オブジェクトの奥行き情報が大きさ知覚に及ぼす影響 [ PDF

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(1)オブジェクトの奥行き情報が大きさ知覚に及ぼす影響距離知覚，奥行き知覚，大きさ知覚，大きさ-距離不変仮説行動システム専攻田谷はじめに過去の知覚研究は，距離知覚，大きさ知覚，奥行き知. 修一郎. 方法刺激と装置. 覚が独立でないことを明らかにしてきた．例えば距離の. [きめの勾配図形]9 本の黒い垂直線分(0.35cd/m2)を持つ. 情報が大きさの知覚に影響すること (Kilpatrick &. 白い正方形(107cd/ m2)をきめの勾配図形として作成し. Ittelson, 1957)，逆に，大きさの情報が距離の知覚に影. た(Fig.1a)．これらの刺激には，図形の中央から両側に. 響すること(Burnham, 1982)，また，大きさの情報が距. 向かって，隣り合う垂直線分の太さと間隔が等比級数的. 離の知覚に影響し，その結果間接的に奥行きの知覚に影. に細くなるように描くことで刺激にきめの勾配を付けた．. 響すること(O’Leary & Wallach, 1980)，そして，距離の. この際，線分の太さの変化率を 4 水準に設定し，4 種類. 情報が奥行きの知覚に影響すること(Ono & Comerford,. のきめの勾配を持つ刺激を作成した．. 1977)が先行研究から明らかにされてきている．. [輝度の勾配図形] 図形中央から両側に向かって輝度が. 近年，三浦と井上は，分割錯視図形では知覚される奥. 低下する正方形を輝度の勾配図形として作成した. 行きが増加すると錯視量が減少することを示した(三浦. (Fig.1b)．この正方形を 9 つの縦長な長方形領域(4×. & 井上)．この結果は，奥行きの情報が大きさの知覚に. 126pixcels)によって縦方向に分割し，図形中央から両側. 影響するという，距離知覚･大きさ知覚･奥行き知覚の間. に向かって，隣り合う領域の輝度を等差級数的に低下さ. の未発見の相互関係の存在を示唆する．本研究は三浦と. せることで刺激に輝度の勾配を付けた．この際，各領域. 井上が示した‘知覚される奥行きの増加にともなう大き. の輝度の変化率を 4 水準に設定し，4 種類の輝度の勾配. さの過小視’が奥行きを持って知覚される対象一般に見. を持つ平面図形を作成した．最後にこれらの平面図形に. られる現象であることを明らかにし，この現象の生起因. ガウスフィルターをかけ,輝度の勾配を滑らかにした．. を特定することを目的とする．. 標準刺激は白い正方形(107cd/m2)であった(Fig.1c)．刺激の大きさは全て 126×126pixcels で，観察距離 100cm. 実験１目的. からの視角は約 3×3°であった．上記の 9 種類の刺激を用いて全 72 組の刺激対を作成. 三浦と井上は、立体的な分割錯視図形の横幅が標準的. し，ランダムな順序で被験者に呈示した．刺激対は CRT. な(平面的な)分割錯視図形より小さく見られることを示. ディスプレイ上に呈示され，実験はコンピュータによっ. した。しかし、分割錯視は過大視される性質を持つため，. て統制された．刺激対は灰色(38.0cd/m2)を背景として，. 立体的な図形の大きさが物理的な大きさよりも過小視さ. 画面の中央に左右に並んで呈示された．刺激は両眼で観. れたかどうかは定かではない．そこで実験１は白い正方. 察された．. 形を標準刺激とし，立体的な図形の大きさが物理的な大. 手続き被験者はまず，呈示された刺激対の左右どちらの. きさよりも過小視されるかどうか検討することを一つ目. 横幅がより大きく見えるか判断した．全ての刺激対につ. の目的とした．. いて横幅の判断を終えた後，被験者は，呈示された刺激. また，三浦と井上は線分によるきめの勾配で刺激に奥行きを付けた。よって，観察された錯視量の減少が知覚される奥行きの増加以外の要因(例：空間周波数)に起因する可能性もある．そこで実験１では輝度の勾配で奥行. 対の左右どちらの奥行きがより大きく見えるか判断した (一対比較法)．被験者大学生 10 名が実験に参加した． (a). (b). きを付けた図形も刺激に加え，立体的な図形に見られる大きさの過小視が，線分テクスチャーの特性に起因するものかどうか検討することを二つ目の目的とした． Fig.1 実験 1 の刺激例. (c).

(2) 結果と考察. 方法. 得られたデータを Thurstone の CaseV の手続きに基づいて処理し，横幅と奥行きの感覚尺度を構成した (Fig.2)．この結果，きめの勾配図形と輝度の勾配図形の双方で，奥行きが大きく知覚される図形ほど，幅が細く知覚されることが明らかになった．相関係数は，きめの勾配図形で‐0.99，輝度勾配図形では‐0.98 であった．. 刺激と装置実験刺激は実験１で用いたものを 90°回転させた図形であった(Fig.3)．比較刺激，観察条件および装置は実験 1 と同様であった．手続き被験者は実験１と同様の手続き(一対比較法 )で高さと奥行きの判断を行なった．被験者大学生 10 名が実験に参加した． (a). 実験の結果は，標準刺激である白い正方形よりも立体. (b). (c). 的な図形の方が小さく知覚されることを示した．この結果から，立体的な図形が物理的な大きさより過小視されることが明らかとなった．また，輝度の勾配を奥行き手がかりとする図形でも，横幅が過小視されることが示さ. Fig.3 実験２の刺激例. 結果と考察. れた．この結果から，大きさの過小視が線分テクスチャーに起因するものではないことが明らかとなった．横幅. きめの勾配図形. 奥行き. 輝度の勾配図形. 3. 3. 2. 2. 1. 1. 横幅. 得られたデータを Thurstone の CaseV の手続きに基づいて処理し，高さと奥行きの感覚尺度を構成した. 奥行き. (Fig.4)．この結果，水平な円筒として知覚される図形でも，きめの勾配図形と輝度の勾配図形の双方で，奥行きが大きく知覚される図形ほど高さが低く知覚されることが明らかになった．したがって，単眼領域の補正機構は. Z値. Z値. 錯視の主要因ではないことが明らかになった．ただし輝 0. 度勾配図形では，最も奥行きが大きいと判断された図形. 0. -1. -1. -2. -2. (輝度の変化率 16%の図形)の高さが標準刺激に次いで大きく知覚された．これはこの図形の上下両端の輝度が低. -3. く背景とのコントラストが強いために，他の図形よりも輪郭がはっきりと知覚されたためと考えられる．相関係. -3 Control. 1.00. 0.9. 0.8. 0.7. 線分の太さの変化率. Control. 4%. 8%. 12%. 16%. 輝度の変化率. Fig.2 実験 1 における横幅と奥行きの間隔尺度. 数は，きめの勾配図形で‐0.99，輝度勾配図形では‐0.57 であった．きめの勾配図形. 高さ. 奥行き. 輝度の勾配図形. 3. 3. 2. 2. 1. 1. 高さ. 奥行き. 実験２目的遮蔽された物体を両眼視すると単眼でしか見えない領. る補正機構を有すると考えられている(Ono et al., 1998)．. Z値. から見た領域に収まるようにこの単眼領域を‘縮小’す. Z値. 域(単眼領域)が生じる．視覚系は‘サイクロープスの眼’ 0. 0. -1. -1. -2. -2. ところで，実験 1 で用いた図形は主観的に垂直に立てられた半円筒として知覚される．実物の垂直な半円筒を両眼視すると，円筒自身の輪郭により横方向に単眼領域が生じる．よって，実験 1 で用いた図形では単眼領域の補正機構が働いて横幅が過小視された可能性がある．そこ. -3 control. 1.00. 0.90. 0.80. 線分の太さの変化率. 0.70. -3 control. 4%. 8%. 12%. 16%. 輝度の変化率. Fig.4 実験 2 における高さと奥行きの感覚尺度. で実験 2 は，単眼領域の補正機構が実験１で見られた錯視の主要因であるかどうか検討することを目的とする．. また，実験 2 で図形に生じた過小視の大きさは，実験. このため，実験 2 では，実験 1 で用いた図形を 90°回転. 1 で生じた過小視よりも比較的穏やかであった．したが. させた図形を刺激とする．このように回転させることで，. って単眼領域の補正機構は錯視の主要因ではないにせよ，. 刺激は水平に寝かされた半円筒として知覚される．実物. 錯視の生起に関わっている可能性はある．もしくは，垂. の水平な半円筒を両眼視するとき縦方向に単眼領域は生じない．よって単眼領域の補正機構が錯視の主要因であるならば，これらの刺激で縦方向に過小視は生じないはずである．. 直水平錯視の性質が奥行きに起因する過小視を打ち消したため、過小視量が減少したとも考えられる．.

(3) 実験３目的. 験刺激と標準刺激の縦の長さを比べ，その大きさの‘差分’をノギスで再生した．次に被験者は同様の手続きで. 実験 3 では実物の立体模型を刺激とし，実物の立体で. 横幅の判断を行なった．続いて被験者は実験刺激の奥行. も大きさが過小視されるかどうか検討する．実験 3 では. きをノギスで再生した．最後に被験者は標準刺激の面と. 立体の過小視についての新たに２つの仮説を立て検討し. 実験刺激の背面との位置の前後の‘ずれ’をノギスで再. た．仮説 1 では‘対象の持つ奥行きの増加が大きさの過. 生した．実験刺激はランダムな順序でそれぞれ３回ずつ. 小視を生む’という，奥行きと大きさの間の直接的な相互関係を仮定した．仮説２では‘対象の持つ奥行きの増加が観察距離の過小視を生み’ ， ‘過小視された観察距離を用いて大きさのスケーリングを行なうために，大きさ. 呈示された．観察条件は単眼観察と両眼観察の 2 条件設けられた．観察距離は 100 ㎝であった．大学生 6 名が実験に参加した．. 被験者. が過小視される’という，奥行きと大きさの間に距離の変数を介した間接的な相互関係を仮定した．仮説 1・2. 結果と考察. のどちらがより妥当であるか検討するため，実験 3 では. 高さ，横幅，奥行き，距離について３回の再生値を平. 奥行きの異なる 4 つの立体模型を刺激とし，被験者に知. 均し，その値を予備実験で作成した個人関数にかけて標. 覚される大きさ(高さと横幅)，奥行き，距離の測定を求. 準化した．この値からまず被験者の知覚した高さ，横幅，. めた．刺激の観察距離は一定に保たれたため，仮説 1 が. 奥行き，距離について主観的等価点(PSE)を算出し，PSE. 妥当ならば，刺激の奥行きの変化に関わらず観察距離は. から物理値を引くことで高さ，横幅，奥行き，距離につ. 一定に知覚され，大きさのみが過小視されるはずである．. いての錯視量を算出した(Fig.6~8)．. 仮説 2 が妥当ならば，刺激の奥行きの増加にともなって. 奥行きと距離の比較(Fig.6) 両眼観察では，刺激の物理. 観察距離が過小視され，その結果，大きさも過小視され. 的な奥行きの増加にともなって観察距離が有意に過小視. るはずである．. された(F(3, 15)=6.5, p<0.05)．一方，単眼観察では知覚された観察距離について刺激間で差は無かった．これは，単眼観察では刺激の奥行きが過小視されたため. 方法実験刺激は 4 水準の奥行きを持つ４つの半. (F(3,15)=9.3, p<0.05)，奥行きが知覚される観察距離に. 円筒であった(Fig.5)．これら実験刺激の背面の形状は全. 及ぼす影響が小さかったためと考えられる．また，単眼. て等しい大きさの正方形(40×40mm)であった．これら. 観察では実験刺激と標準刺激の相対的な大きさの違いが. 実験刺激の表面には白黒の面積比 1:1 のランダムドット. 距離手がかりとなり，距離の知覚が不安定になった可能. テクスチャーを印刷した紙が張られた．標準刺激には実. 性も高い．このことも単眼観察において刺激間で知覚さ. 験刺激の背面よりも縦横の辺の長さが 25%大きな正方. れた観察距離に差が無かった原因と考えられる．. 刺激と装置. 形 (CL(Control Large)) と 25% 小さな正方形を. 単眼観察. (CS(Control Small)) 用いた．被験者は CL を標準刺激とする群(CL 群)と CS を標準刺激とする群(CS 群)に分け. 奥行き. 両眼観察. 距離. 40. 40. 30. 30. 20. 20. 奥行き. 距離. 錯視量(mm）. 錯視量(mm）. られた． 10. 10. 0. 0. - 10. - 10. - 20. - 20 0. 10. 20. 刺激の物理的奥行き(mm). 40. 0. 10. 20. 40. 刺激の物理的奥行き(mm). Fig.5 実験３で用いた実験刺激. Fig.6 実験 3 における奥行きと距離の錯視量. 装置は床面が灰色の B1 パネル (103×73cm)，背景に. 距離と高さの比較(Fig.7) 両眼観察では物理的な奥行き. 当たる部分はグレーの B2 パネル(73×52cm)で構成され. の増加にともない観察距離が過小視され，同時に高さも. た．装置の背面からは 2 本の角柱が視野の左下と右上に. 過小視された(F(3,15)=3.6，p<0.05)．一方，単眼観察条. 垂直に突き出ており，刺激はこの角柱の先端に取り付け. 件では観察距離は過小視されず，高さも過小視されなか. ることで呈示された．. った．大きさ-距離不変仮説(Kilpatrick & Ittelson, 1957). 手続きまず被験者は高さの判断を行った．被験者は，実. からは視角一定の場合，観察距離が過小視されるときは.

(4) 大きさも過小視されることが予測される．. また、実験２より，この現象が単眼領域の補正機構に起因するものでは無いことが示された．実験 3 より，知. S’=D･tanè. 覚される奥行きが増加すると観察距離が過小視され，そ. (S’は知覚される大きさ，D は距離，θ は視角の大きさ). の結果大きさが過小視されることが明らかとなった．しよって結果は大きさ-距離不変仮説の予測に一致する．単眼観察. 高さ. 両眼観察. 距離. 40. 40. 30. 30. 20. 20. 高さ. 距離. たがって，奥行き知覚と大きさ知覚の間には，距離知覚を介した間接的な相互関係が存在すると結論できる. 錯視量(mm). 錯視量(mm). (Fig.9)．奥行きを持つ対象はその奥行きの分だけ観察者. 10. に近付いて見える．そのため，奥行きを持つ対象は奥行きが増加するほど観察距離が過小視される．また，大きさ-距離不変仮説より，大きさの過小視量は観察距離の過. 10. 0. 0. - 10. - 10. - 20. - 20. 小視量に比例する．知覚される奥行きが大きくなるほど大きさが過小視されるのはこのためであると考えられる．. 奥行き 0. 10. 20. 40. 0. 刺激の物理的奥行き(mm). 10. 20. 40. 距離. 刺激の物理的奥行き(mm). Fig.7 実験 3 における高さと距離の錯視量. 横幅と距離の比較(Fig.8) 大きさ-距離不変仮説からは，. 大きさ. 観察距離が過小視された両眼観察条件では横幅も過小視されることが予測される．しかし，両眼観察条件と単眼. Fig.9 距離･奥行き･大きさ知覚の相互関係. 観察条件の双方で横幅は一定に知覚された．この結果は. 矢印は影響を及ぼす方向を示す．. 大きさ-距離不変仮説の予測とは矛盾する．しかし，実験. 点線は既知の相互関係，実線は本研究が新たに示した相互関係である．. 3 の刺激の場合，水平方向には奥行きの変化は無い．よって刺激の横幅を測定する際，刺激の奥行きは知覚され. ただし，本実験では CRT に呈示された平面図形につい. る観察距離に影響しない．横幅に高さのような過小視が. ては距離の測定を行なっていない．また，本実験で用い. 生じなかったのはこのためと考えられる．. た刺激は全て半円筒(あるいは半円筒として知覚される. 単眼観察. 横幅. 両眼観察. 距離. 距離. 平面図形)である．したがって，平面図形でも観察距離の過小視が生じること，そして半円筒以外の立体でも大きさの過小視が生じることを明らかにすることが今後の課. 30. 30. 題である．. 20 錯視量(mm). 20 錯視量(mm). 横幅. 40. 40. 10. 引用文献 10. 0. 0. - 10. - 10. Burnham, D. K．(1982) Apparent relative size in the judgment of apparent distance, Perception, 12, 683-700. Kilpatrick, F. P. & Ittelson, W. H. (1953) The size-distance invariance hypothesis. The Psychological Review,60, 223-231. 三浦＆井上 (2000) 基礎心理学研究, 第18 巻, 194. - 20. - 20 0. 10. 20. 40. 0. 10. 20. 40. 刺激の物理的奥行き(mm). 刺激の物理的奥行き(mm). Fig.8 実験 3 における横幅と距離の錯視量. O’Leary, A. & Wallach, H. (1980) Familiar size and linear perspective as distance cues in stereoscopic depth constancy. Perception &. Psychophysics,27, 131-135. 総合考察実験１より，奥行きを持つ対象の大きさは物理的な大. Ono, H. & Commerford, J. (1977) Stereoscopic depth constancy.. Epstein, W. (Ed): Stability and constancy in visual perception.. きさよりも過小視されること，および，大きさの過小視. Wiley-Interscience Publication, New York.. はきめの勾配のみでなく輝度の勾配で奥行きが付けられ. Ono, H., Ohtsuka, S., Lillakas, S. (1998) The visual system’s solution. た図形でも生じることが明らかになった．また，実験 3. to Leonardo’s paradox and to the problems created by the solution.. より，実物の立体でも立体的な平面図形同様に大きさが. Proceeding for The Workshop on Visual Cognition (Tsukuba, Japan:. 過小視されることが示された．よって， ‘知覚される奥行. Science and Technology Association and National Institute of. きの増加にともなう大きさの過小視’は奥行きを持つ対. Bioscience and Human-Technology), 125-136. 象一般に見られるものであることが示された．.

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