多目標(biāo)視覺追蹤的注意策略及其眼動模式

1、多標(biāo)覺蹤注策及眼模該研究采用多目標(biāo)追蹤任務(wù) 對追蹤過程中被試的眼動進(jìn)行記錄 ,探 追蹤過程中的眼動模式及目標(biāo)數(shù)量與刺激物大小變化對眼動模式的影響果表 明 ,在蹤過程中 ,覺系統(tǒng)采用知覺組織加工策略 ,以被追蹤目標(biāo)構(gòu)成的多邊形 中心為注意中 ; 追蹤成績受到注意資源限制 隨著目標(biāo)數(shù)量的增 個目標(biāo)獲 得的資源減少; 獲得較多注意資源的目標(biāo)更容易被有效追蹤 獲得資源較少的目標(biāo) 更容易丟失;目標(biāo)與非目標(biāo)屬性的共同變化不影響追蹤眼動模式和追蹤成績。標(biāo)簽：多目標(biāo)追蹤眼動模式;意1 引言在日常生活中 ,們經(jīng)常需要同時對多個運(yùn)動物體進(jìn)行追蹤 ,司機(jī)在駕 駛車輛時不僅要知道自己的位置 ,還需要對其它輛進(jìn)行追蹤以

2、避免發(fā)生碰撞 觀 眾在觀看體育比賽時 ,需要對球隊(duì)中的某幾個運(yùn)動員的活動同時進(jìn)行追 了解比 賽情 ; 人們在玩電腦游戲時也要對屏幕上呈現(xiàn)的多目標(biāo)同時進(jìn)行追蹤 ,因 , 同時對多個運(yùn)動物體的追蹤研究成為近二十年來視覺研究中的活躍領(lǐng)域。心理學(xué)家 是最早對多個運(yùn)動物體進(jìn)行追蹤研究的他提出的視覺索 引理論認(rèn) ,在視覺系統(tǒng)中存在一個數(shù)量有限的前注意索引機(jī)制 它會自動與目 標(biāo)綁定并隨目標(biāo)運(yùn)動而運(yùn)動 但索引只對物體的空間位置信息進(jìn)行編 ,對物體 的屬性信息進(jìn)行加工。 等人研究發(fā)現(xiàn)被試能夠?qū)ξ矬w的位置信息進(jìn)行加 工 ,對物體的顏色和形狀特征不能進(jìn)行加工 也發(fā) 管被試能夠成 功追蹤目標(biāo),對目標(biāo)物身份特征的識別卻

3、很困難 等提出的客體檔 案理論則認(rèn)為 客體的特征是能夠得到加工的 Bahrami研究發(fā)現(xiàn)被試對目標(biāo)物 顏色和形狀改變的識別好于對分心物顏色和形狀變化的識別 ;Klieger 等 研究表 明 當(dāng)用顏色特征將目標(biāo)物和分心物進(jìn)行區(qū)分時 追蹤成績明顯提 等 在研究中采用了特征都不相同的刺激物 ,發(fā)現(xiàn)視覺系統(tǒng)能夠利用物體的特征差 別來提高追蹤成績。因此 此研究擬考察物體的屬性特征對視覺追蹤的影響程 鑒于以往研究較少涉及到物體大小特征,此研究將物體大小作為研究變量之一。由于眼睛運(yùn)動模式能夠?yàn)橐曈X加工提供大量信 因此,近年來有學(xué)者對追蹤 過程中的眼動情況進(jìn)行探討 & 研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)追蹤 個目標(biāo)時,睛的 注視點(diǎn)會

4、接近由這三個點(diǎn)構(gòu)成的三角形的中心(以下簡稱為中心)在追蹤 45 個 目標(biāo)時,心注視的策略很明顯而 Zelinsky & 研究卻發(fā)現(xiàn),在追 2 目標(biāo) 時,心加工的策略很明顯追 個目標(biāo)時,心加工的優(yōu)勢消失; 個目標(biāo)時, 表現(xiàn)出注意在目標(biāo)之間轉(zhuǎn)移的追蹤策略 這說明追蹤模式會受到目標(biāo)負(fù)荷的影 響。為此 文章的另一目的擬探討追蹤過程中的眼動基本模式以及追蹤目標(biāo)數(shù)量 與眼動模式之間的關(guān)系。2 實(shí)驗(yàn)2.1 被試17 名大學(xué)生參加實(shí)驗(yàn),男生 ,女生 名,年齡 歲,視力或矯正視力) 正常,覺正常,為右利手。2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與材料眼動數(shù)據(jù)由 SMI High-speed 動儀記錄采樣率 試頭部固定,屏幕距 被試約

5、 65cm,所有刺激物呈現(xiàn)在屏幕中央 的矩形內(nèi)。研究使用 范式,刺激物為 10 個白色圓點(diǎn)(0.7視角),現(xiàn)在黑色背景上, 用閃爍方式標(biāo)記為目標(biāo)。刺激物的起始位置隨機(jī)它們在 的矩形內(nèi) 運(yùn)動,刺激物運(yùn)動到矩形邊緣時,被彈回來刺激物的運(yùn)動方向隨機(jī)運(yùn)動軌跡 為直線,動速度在 4.7/s 至 6.5/s 之間,均運(yùn)動速度為 。2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與程序?qū)嶒?yàn)為 43 被試內(nèi)設(shè)計(jì)自變量分別為追蹤目標(biāo)數(shù)量(2、3、4、5 個和刺 激物大小變化(不變、變大和變小)。實(shí)驗(yàn)由 14 個 block 組成,個 block 有 個 trial,持續(xù) 4.5 分鐘。實(shí)驗(yàn)開始 首先在屏幕中央出現(xiàn)“ 2000ms,之后 10

6、個白色圓點(diǎn)呈現(xiàn)在屏幕上其中 的 2 個4 或 5 個物體由白色變?yōu)榧t色并閃爍 5 (被標(biāo)記為目 標(biāo)物 其余顏色沒有變化的為分心物 ,之后所有物體都恢復(fù)為最初的白 開始隨 機(jī)獨(dú)立運(yùn)動。當(dāng)物體運(yùn)動 后所有物體同時變大(視角)或變小(角或 保持不變,種變化會持續(xù)到 5s 后物體運(yùn)動停止 所有刺激物靜止在屏幕上 要求被試點(diǎn)出目標(biāo)物。實(shí)驗(yàn)流程見下圖。3 結(jié)果3.1 行為數(shù)據(jù)對追蹤正確率進(jìn)行重復(fù)測量方差分析 結(jié)果顯示 目標(biāo)數(shù)量的主效應(yīng)顯著 F(3,48)=83.76,p 即隨著追蹤目標(biāo)數(shù)量的增加 追蹤成績顯著下降 ,見圖 2。 追蹤 2 目標(biāo)時的成績顯著優(yōu)于追蹤 個以上目標(biāo)的成績 0.001蹤目標(biāo)為 3

7、個與 4 個、 個之間的差異顯著 0.001,目標(biāo)為 個與 個之間的差異顯著 。刺激物大小變化的主效應(yīng)不顯 ; 目標(biāo)數(shù)量與刺激物大小變化的交互作用不 顯著。3.2 眼動數(shù)據(jù)依據(jù)最小距離原 ,將每一個采樣點(diǎn)上的眼動坐與所有刺激點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比較,與刺激點(diǎn)距離最近的眼動坐標(biāo)作為眼睛的注視位 據(jù)此,將追蹤過程中的眼睛 注視位置分為注視目標(biāo)視非目標(biāo)(或分心物)和注視中心計(jì)算這三種注視位置 的累積注視時間占總追蹤時間(的比率。 不同條件下眼動追蹤模式對不同條件下眼動追蹤的基本模式進(jìn)行分析結(jié)果見表 。方差分析表明,追蹤目標(biāo)數(shù)量的主效應(yīng)顯著 F(3,48)=16.13,p隨著追 蹤數(shù)量增加被試對目標(biāo)物的注視時

8、間顯著減 ,對分心物的注視時間逐漸增長。 目標(biāo)為 個與目標(biāo)為 、4、5 之間的差異顯著 p0.001;當(dāng)目標(biāo)為 個時,試 對目標(biāo)的注視時間最短。眼動注視位置的主效應(yīng)顯著 F(2,32)=98.41,p0.001,眼睛注視的三種位置之 間差異顯著注視中心的時間顯著長于注視目標(biāo)的時 注視目標(biāo)的時間又顯著長 于注視分心物的時間。目標(biāo)數(shù)量與注視位置的交互作用顯著 結(jié)果見圖 單 效應(yīng)表明,注視目標(biāo)的水平上,標(biāo)數(shù)量增加的效應(yīng)顯著 0.001, 當(dāng)目標(biāo)為 2 時注視目標(biāo)的時間最長,隨著目標(biāo)數(shù)量增加,注視目標(biāo)的時間隨之下 降,目標(biāo)為 5 時,視目標(biāo)的時間最短在注視非目標(biāo)的水平上目標(biāo)數(shù)量增加 的效應(yīng)顯著 F(3

9、,48)=5.72,p當(dāng)追蹤 2 個目標(biāo)時注視非目標(biāo)的時間最短,隨著 目標(biāo)數(shù)量增加 注視非目標(biāo)的時間有所增加。在注視中心的水平 目標(biāo)數(shù)增加 的效應(yīng)不顯 注視中心不受目標(biāo)數(shù)量變化的影響 ,不論追蹤目標(biāo)的多或少 ,試 都傾向于采用中心注視的策略。刺激物大小變化的主效應(yīng)不顯著 ,目標(biāo)數(shù)量與刺物大小變化的交互作用、 刺激物大小變化與眼動模式的交互作用及三因素間的交互作用均不顯著。 正確追蹤目標(biāo)與錯誤追蹤目標(biāo)之間的眼動比較將目標(biāo)追蹤的眼動數(shù)據(jù)分為兩類 一類是正確追蹤目標(biāo)的眼動數(shù)據(jù) 另一類是 錯誤追蹤目標(biāo)的眼動數(shù)據(jù),考察在不同條件下對目標(biāo)的追蹤特點(diǎn)結(jié)果見表 。方差分析結(jié)果顯示,目標(biāo)數(shù)量的主效應(yīng)顯著 F(3

10、,48)=4.35,p著目標(biāo)數(shù) 量增加,被試對正確追蹤目標(biāo)的注視時間隨之減 對錯誤追蹤目標(biāo)的注視時間增 多目標(biāo)追蹤結(jié)果的主效應(yīng)顯著 0.001,正確追蹤目標(biāo)的注視時 間長于錯誤追蹤目標(biāo)的注視時間蹤目標(biāo)數(shù)量與追蹤目標(biāo)眼動之間交互作用顯 著 F(3,48)=38.09,p0.001,結(jié)果見圖 4。4 討論4.1 追蹤目標(biāo)數(shù)量效應(yīng)此研究行為結(jié)果表明 在多目標(biāo)視覺追蹤任務(wù)中追蹤目標(biāo)數(shù)量的效應(yīng)非常顯 著當(dāng)追蹤目標(biāo)不超過 3 時,追蹤正確率可達(dá)到 85%以上,目標(biāo)為 5 個時,正確 率僅為 眼動數(shù)據(jù)也反映出隨著追蹤目標(biāo)數(shù)量的增多眼睛對目標(biāo)的注視時間 明顯減少,分心物的注視時間逐漸增多這說明 MOT 任務(wù)中

11、存在著加工容量的 限制。4.2 刺激物大小變化與視覺追蹤的關(guān)系從行為和眼動數(shù)據(jù)來 刺激物大小的改變沒有對追蹤過程造成影響。實(shí)驗(yàn) 中刺激物大小的改變條件是將所有刺激物都同時變大或變 ,所以,在變化的條件 下 ,除刺激物的空間位置不同外 ,刺激物的屬性特征完全相 此 ,刺激物空間 屬性的加工對于成功追蹤較為重要 在這種條件下 ,對刺激物的非空間屬性的加工 是有限的 研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)每個刺激物的顏色都不一致時顏色特征對追蹤 成績沒有幫 顏色將目標(biāo)物與分心物區(qū)別開時 蹤成績顯著提高。張學(xué)民 研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)刺激物的整體特性都一致時 ,刺激物顏色變化對復(fù)合刺激蹤的促進(jìn) 作用不顯著;當(dāng)刺激物的整體性被破壞時 顏色變化

12、對追蹤加工有顯著的促進(jìn)作用 這說明刺激物的屬性特征能否得到有效加工是與該信息在追蹤任務(wù)中所起的作 用有關(guān)。當(dāng)這些信息能夠有助于對目標(biāo)的追蹤和記憶時 ,些信息就能得到加工 ; 當(dāng)它們對目標(biāo)的追蹤任務(wù)沒有幫助時,視覺注意統(tǒng)會將它們忽視。4.3 視覺追蹤過程中的眼動模式對追蹤過程中眼睛注視位置的分析 ,表明眼睛的注視點(diǎn)會更多的接近由多個 目標(biāo)形成的多邊形的中 ,這種眼動追蹤模式在不同數(shù)量的追蹤目標(biāo)條件下都很 明顯,與 等人的研究結(jié)論一致。根據(jù)視覺索引理論提出的一個注意中心” 的觀點(diǎn),由注意引導(dǎo)的眼動對目標(biāo)的加工應(yīng)該是以序列方式進(jìn)行 即注視點(diǎn)會在 目標(biāo)之間轉(zhuǎn) 而此研究中被試注視點(diǎn)接近目標(biāo)的概率較小 ,

13、因 研究結(jié)論不支 持“一個注意中心”的觀點(diǎn)Alvarez 等的多焦點(diǎn)模型認(rèn)為注意系統(tǒng)存在多個注意 的中心,注意能夠同時在多個空間位置上分配。根據(jù)這一觀 多個注意中心可以 引導(dǎo)眼動同時注視多個位置 而指向幾何圖形的中心位置 ,因 研究結(jié)論為這 一模型提供了支持。知覺組織模型認(rèn)為 ,被試在追蹤過程中將刺激物知覺為一個視覺物體 提 高追蹤成績。此研究也發(fā)現(xiàn) 受到注意資源的限制 ,將注意同時分配給多目標(biāo)是 困難 ,為盡可能不丟失目標(biāo) ,試將多個目標(biāo)知覺為一個多邊形 ,通過注視多 邊形的中心減小目標(biāo)的偏心 以保證在有限的資源范圍內(nèi)同時兼顧多個目標(biāo)。 此外 多邊形的中心能夠維持目標(biāo)物之間的聯(lián)系 ,管刺激物

14、在不斷運(yùn)動 ,它們的 空間位置在變 ,但多邊形的中心能在一定程度上幫助被試去估計(jì)其它目標(biāo)可能 的位 因此 心策略在視覺追蹤任務(wù)中是比較有效的加工策略 ,但也應(yīng)看 ,知覺組織是一個自下而上的心理表征過 ,它依賴于圖形的特點(diǎn)易受到外界因素的 干擾。因此在較多目標(biāo)同時運(yùn)動的條件下 ,目標(biāo)之間、目標(biāo)與分心物之間的交叉 重疊都會對知覺組織的形成造成干擾 知覺組織的作用受到一定的限制 ,此 盡管被試在對較多目標(biāo)追蹤時采用注視中心的加工策略但追蹤正確率并不高。對正確追蹤目標(biāo)和錯誤追蹤目標(biāo)之間的眼動模式的比較 發(fā)現(xiàn)對正確追蹤目 標(biāo)的注視時間顯著長于對錯誤追蹤目標(biāo)的注視時間 ,被注視時間較長的目標(biāo)被 追蹤得較準(zhǔn)

15、 ; 被試注視時間較短的目標(biāo)丟失的可能性較大。這一結(jié)果與記憶研 究中的相繼記憶效應(yīng)有些類似 即在識記階段 記住項(xiàng)目和未記住項(xiàng)目誘發(fā)的腦電 之間存在明顯差異。5 結(jié)論在多目標(biāo)視覺追蹤任務(wù)中 ,視覺系統(tǒng)采用知覺組織加工策略 ,以被追蹤目標(biāo)構(gòu) 成的多邊形中心為注意中 試圖將注意分配到多個目標(biāo)上。追蹤成績受到注意 資源的限制隨著目標(biāo)數(shù)量的增加 ,配到目標(biāo)和非目標(biāo)上的注意資源也發(fā)生變 每個目標(biāo)獲得的資源減 ,而分配到每個非目標(biāo)上的資源有所增加。注意資源的 分配方式直接影響追蹤效果 ,追蹤過程中獲得資較多的目標(biāo)更容易被有效追蹤 而獲得資源較少的目標(biāo)被丟失的可能性較大標(biāo)與非目標(biāo)屬性的共同變化不會 影響追蹤眼

16、動模式和追蹤成 ; 追蹤過程中注意系統(tǒng)對刺激物時空特征的加工具 有優(yōu)先性。參考文獻(xiàn)1 Z Visual objects,and situated vision. Cognition,2001,80(1): 127-158.2 Scholl B Z W,Franconeri S L. The between object-based from multiple Submitted for 3 Pylyshyn Z Some puzzling findings in multiple object tracking:Tracking without of Visual Cognition,2004

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18、bjects.Perception & 172-184.8 Fehd movements during multiple do participants look? 201-209.9 G,Neider An eye movement of object in a environment.Visual 10 張學(xué)民 李永 復(fù)合運(yùn)動刺激視覺追蹤的初步研究 . 心理科 學(xué), 11 Alvarez G,Cavanagh for in the left right hemifields. Psychological Science,2005,16(8): 637-643.12 Yantis attention 295-340.Attentional the Pattern of Movements