该研究采用多目标追踪任务(MOT)对追踪过程中被试的眼动进行记录,探讨追踪过程中的眼动模式及目标数量与刺激物大小变化对眼动模式的影响。结果表明,在追踪过程中,视觉系统采用知觉组织加工策略,以被追踪目标构成的多边形中心为注意中心;追踪成绩受到注意资源限制,随着目标数量的增加,每个目标获得的资源减少;获得较多注意资源的目标更容易被有效追踪,获得资源较少的目标更容易丢失;目标与非目标属性的共同变化不影响追踪眼动模式和追踪成绩。 回转窑烧嘴标签：多目标追踪;眼动模式;注意
1 引言
分布式光学孔径系统在日常生活中,人们经常需要同时对多个运动物体进行追踪,例如,司机在驾驶车辆时不仅要知道自己的位置,还需要对其它车辆进行追踪以避免发生碰撞;观众在观看体育比赛时,需要对球队中的某几个运动员的活动同时进行追踪,了解比赛情况;人们在玩电脑游戏时也要对屏幕上呈现的多个目标同时进行追踪,因此,同时对多个运动物体的追踪研究成为近二十年来视觉研究中的活跃领域。
心理学家Pylyshyn是最早对多个运动物体进行追踪研究的,他提出的视觉索引理论认为\,在视觉系统中存在一个数量有限的前注意索引机制,它会自动与目标绑定并随目标运动而运动,但索引只对物体的空间位置信息进行编码,不对物体的属性信息进行加工。Scholl等人研究发现\,被试能够对物体的位置信息进行加工,但对物体的颜和形状特征不能进行加工;Pylyshyn\也发现,尽管被试能够成功追踪目标,但对目标物身份特征的识别却很困难。而Kahneman等提出的客体档案理论\则认为,客体的特征是能够得到加工的。Bahrami\研究发现,被试对目标物颜和形状改变的识别好于对分心物颜和形状变化的识别;Klieger等\研究表明,当用颜特征将目标物和分心物进行区分时,追踪成绩明显提高;Horowitz等\在研究中,采用了特征都不相同的刺激物,发现视觉系统能够利用物体间的特征差别来提高追踪成绩。因此,此研究拟考察物体的属性特征对视觉追踪的影响程度,鉴于以往研究较少涉及到物体大小特征,此研究将物体大小作为研究变量之一。
由于眼睛运动模式能够为视觉加工提供大量信息,因此,近年来有学者对追踪过程中的眼动情况进行探讨。Fehd & Seiffert\研究发现,当追踪3个目标时,眼睛的注视点会接近由这三个点构成的三角形的中心(以下简称为中心),在追踪4、5个目标时,中心注视的策略很明显;而Zelinsky & Neider\研究却发现,在追踪2个目标时,中心加工的策略很明显;追踪3个目标时,中 心加工的优势消失;追踪4个目标时,表现出注意在目标之间转移的追踪策略,这说明追踪模式会受到目标负荷的影响。为此,文章的另一目的拟探讨追踪过程中的眼动基本模式以及追踪目标数量与眼动模式之间的关系。
2 实验
2.1 被试
17名大学生参加实验,男生5名,女生12名,年龄19~22岁,视力(或矫正视力)正常,觉正常,均为右利手。
2.2 实验仪器与材料
眼动数据由SMI High-speed眼动仪记录,采样率350Hz,被试头部固定,屏幕距被试约65cm,所有刺激物呈现在屏幕中央25.99°×19.64°的矩形内。
研究使用MOT范式,刺激物为10个白圆点(0.7°视角),呈现在黑背景上,用闪烁方式标记为目标。刺激物的起始位置随机,它们在25.99°×19.64°的矩形内运动,当刺激物运动到矩形
边缘时,会被弹回来。刺激物的运动方向随机,运动轨迹为直线,运动速度在4.7°/s至6.5°/s之间,平均运动速度为5.6°/s。
2.3 实验设计与程序自助硬币存取款机
实验为4×3的被试内设计,自变量分别为:追踪目标数量(2、3、4、5个)和刺激物大小变化(不变、变大和变小)。
气体膜分离实验由14个block组成,每个block有13个trial,持续4.5分钟。实验开始,首先在屏幕中央出现“+”字,持续2000ms,之后10个白圆点呈现在屏幕上,其中的2个、3个、4个或5个物体由白变为红,并闪烁5次(3000ms),被标记为目标物,其余颜没有变化的为分心物,之后所有物体都恢复为最初的白,开始随机独立运动。当物体运动2s后,所有物体同时变大(0.9°视角)或变小(0.5°视角)或保持不变,这种变化会持续到5s。5s后物体运动停止,所有刺激物静止在屏幕上,要求被试点出目标物。实验流程见下图。
3 结果
3.1 行为数据
对追踪正确率进行重复测量方差分析,结果显示,目标数量的主效应显著F(3,48)=83.76,p＜0.001,即随着追踪目标数量的增加,追踪成绩显著下降,见图2。追踪2个目标时的成绩显著优于追踪2个以上目标的成绩p＜0.001。追踪目标为3个与4个、5个之间的差异显著p＜0.001,目标为4个与5个之间的差异显著p＜0.001。
刺激物大小变化的主效应不显著;目标数量与刺激物大小变化的交互作用不显著。
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3.2 眼动数据
依据最小距离原则,将每一个采样点上的眼动坐标与所有刺激点的坐标进行比较,把与
刺激点距离最近的眼动坐标作为眼睛的注视位置,据此,将追踪过程中的眼睛注视位置分为注视目标、注视非目标(或分心物)和注视中心,计算这三种注视位置的累积注视时间占总追踪时间(5s)的比率。
3.2.1 不同条件下眼动追踪模式
对不同条件下眼动追踪的基本模式进行分析,结果见表1。
方差分析表明,追踪目标数量的主效应显著F(3,48)=16.13,p＜0.001,即随着追踪数量增加,被试对目标物的注视时间显著减少,对分心物的注视时间逐渐增长。目标为2个与目标为3、4、5个之间的差异显著p＜0.001;当目标为5个时,被试对目标的注视时间最短。
眼动注视位置的主效应显著F(2,32)=98.41,p＜0.001,眼睛注视的三种位置之间差异显著,注视中心的时间显著长于注视目标的时间,注视目标的时间又显著长于注视分心物的时间。
目标数量与注视位置的交互作用显著F(6,96)=3.75,p＜0.05,结果见图3。简单效应表明,在注视目标的水平上,目标数量增加的效应显著F(3,48)=44.67,p＜0.001,当目标为2个时,注视目标的时间最长,随着目标数量增加,注视目标的时间随之下降,当目标为5个时,注视目标的时间最短。在注视非目标的水平上,目标数量增加的效应显著F(3,48)=5.72,p＜0.01,当追踪2个目标时注视非目标的时间最短,随着目标数量增加,注视非目标的时间有所增加。在注视中心的水平上,目标数量增加的效应不显著,注视中心不受目标数量变化的影响,不论追踪目标的多或少,被试都倾向于采用中心注视的策略。
刺激物大小变化的主效应不显著,目标数量与刺激物大小变化的交互作用、刺激物大小变化与眼动模式的交互作用及三因素间的交互作用均不显著。
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3.2.2 正确追踪目标与错误追踪目标之间的眼动比较
将目标追踪的眼动数据分为两类,一类是正确追踪目标的眼动数据,另一类是错误追踪
目标的眼动数据,考察在不同条件下对目标的追踪特点,结果见表2。
方差分析结果显示,目标数量的主效应显著F(3,48)=4.35,p＜0.01,随着目标数量增加,被试对正确追踪目标的注视时间随之减少,对错误追踪目标的注视时间增多。目标追踪结果的主效应显著F(1,16)=145.48,p＜0.001,正确追踪目标的注视时间长于错误追踪目标的注视时间。追踪目标数量与追踪目标眼动之间交互作用显著F(3,48)=38.09,p＜0.001,结果见图4。
4 讨论
4.1 追踪目标数量效应
此研究行为结果表明,在多目标视觉追踪任务中,追踪目标数量的效应非常显著。当追踪目标不超过3个时,追踪正确率可达到85%以上,当目标为5个时,正确率仅为60%;眼动数据也反映出随着追踪目标数量的增多,眼睛对目标的注视时间明显减少,对分心物的注视时间逐渐增多,这说明MOT任务中存在着加工容量的限制。
4.2 刺激物大小变化与视觉追踪的关系
从行为和眼动数据来看,刺激物大小的改变没有对追踪过程造成影响。实验中刺激物大小的改变条件是将所有刺激物都同时变大或变小,所以,在变化的条件下,除了刺激物的空间位置不同外,刺激物的属性特征完全相同,因此,刺激物空间属性的加工对于成功追踪较为重要,在这种条件下,对刺激物的非空间属性的加工是有限的。Klieger等\研究发现,当每个刺激物的颜都不一致时,颜特征对追踪成绩没有帮助,当颜将目标物与分心物区别开时,追踪成绩显著提高。张学民\研究发现,当刺激物的整体特性都一致时,刺激物颜变化对复合刺激追踪的促进作用不显著;当刺激物的整体性被破坏时,颜变化对追踪加工有显著的促进作用,这说明刺激物的属性特征能否得到有效加工是与该信息在追踪任务中所起的作用有关。当这些信息能够有助于对目标的追踪和记忆时,这些信息就能得到加工;当它们对目标的追踪任务没有帮助时,视觉注意系统会将它们忽视。
4.3 视觉追踪过程中的眼动模式
对追踪过程中眼睛注视位置的分析,表明眼睛的注视点会更多的接近由多个目标形成的多边形的中心,这种眼动追踪模式在不同数量的追踪目标条件下都很明显,这与Fehd\等人的研究
结论一致。根据视觉索引理论提出的“一个注意中心”的观点,由注意引导的眼动对目标的加工应该是以序列方式进行的,即注视点会在目标之间转移,而此研究中被试注视点接近目标的概率较小,因此,研究结论不支持“一个注意中心”的观点。Alvarez等\的多焦点模型认为,注意系统存在多个注意的中心,注意能够同时在多个空间位置上分配。根据这一观点,多个注意中心可以引导眼动同时注视多个位置,进而指向几何图形的中心位置,因此,研究结论为这一模型提供了支持。
知觉组织模型认为\,被试在追踪过程中将刺激物知觉为一个视觉物体,以提高追踪成绩。此研究也发现,受到注意资源的限制,将注意同时分配给较多目标是困难的,为了尽可能不丢失目标,被试将多个目标知觉为一个多边形,通过注视多边形的中心减小目标的偏心度,以保证在有限的资源范围内同时兼顾多个目标。此外,多边形的中心能够维持目标物之间的联系,尽管刺激物在不断运动,它们的空间位置在变化,但多边形的中心能在一定程度上帮助被试去估计其它目标可能的位置,因此,中心策略在视觉追踪任务中是比较有效的加工策略,但也应看到,知觉组织是一个自下而上的心理表征过程,它依赖于图形的特点,易受到外界因素的干扰。因此,在较多目标同时运动的条件下,目标之间、目标与分心物之间的交叉重叠都会对知觉组织的形成造成干扰,使知觉组织的作用受到一定的限制,因此,尽管被试在对较多目标追
踪时采用注视中心的加工策略,但追踪正确率并不高。
对正确追踪目标和错误追踪目标之间的眼动模式的比较,发现对正确追踪目标的注视时间显著长于对错误追踪目标的注视时间,被试注视时间较长的目标被追踪得较准确;被试注视时间较短的目标丢失的可能性较大。这一结果与记忆研究中的相继记忆效应有些类似,即在识记阶段,记住项目和未记住项目诱发的脑电之间存在明显差异。
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