体育心理学——
视觉线索对深度知觉的影响
摘要：本次试验的目的是通过在单眼和双眼两种不同观察条件下对深度知觉准确性的测量，验证双眼产生深度知觉的能力显著优于单眼的能力。两名复旦大学心理系二年级本科生被随机抽取，通过深度知觉仪测量其双眼和单眼对深度判断的误差，并用t检验证实了两者差异的显著性。
关键词：深度知觉、视差角、双眼线索、单眼线索
1.引言
1.1 术语解释
深度知觉(depth perception)是空间知觉的一种基本类型，又称“距离知觉”或立体知觉，是对物体远近距离或三维特征的知觉。人们可以自动利用多种线索形成对深度的知觉，三维空间中的物体结构、相对关系和敏感程度以及双眼的生理变化都是主要的信息来源。总的来说，深度知觉的视觉线索主要可分为肌肉线索、单眼线索和双眼线索。
其中单眼线索指的是一只眼睛就能获得的线索，主要包括物体遮挡重叠、线条透视、空气透视、相对高度、纹理梯度（结构级差）、运动视差和运动透视等。相对于双眼线索，单眼线索提供的距离信息是有限的，因为只有双眼条件才能利用双眼视差判断空间距离。双眼视差指的是因正常的瞳孔距离和注视角度不同而在双眼视网膜结像时出现微小的水平像位差，是最主要的深度知觉线索。
1.2 历史研究
最早的深度知觉实验是H.von Helmholtz于1866年设计的三针实验。后来H．J．Howard于1919年设计了一个深度知觉测量器。他测定了106个被试，结果发现，双眼的平均误差为14．4mm，其中误差仅5．5mm的有14人；误差有3．6mm的有24人。但单眼的平均误差则达到285mm，单眼和双眼平均误差之比为20：l。这足以表明双眼在深度知觉中的优势。
两只眼睛的视野发生重叠是双眼视差产生的重要基础。物体同时刺激双眼形成两个独立的网膜视像，而人们任然把它知觉为单一的物体。缪勒（1912）认为这是由于物体的同一部分落在两个视网膜上相应点的缘故。此后，缪勒和菲特用视野单向区这一概念来描述能产生视觉融合的空间点。这个点就在两眼焦点和两眼网膜影像点连线的延长线上。视差角（辐合角）
是双眼视轴在注视点处相交所形成的夹角。每个人的目间距（视焦点间距）不同，观察相同的事物时，视差角也不相同。
1960年Gibson和Walk以深度知觉为研究对象设计了视崖实验掀起了深度知觉研究的热潮。视崖是一个四英尺高的桌子，桌子的顶部是一块厚的、干净的玻璃构成。在桌子的一半下是有由白相间的格子图案构成的固体表面（浅滩）。而另一半是同样的，但是它是和桌子下地面相平的（深渊）。在浅滩的边缘，是一个看起来掉到地面的悬崖，实际上，玻璃覆盖了整个表面。在浅滩和深渊中间是一个一英尺宽的中央板。这个研究的被试是36名6~14个月的幼儿。幼儿的妈妈也参加了实验。每一个幼儿被放到视崖的中心板上，然后由妈妈现在深渊一边叫他们，然后是浅滩一边，以此形成对照。
实验结果证明6个月大的儿童已经具备了感知深度的能力，但是对于知觉的先天性与后天性问题并不能很好地解释。之后，Campos  Langer（1970 ）采用更为灵敏的技术（心率变化）对婴儿的深度知觉进行研究，并发现婴儿深度知觉的发展与其爬行经验有关。之后的许多实验都表明，婴儿深度知觉的先天性和后天性、经验因素对深度知觉的影响，目前并没有一致的看法。更被普遍接受的说法是，深度知觉的产生和发展是先天和后天经验的交互影响。
1.3 本实验的教学目的
本实验通过在单眼和双眼两种不同观察条件下对深度知觉准确性的测量，验证以下假设：双眼产生深度知觉的能力显著优于单眼的能力。
2.方法
2.1 被试
本科生两名，性别男，年龄19岁，实验时均佩戴眼镜，矫正视力正常，无盲弱，优势眼均为右眼。
2.2 材料和实验仪器
EP503深度知觉仪
2.3 实验设计
本实验为单因素被试内设计，自变量为视觉线索，包含单眼线索和双眼线索两种。因变量为被试对深度判断的误差值。
2.4 过程
2.4.1 实验设计中的随机化
实验中共进行40次实验。每次实验中的起始点(0-20CM)和调整顺序(1代表从前向后，2代表从后向前)都通过Excel中的Rand()函数实现。其中起始点位置的函数是20*Rand（），调整顺序由Rand（）函数所得的随机值进行排序得到实验顺序。
2.4.2 程序
1）被试单独测试。距离仪器位置2米左右让一名被试坐下后，给被试指导语：
“你透过身体前方仪器上的观察窗看到有三根黑的柱子。其中左侧和右侧的柱子是固定的，你可以通过手中的遥控器调节中间的的距离（可以来回调整），当你认为三者呈一条直线时停止遥控并向我报告。”
2）之后告知被试眼睛需与观察窗保持水平先进行双眼视觉实验。每次测试，主试事先将变异刺激按照随机化的结果调到某一位置，被试自由调节到他认为三根立柱在同一水平面上为止，此过程可以来回调整。
3）主试得到误差值后记录在表格中。误差值不告知被试。在双眼视觉的情况下，进行20次实验，其中有10次是变异刺激在前，由近向 远调整；有10次是变异刺激在后，由远向近调整，顺序以及距离随机安排，求出10次的平均结果。遮住被试的非优势眼进行单眼视觉实验，重复实验程序。
4）换另一名被试，重复实验程序。
3.结果
3.1 单、双眼深度知觉准确性比较
统计全体被试双眼观察和单眼观察的误差平均值。配对t检验结果表明双眼观察时的误差(平均值M=0.664，标准差SD=0.556)显著低于单眼观察时（平均值M=5.358，标准差SD=1.820），t(5)=7.412，p=0.000<0.05，表明双眼深度知觉具有准确性。
3.2 计算各被试的视差角
公式:视差角=206265×b△D/[D×(D+△D)] (弧秒)
b：被试的目间距65mm
D：观察距离，本实验是2000mm
D：视差距离，即判断误差（平均数）
表1 不同被试双眼观察时的视差角
被试
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
平均
视角差(弧秒)
17.38
37.00
15.71
9.87
7.36
32.85
10.88
10.71
37度
13.38
66.37
22.15
3.3 分别比较单、双眼观察时，从远到近和从近到远时的深度知觉准确性
        表2 不同方向的深度知觉准确性比较
变异来源
双眼
单眼
自由度
t
p
11
11
0.016
0.214
0.998
0.835
根据上表可得，单、双眼观察时均有p>0.05，所以方向对深度知觉准确性的影响不显著。
4.讨论
4.1 单双眼线索对深度知觉的不同影响
由t检验的结果可知，双眼线索下的深度知觉能力与单眼有显著差异。此结果验证了假设：双眼的深度知觉准确性显著大于单眼。可能的原因是：在本实验的条件下，被试主要利用杆子的大小和明暗进行判断，其余的线索都不存在。双眼视觉线索，除了双眼视差，还有水晶体的调节和双眼视轴的辐合。双眼提供的线索是判断深度知觉的最主要的线索，所以单眼对深度知觉准确性远低于双眼。
4.2 关于双眼视差
由于人的两只眼睛相距大约65mm，当人们用双眼观察物体时，物体分别在两只眼睛的视网膜上成像。有时候两个像正好落在对应点上，形成了单一融合的视像，有时候落在非对称点上，于是形成了不同程度的视差。由此可见物体在两眼视网膜上的影像并不是完全重叠的。这些不重叠的信息同哦过视神经到达视交叉。而人类的视神经中，只有来自鼻翼的那部分交
叉工作，来自颞侧的不交叉，形成了半交叉现象。因此来自双眼的不重叠信息在视觉皮层处汇聚，导致了双眼视差，进而转化为神经冲动，传入大脑，经过大脑皮层的分析、综合活动，才产生了深度知觉。可见，在二维空间的视网膜上，立体物是两个稍有差别的平面物像。只是在经过大脑的加工之后，才有了深度知觉。
4.3 实验误差分析
本实验误差主要来源于样本质量的限制、简易实验工具的限制、视觉疲劳影响实验数据等因素。
其中视觉疲劳对实验结果的影响可能较大。在实验后两名被试均表示视觉疲劳对他们的判断产生了困难，两名被试均出现了视力模糊现象，且反应出一定的厌倦情绪。尤其在单眼观察部分，由于被试并不能准确地知道正确的位置，所以只能不厌其烦地猜测和学习。这可能也导致了后做的单眼视觉实验的误差较大。
此外，实验仪器本身的限制导致不能很好地模拟大多数单眼线索，并且仪器内光照不均（光源在左侧）会影响单眼明暗线索。同时由于实验场地的限制，被试的身高、坐姿都会对深度判断产生影响。
最后，由于本实验采用小样本实验，存在不可避免的误差。而且几乎所有被试都存在近视现象，实验时均佩戴眼镜，近视对实验结果的影响尚不明确。
4.4 预实验组分析
在本组实验的开始阶段，我们选择了一名双眼视力差距很大的裸视被试（左眼1.0右眼0.5）进行预实验，结果被试反应在双眼和单眼的情况下判断深度有困难（误差值均大于10）。而在佩戴了矫正视力的眼镜后，依然存在困难。事后了解到该被试在日常生活中并不经常佩戴眼镜。由此猜测该名被试由于长期不佩戴眼镜，双眼裸视力不一导致其对双眼线索不敏感或轻微斜视，从而可能缺乏了双眼产生距离深度的部分能力。
4.4 深度知觉在现实生活中的应用
本实验中所用到的单眼线索有线条透视、运动视差和运动透视等，日常生活中经常使用的单眼线索还有物体遮挡、线条透视、空气透视、相对高度、纹理梯度等。由于深度测量仪属于比较简易的测量工具，所以不能精确模拟全部的单眼线索，这也是导致单眼观察时误差很大的原因之一。在现实生活中，双眼辨别远近的能力虽然也显著大于单眼的能力，但是单眼深度知觉的能力远比试验中显示的要好。
5.结论
双眼深度知觉准确性显著大于单眼。
视差角均值大约是22.15弧秒。
方向对深度知觉准确性的影响不显著。
参考文献
[1]车文博，当代西方心理学新词典，吉林人民出版社，2001
[2]施壮华，深度知觉线索冲突及其知觉填补的机制，浙江大学博士学位论文，2002
[3]郭秀艳，实验心理学，人民教育出版社，2004
[4]Myers D. Psychology(6th ed). Worth Publishers,2001
附录
深度知觉误差记录表
次序
平均
条件
双眼观察
单眼观察
远→近
近→远
远→近
近→远
视差角
1
0.42
0.62
3.91
3.59
17.38
2
0.92
1.30
1.76
2.20
37.00
3
0.46
0.48
9.61
4.47
15.71
4
0.36
0.23
5.12
3.88
9.87
5
0.13
0.31
7.66
3.80
7.36
6
1.07
0.90
6.01
8.78
32.85
7
0.34
0.31
4.09
3.92
10.88
8*
0.39
0.25
2.06
11.43
10.71
9*
0.42
0.38
8.01
6.76
13.38
10
2.14
1.86
4.13
5.98
66.37
平均值
0.66
0.66
5.24
5.48
22.15
*为本组实验数据