残像法を用いた日常空間における視覚的距離知覚 [ PDF

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(1)残像法を用いた日常空間における視覚的距離知覚キーワード：距離知覚，残像法，異方性，現実（日常）空間，仮想空間行動システム専攻今村. 真理子. 結果と比較することによって妥当性を調べることができる．. １．はじめに人間の知覚空間は，ユークリッド空間である物理空間とは異なり，非ユークリッド空間であるとされる．そのため，実際の物理量と知覚量との間にはズレが生じる．空間特性の１. ３．実験１日常空間における正面方向において残像法とマグニチュー. つである“距離”についても同様のことが言える．本研究は，. ド推定（ME）法を用いて知覚距離を測定し，測定値の確度. 視覚的手がかりの豊富な日常空間において「残像法」を用い，. と精度を２つの方法間で比較することにより残像法の妥当性. 異なる方向について視覚的距離知覚を調べる．. を調べた．. 本研究の目標は以下の３つである．１）知覚距離の測定法. 方法 19 名（男性 9 名，女性 10 名）. としての「残像法」の理論的，実験的基礎を確立すること，２）距離知覚の異方性を検討すること，３）現実空間と仮想. 刺激の残像は視角１°の円形であった．ストロボ. 空間における距離知覚を比較することである．これらの目標. （National NE-5651）の発光面を直径3.49 cm の円が切り抜か. を達成するために，４つの実験を行なった．実験１では残像. れた黒紙で覆い，２ｍの観察距離で被験者の眼に照射した．. 法の妥当性をマグニチュード推定法と比較することにより検. 被験者はストロボの発光面上にある円の中央（凝視点）を注. 討した．実験２では0.5∼2.5m，実験３では３∼10m の知覚距. 視するように教示された．. 離およびその異方性を残像法により検討した．実験４では没. 残像の知覚された大きさと知覚距離を８つの異なる. 入型仮想空間提示装置（CAVE）を用いて，仮想空間における. 観察距離（1, 3, 5.73, 8.59, 11.46, 13.75, 18.33, 22.91 m）で測定し. 知覚距離およびその異方性を残像法とマグニチュード推定法. た．実験は十分に明るい廊下（26.83×2.06 m）で行ない，そ. により検討した．. の一方の端の壁に残像を投影した．残像の知覚された大きさは再生法で測定した．被験者は残像の見かけの直径を両手の人差し指間の距離で再生し，実験者はその距離を測定した．. ２．残像法残像法とは「エンメルトの法則」に基づき，残像の知覚された大きさから知覚距離を推定する方法である．エンメルトの法則によれば，残像の知覚された大きさ（s）. 一方，知覚距離をME 法でも測定した．被験者は１m の棒を１として，目から投影面までの距離を数値で判断した．知覚された大きさと知覚距離はそれぞれの観察距離条件で３回ず. は残像の投影面までの知覚距離（d）に比例する．残像の視角. つ測定した．. 的大きさ（網膜像の大きさ）をθとすると，この関係を次式. 結果と考察（実験１）残像法による知覚距離（各被験者について知覚された大き. で表すことができる．. s = d ⋅ tan θ. ‥‥‥‥‥‥‥‥‥(1). (1)式を知覚距離d について解くと次のようになる．. d =. s tan θ. ‥‥‥‥‥‥‥‥‥(2). さの３試行の平均値から算出）とME 法による知覚距離の３試行の平均値を分析の単位とし，２要因分散分析（２測定方法×８観察距離）を行なった．その結果，観察距離の主効果が統計的に有意であり［F(7,126)= 251.934, p<.001］，測定方法. (2)式は，残像の知覚された大きさs とその視角的大きさθか. の主効果［F(1,18)=0.324, n.s.］と交互作用［F(7,126)= 1.443, n.s.］. ら知覚距離 d が決まることを意味する．残像の視角的大きさ. は統計的に有意ではなかった．残像法とME 法による知覚距. は常に一定なので，残像の知覚された大きさ s を測定すれば. 離の平均値を観察距離の関数としてそれぞれ図１に示す．ま. 知覚距離d を推定することができる．. た95％信頼区間を算出した結果，残像法による知覚距離は観. 以上の考えに基づき，残像法では各観察距離で知覚された. 察距離３m で過大視，18.33, 22.91ｍで過小視，ME 法による. 残像の大きさを再生法等で測定し，その値を(2)式に代入して. 知覚距離は観察距離 8.59，13.75，18.33ｍで過小視されてい. 知覚距離を推定する．同一観察条件で他の知覚距離測定法の. た．.

(2) 変動係数を指標として残像法とME 法における精度を比較. であった．知覚距離の平均値を観察方向の関数として観察距. した．その結果，５m 以上の観察距離においては残像法の方. 離別にそれぞれ図２に示す．多重比較の結果，知覚距離は観. がME 法に比べて精度が高かった．ME 法の方が近距離で精. 察距離１∼2.5ｍにおいて正面方向に比べ上下方向（±90°）. 度が高い理由として，標準刺激の長さが距離判断に影響を与. で大きく知覚されることが明らかとなり，斜め上下方向（±. えたことが考えられる．. 45°）も観察距離が２ｍ前後では正面方向に比べて大きく知. 以上の結果は，残像法が従来の測定法と比べて遜色ないことを意味し，残像法の妥当性及び信頼性が確認されたと言える．. 覚されることが明らかとなった．以上の結果から， 0.5∼2.5m までの比較的近距離において距離知覚の異方性があることが明らかとなった． 3.5. PHYSICAL AFTERIMAGE. ESTIMATED DISTANCE (m). PERCEIVED DISTANCE (m). 30. ME 20. 10 N=19 0. 0. 5 10 15 20 VIEWING DISTANCE (m). 2.5 2.0 1.5. 3.0 2.5. 1.0 0.5. 2.0. (VIEWING DISTANCE). 1.5. PREDICT. 1.0 0.5 0.0. 25. N=10. -90 -45. 0. 45. 90. ORIENTATION (DEGREE) ORENTATION (DEGREE). 図１．残像法とME 法による知覚距離. 図２．比較的近距離における知覚距離４．実験２日常空間において残像法を用い， 0.5∼2.5ｍの比較的近距離における距離知覚とその異方性について，観察距離と観察方向を実験変数にして調べた．. ５．実験３日常空間において残像法を用い， 3∼10ｍの比較的遠距離における距離知覚とその異方性について，観察距離と観察方向を実験変数にして調べた．. 方法 10 名（男性 5 名，女性 5 名）実験１と同じ装置で形成した視角１°の円形の残像であった．知覚距離を５つの異なる観察方向について５つの異なる観察距離（0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 m）で測定した．観察方向は，直立姿勢をとった時の正面方向における水平面を 0°として仰角をプラス（＋），俯角をマイナス（−）とした±0°， ±45°，±90°の5 方向であった．実験は十分に明るいロの字型の階段で行なった．残像の投影面は，階段の壁（白色）を利用した正面方向（±0°）を除き，64×64 ㎝の発砲スチロール製スクリーン（白色）を用いた．残像の知覚された大きさは，被験者がノギスを使って残像の見かけの直径を再生する以外は実験１と同じであった．知覚された大きさは各観察方向の各観察距離で３回ずつ測定した．結果と考察（実験２）各被験者について残像法による知覚距離の平均値を分析の単位とし，２要因分散分析（５観察方向×５観察距離）を行なった．その結果，観察方向の主効果［F(4,36)＝7.723, p<.001］，観察距離の主効果［F(4,36)＝112.325, p<.001］，観察方向と観察距離の交互作用［F(16,144)＝2.128, p<.01］が統計的に有意. 方法 11 名（男性 6 名，女性 5 名）実験１と同じ装置で形成した視角１°の円形の残像であった．知覚距離を３つの異なる観察方向（±0°，±90°）について８つの異なる観察距離（3, 4, 5, 6, 7 , 8, 9, 10 m）で測定した．上下方向の実験は４階の建物の各階窓を含む半屋外で行ない，正面方向の実験は屋上で行なった．残像の投影面は，64×64 ㎝の発砲スチロール製スクリーン（白色）を用いた．残像の知覚された大きさは，被験者がスチール製のメジャーを使って残像の見かけの直径を再生する以外はこれまでの実験と同じであった．知覚された大きさは各観察方向の各観察距離で３回ずつ測定した．結果と考察（実験３）各被験者について残像法による知覚距離の平均値を分析の単位とし，２要因分散分析（５観察方向×５観察距離）を行なった．その結果，観察方向の主効果が統計的に有意傾向［F(2,20)＝2.956, p<.10］で下方向と正面方向との間に傾向差が見られた．また，観察距離の主効果［F(7,70)＝113.421, p<.001］が統計的に有意，観察方向と観察距離の交互作用は.

(3) 見られなかった［F(14,140)＝1.508, n.s.］．また，95％信頼区間. 報が与えられた．また，観察者の頭の動きがモニターされる. を算出した結果，全ての観察方向及び観察距離で過大視が認. ことによって仮想空間内での頭の位置変化に応じて画像も変. められた．知覚距離の平均値を観察距離の関数として観察方. 化するため，視点位置に応じた画像が常に与えられた．図５. 向別にそれぞれ図３に示す．. にCAVE 内で再現された情景を示す（本実験で用いた条件と. 正面方向の結果が，実験１と異なり過大視されているが，. は異なる）．. これは，実験１が廊下の壁を残像の投影面として被験者が各. ２つの観察条件において２つの異なる観察方向（正. 観察距離へ移動する実験であったのに対して，本実験が被験. 面方向，90°下方向）について７つの異なる観察距離（1, 2, 4,. 者は動かずに残像の投影面であるスクリーンを移動させる実. 10, 14, 20, 24 m）で ME 法と残像法により知覚距離を測定した．. 験であったためと考えられる．ここでは述べられていないが，. 観察条件は「両眼視差＋（観察面のテクスチャの）大きさ変. 著者は被験者移動の場合とスクリーン移動の場合の結果を比. 化（以後，サイズ条件）」と「サイズ条件＋全ての壁にテクス. 較する実験を行なっており，その結果，スクリーン移動の場. チャ（以後，テクスチャ条件）」の２つであった．用いたテク. 合の方が被験者移動の場合よりも統計的に有意に距離を大き. スチャはチェック模様で，一辺２m の壁を構成するようにサ. く判断することがわかっている．本実験では上方向，下方向. イズ条件の場合は観察面のみ，テクスチャ条件の場合は左右. ともスクリーン移動により投影面を提示したため，正面方向. 下の壁面と観察面の４面にテクスチャをつけた．残像の知覚. においても同様にスクリーン移動により投影面を提示した．. された大きさは，実験３と同じくスチール製のメジャーを使. 以上の結果から，３∼10ｍの比較的遠距離において，知覚. って再生した．ME 法による知覚距離の測定は，実験１と同. 距離は正面方向に比べて下方向が大きく知覚される傾向があ. じく，１m の棒を１として眼から投影面までの距離を数値で. ることが示唆された．. 判断した．知覚された大きさ及び知覚距離は，各観察条件において各観察方向の観察距離ごとに３回ずつ測定した．また，立体眼鏡の残像法への影響および現実空間における. PERCEIVED DISTANCE (m). 20. N=11. 知覚距離を調べるため，十分に明るい廊下（31.49×2.03ｍ）. 15. にて対照実験を行なった．観察条件は立体眼鏡の装着・非装着の２水準，観察距離は仮想空間における実験と同じ７水準. 10. （1, 2, 4, 10, 14, 20, 24 m），観察方向は正面方向のみであった． PREDICT DOWNWARD. 5. UPWARD FORWARD. 0. 2. 4. 6. 8. 10. 12. VIEWING DISTANCE (m). 図３．比較的遠距離における知覚距離. ６．実験４仮想空間において残像法とマグニチュード推定（ME）法を用い，1∼24m の観察距離における距離知覚とその異方性について，観察条件，観察距離，観察方向を実験変数にして. 図４．没入型仮想空間提示装置（CAVE）（梅村・渡邊・松岡，2000）. 調べた方法 6 名（男性 5 名，女性 1 名）実験１と同じ装置で形成した視角１°の円形の残像であった．本実験で利用したCAVE（図４）は，３×３m のスクリーンが前面及び左右側面に配置され，これに加えて底面の計４画面に画像を提示することができた．観察者がシャッター式立体眼鏡をかけて画面を観察することにより両眼視差情. 図５．CAVE 内で再現された情景（下方向）（梅村・渡邊・松岡，2000）.

(4) 結果と考察（実験４）立体眼鏡の影響を調べた対照実験において，各被験者について条件ごとの残像法による知覚距離の測定値を分析の単位. 果は，現実空間と仮想空間における知覚距離を調べた各先行研究の結果（梅村ら，2000；Witmer & Sadowski，1998）と一致する．. とし，２要因分散分析（２観察条件×７観察距離）を行なっ［F(6,30)＝86.827, p<.001］，観察条件の主効果［F(1,5)＝0.359, n.s.］および観察条件と観察距離の交互作用［F(6,30)＝1.618, n.s.］は統計的に有意ではなかった．従って，立体眼鏡の残像法に対する影響は無いものとし，立体眼鏡の装着・非装着条件の知覚距離の平均を現実空間における知覚距離として，今後の分析に用いる．. 40. ESTIMATED DISTANCE (m). た．その結果，観察距離の主効果だけが統計的に有意であり. CHECK (DW) TEXTURE (DW). SIZE (FW) SIZE (FW) SIZE (DW) SIZE (DW). 20. REAL REAL. 10. 0. 単位とし，２要因分散分析（５観察条件×７観察距離）を行なった．その結果，観察条件の主効果［F(4,20)＝8.511, p<.001］，. CHECK (FW) TEXTURE (FW). 30. 0. 各被験者について残像法による知覚距離の測定値を分析の. PREDICT PREDICT. N=6. 5. 10. 15. 20. 25. VIEWING DISTANCE (m). 図６．CAVE 内における残像法による知覚距離. 観察距離の主効果［F(6,30)＝21.517, p<.001］，観察条件と観察あった．しかし，REAL 条件とテクスチャ条件間および観察方向間に統計的に有意な差は見られなかった．残像法により測定した知覚距離の平均値を観察距離の関数として観察条件および観察方向別にそれぞれ図６に示す．図の中の REAL 条件は現実空間の正面方向における結果を示す．図６によると，視覚的手がかりの少ないサイズ条件では知覚距離がほぼ一定となり，この結果は特定距離傾向を示しているのかもしれな. 40. ESTIMATED DISTANCE (m). 距離の交互作用［F(24,120)＝5.854, p<.001］が統計的に有意で. PREDICT PREDICT CHECK (DW) TEXTURE (DW). 30. SIZE (FW) SIZE (FW) SIZE (DW) SIZE (DW). 20. 10. 0. 0. い． ME 法による知覚距離の３試行の平均値を分析の単位と. N=6. CHECK (FW) TEXTURE (FW). 5. 10. 15. 20. 25. VIEWING DISTANCE (m). 図７．CAVE 内におけるME 法による知覚距離. し，３要因分散分析（２観察条件×２観察方向×７観察距離）を行なった．その結果，観察条件の主効果［F(1,5)＝18.917,. ７．結論と展望. p<.01］，観察距離の主効果［F(6,30)＝21.671, p<.001］，観察条. 本研究の目標であった残像法の確立，現実空間と仮想空間. 件と観察距離の交互作用［F(6,30)＝17.614, p<.001］が統計的. の距離知覚の比較については達成できたと考えた．しかし，. に有意であり，観察距離14m 以上でサイズ条件とテクスチャ. 異方性の検証については不十分であった．今後の展望として. 条件との間に差が見られた．また，観察方向の主効果は見ら. は，本研究で扱っていない10m 以上の遠距離における距離知. れず［F(1,5)＝1.441, n.s.］，観察方向と観察距離の交互作用は. 覚とその異方性を調べるとともに，知覚空間の構造に関する. 有意傾向であった［F(6,30)＝2.004, p<.10］．ME 法により測定. 心理物理モデルを構築し，神経心理学や脳生理学による知覚. した知覚距離の平均値を観察距離の関数として観察条件およ. 空間の構造モデルと比較・統合することによって，ヒトの知. び観察方向別にそれぞれ図７に示した．残像法の場合と同様. 覚空間構造をより精緻に表現するモデルを完成させることを. に，サイズ条件では知覚距離がほぼ一定となり，特定距離傾. 目指したい．. 向を示しているのかもしれない．テクスチャ条件は観察距離の増大とともに増加しているが，理論値より過小視している．. ８．引用文献. 仮想空間において正面方向と下方向の知覚距離の間に統計. 梅村浩之・渡邊洋・松岡克典 2000 没入型仮想空間呈示. 的に有意な差は見られず，仮想空間における異方性は明らか. 装置内における効果的な高所呈示法の検討電子情報通信. とはならなかった．また，現実空間と仮想空間における知覚. 学会技術研究報告, 100, 19-24.. 距離の間にも統計的に有意な差は見られず，現実空間と仮想. Witmer, B. G. & Sadowski, W. J. Jr. 1998 Nonvisually guided. 空間の差は明らかとはならなかった．しかし，現実空間に比. locomotion to a previously viewed target in real and virtual. べて仮想空間のばらつきは非常に大きい（図６参照）．この結. environments. Human Factors, 40, 478-488..

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