之内。在实验中要求被试双手 置于方向盘上，刹车时踩动刹车板进行刹车。实验场景是个封闭的隧道，四周分布高斯分 布随机点。如图为实验场景图。 1 2 叠霍銮：要吉：譬兰銮銮兰= 4 4 实验设计 实验l 实验场景图 本实验采用2 ( 到达时间) 2 ( 初始速度) 的完全被试内设计，其中两十初始速度分别为 2 0 m o h 和4 0 ”p h 即88 9 m s 和1 77 8 r i d s 到达时间分别为3 秒和6 杪，每种情况重复6 0 次，共2 4 0 次。 实验中记录被试踩剁车的时阿、大小以及反应的正确率。初始速度的选择是依据前人实验中 用到的数据。而到达时间是我们在前人的研究中总结出来的两个值，在碰撞时间的研究中， 研究者发现高于六秒的碰撞时间估计容易出现偏差。 4 5 实验程序 么 西南大学硕士学位论文实验一 本实验分为练习阶段和测试阶段。在实验开始之前给被试呈现标准停止的场景，即小车 恰好停止在目标物跟前，让被试进行感知。- t t 对碰撞情况的界定沿用前人的做法，印在目 标物前后i 米都认为是恰好停住，而在目标物之前一米之外的位置停住记为过早停住在目 标物之后一米外的位置停住印为碰撞。标准刺激呈现十次后，让被试进行练习。被试练习的