Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Восприятие двумерной проекции обогнало понимание трехмерной формы

Та самая монета

Jorge Morales et al. / PNAS, 2020

Американские психологи выяснили, что двумерная проекция трехмерного объекта воспринимается практически сразу же при взгляде на объект, а не достраивается позже. Для этого они провели девять экспериментов, в котором использовали нарисованные и настоящие монеты (овальные и круглые, стоящие на ребре прямо или под углом) и просили отметить овальные. Во всех случаях участники гораздо медленнее находили овальные монеты, если они стояли рядом с повернутыми круглыми, которые казались овальными благодаря перспективе, хотя вся обработка занимала чуть больше полсекунды. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

При работе зрения два изображения — то, что проецируется на сетчатку, и то, что человек в итоге видит — довольно сильно отличаются. Возьмем, к примеру, нарисованную круглую монетку, которая стоит на ребре: если она повернута стороной к наблюдателю, ему не составит труда правильно оценить ее форму, а окружающие детали (например, платформа, на которой монетка стоит, и отбрасываемые ею тени) помогут понять, что монетка объемная — даже несмотря на то, что она существует в трехмерном пространстве — на рисунке. 

Если чуть повернуть монетку, можно заметить, что изменение ориентации монетки придало ее двумерной проекции овальную форму. Для наблюдателя она не перестанет быть круглой и объемной, тем не менее, то, что форма кажется другой, уже не круглой, а овальной, он все равно заметит. То, в какой момент появляется это осознание — вопрос хороший: с одной стороны, понятно, что на сетчатку изображение повернутой монетки проецируется в виде овала, и для глаза овалом и остается, а понимание того, что монетка так и осталась круглой, происходит уже благодаря зрительной коре, которая может обрабатывать информацию, необходимую для восприятия объема. Именно поэтому овальность такой монетки может быть первичным признаком, который успешно игнорируется.

С другой стороны, работа зрительной коры и обработка дальнейшей информации важная также и для оценки формы предмета — поэтому понимание того, что чуть повернутая монетка на самом деле выглядит овальной, может приходить уже позже: в конечном итоге человек видит мир объемным, а вот восприятие ее проекции все же может требовать дополнительных усилий.

Другими словами, вопрос сводится к тому, воспринимаются ли объект двумерным на самом деле, или он скорее воображается таким после того, когда весь процесс восприятия полностью завершен. Вопрос этот, несмотря на несколько веков обсуждения психологами и философами, все еще, по сути, остается открытым — во многом из-за того, что получить эмпирические данные для его решения довольно сложно.

Хорхе Моралес (Jorge Morales) из Университета Джонса Хопкинса и его коллеги попробовали решить этот вопрос экспериментально — и всего провели девять онлайн-экспериментов с использованием нарисованной монетки. В первом эксперименте добровольцам (всего их было 100) показывали экран с двумя платформами, отмеченными цифрами 1 и 2, на каждой из которых появлялись стоящие на ребре монетки: одна из них всегда была овальной, а вторая была круглой и стояла либо прямо, либо была повернута на 45 градусов — так, чтобы она выглядела овально. Участникам нужно было как можно быстрее нажать цифру (1 или 2), соответствующую платформе, на которой стояла овальная монета.

В среднем участники правильно выбирали овальную монетку в 97 процентах случаев за 518 миллисекунд в среднем. Скорость их реакции, однако, значимо (p < 0,0001) снижалась, если овальная монета появлялась рядом с повернутой круглой монетой, которая выглядела овальной (542 миллисекунды против 492 — в случае, если вторая, круглая монета, была полностью повернута одной стороной). Интересно, что при этом участники правильно оценивали реальную, а не видимую форму монеты в опросе после выполнения задания: повернутую монету они все равно называли круглой, несмотря на то, что, по сути, казалась она овальной.

По мнению ученых, снижение скорости реакции при выборе овальной монеты рядом с повернутой означает, что участникам было чуть сложнее их различить, а значит, они все же видели в них что-то общее. Разумеется, это может объясняться тем, что участники ориентировались на другие признаки монеты — например, ширину. Чтобы исключить это, ученые провели второй эксперимент — от первого он отличался только тем, что монеты могли отличаться по размеру. Овальную монету участники находили быстрее в том случае, если рядом с ней была круглая монета, а не повернутая (685 против 766 миллисекунд) — даже несмотря на то, что они были разных размеров. 

Другое возможное объяснение разницы во времени реакции — то, что участники отвлекались на повернутую монету потому, что она была повернута, а не потому, что она казалась овальной, поэтому в третьем эксперименте овальные монеты участникам показывали вместе с круглой монетой, повернутой на 45 градусов, как в предыдущих двух экспериментах, и на 75 градусов — так, что она стояла почти ребром к наблюдателю. 

Опять же, участники медленнее находили овальную монету, если она стояла рядом с повернутой на 45 градусов круглой монетой, которая казалась овальной, а не той, которая была повернута на 75 градусов (550 против 519 миллисекунд). Тот же самый результат был и в четвертом эксперименте, в котором вместе с овальной монетой использовали повернутые на 45 градусов круглую и квадратную монеты: в первом случае участники искали овальную монету дольше (530 против 467 миллисекунд). 

В пятом эксперименте ученые повторили дизайн самого первого, но на этот раз все монеты чуть вращали — так, чтобы объем всех был наблюдателю очевиден. Результат не изменился: овальную монету участники находили быстрее (515 миллисекунд), если рядом была стоящая прямо круглая, а не повернутая на 45 градусов (598 миллисекунд). Схожий результат (537 миллисекунда для повернутой монеты и 521 для стоящей прямо) наблюдался и в шестом эксперименте — дизайн в нем был такой же, как и в пятом, но номера платформ появлялись с задержкой (так, чтобы участники могли рассмотреть монеты в течение одной секунды).

Чтобы проверить, можно ли перенести результаты на другие фигуры, в седьмом эксперименте ученые использовали не монету, а трапецию, длинная сторона которой была либо справа, либо слева, а появлялась она рядом с квадратом, который был либо «прижат» к фону, либо чуть отклонен от него — так, чтобы в перспективе также походить на трапецию.

Участники гораздо медленнее находили трапецию, если она была рядом с повернутым квадратом, похожим на трапецию, чем когда она была рядом с прямо поставленным квадратом (520 против 509 миллисекунд). По сути, из этого можно сделать вывод, что результаты, полученные в экспериментах с использованием круглых форм, переносятся и на другие — например, квадратные.

Наконец, в восьмом и девятом эксперименте ученые повторили оригинальный первый, но уже в реальной жизни: в этот раз они использовали не рендеры монеток на экране, а настоящие деревянные монетки, которые поставили на отдельные полки: на каждой стороне было по восемь полок с разными монетами. На каждом этапе эксперимента и слева, и справа над определенной монетой загорались синие лампочки — участнику эксперимента нужно было нажать на кнопку, соответствующую стороне, на которой лампочки загорались над овальной монетой.


Восьмой и девятый эксперимент были практически одинаковыми — с той разницей, что в девятом эксперименте участникам (всего их было десять) можно было свободно двигать головой, а в восьмом ее фиксировали на специальной подложке. И в том, и в другом эксперименте результаты были такими же, как и в предыдущем: в среднем 655 и 723 миллисекунды участникам понадобилось для того, чтобы отличить овальную монету от повернутой круглой, а от прямо стоящей круглой — 624 и 687 миллисекунды (результаты для восьмого и девятого эксперимента соответственно). 

Ученые заключили, что отличить овальную фигуру от чуть повернутой круглой в действительности тяжелее, чем от такой же фигуры, но стоящей прямо — и все дело именно в перспективе, а не в размере или каких-то других параметрах. Из этого, в свою очередь, можно сделать вывод, что восприятие трехмерного объекта в двумерном пространстве все же первично — это результат самого зрительного восприятия, а не дополнительной обработки, которая происходит после того, как реальная трехмерная картина уже построена.  

От редактора

Попробовать пройти все семь экспериментов, а также посмотреть видео восьмого и девятого можно на посвященном проекту сайте.
Реальные монеты в восьмом и девятом эксперименте важно не только потому, что позволяет перенести результаты семи предыдущих в реальную жизнь: несколько лет назад психологи уже показывали, что в поведенческих исследованиях восприятие реальных объектов и нарисованных довольно сильно отличается — как минимум, временем реакции.

Елизавета Ивтушок

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.