Особенности позы и восприятия учащимися искусственных трехмерных образов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности позы и восприятия учащимися искусственных трехмерных образов

Содержание

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Функциональная система зрительного восприятия

1.2 Подсистемы анализа трехмерной формы и пространственных отношений

1.3 Зрение и поза человека

Глава 2. Результаты и обсуждение

Заключение

Список литературы

Введение

Внедрение в образовательный процесс и повседневную жизнь различных компьютерных технологий, связанных с построением трехмерных изображений (3Д видеофильмов, трехмерных виртуальных образов, 3Д компьютерных игр, 3Д тренажеров) выявило целый ряд проблем, обусловленных появлением у человека дискомфорта и трудностей восприятия искусственных трехмерных образов. Одни из них могут быть связаны с физическими факторами. Например, с изменением геометрических отношений между глазами и экраном и изменением физических сигналов, поступающих на сетчатки глаз от экранного изображения в зависимости от расположения человека и экрана монитора, теле или киноэкрана [20]. Другие вызваны психофизиологическими особенностями зрительного восприятия и двигательной активности человека, или неявными нарушения бинокулярного зрения и т.п. [20].

Компьютерные технологии, связанные с созданием трехмерных искусственных образов, предъявляют определенные требования к исходной позе наблюдателя. Как правило, это поза, рассчитанная на вертикальную ориентацию головы. Наклон головы приводит к изменению геометрических взаимоотношений горизонтальных и вертикальных меридиан экрана монитора и главных меридиан сетчатки глаз. При этом меняется положение проекции экранных изображений в сетчаточных координатах и осложняются психофизиологические процессы, направленные на константность пространственного восприятия. Это сказывается на функциональном состоянии и успешности выполнения человеком рабочих задач. У учащихся снижается непроизвольное внимание, развивается утомление. В связи с этим, одним из актуальных вопросов, связанным с использованием компьютерных 3Д технологий, является исследование возможных вариаций позы человека при создании трехмерных искусственных образов.

Цель исследования: изучить влияние позы человека на восприятие трехмерных искусственных образов, связанных с работой бинокулярного стереоскопического зрения.

Для создания искусственных трехмерных образов мы предъявляли человеку неоднозначную фигуру (куб Неккера), а также, видеоклип с иллюзиями вращения неоднозначных фигур: силуэта фигуры человека и куба, что создавало особые условий зрительного восприятия, способствующие проявлению законов функционирования центральных отделов зрительной системы.

Задачи исследования:

1. Выявить особенности проявления иллюзии куба Неккера в зависимости от наиболее часто встречающихся вариантов позы сидения:

- с вертикально ориентированной головой;

- наклонив голову вправо;

- наклонив голову влево;

- откинув голову на спинку стула;

- подложив под себя ведущую ногу.

2. Изучить особенности восприятия иллюзии вращения в зависимости от скорости вращения неоднозначных фигур (силуэта фигуры человека и куба) и позы человека.

3 .Провести сравнительный анализ влияния позы наблюдателя на восприятие иллюзии переворотов куба Неккера и иллюзий вращения фигур.

Объект исследования: зрительное восприятие

Предмет исследования: особенности проявления пространственных зрительных эффектов и иллюзий вращения в зависимости от позы человека.

Гипотеза: особенности проявления пространственных зрительных эффектов и иллюзий вращения неоднозначных фигур могут зависеть от позы человека. изображение психофизиологический восприятие

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Функциональная система зрительного восприятия

Зрительное восприятие это совокупность процессов построения зрительного образа мира на основе сенсорной информации, получаемой с помощью зрительного аппарата. Функциональная система зрительного восприятия включает в себя все элементы функциональных систем: афферентный синтез, стадию принятия решения, формирование акцептора действия, формирование самого действия (эфферетный синтез), многокомпонентное действие, достижение результата, обратная афферентация о параметрах достигнутого результата и сопоставление его с ранее сформировавшейся моделью результата в акцепторе результата действия. [4].

Необходимо отметить, что в афферентном синтезе зрительного восприятия участвуют все анатомические уровни зрительной системы, начиная с рецепторов и завершая корой головного мозга, а также другие биологические модальности. Организация всех звеньев зрительной системы сформирована в процессе онто- и филогенеза. Первичные процессы рецепции связаны, как с деятельностью сенсорного аппарата, так и с согласованной работой моторного и проприоцептивного аппаратов. В сенсорном зрительном компоненте рецепции передача нервного импульса проходит по параллельным путям, соединяющими сетчатки правого и левого глаза с вышележащими зрительными центрами. Существует строгая ретинотопическая упорядоченность в зрительном нерве и оптическом тракте и тонкая пространственная координация параллельных афферентных связей сетчатки со зрительными структурами среднего, промежуточного и конечного мозга.

В процессе афферентного синтеза происходит постоянное сопоставление результата первичной рецепции с сенсорной и пространственной моделями, образующимися в головном мозге. Целостное зрительное восприятие формируется и совершенствуется при активном взаимодействии организма с окружающим миром, на основе интеграции полисенсорных результатов пространственного ощущения и зрительно-кинестетической памяти.

На стадии принятия решения происходят многоуровневые процессы отбора необходимой информации. Уже на уровне сетчатки начинается отбор информации, осуществляется защита вышестоящих структур от переизбытка информации, на следующих этапах рецепции также происходят процессы зрительного подавления.

После принятия решения, в ходе выполнения многокомпонентного действия происходит реализация в полном объеме сенсорного, моторного и проприоцептивного механизмов. Следует отметить, что моторный механизм направлен на обеспечение константности зрительного изображения, качества изображения в каждом глазу, восприятия размерности объектов, и достигается за счет функционирования систем глазодвигательных мышц, систем конвергенции, дивергенции, аккомодации и других механизмов биомеханики зрительного акта.

На основе взаимодействия сенсорного, моторного, проприоцептивного механизмов вырабатывается результат действия, - сформированный адекватный зрительный образ, который в норме можно считать адекватным полученному зрительному стимулу. Он, путем обратной афферентации оценивается на соответствие достигнутого результата исходной потребности организма. На основе сигнализации о потребности происходит избирательное возбуждение специальных афферентных и эфферентных нервных центров. Последние затрагивают все уровни рецепции (необходимо отметить, что на уровне сетчатки центробежные волокна образуют синаптические контакты с биполярами и амакриновыми клетками, а не с фоторецепторами). Оценка зрительного образа происходит по следующим параметрам: перцепция размера и качества (формы, цвета, контрастности) и перцепция трехмерного пространства, детекция удаленности в пространстве [16]. Результатом работы функциональной системы зрительного восприятия является адекватный зрительный образ.

Хорошо известно, что обработка сигналов, несущих информацию о разных аспектах рассматриваемого окружения (форме и цвете объектов, их пространственном расположении, характере движения) осуществляется разными совокупностями нейронов, составляющими параллельные автономные подсистемы. Каждая из таких подсистем может выполнять предписанную ей функцию без связи с другими подсистемами, но взаимодействие с некоторыми из них может существенно улучшить ее работу (рис.1) [17]. Число автономных подсистем в зрительной системе довольно велико. Остановимся на подсистемах анализа трехмерной формы и пространственных отношений.

Рис.1. Упрощенная схема зрительной сенсорной, аккомодационной и глазодвигательной систем (Г.И. Рожкова, С.Г. Матвеев - Зрение детей проблемы оценки и функциональной коррекции, М. Наука 2007)

1.2 Подсистемы анализа трехмерной формы и пространственных отношений

Практически любая деятельность человека осуществляется в трехмерном пространстве. В связи с этим, в зрительной системе человека имеется множество монокулярных и бинокулярных механизмов пространственного анализа. У человека с нормальным зрением, в обычных условиях, видимая картина зрительного восприятия формируется с участием двух глаз (рис.2). Процесс формирования единого видимого образа на основе информации, поступающей от двух глаз называется фузией.

Рис.2. Схема бинокулярного зрения и построения

"циклопического глаза".

1. Фовеа - углубление в центре сетчатки с наивысшей плотностью колбочковых фоторецепторов и полным отсутствием палочек.

Диспаратность - описывает различия двух сетчаточных проекций.

Абсолютная диспаратность сетчаточных проекций точки - это разность ее угловых координат на двух сетчатках. Относительная диспаратность двух точек - это разность их абсолютных диспаратностей. Относительная диспаратность неподвижных точек не зависит от угла конвергенции и пропорциональна расстоянию между этими точками по глубине. Глаз человека не смещается по вертикали, то, как правило, рассматривают только горизонтальную диспаратность, соответствующую сдвиг точек на сетчатках (и в стереопарах) влево-вправо [17].

3. Корреспондирующие точки двух сетчаток - это точки, на которые проецируются одни и те же бесконечно удаленные элементы внешнего мира, когда глаза смотря в бесконечность.

(Выделяют подготовительный, окуломоторный и завершающий, сенсокогнитивный этапы фузии). Когда оба глаза направлены в одну и ту же точку внешнего мира, т.е. когда проекция этой точки на каждой сетчатки попадает в центр фовеа 1, говорят, что имеет место бификация данной точки. Для формирования единого образа нужно обеспечить бификсацию точки, или малого фрагмента объекта, так, чтобы диспаратность 1 этой точки была нулевой. При этом прочие соответствующие точки левого и правого изображений объектов должны приблизиться к корреспондирующим 2 точкам сетчаток. Совокупность точек пространства, изображения которых в обоих глазах падают на корреспондирующие элементы сетчаток, составляет гороптер. [16]. При раздражении корреспондирующих точек двух глаз появляется единичное изображение предмета. Если осматриваемая точка лежит не на гороптере, изображение ее получается не на корреспондирующих точках сетчаток правого и левого глаза. В данном случае говорят, что изображение лежит на диспаратных точках сетчаток. Если диспаратность велика, то происходит раздваивание видимого изображения; если же диспаратность мала, то появляется чувство пространственной удаленности одной рассматриваемой точки от другой. Диспаратность изображений на сетчатке глаз считается причиной бинокулярного стереоэффекта, т.е. эффекта пространственного видения, проявляемого при бинокулярном зрении [13].

Однако, специфически бинокулярные механизмы не всегда успешно перерабатывают информацию из всех областей рассматриваемого пространства. Это связано с тем, что поля зрения левого и правого глаз перекрываются не полностью (рис.3).

Рис.3. Схема проекции в мозг сетчаток и полуполей левого и правого глаза (по материалам видео лекции Г.И. Рожковой Механизмы бинокулярного зрения и человека и восприятие фильмов 3D формата, 28.05.2014)

Зона Панума - область на сетчатке, в границах которой корреспондирующие и диспаратные точки воспринимается при бинокулярном зрении одиночно. [22]. Фузионные поля или поля Панума это соответствующие зоны сетчатки обоих глаз, одновременное возбуждение которых, вызывает эффект фузии.

В частности, нос мешает правому глазу видеть левую периферическую часть зрительной сцены, и наоборот. Общая площадь периферических монокулярных зон примерно равна площади бинокулярной зоны. Кроме этого, в зоне биполярного перекрытия из сферы действия бинокулярных механизмов выключается часть зрительной сцены, попавшая в слепые зоны глаз и детали, воспринимаемые одним глазом в результате частичного экранирования. В естественных условиях даже в зоне бинокулярного перекрытия должно иметь место параллельное функционирование бинокулярных и монокулярных механизмов [17].

В настоящее время описано более десятка монокулярных признаков объемной формы и расположения объектов по глубине. На основании этих признаков, в определенных условиях, монокулярное зрение обеспечивает формирование полноценных стерео образов. Выделяют когнитивные, физиологические и физические признаки монокулярного стереозрения.

В основе когнитивных признаков лежит приобретенный опыт. К ним, например, относится знание истинного размера видимого объекта, позволяющее определить, какой из объектов расположен ближе, или дальше при одинаковой величине сетчаточных изображений.

Основные физиологические признаки это состояние аккомодации и относительная резкость изображений разных объектов.

К физическим признакам относятся: геометрические перспективные трансформации, окклюзия, близость к горизонту, градиент текстуры, светотень, воздушная перспектива. Наиболее значимым среди них является параллакс движения.

Параллакс движения - изменение взаимного расположения разноудаленных объектов в сетчаточном изображении при перемещении наблюдателя или самих объектов. Он отражает геометрию зрительной сцены и является эффективным динамическим монокулярным признаком глубины.

Если наблюдатель, или объект наблюдения, перемещается в направлении, перпендикулярном направлению взора, зрительная система получает на вход последовательность кадров, которые могут объединяться в стереопары, что и обеспечит точность пространственного анализа. При рассматривании статичных компьютерных, телевизионных изображений или картин этот монокулярный признак вносит существенный вклад в формирование впечатления объемности и глубины.

На основе анализа экспериментальных и клинических данных Г.И. Рожковой предложена схема взаимодействия монокулярных и бинокулярных подсистем переработки зрительной информации в процессе зрения [17]. В этой схеме фигурирует две монокулярные и три бинокулярные подсистемы. Выделены: чисто бинокулярная система (ЧБС), моно-бинокулярная подсистема (МБС), постмонокулярная подсистема (ПМС) и две монокулярные подсистемы (М 1 и М 2). Показано, что каждая из подсистем способна сформировать свою гипотезу об объекте наблюдения, или свою версию рассматриваемой сцены. Выработанные пять гипотез вступают в отношения конкуренции или кооперации на уровне зрительного ощущения или непосредственно перед ним. При этом, как в разных точках пространства, так и в одной точке по разным признакам могут доминировать и подавляться разные подсистемы. В суммарном зрительном процессе приоритетной является чисто бинокулярная подсистема. Она сопоставляет сходные детали левого и правого изображений и производит оценку диспаратностей, обеспечивает наивысшую возможную остроту бинокулярного стереозрения. Моно-бинокулярная подсистема обеспечивает уменьшение площади слепых зон поля зрения, интерокулярный перенос информации, формирование видимых образов с суммарными характеристиками в условиях противоречивой стимуляции. Когда один глаз закрыт моно-бинокулярная подсистема дублирует работу функционирующей монокулярной подсистемы. Высказывается, также, мнение о том, что она используется для координации движений глаз, обеспечивающих бификацию нужных фрагментов сцены. Постмонокулярная подсистема обеспечивает способности человека бинокулярный синтез на основе субъективных контуров. Эта подсистема может улавливать конфликт между монокулярными гипотезами. Относительная эффективность различных подсистем в зрительном процессе зависит от содержания зрительной сцены.

Существенное значение для восприятия мира имеет информация, поступающая от аккомодационной, проприоцептивной и окуломоторной систем зрительного аппарата. Значительный вклад в организацию механизмов зрительного восприятия, наряд с окуломоторной, вносят вестибулярная и постуральная системы.

1.3 Зрение и поза человека

Важную роль при восприятии пространства играет система координат, или система отчета (reference frame). [7]. Решение зрительных пространственных проблем ведет к изменению характера постуральной регуляции [11, 24]. В тоже время изменение позы наблюдателя сказывается на восприятии окружающего мира. Многие иллюзии зрения возникают не из- за несовершенства зрения, а в результате изменения условий их наблюдений и несовершенства зрительно-моторной интеграции. Особое значение вопрос о влиянии позы на зрительное восприятие приобретает в связи с развитием 3D технологий и психофизиологическими особенностями зрительного восприятия стереоизображений. Интересные данные о физических и психофизиологических факторах, снижающих качество изображений стереопары на сетчатках глаз и затрудняющих процесс формирования адекватных видимых образов в зрительных отделах мозга при наклоне головы, были получены И.Г. Рожковой [19, 20]. Было показано, что наклон головы осложняет восприятие стереообразов, независимо от метода сепарации левого и правого изображений. Описаны возможные причины зрительского дискомфорта при восприятии стереоскопических изображений. Установлено, что специфический режим восприятия изображений в формате 3D может быть непривычным и дискомфортным для лиц с нормально развитым бинокулярным зрением. Отмечено учета индивидуальных психофизиологических особенностей человека при выборе 3D технологий. Однако, вопрос влияния позы на восприятие стереоизображений в настоящее время остается мало изученным.

Методика

В эксперименте приняли участие 15 студентов института Биологии и Химии МГУ в возрасте 20-22 лет с нормальным бинокулярным зрением и с остротой зрения 1,0, которые дали информированное согласие на участие в исследовании. Наличие бинокулярного зрения проверяли с помощью портативного стереоскопа с тестовыми стереопарами, состоящими из случайно-точечных стереограмм, предъявляемых левому и правому глазу, которые должны были вызвать у наблюдателя восприятие единого объемного изображения (рис 4, 5).

Рис.4. Портативный стереоскоп

В ходе основного эксперимента студенты сидели перед экраном монитора, на котором им предъявляли неоднозначные фигуры 1.

Рис.5. Стереопара

В качестве статической неоднозначной фигуры мы выбрали куб Неккера (рис.6) Для создания иллюзии вращения (динамических иллюзий) обследуемым предъявлялись видеоклипы с иллюзиями вращения двух видов: силуэтная фигура человека и куб Неккера (рис. 7)



Рис.6. Куб Неккера (стереопара)

Классический куб Неккера (описан швейцарским кристаллографом Л.А. Неккером в 1832 году) представляет собой плоскостную проекцию куба, в которой отсутствует перспектива, все грани имеют одинаковый размер. При наблюдении фигура спонтанно (самопроизвольно) "переворачивается": одна объемная проекция сменяется другой. Мозг, не имея предпочтительного ответа, в этой ситуации принимает каждую из двух возможных гипотез. [10]. Серия последовательно сменяющихся друг друга статических изображений фигур в разных ракурсах, приводит к тому, что она воспринимается как вращающаяся или колеблющаяся. При этом направление вращения фигуры может меняться, так как мозг не может выбрать одно из них. В исследовании мы использовали стереопару куба Неккера с параллаксом 3 мм.

Видеоклипы, создающие иллюзию вращения, были разработаны ИППИ РАН (программист Терехов А.П.). Они состояли из серии последовательных кадров статических фигур в разных ракурсах. У обследуемого могла возникнуть иллюзия вращения данных фигур на 360 градусов, или колебания на 180 градусов. Студенты могли увидеть разные направления вращения, так как мозг человека может интерпретировать данное движение и как вращение по часовой стрелке, так и против неё.

Направление вращения зависело от того, какую часть фигуры обследуемый воспринимал как передний план в данный момент времени.



Фигура человека Куб

Рис.7. Стимульный материал для создания иллюзии вращения

Основной эксперимент состоял из четырех серий. Во всех сериях исследования стимульный материал (статичное изображение куба Неккера и видеоклипы, вызывающие иллюзию вращения) подавали на монитор компьютера с диагональю 35 см, расположенного прямо перед обследуемым на расстоянии 0,5 м. Куб вращался со скоростью 8 оборотов / минуту. Силуэт человека предъявлялся на трех скоростях вращения: маленькой (10 оборотов /минуту), средней (18 оборотов/минуту) и большой (40 оборотов/минуту).

В первой и во второй экспериментальных сериях студенты сидели прямо перед монитором с вертикально ориентированной головой (рис 8).

Рис.8. Проведение эксперимента

Стимульное изображение оказывалось по центру монитора, строго напротив глаз обследуемого. В первой серии это был статичный куб Неккера, во второй - видеоклипы вызывающие иллюзию вращения. Все обследуемые наблюдали статичный и вращающийся куб Неккера, а так же, фигуру человека на каждой скорости вращения в течение одной минуты.

В третьей и четвертой экспериментальных сериях стимульный материал оставался тем же, что и в первой и второй сериях, но студенты сидели перед компьютером в разных позах:

- удерживая голову строго вертикально;

- наклонив голову на 30 градусов вправо;

- наклонив голову на 30 градусов влево;

- откинув голову назад;

- сидя на стуле, подложив под себя опорную ногу.

Так же, как и в первых двух сериях исследования, для каждой позы обследуемого и каждой иллюзии наблюдение осуществлялось в течение одной минуты.

Во время проведения эксперимента фиксировали первоначальное положение и количество "переворотов" статичной фигуры куба Неккера, а так же число изменений направлений вращений (поворотов), отмеченных за минуту для куба и силуэта человека.

Полученные данные сравнивались в зависимости от позы, в которой сидел обследуемый при восприятии изображения. Статистическая обработка данных проводилась с помощью программного пакета Microsoft Office Excel и ППП "Statistica 7.0".

Глава 2. Результаты и обсуждение

До начала основного исследования с помощью портативного стереоскопа мы уточняли наличие у каждого студента бинокулярного зрения. Обследуемым предъявлялась случайно - точечная стререограмма, в которой объект для распознания был закодирован бинокулярной диспаратностью - относительным сдвигом точек в случайных паттернах, не содержащих никакой информации об объекте. Объемное изображение полумесяца могли увидеть лишь те студенты, у которых было хорошо развито бинокулярное зрение. Фузия этой стереопары при монокулярном наблюдении была невозможна. Результаты исследования позволили установить наличие сохранного бинокулярного зрения у всех студентов, принявших участие в эксперименте. Исследование проводилось во второй половине дня, после занятий и включало в себя несколько этапов.

Особенности восприятия видимых обращений неоднозначных фигур студентами, сидящими за компьютером с вертикально ориентированной головой

На первом этапе изучали особенности восприятия неоднозначного изображения куба Неккера и иллюзий вращения неоднозначных фигур в условиях, рассчитанных на восприятие искусственных трехмерных образов. Обследуемый сидел перед экраном монитора с неподвижной, вертикально ориентированной головой (рис.8). Ему последовательно предъявляли изображение куба Неккера и видеоклипы, создающие иллюзию вращения куба и вращения силуэта человека. Длительность каждого просмотра составляла 1 минуту, а интервал между просмотрами - от 2 до 5 минут. В видеоклипе куб вращался со скоростью 8 обор./мин. Вращение силуэта человека наблюдали в трех вариантах: на скорости 10обор./мин.,18 обор./мин и 40 обор./мин.

Первые несколько секунд изображение куба Неккера воспринималось студентами как статичное. Передняя сторона фигуры была направлена вверх. Через несколько секунд у большинства из них возникала иллюзия инверсии куба (рис. 9.). Во время минутного наблюдения 40% обследованных отмечали 4 - 6 самопроизвольных переворачивание куба, а 26.6 % - 10 и более "переворачиваний" (табл.1).

Рис.9. Количество видимых переворотов куба Неккера и изменений направления вращения куба и силуэта человека, отмеченное студентами, сидящими с неподвижной вертикально ориентированной головой

Скорость вращения:

неподвижный куб Неккера; подвижный куб (8 оборотов / мин); силуэта человека (10 оборотов / мин).

При просмотре видеоклипов с кубом и силуэтом человека большинство студентов в качестве первоначального отмечали вращение фигур против часовой стрелки. Первоначальное вращение против часовой стрелки куба отметили 75% студентов, а силуэта человека - 56%. В этом наши данные совпали с результатами, полученными ранее при исследовании школьников старших классов с нормальным зрением и наличием офтальмологических нарушений. [23].

Сравнение динамических иллюзий, вызванных медленными вращением куба (V= 8обор./мин.) и силуэта человека (V=10 обор./мин.) показало, что при наблюдении иллюзии вращения куба фиксируется меньше изменений направления вращения по сравнению с силуэтом человека.

Таблица 1 Количество "переворотов" куба Неккера за 1 минуту, отмеченное студентами, сидящими за компьютером в разных позах (n=15)

Вариации позы обследуемых:

Процент студентов отметивших число "переворотов" куба, равное:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 и более

голова ориентирована строго вертикально

13,3 ±1,3

-

6,7 ±0,6

-

6,7 ±0,7

13,3 ±1,3

20,0 ±2,1

-

6,7 ±1,3

6,7 ±1,3

26,6 ±2,7

наклон головы вправо

6,7 ±1,3

-

13,3 ±1,3

-

-

20,0 ±2,1

6,7 ±0,8

6,7 ±0,7

6,7 ±1,3

-

39,9 ±3,6

наклон головы влево

6,7 ±0,8

-

6,7 ±0,9

6,7 ±1,1

26,6 ±2,5

6,7 ±0,6

6,7 ±1.1

13,3 ±1,3

-

-

26,6 ±2,1

голова откинута назад

6,7 ±0,8

6,7 ±0,7

13,3 ±1,3

13,3 ±1,3

-

-

13,3 ±1,2

6,7 ±0,7

6,7 ±1,1

-

47,3 ±4,5

При наблюдении иллюзии вращения куба 60% обследованных студентов, в течение минутного просмотра клипа, не отметили ни одного видимого изменения направления вращения фигуры, а при наблюдении иллюзии вращения фигуры человека - только 53% обследованных.

Сравнительный анализ результатов, полученных при наблюдении силуэта человека, вращающегося со скоростями 10, 18 и 40 оборотов в минуту (рис.11, табл. 3-5) позволил установить, что наибольший разброс в количестве видимых изменений направления вращений фигуры наблюдается при наибольшей скорости ее вращения (40 оборотов/мин.).



Рис.10. Количество иллюзорных изменений направления вращения силуэта человека, отмеченное студентами, сидящими за компьютером с неподвижной вертикально ориентированной головой при наблюдении вращения фигуры на разных скоростях

Скорость вращений: 10 обор/мин 18 обор/мин 40 обор/мин

Данные, полученные при наблюдении вращения фигуры со средней и малой скоростью, несмотря на схожесть, достоверно различались. При малой скорости вращения, в отличие от средней, большее количество студентов не видело изменений направления вращения фигуры.

Из полученных результатов следует, что при сидении за компьютером с фиксированной вертикально ориентированной головой у студентов иллюзия спонтанного переворота неоднозначной фигуры куба Неккера выражена сильнее, чем динамические иллюзии вращения, обусловленные предъявлением вращающихся фигур. Возможно, одной из причин наблюдаемого явления является большая доля участия монокулярного стереозрения в восприятие вращающихся фигур, что может быть связано со спецификой предъявления стимульного материала.

Таблица 2.

Количество изменений направления вращения куба за 1 минуту, отмеченное студентами, сидящими за компьютером в разных позах (n=15)

Вариации позы обследуемых:	Процент студентов (от общего числа обследованных), отметивших число поворота куба, равное:
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10 и более
голова ориентирована строго вертикально	60,0 ±6,1	20,0 ±2,3	13,3 ±1,2	-	6,7 ±1,3	-	-	-	-	-	-
наклон головы вправо	46,7 ±4,5	13,3 ±1,3	6,7 ±0,8	-	13,3 ±1,2	20,0 ±2,3	-	-	-	-	-
наклон головы влево	33,2 ±3,1	6,7 ±0,7	20,0 ±2,1	20,0 ±2,1	6,7 ±0,7	6,7 ±0,7	-	6,7 ±1,2	-	-	-
голова откинута назад	33,3 ±2,8	20,0 ±1,2	13,3 ±1,3	6,7 ±0,8	13,3 ±1,3	-	-	-	6,7 ±1,2	-	6,7 ±1,3
сидя, подвернув опорную ногу под себя	53,4 ±4,8	13,3 ±1,3	-	13,3 ±1,2	13,3 ±1,4	-	-	-	-	-	6,7 ±2,3

* скорость вращения стимульного материала 8 оборотов/минуту

Данные по зрительному восприятию неоднозначных медленно вращающихся фигур (куба и силуэта человека) позволяют говорить о том, что при вертикально ориентированной голове динамическая иллюзия зависит от характера предъявляемого стимула. Прослеживаемая тенденция к увеличению количества видимых смен направлений вращения силуэта человека с нарастанием скорости предъявления фигуры дает возможность предположить, что дополнительные иллюзорные образы формируются на основе временных интерокулярных различий.



Рис.11. Количество "переворотов" куба Неккера, отмеченное студентами, сидящими за компьютером в разных позах:

голова ориентирована строго вертикально наклон головы вправо

наклон головы влево голова откинута назад

сидя, подвернув ногу под себя

По оси Х - количество переворотов за 1 мин.

По оси Y - количество студентов в процентах от общего числа обследованных, отметившие изменения направления вращения.

Таблица 3

Количество изменений направления вращения силуэта человека, отмеченное студентами, (n=15) сидящими за компьютером в разных позах, за 1 минуту при малой скорости вращения стимульного материала (V=10 обор./мин.).

Вариации позы обследуемых:	Процент студентов, отметивших количество изменений направления вращения, равное:
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10 и более
голова ориентирована строго вертикально	53,3±4,9	20,0±1,8	20,0±1,7	-	6,7±0,7	-	-	-	-	-	-
наклон головы вправо	46,7±4,5	13,3±1,1	20,0±1,9	13,3±1,3	-	6,7±0,7	-	-	-	-	-
наклон головы влево	40,0±3,9	13,3±1,3	13,3±1,1	13,3±1,2	6,7±0,7	6,7±0,7	6,7±0,6	-	-	-	-
голова откинута назад	33,3±2,9	26,7±2,3	13,3±1,3	20,0±2,0	-	-	-	-	-	-	6,7±0,7
сидя, подвернув опорную ногу под себя	42,9±4,3	21,6±2,1	7,1±0,7	7,1±0,7	7,1±0,6	-	7,1±1,1	-	-	-	7,1±0,8

Влияние позы человека, сидящего за компьютером, на восприятие видимых обращений неоднозначных фигур

На втором этапе исследований мы изучали влияния позы и положения головы на восприятие неоднозначного изображения куба Неккера и иллюзий вращения неоднозначных фигур. В повседневной жизни мы можем наблюдать, как люди, долго сидящие за компьютером, отклоняют голову вбок (вправо или влево) или назад. Некоторые учащиеся любят в домашних условиях сидеть за столом, подложив ногу под себя. В связи с этим для нашего исследования мы выбрали эти позы.

Сравнение количества иллюзорных "переворотов" куба Неккера за 1 минуту при разных позах сидения за компьютером показало, что изменение геометрических отношений между глазами и экраном монитора существенно сказывается на проявлении этой иллюзии (рис.11, табл.1). Наибольшее число видимых переворотов куба наблюдалось у студентов, сидящих откинув голову назад или вправо. В первом случае 47,3% обследованных видели 10 и более спонтанных переворотов куба, во втором такой же эффект наблюдали 39,9% обследованных студентов. Поза сидя, подвернув ногу под себя незначительно, но достоверно увеличивало количество видимых студентами переворот куба (p < 0,5).

На рисунках 12 и 13 и в таблицах 3 -5 приведены данные о воздействии позы, сидящих за компьютером студентов, на количество видимых изменений направления медленных вращений куба (V= 8 обор./мин.) и силуэта человека (V= 10 обор./мин). Как видно из приведенных данных, при малой скорости видимого вращения фигур, положение головы и корпуса человека оказывали воздействие на видимые изменения направления их вращения. Наибольшее число видимых вращений фигур наблюдалось у студентов, сидящих откинув голову назад или вправо.



Рис. 12. Количество иллюзорных изменений направления вращения куба, вращающегося со скоростью 8 оборотов / мин. отмеченное студентами, сидящими за компьютером в разных позах:



А

Б

В

Рис 13а. Зависимость количества иллюзорных изменений направления вращений от исходной позы студентов при разных скоростях вращения фигуры человека: А - 10 обор/мин; Б - 18 обор/мин; В - 40 обор/мин.

Положение головы: - вертикальное; - наклон вправо; - наклон влево.

По оси Х - количество иллюзий изменения направления вращений за 1 мин.

По оси Y - количество студентов, в процентах от общего числа обследованных.



А

Б

В

Рис 13б. Зависимость количества иллюзорных изменений направления вращений от исходной позы студентов при разных скоростях вращения фигуры человека: А - 10 обор/мин; Б - 18 обор/мин; В - 40 обор/мин.

Поза сидя: - голова откинута назад; - подвернув ногу под себя. По оси Х - количество иллюзий изменения направления вращений за 1 мин.

По оси Y - количество студентов, в процентах от общего числа обследованных.

Однако, в этой ситуации постуральное влияние на иллюзию вращения было меньше, чем на формирование описанной выше иллюзии переворотов куба Неккера. Отклонение корпуса всторону(вправо или влево) у студентов, сидящих за компьютером подложив ногу под себя, также приводило к увеличению количества видимых смен направлений вращения куба и силуэта человека.

Таблица 4

Количество изменений направления вращения силуэта человека, отмеченное студентами, (n=15) сидящими за компьютером в разных позах, за 1 минуту при скорости вращения фигуры 18 оборотов / мин.

Вариации позы обследуемых:	Процент студентов, отметивших количество изменений направления вращения, равное:
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10 и более
голова ориентирована строго вертикально	26,7 ±2,3	33,3 ±2,8	26,7 ±2,1	-	13,3 ±1,3	-	-	-	-	-	-
наклон головы вправо	20,0 ±1,8	13,3 ±1,1	20,0 ±1,9	13,3 ±1,2	20,0 ±2,1	6,7 ±0,6	-	-	6,7 ±0,7	-	-
наклон головы влево	40,0 ±3,9	13,3 ±1,3	26,7 ±2,7	6,7 ±0,5	-	13,3 ±1,1	-	-	-	-	-
голова откинута назад	46,7 ±3,8	13,3 ±1,2	6,7 ±0,7	13,3 ±1,1	13,3 ±1,2	6,7 ±0,7	-	-	-	-	-
сидя, подвернув опорную ногу под себя	20,0 ±1,8	33,3 ±2,9	6,7 ±0,7	26,6 ±2,1	6,7 ±0,8	-	6,7 ±0,7	-	-	-	-

Таблица 5

Количество изменений направления вращения силуэта человека, отмеченное студентами (n=15), сидящими за компьютером в разных позах, за 1 минуту при скорости вращения фигуры 40 оборотов / мин.

Вариации позы обследуемых:

Процент студентов, отметивших количество изменений направления вращения, равное:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 и более

голова ориентирована строго вертикально

26,7 ±2,4

26,7 ±2,1

20,0 ±1,8

13,2 ±1,2

-

-

-

6,7 ±0,7

-

6,7 ±1,2

-

наклон головы вправо

33,3 ±3,2

6,7 ±0,7

6,7 ±0,7

13,2 ±1,2

6,7 ±0,7

6,7 ±0,6

6,7 ±0,8

-

13,3 ±1,3

6,7 ±0,8

-

наклон головы влево

40,0 ±4,1

13,2 ±1,3

6,7 ±0,7

6,7 ±0,6

6,7 ±0,8

6,7 ±0,9

-

-

6,7 ±1,3

-

13,3 ±1,2

голова откинута назад

20,0 ±1,8

26,7 ±2,3

13,2 ±1,3

-

13,3 ±1,1

6,7 ±0,8

6,7 ±1,1

6,7 ±0,9

-

-

6,7 ±0,9

сидя, подвернув опорную ногу под себя

21,5 ±2,1

21,4 ±1,9

14,3 ±1,3

14,3 ±1,4

-

7,1 ±0,7

14,3 ±1,3

7,1 ±1,1

-

-

-

Как видно из рисунка 13 и таблиц 3-5 с увеличением скорости предъявления стимула эффект влияния позы обследованных на восприятие иллюзорных смен направления вращения силуэта человека увеличивался. Наибольшее влияние на восприятие иллюзии вращения силуэта человека оказывали наклон головы назад и смещение корпуса вбок (вправо или влево) у студентов, сидящих за монитором, подвернув ногу под себя. Влияние наклона головы вправо или влево на восприятие видимых изменений направления вращения силуэта человека с увеличением скорости видимого вращения фигуры, также, достоверно нарастало (p < 0,5).

Заключение

Полученные результаты подтвердили гипотезу о том, что особенности проявления пространственных зрительных эффектов и иллюзий вращения неоднозначных фигур зависят от позы человека. Наиболее существенные изменения в восприятия видимых переворотов куба Неккера и иллюзии вращения фигур вносит наклон головы, сидящего за монитором человека вправо или назад. Смешение корпуса вправо или влево, наблюдаемые при сидении, подложив ног под себя, также, приводят к увеличению количества видимых обращений куба Неккера и изменений направления вращения куба и силуэта человека. При этом влияние позы наблюдателя на иллюзию вращение фигур менее выражено, чем на восприятие иллюзии переворотов куба Неккера. Проявление иллюзии вращения зависит от параметров неоднозначных фигур и скорости вращения фигуры. При наблюдении иллюзии вращения куба фиксируется меньше изменений направления вращения по сравнению с силуэтом человека.

На основании полученных результатов можно говорить о том, что изменением геометрических отношений между глазами и экраном монитора, обусловленное неправильной позой человека, приводит к искажению восприятия искусственных трехмерных образов, что необходимо учитывать при организации учебного процесса, связанного с использованием трехмерных виртуальных образов, 3Д компьютерных игр и 3Д видеофильмов.

1. Поза сидящего за компьютером человека оказывает влияние на количество видимых "переворотов" куба Неккера. Наклон головы вправо и вперед приводят к увеличению количества самопроизвольных поворотов куба до 10 раз в минуту.

2. Проявление иллюзии вращения зависит от параметров неоднозначных фигур. При наблюдении иллюзии вращения куба студенты фиксировали меньшее изменение вращений по сравнению с силуэтом человека.

3. Скорость вращения фигуры, не зависимо от позы человека, оказывает влияние на восприятие иллюзии вращения,

4. Изменение позы сидящего перед монитором человека влияет на восприятие иллюзии вращения. Иллюзии вращения в меньшей степени, чем иллюзия переворотов куба Неккера зависят от положения головы и корпуса человека.

Список литературы

1. Адам Д. Восприятие, сознание, память. / Адам Д. Размышления биолога: Алексеенко Н.Ю.; под ред. Соколова Е.Н.-М.: "Мир", 1983. - 152 С.

2. Ананьев Б.Г. О проблемах современного человекознания. / Б.Г. Ананьев.- М.: Наука, 1977. -379 С.

3. Анохин П.К. Избранные труды: Кибернетика функциональных систем. / П.К. Анохин. Под ред. К.В. Судакова. - М .: Медицина, 1998. -400 С.

4. Анохин П.К. Теория функциональной системы / В кн.: Общие вопросы физиологических механизмов. Анализ и моделирование биологических систем. М, 1970. С.6-41.

5. Артамонов И.Д. Иллюзии зрения/ И.Д. Артамонов. Изд. - М.: "Наука", 1969. -233 С.

6. Барабанщиков В.А. Динамика зрительного восприятия. / В.А. Барабанщиков. Отв. ред. Ломов Б.Ф., М., Наука, 1990, 238 С.

7. Боброва Е.В. Механизмы сенсомоторной координации движений и позы /автореф. дисс. д.б.н., Санкт-Петербург, 2010, 32С.

8. Валюс Н.А. Стереоскопия. /Н.А. Валюс., М., Изд. АН СССР, 1962, 379 С.

9. Васильева Н.Н., Рожкова Г.И. Особенности бинокулярного зрения детей в разном возрасте и необходимость их учёта при создании детских стереофильмов. / Н.Н. Васильева, Г.И. Рожкова. // Мир техники кино, № 16, 2010. С. 19-24.

10. Васильева Н.Н., Рожкова Г.И., Рожков С.Н. О пользе и вреде современных технологий формирования стереокиноизображений для людей с различным состоянием зрительных функций // Мир техники кино. 2011. № 1(19). С. 12-21.

11. Гаже П.- М. Регляция и нарушения равновесия тела человека / П.- М. Гаже, Б. Вебер, Санкт - Петербург, Изд-во СПбМАПО, 2008, 313 С.

12. Грегори Р.Л. Глаз и мозг./ Р.Л. Грегори. -М.:Прогресс, 1970. -271 С.

13. Коган А.И. Бинокулярная система и восприятие трёхмерного пространства. / В кн.: Физиология сенсорных систем.- Л.: Наука, 1971, ч.1. Физиология зрения. С. 279 - 303.

14. Кропман И.Л. Физиология бинокулярного зрения и расстройства его при содружественном косоглазии. / И.Л. Кропман Л., 1966. -206 С.

15. Логвиненко А.Д. Адаптация к оптическим трансформациям сетчаточного изображения / Логвиненко А.Д., Жедунова Л.Г. // Вопросы психологии № 5. 1980, С. 149-161.

16. Могилев Л.Н. Механизмы пространственного зрения. - Л.: Наука, 1982, 111 С.

17. Рожкова Г.И., Матвеев С.Г. Зрение детей, проблемы оценки и функциональной коррекции, М. Наука 2007, 314С.

18. Рожкова Г.И. Зрительный дискомфорт при восприятии стереоскопических изображений как следствие непривычного распределения нагрузки на различные механизмы зрительной системы

/Г.И. Рожкова, С.В Алексеенко // Мир техники кино. 2011. № 3(21). С. 12-21.

19. Рожкова Г.И. Влияние наклона головы к плечу при просмотре фильмов 3D формата: общие закономерности и индивидуальные особенности

/Г.И. Рожкова, Е.Н. Крутцова, Н.П. Забалуева // Мир техники кино. № 3 (25). 2012.

20. Рожкова Г.И. Физические и психофизиологические компоненты ухудшения стереообразов при наклоне головы / Г.И. Рожкова // Мир техники кино. № 2(24). 2012. С. 14-20.

21. Рожкова Г.И. Механизмы бинокулярного зрения человека и восприятие фильмов 3D формата / видеозапись лекции в рамках цикла "Публичные лекции "Полит.ру" от 28.05. 2014г.

22. Рычков И.Л. Пространственное зрение человека и животных. / И.Л. Рычков. Иркутск.: Изд-во ИГУ., 1990, 215 С.

23. Рычкова С.И. Иллюзорное вращение неоднозначных фигур у детей с офтальмологией. / С.И. Рычкова, Н.В. Холмогорова, С.В. Феоктистова.

/ Третий международный междисциплинарный конгресс / "Нейронаука для медицины и психологии", Судак, июнь 2012, С 116.

24. Холомогорова Н.В. / Н.В. Холомогорова, Г.И. Рычкова, А.П. Кручинина. / Третий международный междисциплинарный конгресс / "Нейронаука для медицины и психологии", Судак, июнь 2012, С 87.

25. Шмидт Р. Физиология человека / Шмидт Р., Тевс Г. - М.: Мир, 2005, Т.1 - 323 С.

Размещено на Allbest.ru