回転立体効果における奥行き手がかり統合仮説 [ PDF

全文

(1)回転立体効果における奥行き手がかり統合仮説キーワード：回転立体効果，奥行き知覚，運動視差，絵画的奥行き手がかり. 人間環境学府行動システム専攻森戸勇介はじめに回転立体効果(Stereo kinetic Effect:以下，SKE)とは，前額平行面上に提示される中心のずれた同心円からなる 2D 図形(図 1)を視軸に対して回転させることによって，提示面に対して手前に飛び出した円錐型，もしくは奥に引っ込んだ漏斗型の立体が知覚されるという錯視である．この錯視は幾何的に奥行き量が不確定であるにも関わらず，安定した量的な奥行き知覚を得ることが出来るという特徴を持つ．. トで定義された，７つの縞状の同心円からなる．刺激の運動は同心円の中心のずれ量（離心度）を変化させることでなされた．刺激のサイズはディスプレイ上で 10.5 cm であった．刺激の運動方向は左右にのみ動かすことの出来る頭部運動に対して等方向，逆方向，垂直方向(上下運動)の 3 条件であった．頭部運動と刺激の連動は以下の手順をもってなされた．先ず，可動式の顎乗せ台とマウスを接続することで，顎乗せ台上の被験者の頭部位置をマウスの位置としてコンピューターに入力する．次に入力された頭部運動情報を元に刺激の離心度を再計算し，リアルタイムで刺激に反映させた．顎乗せ台は刺激提示面に対して水平に引かれたレールの上を最大 30 cm 動かすことができ，その両端には制止具が装着されている．頭部運動を刺激に反映させる装置の概略を図 2 に示す．観察距離は 1.1 ｍであった．. 図 1 回転立体図形の例この現象は Musatti.(1924)によって発見され，その後，多くの研究者によって研究されてきたが，安定した奥行き量がどのような処理過程を経て算出されているかについての定説はない．そこで本研究では SKE における奥行き情報処理過程について検討・考察することを目的とした．. 実験１【目的】 SKE では観察者が静止している場合，知覚される奥行き方向は不明瞭である．運動視差を用いた立体視では刺激を頭部運動に連動させることで刺激の奥行き方向が確定することが知られている．本実験では SKE においても頭部運動情報が有効に利用できているかについて調べた．運動視差と同様に奥行き方向が確定する場合，頭部運動と中心の運動が等しい場合では凹，反対の場合では凸に見えやすくなることが予測される【方法】被験者：正常な視力を持つ男女７名刺激と装置：刺激は図 1 に示されるような輝度コントラス. 図.２頭部運動計測装置手続き：被験者の課題は頭部を左右に動かし，その際にCRT ディスプレイに提示される刺激がディスプレイに対して凸と凹のどちらに見えるかを答えることであった．被験者は実験中に流れるメトロノームの音に合わせて 0.25 Hz で装置の両端に設置してある制止具に当たるまで頭部を移動させた．全被験者に対して実験前にメトロノームを使用した.

(2) 頭部運動の訓練を行った．. 示された．これは SKE において輝度情報を主に処理している運動視差が優位に利用されているのは無く，輝度および. 【結果と考察】. 色コントラストによって定義された境界線の持つ絵画的な. 分散分析の結果，刺激運動方向の効果がみられなかった ( F( 2, 15 ) = 3.51, p >.05 )．. 奥行き手がかりなどの高次な情報が優位に利用されているためと考えられる．. この結果から SKE において，頭部運動の情報からは奥行き方向を確定することは出来ないことを示された．また一旦，凸(凹)に知覚されると刺激の変化に寄らず，その印象が続くという被験者の内観報告があった．これらの結果から SKE では頭部運動を使って奥行き方位を決定しているのではなく，刺激に含まれる絵画的な情報による物体印象などの高次な知覚の影響が優位に働いている可能性が考えられる．. 実験２【目的】運動視差による奥行き情報処理過程では，色定義刺激（等輝度刺激) を用いた場合，奥行き量が減衰するという報告. a.. 輝度コントラスト条件. がある (Cavanagh, et al 1995)．本実験では SKE における処理を運動視差処理過程と比較するため，等輝度で定義された SKE 刺激による知覚奥行き量を測定した．【方法】被験者：正常な視力を持つ男女 18 名刺激と装置：刺激は図１と同様の同心円からなる.刺激条件は同心円のコントラストを輝度で定義した輝度コントラスト条件と，主観的等輝度色で定義した色コントラスト条件の 2 条件であった．用いた主観的等輝度色は全被験者に対し，あらかじめ行ったフリッカー交照法による予備実験で測定したものである．また観察距離を 3 条件( 57，114， 200 cm )と同心円の離心度を 4 条件（ 0.18，0.88，1.75，. b.. 色コントラスト条件. 2.63 cm ）で変化させた．実験は準暗室で行った．手続き：被験者の課題は提示された刺激の知覚的な奥行き. 図 3 実験 2 の結果. と等しく見えるように，長さを再生することであった．【結果と考察】. また離心度の主効果および，観察距離の主効果は. 結果を図 3 に示す．分散分析を行った結果，コントラス. Nakamizo et al(1995)の結果を確認するものであった．彼. ト条件に主効果は見られなかった(F( 1，143 ) = 0.427 p >. らは 2ｍまで観察距離に応じて知覚奥行き量が増大すると. 0.05 )．観察距離に主効果が見られ( F( 2，143 ) = 37.8 p. いう結果を得ている．本実験では１ｍで増大の頭打ちが起. < .001 )，下位検定の結果，57 cm と 114 cm ( p < .001)，. こっているが，これは暗室で実験を行ったことによる不正. 57 cm と 200 cm ( p < .001)の間に有意差が見られた．また. 確な距離知覚が原因となっていると考えられる．. 偏心度に主効果が見られ(F( 2，143 ) = 63.8 p < .001 )，下位検定の結果，全ての条件間に有意差( p < .001 )が見られた．この結果から SKE において奥行き情報を量的に再現する機構では色情報を輝度情報と同等に利用していることが.

(3) 実験３【目的】先行知見の多くは SKE では要素間の運動視差が有効に利用されているとしている(Nakamizo,1995)．本実験では. さらに，この結果から SKE では人間は観察距離と同心円の離心度を主な情報として奥行き情報を構成しているといえるが，離心度の情報は SKE において速度勾配の情報として利用しているわけではないと考えられる．. 刺激の直径を変化させることによって速度勾配を変え，そ. 実験４. の影響を検討した．【目的】【方法】. これまでなされてきた研究の多くは，図 1 に示される輝. 被験者：正常な視力を持つ男女 18 名. 度コントラストで定義された縞状の刺激と，境界線のみに. 刺激と装置：刺激の形状は実験２の輝度コントラスト刺激. よって定義された刺激が別々に検討してきた. と等しい．独立変数として刺激の直径３条件（8.5，12.5,. (Nakamizo,1995 等)．しかし，両刺激を量的に比較した研. 14.5 cm），同心円の偏心度 3 条件（0.18，0.88，2.63 cm）. 究はまだ無い．本実験では白黒のコントラストで同心円を. を用いた．観察距離は１m であった．刺激は最大円の中心. 定義した刺激と（輝度コントラスト条件）とその境界線の. を基点に 22.5 rpm で回転させた．. みによる刺激を (境界線条件) 用いて知覚奥行きを量的に. 手続き：被験者の課題は提示された刺激の知覚的な奥行き. 比較した．. と等しく見えるように，長さを再生することであった．【方法】【結果と考察】. 被験者：正常な視力を持つ男女 24 名．. 実験の結果を図 4.に示す．また解析において直径 10.5cm の. 刺激と装置：独立変数として刺激形態 2 条件（輝度コント. データは実験２の結果を用いた．分散分析の結果，刺激の. ラスト条件，境界線条件），観察距離 4 条件( 0.5，1.0，. 直径の主効果は見られなかった((F( 3，98 )=1.48 .1)．また. 2.0，4.0 m )と同心円の偏心度 3 条件（0.18，0.88，2.63 cm）. 偏心度に主効果が見られ(F( 2，98 = 63.8 p < 0.001 )，下. を用いた．観察距離は被験者間変数とし，その他の条件は. 位検定の結果，全ての条件間に有意差( p < 0.001 )が見られ. 被験者内変数とした．刺激は実験 2 と同様に最大円の中心. た．. を基点に 22.5 rpm で回転させた．刺激の直径は 10.5 cm で. 実験の結果から，SKE で知覚される奥行きは刺激の直径の影響を受けないことが示された．これは刺激の直径の変. あった．実験は明室で行った．手続き：被験者の課題は実験３と同じであった．. 化に伴い，同心円間の速度勾配が変化するにも関わらず，その影響が知覚奥行き量に反映されないことを示す．つまり，速度勾配の情報は奥行きのスケーリングに対して効果を持たないことが示唆された．. 【結果と考察】分散分析の結果，刺激の形態間には有意差は見られなかった(F( 1，120 ) = 0.29 p > .1 )．また実験２，3 と同様に観察距離( F( 3，120 ) = 11.5 p < .001 )と離心度(F( 2，120 ) = 63.8 p < .001 )に主効果が見られた．結果を図５に示す．. 図 4 実験３の結果誤差棒は標準誤差を示す．. a. 輝度コントラスト条件.

(4) 影響力の違いは未だ不明である．今後は運動情報と絵画的奥行き手がかり等の高次な情報を分離した検討を課題として挙げる．それにより，複数の情報を統合処理する奥行き情報復元過程のより詳細な解明が期待できる．. 引用文献 Cavanagh, P., Saida, S,. & Rivest, J. 1995 The Contribution of Color to Depth Perceived from Motion Parallax, Vision Research, 35, 1871-1878 Nakamizo, S., & Kondo, M. 1995 Depth perception of stereokinetic cone and absolute distance information, b.境界線条件. Japanese Psychological Research, 37, 139-145. Musatti. C. L,. 1924 Sui fenoment stereocinetici. Archivio. 図 5 実験４の結果誤差棒は標準誤差を示す．. Italiano di Psicologia, 3, 105-120. Zanfolin, M. 1988 The height of a stereokinetic cone: A. 本実験の結果は SKE においては境界線の情報から知覚. quantitative determination of a 3-D effect from 2-D. 奥行きの量的な復元に必要な情報が得られることを示した．. moving patterns without a “rigidity assumption”.. Psychological Research, 50, 162-172. 総合考察. 筆注：Musatti(1924)はイタリア語で書かれているため原文. 実験１の結果から SKE では頭部運動による幾何的情報よ. の読解が困難であり，主な主張は Zanfolin(1998)の記述を. りも，印象などの高次な情報が優位に働くことが示唆された．実験２の結果から SKE 刺激の処理では運動情報を主に取り扱う大細胞系ではなく，色や形の処理に関係が深い小細胞系を通る情報が優位に働いていることが考えられる．実験３では，知覚される奥行き量は直径の変化による速度勾配の影響を受けないことが示された．これは離心度の情報が速度勾配としてではなく，絵画的奥行き手がかりという比較的高次な情報として取り扱われていることを示唆している．ここまでの結果と実験４の結果から，SKE での奥行き情報は，刺激の境界線の形状が作り出す絵画的奥行き手がかりが主に効いていることが考えられる．さらに刺激の運動や観察距離の変化に対する速度情報の変化が補助的に働くことにより，量的な奥行き補正が行われていると考えられる．以上から，回転立体錯視では絵画的奥行き手がかりから経験的に奥行き量を推定し，観察距離や速度差など幾何的情報を補助的に用いていることでその精度を上げているという仮説を提唱する．. 今後の課題本研究では主に SKE 処理過程における幾何情報の非優位性から議論を進めてきた．しかし，本研究で用いられてきた刺激では絵画的奥行き手がかりと刺激内要素の相対速度情報が混在している．それゆえ，奥行き情報の統合過程における，相対速度情報と絵画的奥行き手がかりの量的な. 引用した．.

(5)