両眼視・運動視における体積感

DOI: http://doi.org/10.14947/psychono.36.8 66 基礎心理学研究 第36巻 第1号

両眼視・運動視における体積感

出 澤 正 德

Volume perception in binocular stereo vision and motion stereo vision

Masanori Idesawa

a _{The University of Electro-Communications, UEC Museum of Communications} b _{Meiji University, Meiji Institute for Advance Study of Mathematical Science}

When we look at an object such as a sphere or a cylinder, we often perceive a solid object as being three-dimen-sional and filled with a medium, even if we can only see its frontal surface. This is known as volume perception, which was originally discovered by observing illusory object perception associated with binocular viewing. Follow-ing this investigation, “binocularly unpaired regions” or “gradually appearFollow-ing and disappearFollow-ing parts” were found to play important roles in volume perception. In addition, transparent volumetric illusory object perception in which an enclosed partial space is filled with a transparent medium was also discovered; however, the perceptual mecha-nisms are not yet clear. This article describes the volume perception research that has been conducted to date.

Keywords: volume perception, illusory solid, binocularly unpaired parts, appearing and disappearing parts,

trans-parent illusory solid, motion vision

は じ め に 網膜上に映る対象物の像はその手前側に光を遮るもの のない表面からの光で形成され，人の目に見えるのは対 象物の表側の面のみとなる。ところが，円筒や球など曲 面を含む対象物を見たとき表面が隠されて見えない対象 物の裏側まで伸び，その内部が何か媒体で充填された立 体（3次元空間内での閉じた部分空間）として知覚され る。この厚みのある中実の立体としての知覚を体積感 （volume perception）と呼んでいる（Iwamoto & Idesawa,

1997）。 環境中にある多くの物体は厚さや体積を有し表面だけ のものは少ない。そのため体積感のある中実の立体とし ての知覚は当たり前のこと思われがちである。そのた め，日常経験に基づき体積のある物体として知覚・認識 しているとの説明に納得してしまう人が少なくなかっ た。著者らは，1989年に見出された両眼立体視による3 次元錯視現象の観察過程で，上記の当たり前と考えられ ていたことが必ずしもそうではないということに気づい た。後述するようにある条件を満たしたステレオグラム においては，錯視対象物が厚さのない面としてではな く，「閉じた部分空間を占める立体」として知覚された （Idesawa, 1991a, 1997）。さらには「体積を有する透明な ゼリー状の媒体」が存在するように透明錯視立体の知覚 も見出された（Idesawa, 1991b）。両眼立体視の場合，知 覚される対象物の表面上に，透明錯視立体では知覚され る対象物の内側に両眼非対応部（両眼像が対応できない 部分）が存在すると，また，運動する対象物あるいは移 動立体視の場合には対象物表面に出現・消失部（運動に 伴い自己隠蔽等で見えなかったものが徐々に現れてくる 部分および徐々に隠れて見えなくなる部分）が存在する と体積感のある立体として知覚されることが明らかにさ れた。 両眼立体視による錯視立体の知覚 両眼立体視における錯視対象物の知覚において知覚さ れる対象物が見える部分の奥側まで連なりその内部が何 かで充填された錯視立体として知覚される現象が観察 The Japanese Journal of Psychonomic Science

2017, Vol. 36, No. 1, 66–74

研究ノート

Copyright 2017. The Japanese Psychonomic Society. All rights reserved. Corresponding address: The University of

Electro-Commu-nications, Emeritus Professor and Academic staff of UEC Museum of Communications, 1–5–1 Chofugaoka, Chofu, Tokyo 182–8585, Japan. E-mail: [email protected] J-STAGE First published online: October 31, 2017

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された（Idesawa, 1991a）。Figure 1（a）では8分の1球状 の錯視表面が知覚され，（b）では球に軸棒が刺さった錯 視球コマが知覚される。（a）の知覚は表面的であるが （b）は空間的な拡がり（厚み）のある球状立体として知 覚される。さらに，Figure 1（c）では円錐状の棘が多数 球状の錯視対象物を支持しているように知覚される （Idesawa, 1993）。すなわち，とげの生えた立体が見える （藤田，2014）。これらは，主観的輪郭ではなく，「主観 的表面」，「主観的物体」と呼ばなければならない（下條， 1995）。なお，これらは主観的輪郭の両眼立体視と考え ら れ が ち で あ る（Ramachandran,1986; Carman & Welch, 1992）。しかし，これらの知覚において単眼視における 主観的輪郭の知覚は必要条件でも十分条件でもない （Mather, 1989）。すなわち，単眼視で主観的輪郭が知覚 されても両眼視で知覚されるとは限らず，また，逆に， 単眼視では知覚されないのに両眼視では知覚されること がある。したがって，これらの現象については，主観的 輪郭の3次元への拡張ではなく，3次元知覚という大き な視点から総合的に考え直すことが必要とされる。

近年，体積感に関連し，“Idesawa’s Spiky Sphere”と呼

ばれている刺激画像（Lehar, 2003）はFigure 1（c）のステ レオグラムの一方の目の刺激に相当するものである。こ れは単眼視画像からでも体積感を知覚できるということ で（Tse, 1999），体積感知覚には両眼視手がかりのみで なく絵画的な手がかりなど別の要因も寄与していること を示唆している。 Figure 1（b）において知覚された球状錯視立体の輪郭 は左右で対応していないように感じられた。実際の対象 物を検討したところ，球や円筒など自己隠蔽境界（輪 郭）が曲面部分となる対象物においては体積感が知覚さ れ，多面体など隠蔽境界（輪郭）が稜線となる場合には 両眼視手がかりのみでは体積感が知覚され難いことが確 かめられた（武井・出澤， 1995）。これらの相違点は前 者においては両眼非対応領域（単眼のみに見える部分） が存在するが，後者においてはそれが存在しないことで ある。 両眼非対応領域と体積感知覚 円筒状対象物について両眼非対応部分（単眼にのみ見 える縁の領域）が存在する場合と存在しない場合の模型 Figure 1. Illusory object perception with binocular viewing （L: left eye view, R: right eye view）. （a） Illusory surface. （b）

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を作成し検討した（Iwamoto & Idesawa, 1997）。Figure 2 （a）にその模型のステレオグラムを示した。さらに Figure 2（b）にはこの模型の上面が見えるよう上方から の写真を示した。このような模型について，Figure 3に 示されているようにプローブ物体を観察者に対して奥行 き方向に移動して対象物の背面に接触する限界位置を計 測した。その結果，Figure 4に示されているように，両眼 非対応部が存在しない場合には，観察者から見てほぼ対 象物の一番奥側の位置となり，両眼非対応部が存在する 場合には対象物の一番奥よりも遠くの位置に調整される ことが確かめられた（Idesawa, Iwamoto, Hara & Sakaguch, 1997; 原・阪口・出澤，1998）。このことは，見える表側 の円筒状の形状が見えない裏側まで連なっていると判断 されていたものと推測される。同様な実験をランダム ドットステレオグラムで行ってFigure 5に示されている

ように，ほぼ同様な結果が得られた（Watanabe &

Idesa-wa, 2001）。 これらの事実より両眼非対応領域の存在は対象物が見 えない奥側まで存在するように知覚する体積感を生成さ せる1つの要因であることが示唆された。 両眼立体視における透明錯視立体の知覚 両眼立体視における錯視現象の観察において，透明な 錯視対象が観察された（Idesawa, 1991b）。Figure 6（a）に おいては手前側に知覚される輪郭部分の内側にその奥に 存在する視覚刺激の部分までの空間が透明な媒体で満た されているように知覚される。この知覚は，「見えない のに何かが存在して知覚される」（Idesawa, 1991b）とい うもので，消えてしまうことはないが，少し不安定であ るとの印象を与えることも報告されている。Figure 6（b） は（a）の刺激の周囲に不透明な錯視表面が知覚される ような刺激を加えたものである。一見すると6角形状の 錯視平面を貫いて（a）で知覚された透明体が突き出て Figure 2. Stereogram of the physical models of cylindrical object with and without binocularly unpaired parts （L: left eye

view, R: right eye view）. （a） Stereogram of cylindrical models with and without the binocularly unpaired parts. （b） Photo-graph of the model from upper position.

Figure 3. Conceptual diagram showing the unpaired parts of cylindrical object and the experimental config-uration.

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Figure 4. Results of the experiment. Perception of intersecting position of object and probe （P.P） and the experimental stan-dard deviation （原・阪口・出澤，1998）.

Figure 5. Random dot stereogram of the cylindrical surface with and without the binocularly unpaired parts with the con-ceptual diagram showing their perception （L: left eye view, R: right eye view）. （a） Random dot stereogram with binocularly unpaired parts. （b） Random dot stereogram without binocularly unpaired parts （出澤・程，2016）.

70 基礎心理学研究 第36巻 第1号 いるように知覚される。しかし，このステレオグラムを 注意深く観察し，周囲の表面が中央部において盛り上る 曲面状に知覚されるとそれまで透明体と知覚された部分 が単なる穴明き窓のように知覚され，透明媒体の知覚は 消失するか著しく弱められる。 透明視に類する現象としてネオン色拡散があり，その ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク モ デ ル も提 案 さ れ て い る （Grossberg & Mingolla, 1985）。刺激が平面的であっても 手前に靄のような透明な媒体の存在を感じる。この現象 ではネオン色が知覚される領域の外側から内側へと連 なった対象物（視覚刺激）の可視性が内側部分と外側部 分で異なっている。このために半透明な媒体が手前に重 なっているような知覚となる。両眼視差を付与してその 領域が対象物の手前側にするとより明確に知覚される。 また，奥行きを反転するとネオン色拡散としては知覚さ れなくなる（下條，1995）。直交する2直線の交差する 十字部分の色を変えた刺激でもネオン色拡散が知覚され る。そして，十字部分を少し回転させて外側の直線と内 側の直線を不連続にするとネオン色拡散は知覚されなく なる。すなわち，ネオン色拡散は連続した刺激図形の可 視性がその領域境界で変化する半透明に相当すると考え られる（Idesawa, 1991b）。これに対して，Figure 6（a）の 場合には，透明なガラス状の柱体が置かれているように 知覚され，クリスタル透明に相当するもので（Idesawa, 1991b），知覚される体積感の特性はネオン色拡散におけ る半透明媒体とは異なる。 またFigure 6（c）では，多数の円錐状対象物によって支 持された透明な球状の対象物が知覚され，パントマイム効 果と名づけられた（Idesawa & Zhang, 1999; Zhang, Idesawa, & Sakaguchi, 1998）。このステレオグラムは，円錐状の不 透明な物体を3次元空間内に多数配置したものである。 したがって，通常の両眼立体視の知見に基づけば，多数 の円錐状の対象物が3次元空間内に多数配置されている と知覚されるはずである。ところが両眼立体視すると多 数の円錐状の対象物に加えて円錐の底面で形成される球 体内部が底面の特性（色など）に対応した性質の透明な 媒体で満たされた球状対象物として知覚される。この球 状対象物の知覚は，円錐の高さを低くすると弱まり，高 さゼロ，すなわち底面の円板のみの場合には，著しく弱 まり体積感はほとんど知覚されなくなる。また，3次元 Figure 6. Transparent illusory object perception with binocular viewing （L: left eye view, R: right eye view）. （a） Transparent

71 出澤： 両眼視・運動視における体積感 空間内に多数の円錐状模型を同様に配置した場合にも， 同じように円錐底面に沿った球状透明体が知覚されるこ とが確認された（木村・出澤・張，2002）。なお，上記 のステレオグラムおよび模型のいずれの場合において も，円錐対象物の底面が同一の球面上にならないような 不規則な配置の場合，透明対象物は知覚されず，円錐状 対象物が3次元空間内に散らばって配置されていること のみが知覚される。 この透明錯視立体の知覚に視覚システムのどのような メカニズムが作用しているのか，まだ明らかにはできて いない。fMRI （機能的磁気共鳴映像装置）による脳内の 活動状況の観察において透明錯視立体の知覚時には後頭 葉の視覚野等に加え前頭葉の一部の活動も高まったこと が確認されており，透明立体の知覚にはかなり高度で複 雑なメカニズムの作用が示唆されている（Zhang, Mogi, & Idesawa, 2003; Zhang & Mogi, 2007）。

運動からの体積感知覚と出現・消失部

運動の情報からも3次元的に奥行きを持った対象物が 知覚される（Gibson, Gibson, Smith, & Flock, 1959）。運動 から対象物の深さや構造などの情報の獲得は“X from Motion”と呼ばれ（Ullman, 1976），コンピュータービ ジョン分野において盛んに研究された。物体が運動する 場合（物体運動），自身が運動する場合（自己運動）の いずれでも同様な知覚が得られる（Cornileau-Peres & Droulez, 1994）。また，3次元の表面上に貼り付けられた 疎らなランダムドットのステレオグラムにおいて，静止 時には知覚されないが運動するとドット間の隙間に表面 が知覚される（中山・出澤・阪口，1997）。このような 疎らなランダムドットの単眼画像においても運動すると 3次元的奥行きを伴って知覚されるのみでなく，ドット の間の隙間に表面が知覚されることが確かめられた （Jiang & Idesawa, 2006; Wang & Idesawa, 2008）。表面が曲 面で構成される対象物について，物体運動，自己運動の いずれにおいても体積感が観察された（Cheng, Idesawa, & Wang, 2010）。そして，物体運動でも中実の厚みを有 する立体として知覚される場合（Figure 7（a））と表面的 で厚みを持たない知覚が得られる場合（Figure 7（b））と がある。円筒面の場合（Figure 7（a））には出現・消失部 （ADP: gradually Appearing and Disappearing Parts）が存在 するが，四角柱の場合（Figure 7（b））にはそれが存在し ない。ランダムドットを円筒面対象物表面に貼り付け た，出現・消失部が存在するモデルと存在しないモデル について，往復並進運動（shuttle mode motion），往復 転がり運動（rolling），往復回転運動（rotation）させて 観察した（Cheng et al., 2010）。その結果，Figure 8に示さ れているように，出現・消失部が存在する場合には体積 感が知覚され存在しない場合には知覚されないことが明 らかとなった。

また，出現・消失部が自己隠蔽による場合のみではな Figure 7. Conceptual figures showing the appearing and disappearing parts （ADPs） of rotating objects and their perception.

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く，液面に柱状対象物が浮かんで回転運動し，液面に沈 んだ部分が見えなくなるような形態（隣接媒体による隠 蔽）で生成される出現・消失部の存在も体積感をもたら すことが確かめられた（Cheng & Idesawa, 2011）。この隣 接媒体による隠蔽で生成される出現・消失部の場合，円 筒状物体のみでなく四角柱のように表面が平面で構成さ れた物体でも表側となる面が部分的に隠され，徐々に現 れてくる部分および徐々に隠されてゆく部分が存在する と体積感が知覚される。 以上の実験では，運動する物体および移動立体視にお ける体積感は，出現・消失部が存在する物体では知覚さ れ，存在しない物体では厚さのない表面として知覚され ることが示され，出現・消失部の存在が運動視における 体積感知覚の一つの要因であることが示唆された。 さらに，対象物が実際に連続運動する場合のみではな く，仮現運動を引き起こす刺激とブランク刺激とを周回 的に呈示した場合にも連続した運動のように知覚される （Mather, 2006）。このように仮現運動を生成する刺激と ブランク刺激とを周回的に呈示した場合にも連続運動時 と同様な体積感が知覚できることが確認された（Cheng & Idesawa, 2014）。 なお，移動立体視による体積感知覚については，高層 ビルの多い都会を走る電車の窓から「丸みのあるビル」 と「角が鋭いビル」とに注目して注意深く観察すること で体験することができる。また，TVなど画面上の対象 物が静止時には厚みがないように，それが運動すると厚 Figure 9. Volumetric spherical illusory transparent object perception from motion. （a） Coherently aligned cones. （b）

Inco-herently aligned cones （Idesawa, Uchida, & Moe, 2004）.

Figure 8. Experimental results on volume perception for three types of shuttle motion, rotation, translation and rolling, in dif-ferent six orientations. Average volume perception rates for 10 subjects are shown; error bars show the deviation between sub-jects. Volume perception rates for three motion patterns （rotation, translation and rolling） and for six motion orientations are shown separately with and without the appearing and disappearing parts （ADPs）. （Cheng, Idesawa, & Wang, 2010）．

73 出澤： 両眼視・運動視における体積感 みのあるように知覚されることがある。この現象も，出 現・消失部の非存在・存在と関わっていると推察され る。映像提示において本来は厚さを有する対象物が厚さ のない板のように知覚されてしまうCard board効果を軽 減するうえで表示対象物の出現・消失部，そして前出の 両眼非対応応領域の存在に留意することが肝要と考えら れる（出澤・程，2016）。 運動視における透明体積感知覚 パントマイム効果による透明錯視対象は両眼立体視の 場合のみ知覚され，単眼視では知覚されなかった。前述 の運動からの体積感知覚と同様に，単眼刺激であって も，視覚刺激が相対的な位置関係を保持して並進運動， 回転運動あるいはこれらの組み合わせの運動をする場合 に両眼立体視した場合と同様に内部が透明な媒体で充填 された透明錯視対象が知覚される（内田・出澤， 2002a, b）。 また，パントマイム効果の刺激を用いて仮現運動が生 じるよう，2枚の画像とブランク画像を周回的に呈示し た場合にも，透明な体積感を有する錯視対象の知覚が確 認された（Figure 9）（Idesawa, Uchida, & Moe, 2004）。

む す び 両眼立体視による錯視立体の知覚現象の観察から， 「その内部が何かで満たされた中実の立体」として知覚 される，体積感知覚現象が見出された。また，空間が透 明な媒体で充填される透明体積感の知覚現象が見出され た。この体積感知覚現象についてのこれまでの研究の経 緯について紹介した。さらに，運動要因による体積感お よび透明体積感の知覚について紹介した。両眼立体視に おける体積感知覚においては対象物の自己隠蔽による両 眼非対応領域の存在が一つの要因となっていることが示 された。また，運動からの体積感知覚においては対象物 による自己隠蔽による出現・消失部の存在が一つの要因 であることが明らかにされた。また，隣接媒体による隠 蔽で生成される出現・消失部によれば，表面が曲面で構 成された物体のみでなく平面で構成された物体でも体積 感が知覚される。このように体積感が知覚される場合の 条件については，多くの報告がなされているが，いずれ の場合にも，これらの要因のみではなく絵画的要因など 別の要因の存在も示唆されている。体積感の知覚を引き 起こす視覚のメカニズムについては，現在のところ，ほ とんど研究されておらず，まだ，明らかにはされていな い。今後のさらなる研究の進展が期待される。 引用文献

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