Роджер Шепард, Жаклин Метцлер. Мысленное вращение трехмерных фигур

Роджер Шепард, Жаклин Метцлер. Мысленное вращение трехмерных фигур
Добавлено
22.08.2011 (Правка 22.08.2011)

Человек вполне способен установить, что трехмерные объекты, изображенные на плоском рисунке, имеют одинаковую форму, даже если они представлены в совершенно разных ракурсах. Описанный здесь эксперимент был проведен, чтобы измерить, какое время требуется на установление идентичности двух трехмерных фигур в зависимости от того, на какой угол они повернуты друг относительно друга. Разница в положении фигур создавалась как за счет поворота одной из двух фигур в плоскости рисунка, так и за счет более сложного преобразования — поворота одного из объектов «в глубь» рисунка.

Выяснилось, что время ответа в этой задаче а) возрастает с увеличением угла поворота фигур друг относительно друга; б) не становится больше в том случае, когда фигуры повернуты «вглубь», по сравнению с поворотом в плоскости рисунка. Эти факты довольно строго ограничивают возможные объяснения того, каким образом действуют испытуемые, решая, одинаковы ли по форме два по-разному ориентированных объекта. Кроме того, эти объяснения согласуются с теми, которые предлагают сами испытуемые, хотя интроспективные отчеты и нужно интерпретировать с осторожностью. Все участники сообщали, что а) для того чтобы сравнить фигуры, они сначала должны представить один объект в том же ракурсе, что и другой, и что они могут провести это «мысленное вращение» с определенной и ограниченной скоростью; б) поскольку они воспринимают плоские двумерные рисунки как объекты в трехмерном пространстве, они с одинаковой легкостью могут представить их вращение вокруг любой заданной оси.

Каждому из восьми испытуемых, участвовавших в эксперименте, предъявляли 1600 пар рисунков с плоскими изображениями объемных объектов, выполненными по законам линейной перспективы. В каждой пробе участника просили нажимать правую кнопку, если он считал, что на рисунках изображены одинаковые объекты, и левую, если объекты, по его мнению, различались по форме. В половине пар после вращения фигуры совпадали друг с другом («одинаковые» пары, рис. 1, а и б). В другой половине («разные» пары) два объекта не только отличались углом поворота, но и были зеркальным отражением друг друга, то есть не могли совпасть после вращения (рис. 1, в).



Мы использовали в качестве «разных» пар объекты, которые были зеркальными отражениями друг друга (или «изомерами»), для того, чтобы испытуемые не могли обойтись без мысленного вращения, просто замечая какую-нибудь отличительную черту, свойственную только одной из двух фигур, и принимая решение о несовпадении лишь на этом основании. С той же целью в качестве стимульного материала использовались 10 изображенных на плоскости относительно незнакомых и неосмысленных трехмерных объектов. Каждый из объектов состоял из 10 сплошных кубиков, соединенных грань к грани и образующих форму наподобие руки с тремя прямоугольными «локтями» (см. рис. 1). Набор из 10 объектов различных форм состоял из двух равных частей. Ни одна из 5 форм в каждой половине не повторялась, то есть не могла быть получена путем отражения другого объекта или вращением его меньше чем на 360°. При этом каждому объекту из одной половины соответствовал объект из второй, представлявший собой ее зеркальное отображение, что было необходимо для создания «разных» пар.

Для каждого из 10 объектов с помощью компьютера было создано 18 проекций, соответствующих полному обороту вокруг вертикальной оси с шагом в 20°. Затем из них были отобраны по семь для каждого объекта, причем такие, чтобы а) избежать полного загораживания одних частей объекта другими, б) можно было бы составить комбинации пар, в которых ориентация объектов различалась бы на все возможные углы от 0 до 180° с шагом в 20°. Полученные 70 рисунков распечатали и попарно прикрепили к карточкам, которые предъявлялись испытуемым.

В половине «одинаковых» пар объекты были повернуты относительно друг друга по вертикальной оси, а остальные — в плоскости рисунка. И в том, и в другом случае ориентация объектов отличалась на некоторое количество градусов, кратное 20.

В общей сложности каждому испытуемому было показано 1600 карточек. 800 из них относились к «одинаковым» и содержали 400 неповторяющихся пар (20—типа «вращение в глубину», 20 — типа «вращение в плоскости рисунка», по 10 вариантов поворота относительно друг друга), каждая из которых предъявлялась дважды. Остальные 800 карточек, смешанные с этими в случайном порядке, включали в себя 400 «разных» пар, каждая из которых также была предъявлена дважды. Каждой из «разных» пар соответствовала одна из «одинаковых» (либо вида «вращение вглубь», либо «в плоскости рисунка»), однако один из объектов этой пары был заменен его проекцией в какую-либо плоскость. Таким образом, объекты в «разных» парах отличались не только поворотом относительно друг друга, но и проекцией.
1600 карточек были поделены на группы не более чем 200 пар в каждой и предъявлялись испытуемым в течение 8-10 одночасовых сессий. Каждая проба начиналась с предупреждающего сигнала, за которым спустя 0,5 сек. следовало предъявление стимульной пары и одновременно с этим включение таймера. При нажатии на кнопку таймер останавливался, фиксировалось время реакции, и прекращалась экспозиция изображения. Рисунки, максимальный линейный размер которых был в среднем от 4 до 5 см, появлялись на расстоянии около 60 см. от наблюдателя сквозь два круглых отверстия в черной вертикальной поверхности, расположенных симметрично на таком расстоянии друг от друга, что зрительный угол составлял 9° (см. рис. 1, а-в).

Испытуемых инструктировали отвечать как можно быстрее, но при этом стараться не допускать ошибок. В среднем лишь 3,2 % ответов были неправильными (этот показатель меняется от 0,6 до 5,7% у отдельных испытуемых). Данные о времени реакции, представленные ниже, относятся только к правильным ответам (96,8%).

На рисунке 2 общие средние по показателю «время реакции» представлены как функция от величины угла поворота объектов. Эти графики отображают правильные ответы на предъявление «одинаковых» пар отдельно для вращения «в плоскости» рисунка (рис. 2а) и для вращения «в глубь» него (2б). В обоих случаях время реакции представляет собой поразительно четкую линейную функцию от величины поворота двух трехмерных объектов друг относительно друга. Среднее время реакции увеличивалось, начиная с 1 сек. для объектов с углом поворота 0° (у всех испытуемых) до 4-6 сек. (в зависимости от испытуемого), если угол был равен 180°. Более того, несмотря на вариативность наклона прямой, линейность функции совершенно очевидна, когда график построен как по данным отдельного испытуемого, так и по данным для любого из использованных трехмерных объектов.

Конечно, невозможно определить, на какой угол должны быть повернуты объекты из «разных» пар, чтобы достичь совпадения.

Поэтому для «разных» пар нельзя непосредственно построить функцию, подобную той, что изображена на рис. 2. Общее среднее время реакции для всех этих пар составило 3,8 сек. — примерно на секунду дольше, чем аналогичное значение для «одинаковых» пар. (После эксперимента испытуемые обычно сообщали, что они пытались вращением привести в соответствие аналогичные части первого и второго объекта; они догадывались, что объекты различны, когда после проведенного вращения их свободные части все же не совпадали.)



Обе функции, изображенные на рис. 2, линейны, кроме того, они сходны также в том, что касается их наклона. Совпадение функций по форме, возможно, определяется одним и тем же общим процессом в обоих случаях. Если описать этот процесс как своего рода «мысленное вращение в трехмерном пространстве», то наклон полученных функций отражает среднюю скорость, с которой выполняется это вращение, — приблизительно 60° в секунду/

Конечно, время реакции, указанное на графике, с необходимостью включает в себя две составляющие. Во-первых, это время, которое нужно для того, чтобы решить, как обрабатывать рисунки в каждой пробе, и, во-вторых, время на саму обработку после того, как решение принято. Однако показатели времени реакции подчинялись линейной зависимости даже для тренированных испытуемых. Кроме того, в «чистых» группах (где испытуемые заранее знали, вокруг какой оси и в каком направлении нужно вращать объект) время реакции было только на 20 % меньше, чем в «смешанных» группах (где тип вращения был неизвестен). Можно с осторожностью утверждать, что 80% от типичного времени реакции приходится скорее на «мысленное вращение» как таковое, чем на предшествующие процессы подготовки или поиска.




Описание Излагаются результаты революционных исследований мысленного вращения, положивших начало современной проблематики образов. [Когнитивная психология: история и современность. Хрестоматия. / Под ред. М. Фаликман и В. Спиридонова. М., 2011. С.91-96]
Вложенные файлы
  • shepard_0002.jpg
  • shepard_0001.jpg
Рейтинг
0/5 на основе 0 голосов. Медианный рейтинг 0.
Теги , , , ,
Просмотры 3291 просмотров. В среднем 1 просмотров в день.
Похожие статьи