Константность видимой величины и видимой формы

Суть проблемы константности видимой величи­ны, как и прочих константностей в зрительном вос­приятии, состоит в том, что видимая величина оп­ределяется скорее дистальным стимулом (физичес­кой величиной объекта), нежели проксимальным стимулом (величиной его сетчаточного изображения или, что то же самое, его угловой величиной). Про­блема здесь в том, что, с одной стороны, если все параметры стимуляции, кроме угловой величины объекта, сохраняются неизменными, видимая вели­чина строго следует угловой величине, т. е. имеет место психофизическая зависимость "видимая вели­чина - угловая величина", и эта зависимость линей­ная. Причем достаточно увеличить угловую величи­ну объекта на 1%, чтобы было заметно изменение его видимой величины, т. е. зрительная система весьма тонко реагирует на различия сетчаточных изображе­ний объектов. С другой стороны, при удалении объек­та мы не замечаем уменьшения его видимой вели­чины**, хотя его угловая величина уменьшается об­ратно пропорционально удаленности. В этом легко убедиться, поместив левую ладонь на расстоянии 25 см от глаз, а правую — на расстоянии 50 см. Не­смотря на то, что угловая величина правой ладони при этом приблизительно вдвое меньше, чем левой, обе ладони воспринимаются равными по величине.

Может сложиться впечатление, что явление кон­стантности состоит в неизменности (константнос­ти) видимой величины предметов при уменьшении их сетчаточного изображения, вызванного удалени­ем этих предметов от наблюдателя. Само собой на­прашивается при этом предположение о том, что зрительная система учитывает изменение абсолют­ной удаленности объекта и компенсирует уменьше­ние его сетчаточного изображения с удалением объекта от наблюдателя. На первый взгляд, такая точка зрения не лишена смысла, поскольку опыты показывают, что уменьшение числа признаков аб­солютной удаленности (так называемая редукция признаков) приводит к исчезновению константно­сти величины. При этом чем больше редуцированы признаки, тем менее компенсируется уменьшение сетчаточного изображения объектов с увеличением удаленности (Holway, Boring, 1941). При полной ре­дукции наблюдается полная аконстантность видимой величины, а именно видимая величина строго сле­дует угловой величине объекта (как иногда говорят, следует закону для угла зрения).

Брунсвик (Brunswik, 1956) и Таулесс (Touless, 1931) независимо друг от друга предложили меру

* Логвиненко А.Д.Зрительное восприятиепространства. М.:Изд-во Моск. ун-та, 1981. С. 178-183, 187-195.** Если удалениене превышает нескольких метров.

компенсации изменения проксимального стимула с изменением удаленности (или наклона, если речь идет о форме). Они вычисляли отношение величины осуществившейся компенсации к величине требуе­мой (для полной константности) компенсации. Это отношение получило название коэффициента кон­стантности. Если компенсация полная, что соот­ветствует явлению константности, коэффициент константности равен единице. Если компенсация вовсе отсутствует, что соответствует явлению акон-стантности, то коэффициент константности равен нулю. В терминах коэффициента константности ре­зультаты Холуэя и Боринга могут быть сформулиро­ваны так: редукция признаков вызывает редукцию коэффициента константности от единицы до нуля. Последующие исследования подтвердили этот факт. Переход от стимульной ситуации, богатой зритель­ными признаками, к ситуации, менее насыщенной ими, вызывает уменьшение коэффициента констан­тности как для видимой величины (Meneghini, Leibowitz, 1967; Leibowitz, Harvey, 1967, 1969), так и для видимой формы (Eissler, 1933; Stavrianos, 1945; Langdon, 1951, 1953, 1955; Nelson, hartley, 1956; Leibowitz et al, 1957; Epstein, Park, 1963).

Боринг предложил называть величину сетчаточ­ного изображения объекта ядерным стимулом, а все остальные проксимальные стимулы, которые постав­ляют информацию об абсолютной удаленности и позволяют скомпенсировать уменьшение сетчаточ­ного стимула, — контекстными стимулами (Boring, 1946). Видимая величина, по его мнению, определя­ется балансом между ядерным и контекстными сти­мулами — чем меньше контекстных стимулов, тем более доминирует ядерный стимул. Этот вариант объяснения константности, исходя из идеи компен­сации, получил название ядерно-контекстной тео­рии (Allport, 1955).

Серьезным недостатком любой теории констант­ности, исходящей из идеи компенсации перспек­тивных искажений сетчаточных изображений, явля­ется то, что это — теория для явления полной кон­стантности. Эта теория предполагает, что в ситуа­ции, богатой признаками удаленности, происходит полная компенсация перспективных искажений сет­чаточного образа, результатом чего является констант­ность в зрительном восприятии. Однако легко убе­диться, что весьма существенное отклонение от кон­стантности видимой величины может иметь место и без редукции признаков. Для этого достаточно взгля­нуть вниз из окна высотного дома или из иллюми­натора самолета. Люди внизу выглядят очень малень­кими, их видимая величина существенно меньше величины людей, находящихся рядом.

Еще более важным, на наш взгляд, представля­ется то обстоятельство, что при экспериментальном исследовании константности оказалось, что полная константность (коэффициент константности, равный единице) встречается крайне редко. Как правило, измеренный в эксперименте коэффициент констант­ности принимает промежуточное значение в интер­вале между нулем и единицей. Причем, если выбор­ка испытуемых достаточно велика, то для коэффи­циента константности можно получить практически любое значение. Большой интериндивидуальный раз­брос результатов встретился уже в первом исследо-

вании константности видимой формы (Thouless, 1932). Большая индивидуальная изменчивость коэффици­ента константности видимой формы отмечалась позд­нее еще рядом авторов (Sheehan, 1938; Moore, 1938; Weber, 1939; Lichte, 1952; Langdon, 1953, 1955).

50 испытуемых приняли участие в эксперимен­те, проведенном нами для определения коэффици­ента константности видимой формы. Испытуемому с расстояния полутора метров предъявлялись два прямоугольника: эталонный и измеритель. Эталон­ный прямоугольник имел равные ширину и высоту (100x100 мм) и предъявлялся всегда наклоненным на угол а. Его размеры в течение всего эксперимента не менялись. Прямоугольник-измеритель, напротив, всегда имел одну и ту же ориентацию, но мог изме­нить свою форму: его высота могла уменьшаться или увеличиваться. Испытуемому предоставляли возмож­ность управлять изменением высоты прямоугольни­ка-измерителя и просили подобрать для него такую высоту, чтобы его видимая форма была идентична видимой форме наклоненного прямоугольника-эта­лона. Иными словами, методом установки (Guilford, 1954) определялась точка субъективного равенства высоты наклоненного квадрата-эталона и фронталь­но расположенного прямоугольника-измерителя. Поскольку различие между формами эталона и из­мерителя в основном сводилось к различию по вы­соте, то это различие и было взятс в качестве коли­чественной меры различия по форме. Коэффициент константности в этом случае можно определить по такой формуле:

V- Р ~ R-P

где R - высота прямоугольника-эталона; Р — проекционная высота прямоугольника-эталона. Если а — угол наклона эталона, то Р = R-cosa; V — высота прямоугольника-измерителя, при которой он вос­принимается идентичным по форме прямоугольни­ку-эталону.

Поясним смысл этой формулы. Поскольку сет-чаточная форма фронтально расположенного пря­моугольника-измерителя совпадает с его физичес­кой формой (нет наклона, следовательно, нет перс­пективных искажений и нет поэтому рассогласова­ния между формой дистального и проксимального стимулов), то его видимая форма идентична физи­ческой форме. А поскольку по инструкции испытуе­мый должен был подравнять видимую форму изме­рителя к видимой форме эталона, то физическая форма измерителя идентична не только видимой форме измерителя, но и видимой форме эталона, поэтому она входит в формулу как видимая форма эталона V. Таким образом, в числителе формулы стоит разность между соответствующими параметрами ви­димой и проекционной форм эталона, т, е. величи­на компенсации перспективных искажений, кото­рую реально осуществила зрительная система. В зна­менателе — разность между соответствующими па­раметрами реальной и проекционной форм этало­на, т. е. требуемая компенсация. Значит, это действи­тельно отношение Брунсвика — Таулесса. <...>

Инвариантные соотношения в восприятии

Явление константности в зрительном восприя­тии свидетельствует о том, что проксимальный сти­мул не является единственной детерминантой для зрительного образа, который скорее соответствует дистальному стимулу, нежели проксимальному. А это в свою очередь означает, что в зрительном восприя­тии пространства существуют явления, которые не укладываются в обычную психофизическую логику: дистальный стимул -»проксимальный стимул -+ зри­тельный образ. Первая стрелка описывает физичес­кое соотношение дистального и проксимального сти­мулов, вторая — психофизическую связь между сти­мулом и образом. В этом месте будет полезно сделать более гибкой используемую терминологию. Стимул и образ — это слишком глобальные понятия. Мы бу­дем говорить дистальный параметр стимула (напри­мер, физическая величина), проксимальный параметр (зрительный угол) и феноменальный параметр обра­за (видимая величина). Явление константности, на­пример, константность видимой глубины, показы­вает, что феноменальный параметр образа (видимая глубина) может детерминироваться не только соот­ветствующим проксимальным параметром стимула, т. е. диспаратностью, но и некоторым другим фено­менальным параметром (видимой удаленностью). Еще одной иллюстрацией этого положения может слу­жить так называемая комната Эймса (Ittelson, 1952). В плане эта комната имеет вид трапеции. Если два оди­наковых по росту человека встанут вдоль задней стен­ки по углам, то угловая величина одного из них (того, который в дальнем углу) будет вдвое меньше угло­вой величины другого. Демонстрация Эймса состоит в том, что с помощью специально подобранных при­знаков удаленности создается иллюзия того, что комната имеет обычную прямоугольную форму, т. е. видимая удаленность этих стоящих по разным углам людей одинакова. Феномен состоит в том, что чело­век, находящийся в дальнем углу, кажется вдвое меньшим.

Наиболее интересным в этой демонстрации яв­ляется то, что видимая величина не просто измени­лась, а уменьшилась ровно во столько раз, во сколь­ко раз уменьшилась видимая дистанция. Это позво­лило Эймсу и его сотрудникам сформулировать прин­цип, согласно которому зрительный угол детермини­рует не видимую величину, а отношение видимой вели­чины к видимой удаленности. Этот же принцип Эймса формулируют еще и так: при неизменной величине зрительного угла отношение видимой величины к видимой удаленности остается неизменным или, как иногда говорят, инвариантным. Любой из феноме­нальных параметров, входящих в инвариантное от­ношение, может измениться, как это случилось, например, в комнате Эймса, но при этом неизбеж­но произойдет изменение и другого феноменально­го параметра.

Следует подчеркнуть, что за утверждением о су­ществовании в восприятии инвариантных отноше­ний (или более сложных соотношений) лежит логи­ка, принципиально отличная от психофизической.

В психофизическом подходе, например, видимая уда­ленность считается функцией от некоторых парамет­ров проксимального стимула. В принципе Эймса же утверждается, что видимая удаленность является функ­цией не только от параметров проксимального сти­мула, но и от других феноменальных параметров образа, например, от видимой величины. Можно сказать, что феноменальные параметры образа вза­имодействуют. В дальнейшем такой вид взаимодей­ствий мы будем называть перцептивными взаимодей­ствиями.

Инвариантность отношения видимой величины и видимой удаленности

Этот вид инвариантного соотношения, на суще­ствование которого, пожалуй, впервые указал Коф-фка (Koffka, 1935), наиболее исследован. Его можно выразить следующей простой формулой: проксималь­ная величина стимула (т. е. зрительный угол) однозначно определяет отношение видимой вели­чины и видимой удаленности. В дальнейшем пара­метры дистального стимула будем обозначать боль­шими латинскими буквами, например, S — физи­ческая величина объекта; D — физическая удален­ность объекта от наблюдателя; Д/> — физическая от­носительная удаленность объектов. Соответствующие им феноменальные параметры образа будем обозна­чать этими же буквами, но с чертой сверху, напри­мер, S — видимая величина_ предмета; D ~ видимая абсолютная удаленность; AD — видимая относитель­ная удаленность. Буквы греческого алфавита будем использовать для обозначения параметров прокси­мального стимула. Напомним уже встречавшиеся у нас обозначения: а — зрительный угол (проксималь­ная величина объекта); g — конвергенционный угол; h — диспаратность. В этих обозначениях инвариант­ность отношения "видимая величина — видимая уда­ленность" может быть выражена следующей формулой:

a = k

где к - коэффициент пропорциональности.

Легко убедиться в том, что изменение видимой величины объекта в комнате Эймса происходит в полном соответствии с этой формулой. Были прове­дены многочисленные исследования, в которых про­верялось выполнение инвариантности отношения "видимая величина — видимая удаленность" (Kil-patrick, Ittelson, 1953; Ittelson, 1960; Epstein et ai, 1961). Экспериментальной проверке зачастую подвергалась не сама формула, а различные ее следствия.

Одним из следствий формулы является утверж­дение о том, что видимая величина предмета про­порциональна видимой удаленности, если прокси­мальная величина стимула постоянна: S= kD , если а = const. Убедиться в справедливости этого ут­верждения не просто, поскольку при приближении объекта к наблюдателю происходит не только умень­шение видимой удаленности, но и увеличение зри­тельного угла. Проверить это утверждение можно лишь в лабораторном эксперименте, сохраняя по­стоянным зрительный угол и изменяя расстояние до

объекта. Такие эксперименты были проведены (Lawson, Gulick, 1967; Fineman, 1971). Испытуемым предъявлялись стереограммы Юлеша и предлагалось оценить величину и относительную удаленность цен­трального квадрата. Физические размеры централь­ного квадрата и соответственно его зрительный угол сохранялись постоянными, в то время как диспа­ратность и соответственно видимая удаленность ва­рьировались. Была получена линейная зависимость видимой величины от видимой удаленности в пол­ном согласии со следствием из формулы.

Это же следствие можно проверить по-иному, используя послеобразы, сетчаточная величина ко­торых неизменна. Будет ли изменяться видимая на экране величина послеобраза пропорционально рас­стоянию до экрана? Оказывается, да. Исследования, проведенные Эммертом, позволили ему сформули­ровать правило, названное впоследствии законом Эмме рта: величина послеобраза пропорциональна его абсолютной удаленности. Более поздние иссле­дования показали, что речь идет именно о видимой удаленности послеобраза.

Второе следствие из инвариантности отношения видимая величина — видимая удаленность можно из­влечь из формулы, положив D = const. При посто­янной видимой удаленности видимая величина дол­жна изменяться прямо пропорционально зритель­ному углу, т. е. S = ка , если D = const . В этом след­ствии нетрудно узнать сформулированный выше за­кон угла зрения, или явление аконстантности вели­чины.

В рамках концепции перцептивных взаимодей­ствий находит свое объяснение аконстантность вос­приятия при редукции зрительных признаков. Было показано, что в стимульных ситуациях с редуциро­ванными признаками возникают так называемые "тенденция к равноудаленности" и "тенденция к спе­цифической удаленности" (Gogel, 1973). Тенденция к спегифической удаленности состоит в том, что при полной (насколько это возможно) редукции признаков человек воспринимает объекты располо­женными на одной и той же удаленности от себя. Прямые субъективные оценки (в метрах) показыва­ют, что эта специфическая удаленность составляет 1,5 : 2,5 м (GogA, 1969a, b).

Тенденция к равноудаленности состоит в том, что при редукции признаков редуцируется видимая относительная удаленность, создается впечатление, что все объекты расположены как бы в одной плос­кости (Gogel, 1956). Как указывает Годжел, впервые обративший внимание на существование этих тен­денций в нашем восприятии, это именно тенден­ции, а не законы восприятия для пространства, пол­ностью лишенного зрительных признаков, посколь­ку они проявляются и при наличии зрительных при­знаков. Проявление этих тенденций может заключать­ся в ослаблении эффективности зрительного при­знака (Gogel et al, 1954; Gogel, 1971).

Из существования тенденций к равноудаленнос­ти и специфической удаленности следует, что в реду­цированной стимульной ситуации воспринимаемая удаленность объектов будет иметь тенденцию быть постоянной. Следовательно, воспринимаемая величи­на будет иметь тенденцию восприниматься аконстан-тно, что и имеет место в действительности.

Третье следствие из гипотезы инвариантности соотношения "видимая величина — видимая удален­ность" относится к случаям, в которых величина вос­принимаемого объекта хорошо известна по прошлому опыту, а признаки удаленности редуцированы, т.е. D = to"¹, если S= const. Иначе говоря, если видимая величина воспринимаемого объекта известна, то ви­димая удаленность будет обратно пропорциональна углу зрения. Это положение было экспериментально доказано в классическом эксперименте с картами (Ittelson, 1960). Испытуемым предъявлялись три иг­ральные карты в условиях полной редукции призна­ков удаленности. Каждая карта помещалась на од­ном и том же физическом расстоянии от наблюда­теля. Однако размеры карт были неодинаковы: одна была нормальной величины, другая - вдвое боль­ше, а третья — вдвое меньше обычной. Испытуемые оценивали удаленность этих карт. Согласно гипотезе инвариантности, большая карта должна быть лока­лизована в два раза ближе, а меньшая — в два раза дальше нормальной карты. Результаты эксперимента находились в полном соответствии с гипотезой ин­вариантности.

Еще одно следствие из инвариантности отноше­ния "видимая величина - видимая удаленность" со­стоит в том, что при изменении зрительного угла видимая величина постоянна, если удаленность из­меняется обратно пропорционально зрительному углу. Согласно данному следствию, величина объекта бу­дет восприниматься неизменной, если наблюдатель верно воспринимает изменение физического рассто­яния до объекта, т. е. воспринимает увеличение рас­стояния до объекта при уменьшении зрительного угла и уменьшение расстояния до него при увеличении зрительного угла. Но это и есть не что иное, как яв­ление константности видимой величины.

Вместе с тем существуют факты, указывающие на то, что инвариантность отношения "видимая ве­личина - видимая удаленность" иногда нарушается. Так, в опытах по оценке величины на разных уда-ленностях обнаружена тенденция к возрастающей пе­реоценке величины с увеличением физического рас­стояния до объекта. Из инвариантности отношения видимых величины и удаленности следует, что дол­жна существовать аналогичная тенденция и для оцен­ки удаленности. Однако на самом деле существует обратная тенденция: с удалением отрезки дистан­ции недооцениваются (Gilinsky, 1951). Далее, в од­них и тех же экспериментальных условиях может встретиться как недооценка видимой величины объекта при переоценке видимой удаленности, так и, наоборот, переоценка видимой величины при недооценке видимой удаленности. И, наконец, в ряде ситуаций факторы, влияющие на один из парамет­ров (величину или удаленность), не влияют на дру­гие (Epstein et al., 1961).

Прочие инвариантные соотношения в восприятии

[Ранее] упоминались инвариантные отношения, связывающие видимую глубину и видимую удален­ность:

D

D

где AD — видимая относительная удаленность;

D— видимая абсолютная удаленность;

7 - диспаратность;

k_v к₂ — коэффициенты пропорциональности.

Там же отмечалось, что для удаленностей до двух метров справедливо первое из этих отношений, для больших удаленностей — второе.

Годжел описал еще одно инвариантное соотно­шение, которое связывает видимую глубину и види­мую величину, с одной стороны, и диспаратность и зрительный угол - с другой (Gogel, 1960):

AD n

Т ⁼ *«

где AD — видимая относительная удаленность;

S — видимая величина;

1) - диспаратность;

а - проксимальная величина;

к — коэффициент пропорциональности.

Смысл инвариантного соотношения состоит в том, что не только видимая абсолютная удаленность, но и видимая величина может определять видимую глубину.

Иногда перцептивные явления, лежащие в ос­нове инвариантных соотношений, интерпретируют в терминах "шкалирования". Так, говорят, что види­мая абсолютная удаленность шкалирует диспарат­ность. Имеется в виду, что видимая удаленность как бы задает шкалу, масштаб для перевода диспаратно-сти в видимую глубину. Если изменится масштаб, изменится и видимая глубина. В этой терминологии инвариантное соотношение означает, что видимая величина может шкалировать диспаратность с таким же успехом, как и видимая абсолютная удаленность.

Видимая абсолютная удаленность может шкали­ровать не только сетчаточную величину и диспарат­ность, но и сетчаточную скорость движения. Было показано, что существует инвариантность отноше­ния видимых скоростей и абсолютной удаленности. Это отношение с точностью до коэффициента про­порциональности равно сетчаточной скорости (Rock et al., 1968).

Помимо приведенных инвариантных соотношений существует ряд экспериментальных фактов, указыва­ющих на наличие других перцептивных взаимодей­ствий. Так, было показано, что разностные пороги воспринимаемого движения определяются не сетча­точной, а видимой скоростью (Brown, 1931 а, Ь). Поро­ги стробоскопического движения определяются ско­рее не проксимальным пространственным интерсти-мульным интервалом, а видимым (СогЫп, 1942; Attneave, Block, 1973). Более того, наличие проксимального (сет-чаточного) смещения в отсутствие видимого смеще­ния вообще не вызывает стробоскопического эффек­та (Rock, Ebenholtz, 1962). Сила и продолжительность послеэффекта движения (спиральный послеэффект) монотонно возрастают с увеличением видимой уда­ленности поля, на котором он наблюдается (Williams, Collins, 1970; Mehling et al., 1972).