多目标视觉追踪的注意策略及其眼动模式

1、多标觉踪注策及眼模该研究采用多目标追踪任务 对追踪过程中被试的眼动进行记录 ,探 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果表 明 ,在踪过程中 ,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 ; 追踪成绩受到注意资源限制 随着目标数量的增 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。标签：多目标追踪眼动模式;意1 引言在日常生活中 ,们经常需要同时对多个运动物体进行追踪 ,司机在驾 驶车辆时不仅要知道自己的位置 ,还需要对其它辆进行追踪以

2、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 了解比 赛情 ; 人们在玩电脑游戏时也要对屏幕上呈现的多目标同时进行追踪 ,因 , 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 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 ,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 ,对物体 的属性信息进行加工。 等人研究发现被试能够对物体的位置信息进行加 工 ,对物体的颜色和形状特征不能进行加工 也发 管被试能够成 功追踪目标,对目标物身份特征的识别却

3、很困难 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 颜色和形状改变的识别好于对分心物颜色和形状变化的识别 ;Klieger 等 研究表 明 当用颜色特征将目标物和分心物进行区分时 追踪成绩明显提 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 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 因此,近年来有学者对追踪 过程中的眼动情况进行探讨 & 研究发现当追踪 个目标时,睛的 注视点会

4、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 45 个 目标时,心注视的策略很明显而 Zelinsky & 研究却发现,在追 2 目标 时,心加工的策略很明显追 个目标时,心加工的优势消失; 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 ,女生 名,年龄 岁,视力或矫正视力) 正常,觉正常,为右利手。2.2 实验仪器与材料眼动数据由 SMI High-speed 动仪记录采样率 试头部固定,屏幕距 被试约

5、 65cm,所有刺激物呈现在屏幕中央 的矩形内。研究使用 范式,刺激物为 10 个白色圆点(0.7视角),现在黑色背景上, 用闪烁方式标记为目标。刺激物的起始位置随机它们在 的矩形内 运动,刺激物运动到矩形边缘时,被弹回来刺激物的运动方向随机运动轨迹 为直线,动速度在 4.7/s 至 6.5/s 之间,均运动速度为 。2.3 实验设计与程序实验为 43 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)。实验由 14 个 block 组成,个 block 有 个 trial,持续 4.5 分钟。实验开始 首先在屏幕中央出现“ 2000ms,之后 10

6、个白色圆点呈现在屏幕上其中 的 2 个4 或 5 个物体由白色变为红色并闪烁 5 (被标记为目 标物 其余颜色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 后所有物体同时变大(视角)或变小(角或 保持不变,种变化会持续到 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 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 目标时的成绩显著优于追踪 个以上目标的成绩 0.001踪目标为 3

7、个与 4 个、 个之间的差异显著 0.001,目标为 个与 个之间的差异显著 。刺激物大小变化的主效应不显 ; 目标数量与刺激物大小变化的交互作用不 显著。3.2 眼动数据依据最小距离原 ,将每一个采样点上的眼动坐与所有刺激点的坐标进行比较,与刺激点距离最近的眼动坐标作为眼睛的注视位 据此,将追踪过程中的眼睛 注视位置分为注视目标视非目标(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(的比率。 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 。方差分析表明,追踪目标数量的主效应显著 F(3,48)=16.13,p随着追 踪数量增加被试对目标物的注视时

8、间显著减 ,对分心物的注视时间逐渐增长。 目标为 个与目标为 、4、5 之间的差异显著 p0.001;当目标为 个时,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,p0.001,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 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 结果见图 单 效应表明,注视目标的水平上,标数量增加的效应显著 0.001, 当目标为 2 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,目标为 5 时,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

9、,48)=5.72,p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 目标数增加 的效应不显 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 ,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。 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 。方差分析结果显示,目标数量的主效应显著 F(3

10、,48)=4.35,p着目标数 量增加,被试对正确追踪目标的注视时间随之减 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 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,p0.001,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 时,追踪正确率可达到 85%以上,目标为 5 个时,正确 率仅为 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,分心物的注视时间逐渐增多这说明 MOT 任务中

11、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 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 ,所以,在变化的条件 下 ,除刺激物的空间位置不同外 ,刺激物的属性特征完全相 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 研究发现当每个刺激物的颜色都不一致时颜色特征对追踪 成绩没有帮 颜色将目标物与分心物区别开时 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 ,刺激物颜色变化对复合刺激踪的促进 作用不显著;当刺激物的整体性被破坏时 颜色变化

12、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 ,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 ,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,与 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 即注视点会在 目标之间转 而此研究中被试注视点接近目标的概率较小 ,

13、因 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 多个注意中心可以 引导眼动同时注视多个位置 而指向几何图形的中心位置 ,因 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 提 高追踪成绩。此研究也发现 受到注意资源的限制 ,将注意同时分配给多目标是 困难 ,为尽可能不丢失目标 ,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 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 ,管刺激物

14、在不断运动 ,它们的 空间位置在变 ,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 因此 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 ,知觉组织是一个自下而上的心理表征过 ,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 知觉组织的作用受到一定的限制 ,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 ,被注视时间较长的目标被 追踪得较准

15、 ; 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。5 结论在多目标视觉追踪任务中 ,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 试图将注意分配到多个目标上。追踪成绩受到注意 资源的限制随着目标数量的增加 ,配到目标和非目标上的注意资源也发生变 每个目标获得的资源减 ,而分配到每个非目标上的资源有所增加。注意资源的 分配方式直接影响追踪效果 ,追踪过程中获得资较多的目标更容易被有效追踪 而获得资源较少的目标被丢失的可能性较大标与非目标属性的共同变化不会 影响追踪眼

16、动模式和追踪成 ; 追踪过程中注意系统对刺激物时空特征的加工具 有优先性。参考文献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

17、,11(7): 4 Oksama J. Is multiple object tracking carried out automatically byan early vision of cognition? An individual approach. Cognition,2004,11(5): 5 Bahrami B. Object property encoding in object tracking.Visual 949-963.6 S B,Horowitz T object color blind? Journal of 7 Horowitz T D al.Tracking o

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 张学民 李永 复合运动刺激视觉追踪的初步研究 . 心理科 学, 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