空间知觉

　　空间知觉是人对客观世界物体的空间关系的认识。它包括形状知觉、大小知觉、深度与距离知觉、方位知觉与空间定向等。空间知觉在人与周围环境的相互作用中有重要作用。如果人们不能认识物体的形状、大小、距离、方位等空间特性，就不能正常地生存。

　　一、形状知觉

　　形状是物体所有属性中最重要的属性。“大千世界，色形而已”。我们要认识世界,就必须分辨物体的形状。形状知觉是人类和动物共同具有的知觉能力。但是，由于劳动和社会生活的作用，使人类产生了特有的形状知觉的能力，如识别文字的能力,分辨各种劳动产品和各种复杂社会表情的能力等。形状知觉是视觉、触觉、动觉协同活动的结果。通过视觉，人们得到了物体在网膜上的投影形状;通过触觉和动觉,人们探索眷物体的外形。它们的协同活动，提供了物体形状的信息。

　　(一)形状的特征分析

　　许多心理学家相信，对形的识别开始于对原始特征(primitive featurte)的分析与检测。这些原始特征包括点、线条、角度、朝向和运动等。视觉系统对这些特征的检测是自动的，无需意识的努力。我们可以用一个视觉搜索(visual search)的实验来证明这一点。给被试呈现一组图形， 要求被试判断其中是否有目标图形。如果日标图形是“O"，而周围的图形是“V"， 那么被试能很快发现目标图形，而且“V”的数目不影响检测“O”的速度。这是因为目标图形为曲线图形，而背景图形为直线图形。他们的差别发生在原始特征的水平上。在这种情况下，视觉系统不需要注视每个图形，图形的原始特征似乎是自动跳出来(pop out)的。正像我们在前面已经说过的，对图形的原始特征的分析，是由视觉系统的特征检测器来完成的。

　　(二)轮廓与图形

　　图形可以定义为视野中的一个面积，它借助可见的轮廓而从其余部分分离出来。因此，在图形中，轮廓代表了图形及其背景的一个分界面，它是在视野中邻近的成分出现明度或颜色的突然变化时出现的。

　　一个物体的轮廓，不仅受空间上邻近的其他物体轮廓的影响，而且也受时间上前后出现的物体轮廓的影响。例如，在银幕上相继投射两个图形，前面“个为目标图形(圆盘)，后面一个为掩蔽图形(圆环)，两个图形呈现的时间各为20ms,中间相隔100ms。

　　结果显示，在连续呈现时，被试只看到一个中心空着的黑色圆环，面圆盘却消失不见了。这是因为在短暂呈现的条件下，赝盘的轮廊尚未形成，因面被圆环所掩蔽。这种现象叫轮廓的掩蔽或图形掩蔽。它说明人们在知觉物体形状时，轮廓的形成是需要时间的。

　　当客观上不存在刺激的梯度变化时，人们在一片同质的视野中也能看到轮廓，这种轮廓叫主观轮廓(subjectivecontour)或错觉轮廓(ilusory contour)。有人认为，主观轮廓表现了视觉系统的一个特点;当视野中出现不完整因索时，枧觉系统倾向于把它们完整起来，变成比较简单、稳定、正规化的图形。也有人认为，主观轮廓是由于明度对比产生的。

　　(三)图形的组成

　　视野中的哪些成分容易结合为一个图形?从20世纪初以来，心理学家对这一问题进行过一系列研究, 提出了如下一些图形组织的原则:

　　1.邻近性(proxinity)。 在其他条件相同时，空间上彼此接近的部分，容易组成为图形。

　　2.相似性(similaity)。视野中相似的成分容易组成图形。

　　3.对称性(symmetry)。 在视野中，对称的部分容易组成图形。

　　4.良好连续(good continuation)。

　　5.共同命运(common fate)。

　　6.封闭(closure)。 视野中封闭的线段容易组成图形。

　　7.线条方向(ineorientation)。

　　8.简单性(minimum)。 视野中具有简单结构的部分，容易组成图形。

　　(三)图形识别

　　人们利用已有的知识经验和当前获得的信息，确定知觉到的图形是什么，叫做图形识别( pttern recognition)。这是形状知觉中比特征分析更高的一个阶段。图形识别要求入们对复合特征进行加工，这种加工具有序列搜索的特点。我们仍用视觉搜索的实验来说明。如果在绿色“O”和红色“V"中要求被试搜索红色“O”(目标)，这时只搜索“()”的圆形特征和红的特征就不够了。被试必需同时搜索具有这两种特征的目标，这时被试对目标的搜索时间明显随着背景中项目数的增加而延长，说明被试的搜索是序列的，而不是并行的。

　　人对图形的识别不仅依赖于当前输入的信息，而且依赖于人们已有的知识和经验。当入们期待某种图形时，这种知觉期待将易化对图形的识别。如果我们先呈现一个单词“医生”，接眷再呈现另一个单词“护士",由丁这两个单词间存在语义的联系，那么前面呈现的单词将使对后一个单词的识别加快。这种现象叫启动(priming)现象。

　　(四)注意在图形知觉中的作用

　　在形状知觉的研究中，有一个非常重要的理论问题，就是人脑如何将不同的特征联合在起的问题，在神经科学和心理学中叫特征捆绑问题(feature binding problem)。现代的一些研究认为， 在特征整合中注意起着非常重要的作用、在没有注意参加时，特征可能是游离的，因而可能出现错误的结合;在注意的参与下，人们叮能知觉到事物的整体(Treisman, 1986)。

　　(五)眼动与形状知觉

　　在形状知觉中，眼动具有重要的意义。眼动可分两人类: . 一类是微小的、不随意的眼动，如微跳、漂移、生理震颤;一类足随意的、较大的跟动，如眼跳和追踪等。

　　微动对维持视觉映象，避免网膜因注视而产生的局部适应有重要的意义。如果用稳定网像(stabilizcd images on 1he retina)的技术，使某一物体的投影(像)始终落在网膜的一个固定位胃上，从而排除眼球的微动，那么，人们看到的图形最初很清晰，然后很快减弱，最后趋于消失，只留卜个均匀的灰色视野。可见，微动开始虽然对感知物体形状没有作用，但对维持物体形状知觉的稳定性是有作用的。

　　跳动是另一种重要的眼动。它是眼睛从一个注视点到另一个注视点的单个运功。眼跳发生在以下三种情况下:用眼睛搜索要观察的物体;主要将眼睛由一个物体(或物体的一部分)转移注视另一物体(或部分);当刺激落在视野边缘时，使物体回到视野中央。

　　研究发现，眼跳中的注视与信息提取有关。当人们观看一张图片时，眼睛的注视点总是集中在图形的轮廓部位，或不能预测的不寻常的细节上。而眼跳则保证了对新的信息的提取。由于人们面临的观察任务不同，眼跳的模武也不同。让被试观察一幅家庭图片，如果要求被试估计这个家庭的经济状况，那么，他的注视点便集中在室内的家具和妇女的服装上; 如果让被试估计画中人物的年龄，他的注视点主要集中在人物的面部。 研究还发现，冉认图形的成绩依赖于观察时注视点的数量。注视点的数量越大，以后认出该图片的可能性就越大。

　　二、大小知觉

　　(一)大小一距离不变假设

我们知觉的物体大小与物体在网膜上投影的大小有关系。前面我们讲过，网像的大小服从于几何投影的规律:距离远，同一物体在网膜上的投影小;距离近，同一物体在网膜上的投影大。用公式表示为:

A=A/D

　　a指网膜投影的大小，A指物体的大小，D指对象与眼睛的距离。公式的含义是,网膜投影的大小与物体的大小成正比，而与距离成反比。

　　由于网像的大小与知觉距离有关，因此，人们不能仅仅根据网像的大小来判断物体的大小。在距离相等时，网像大，说明物体大;网像小，说明物体小。在网像恒定时，距离大，说明物体大;距离小,说明物体小。也就是说,人们在知觉物体大小时,似乎不自觉地解决了大小与距离的关系,即物体大小=网膜大小X距离。这就是大小距离不变假设。它指出,一个特定的网像大小说明了知觉大小和知觉距离的一种不变的关系。

　　我们可以用霍尔威和波林(Holway & Boring, 1941) 的一个实验来说明大小与距离的关系。

　　实验中，让被试坐在两个狭长甬道的交界处，两个甬道互成直角。

　　标准刺激是一些发亮的圆盘，它和被试的距离在10英尺~ 120英尺范围内变化，而圆盘所对的视角不变(1°视角)。比较刺激放在甬道的另一端，它与被试的距离为10英尺。被试的任务是调节比较圆盘的大小，直到与某个距离的标准圆盘完全匹配为止。观察的条件有四种，双眼观察、单眼观察、单眼+人工瞳孔、单眼+人工瞳孔+减缩幕。从结果我们看到，在双眼和单眼观察的条件下，由于周围环境提供了物体距离的线索，被试对物体实际大小的判断较准确(接近于大小恒常性)。相反，在增加了人工瞳孔和减缩幕时，由于环境中的距离线索减少，被试精确估计大小的能力明显破坏。在这种情况下，他们只能根据网像的大小来知觉。

　　根据大小一距离不变假设，如果有两个物体，它们在网膜上的投影相等，而环境中的距离线索告诉我们，一个物体的知觉距离大于另一个物体的知觉距离。那么，距离大的物体看去显大，而距离小的看去显小。如果两个物体的知觉距离相等，而网膜投影一大、一小，那么，投影大的物体看去大，投影小的物体看去小。如果一个物体的视距加大一倍，而网像减少一倍，那么，物体眷去的大小没有变化。总之，人们在进行大小知觉时，同时考虑了网膜投影的大小和知觉距离。环境中的距离线索和网膜投影的大小，都给人们提供了物体大小的信息。人们能保持大小恒常性，原因也在这里。

　　(二)物体的熟悉性对大小知觉的作用

　　日常生活中，许多物体的大小是人们所熟悉的。例如，一支铅笔的长度大约为14厘米~18厘米，一个茶杯的高度大约为12 厘米~13厘米，某个同学的高度约为1.80米，等等。当物体距离改变时，虽然网膜投影的大小随之改变，但熟悉的大小使人们能较准确地知觉到物体的实际大小。

　　(三)邻近物体的大小对比

　　有两个实际大小相等的物体，当一个物体处在细小物体的包围中，而另一个物体处在较大物体的包围中时，我们知觉到的物体大小是不相同的。在大的物体包围中的物体显得小，而在小的物体包围中的物体显得大。在这种情况下，物体在网膜上的投影相等，而观察的距离也一样，它们在大小上的差别，是由于网膜上两个或两个以上的投影比例造成的。

　　(四)体态变化与大小知觉

　　人类通常以直立的姿势感知外部世界。身体姿势和环境间的正常关系是维持大小恒常性的重要条件。当观察者的身体姿势发生变化时，大小知觉恒常性会受到影响(荆其诚等，1987)。 在一项研究中，荆其诚等用气球作为视觉刺激，要求观察者在250米的运动场上判断物体的大小。标准剌激是一个直径32厘米固定大小的气球，将其分别放在离观察者50米、100米、150 米、200米或250米的不同距离上。比较刺激是放在离观察者1米远地方的另一个气球，要求观察者向气球内充气,调节它的大小，使它与在不同距离上的标准刺激大小相同。结果显示，当观察者直坐时，在50米~ 150米距离上，大小恒常性保持得很好，但在200米~250米处，大小恒常性被破坏了。当观察者俯视或仰视时，知觉大小都缩小了。

　　三、深度知觉和距离知觉

　　人们不仅能够知觉物体的形状，而且能够知觉物体的深度和距离。形状知觉属于二维空间的知觉，而深度知觉涉及三维空间的知觉，即不仅能够知觉物体的高和宽，而且能够知觉物体的距离、深度、凹凸等。

　　距离知觉、深度知觉比形状知觉更复杂。200多年以前，贝克莱在他的著作(视觉新论) (1709年) 中，就曾提出:“距离本身是看不见的....因为距离既是以其一端对着眼的一条直线，因此，它只能在眼底下投入一点。而且不论距离长短，这一点总是不变的。”贝克莱否定物体在网膜上的映象有可能提供距离的线索，而认为这一切都是经验的结果。在他看来，距离知觉依赖于经验，而不依赖于感官的判断。这就把经验与感官的作用割裂开来。贝克莱是一位唯心主义的哲学家，他对深度知觉的看法是和他的唯心主义的基本立场一致的。

　　那么，人们怎样才能知觉物体的距离与深度?哪些因素提供了深度与距离的线索呢?根据心理学和邻近科学的研究，这类线索有:

　　(一)肌肉线索(生理线索)

　　人眼在观看不同距离的物体时，会出现调节和辐合等一系列变化，对人们分辨物体的距离有一定意义。

　　1.调节。它是指水晶体的形状(曲度)由于距离的改变而变化。例如:看近处的物体，眼睛的水晶体曲度变大;物体移向远方，眼睛的水晶体曲度变小。水晶体曲度的变化是由改变睫状肌的紧张度来实现的。睫状肌发出的动作冲动，为分辨物体的距离提供了一个可能的信息来源。睫状肌收缩，水晶体变厚;睫状肌宽松，水晶体变薄，从而报告了物体的远近。

　　调节作用只能在较小的距离范围内起作用。彼特(Peter, 1955) 曾进行一项实验,在不同距离上给被试呈现两个圆盘，圆盘的直径可以调节，使它对眼睛形成的视角不变。结果发现，当标准圆盘放在距离130厘米处时，比较圆盘的距离不得超过70厘米，被试才能把它看成较近些。两个图形的距离差(1.3 米一0.7米)，等于0.6 屈光度的调节差。总之，调节作用对分辨深度和距离的作用较小。它只在几米(1 米~2米)范围内有效，而且也不很精确。

　　2.辐合。辐合是指眼睛随距离的改变而将视轴会聚到被注视的物体上。辐合是双眼的机能。由于辐合，物像落在两眼网膜的中央窝内，从而获得清晰的视像。辐合可用辐合角来表示。物体近，辐合角大;物体远，辐合角小。根据辐合角的大小，人们也能获得距离的信息。

　　关于调节和辐合在距离知党中的作用，贝克莱早就有过说明，但没有对两者的作用分别加以考察。以后阿格里(Ogle, 1959) 和武德沃斯(Woodworth, 1938) 在综合评论了有关的文献后指出:调节在深度知觉中只有很小的作用，辐合的作用较大。但不同被试使用这种生理线索的能力也有差异。戈吉(Goge， 1961)、 埋查兹和米勒(Richards& Miller, 1969) 发现，在25名被试中，约有1/3的入很少使用辐合来判断距离。

　　(二)单眼线索

　　单眼线索是指用一只眼睛就能感受的深度线索。这些线索包括以下几种。

　　1.对象重叠(遮挡) (object interposition)。物体相互遮挡是判断物体前后关系的重要条件。如果一个物体部分地掩盖了另一个物体，那么被掩盖的物体就被知觉成远些。

　　2.线条透视(linearperspcctive)。两条向远方伸延的平行线看来趋于接近，就是线条透视。

　　线条透视是由于空间的对象在一个平面(网膜)上的几何投影造成的。物体在网膜上投影的大小，随物体与观察者距离的增加而下降。近处物体所占视角大，在网膜上投影大;远处物体占视角小，在网膜上投影小，因而使两条向远方伸延的直线看起来趋于接近。

　　3.空气透视(aerial perspective)。物体反射的光线在传送过程中是有变化的，其中包括空气的过滤和引起的光线的散射。结果，远处物体显得模糊，细节不如近物清晰。人们根据这种线索也能推知物体的距离。在空气新鲜、阳光充足的条件下，人们常常觉得远山就在近处，就是由于不能有效地利用空气透视的结果。

　　4.相对高度(relativeheight)。在其他条件相等时，视野中两个物体相对位置较高的那一个，就显得远些。我们看一张风景照片，照片上位置较高的景物，常常给人以较远的感觉。

　　5.纹理梯度(结构级差)( texture gradient)。这是指视野中的物体在网膜上的投影大小和投影密度发生有层次的变化。例如，当你抬头看一扇砖墙时， 墙上面的砖块在你的网膜上的投影较小，而投影密度较大;下面的砖块在网膜上的投影较大，而投影密度则较小，从而形成视网膜上的纹理梯度。如果我们远望沙滩上的石头，情况也这样。

　　6.运动视差与运动透视。当观察者与周围环境中的物体相对运动时(包括观察者移动自己的头部，或观察者随运动着的物体而移动)，远近不同的物体在运动速度和运动方向上将出现差异。一般说，近处物体看去移动得快，方向相反;远处物体移动较慢，方向相同。这就是运动视差。当我们乘坐火车或汽车时，从车窗望出去，就会看到这种相对的运动。它提供了物体远近的线索。

　　运动视差(motion parallax) 是由于在同一时间内距离不同的物体在网膜上运动的范围不同:近处物体视角大，在网膜上运动的范围大，而远处物体视角小，在网膜上运动的范用小，因而产生不同的速度印象。

　　当观察者向前移动时，视野中的景物也会连续活动。近处物体流动的速度大，远处的物体流动的速度小，这种现象叫运动透视(motion perspective)。 根据景物流动的不同速度可以判断物体的远近。

　　(三)双眼线索——两眼视差

　　人们知觉物体的距离与深度，主要依赖于两眼提供的线索，叫两眼视差( binocular parallax)。 人有两只眼睛，它们之间大约相隔65mm当找们观看一个物体，两眼视轴辐合在这个物体上时，物体的映象将落在两眼网膜的对应点上。这时如果将两眼网膜重叠起来，它们的视像应该重合在一起，即看到单一、清晰的物体。根据这一事实，当两眼辐合到空间中的一点时，我们可以确定一个假想的平面，这个平面上的所有各点都将刺激两眼网膜的对应区域。这个表面就叫视觉单像区(horopter)。 它可以定义为在一定的辐合条件下，在网膜对应区域的成像空间中所有各点的轨迹。位于视觉单像区的物体，都将落在网膜对应点面形成单个的映象。

　　如果我们看到的一个物体不在视觉单像区内,它们的视像就将落在两眼网膜的非对应点上，形成不同程度的视差。这时将两眼网膜重叠起来,视像的相对位置将出现差异。物体离单像区越远，视差的程度就越大。视差的大小给人们提供了远近和距离的信息。

　　如果两眼成像的网膜部位相差太大，那么人们看到的将是双像，即把同一个物体看成两个。例如，我们用右手举起一支铅笔，让它和远处墙角的直线平行。这时如果我们注视远处墙角的直线，那么近处的铅笔就将出现双像;如果我们注视近处的铅笔，远处的墙角直线就将出现双像。

　　总之，双眼视差对知觉深度和距离有重要的意义。当物体的视像落在两眼网膜的对应部位时，人们看到单一的物体;当视像落在网膜非对应部位而差别不大时，人们将看到深度与距离;两眼视差进一步加大，人们将看到双像。双眼深度线索随距离增加而变化，当距离超过1300米时，两眼视轴平行，双眼视差为零，对判断距离便不起作用了。

　　四、方位定向

　　方位定向(orientation) 是指对物体的空间关系、位置和对机体自身所在空间位置的知觉。动物和人都具有方位定向的能力，如:蜜蜂飞出数里以外采蜜，能按照原来的方向返回自己的窝中;信鸽能传递千里以外的信息，准确无误地飞抵自己的目的地;山鹰从高空俯冲而下，准确地捕获自己的猎物;人能分辨上下、左右、前后;等等。

　　方位定向是各种感觉协同活动的结果。不同物种在方位定向中凭借的感官不完全相同，如:鸽子主要接受地球磁场的影响;蝙蝠主要根据飞翔时发出的声音;狗主要凭借视觉、昕觉和嗅觉定向。对人类来说，视觉与听觉在定向中有特别重要的作用。

　　(一)视党的方位定向

　　当人们用眼睛环视周围环境时，环境中的物体就在视网膜上形成了不同的投影，如日光灯吊在房顶下、花盆放在窗台上、日历挂在墙中央等。这些物体在视网膜上投影的相对位置不同，因而提供了它们的空间方位的信号。

　　人的视觉定向必须借助于各种主客观的参照物。例如，太阳的位置和地球的磁场，是人们判断东南西北的参照物。太阳升起的方向是东，落下的方向是西。地磁的南极为北，地磁的北极为南等。天空和地面是人们判断上下的参照物，天空为上，地面为下。

　　当人们飞向太空、飞往月球时，从地球来说是上升，而从月球来说，则是下降。人体和外物的关系，是人们判断前后、左右的参照物。位于自已身体左侧的物体在左方，位于自已身体右侧的物体在右方;面对的物体在前方，背后的物体在后方等。以上这些参照物叫做原始的参照物或参照系。

　　从原始参照物中分出更具体的定向指标，在视觉定向中也起重要的作用。例如，根据太阳和地磁的方位，我们确定北京在中国的北方，天津在北京的东方等。根据天空与地面的关系，我们确定天花板在上方，地板在下方;树梢在上方，树根在下方等。同样，根据人体和外物的关系，我们可以进一步确定书架在台灯的左方，人在台灯的右方等。

　　由于生活习惯的影响，不同国家、地区的人习惯采用的定向指标可能不一样。例如，我国南方人惯于用自己的身体定向，当你向他们问路时，回答总是说向左、向右等。而北方人则惯于用太阳作定向的指标。因此，在回答问路时总是说向西、向东，往南拐等。人们还习惯于说“北上”，“南下”。这种说法常使一些幼儿不能理解为什么有由南向北的河流。

　　视觉定向不是天生的，而是后天学会的。在视觉定向中，视觉、触觉、动觉、前庭觉的联合作用有重要的意义。

　　{二)听觉的方位定向

　　人耳能判断声源的方位，这是大家很熟悉的。例如，根据声源的方向，我们可以在人群中找到呼唤你的朋友，可以在草丛中发现振翅鸣叫的蟋蟀。用耳朵确定声源的方位，就叫听觉的方位定向。

　　研究听觉的空间方向，常采用一种名叫音笼的仪器。被试戴上眼罩坐在音笼的椅子上，头部由支架固定不动。他的任务是判断出现在不同方位的声音。根据音笼实验的结果，人的听觉定向有以下几个规律:

　　(1)对来自人体左右两侧的声源容易分辨，从不互相混淆。当一个声源偏离头部中切面(或两耳轴线的垂直平面) 2°~3°时，人们就能正确判断声音是来自左方或右方。

　　这说明人耳确定左右方向的能力是很精细的。随着声源偏离头部中切面的角度加大，判断左右声源的方向就越容易。

　　(2)头部中切面上的声音容易混淆。当声源在头部中切面2°~3°范围内时，被试容易判断声音在中间，但难以分辨它是前是后，或是左是右。例如，他们把上方的声音误认为来自下方，把前方的声音误认为来自后方等。这时，只有转动头部才能对声源进行正确的定向。如果头向右转，左耳听到的声音更清晰，那么声源在前方;如果右耳听到的声音更清晰，那么声源在后方。

　　(3)如果以两耳联线的中点为顶点作一圆锥，那么从圆锥面上各点发出的声音容易混淆，如误前为后、误上为下等等。

　　人耳为什么能分辨声源的方向?

　　人有两只耳朵，它们分别长在头部的左、右两侧，中间相隔约27.5厘米。这样，同一声源到达两耳的距离不同，便产生了两耳刺激的时间差、强度差和位相差。这是人耳进行声音定向的主要线索。

　　时间差是指声源从不同方向传入两耳的时间差别。声源在正前方，与两耳的距离相等;声音同时传到两耳，时差为0。当声源偏离头部中切面3°时，两耳的时差为0.00003秒，当声源在头部一侧90°时，两耳的时差最大，约为0.0006秒~0.0008秒。

　　人耳能够分辨的时间差为0.00001秒。由于这样精细的分辨能力，因而叮以对声源的方向作出准确的判断。

　　强度差是指同一声源从不同方向传到两耳时，在两耳造成的强度差别。例如，当声源在头部一侧90°，声音的频率为10000Hz时，两耳的强度差可达20dB。两耳的强度差随声音频率的不同而不同。低频声音的波长大于头宽，它的传播不受头部的阻挠，因而在两耳造成的强度差较小;而高频声音的波长小于头宽，在传递途中受头部阻挠，因而两耳的强度差较明显。

　　在声音的方位定向中，除了耳朵的作用外，动觉和视觉也起作用。例如，在探测声源方向时，头部朝向声源的方向，这是动觉的作用。在听东西时，人们同时也注视着它，这是视觉的作用。在礼堂听报告时，我们看着报告人，声音似乎来自前方;闭上眼睛，就知道声音是直接从旁边的扩音器来的。