陰影による面の形成と機能的役割 [ PDF

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(1)陰影による面の形成と機能的役割キーワード：陰影による形状復元，図地分凝，形の知覚，優位性，視覚探索行動システム専攻河辺隆寛. 1. はじめに. 影響をなくすために領域間に黒色のマスクを付加し実験 1. 物体に光があたっている際，光源に近い面は明るく，光. と同様の図地判断実験を行った．実験 3 では，実験 1・2 と. 源から遠い面は暗くなる．このような物理特徴を利用して，. 同様の刺激を 30 秒間観察し，「凸」領域が図として知覚さ. 我々は物体の 3 次元形状を知覚することができる．図 1 は. れた時間を検討した．. 輝度勾配を持った 2 つの円を示している．一般に左側の円は「凸」右側の円は「凹」として知覚される．. 図1. このような視覚刺激を利用して Kleffner & Ramachandran (1992) は，視覚探索課題を行った．彼らは，目標刺激「凹」. 図2. 2.2 結果と考察実験 1 の結果，提示時間に関わらず，「凸」で構成された. を妨害刺激「凸」群中から探索するのは，逆よりも容易で. 領域は図として知覚される割合が高いことが明らかとなっ. あったことから，「凹」は視覚的に顕著であると主張した．. た．また，実験 2 においても提示時間が長い場合において. しかしながら，外界の物体の多くは観察者に対して「凸」. は, 「凸」で構成された領域が図として知覚される割合が高. であり，「凹」が視覚処理において絶対的に顕著であり，優. かった．実験 3 においても同様に，「凸」で構成された領域. 先処理されるという結論は妥当でないように思える．. が長い時間図として知覚された， F (1，4) = 62.706，p < .001. 「凸」は「凹」よりもその表面は手前に定位される．先. （結果は図 3）．. 行研究において、手前に定位する面について形の判断は容. これらの結果は，図地分凝課題においては，「凸」が優先. 易であることが知られている (He & Nakayama, 1992)．この. 処理されることを明らかに示している．「凸」が図として知. 事実を考慮にいれると，「凸」で定義された形の判断は「凹」. 覚される理由は，「凸」で構成された領域が手前に定位され. で定義された形の判断に比べ，容易であることが推測され. るために知覚的な輪郭線を所有することができ，その結果，. る．. 形をもつためである．. 以上のことから，本研究では，形の識別を必要とする場. また，領域の境界情報が利用可能な場合は，さらに図地. 合には「凸」優先処理がみられ，一方，形の識別を必要と. 分離が促進されることがあきらかとなった．このことは，. しない場合には「凹」優先処理がみられるのではないかと. 低周波なエッジ情報，すなわちグローバルな陰影が図地分. 考え，以降の実験で検討した．. 離の際に有効であったことを示している．. 2. 実験 1, 2および 3. 3. 実験 4 および５. 2.1 目的. 3-1 目的実験 4 および 5 は，陰影による面形成における. 実験 1 では，陰影円盤で定義されたルビンの杯図形（図 2）. 面と境界の表象差を検討した．前実験からも明らかである. を用いて図地判断課題を行った．図地分凝課題では形の判. ように，低周波成分の輪郭は非常に強い奥行き手がかりで. 断を必要とする．そのため，「凸」で定義された領域は手前. ある．そのため，フリッカー条件においても境界付近に見. に定位されるので，図として知覚されやすいと考えられる．. られる輝度エッジの効果は強く，高速フリッカー条件にお. 実験 2 では，顔・壷領域間に生じた低周波の輝度エッジの. いても強い奥行き手がかりであることが推測される．.

(2) 「凸」領域が図として知覚された割合（%）. 100. 行った．. 100. 75. 75. 50. 50. 25. 25. 4.2 結果と考察実験 6 の結果，陰影円盤で構成された刺激については，「凸」で定義された文字は速く識別されることがわかった，. 陰影刺激. 0 0. 300. された刺激については，輝度極性について非対称な結果は. 600. 0 0. 刺激の提示時間 (ms). 300. 600. 刺激の提示時間（ms）. (a). (b). 陰影「凸」陰影「凹」図として知覚された割合 (%). F (1, 5) = 24.921, p < .005（図 5）．一方，ステップ円盤で構成. 陰影刺激ステップ刺激. ステップ刺激. ステップ「凸」ステップ「凹」. 100. 得られなかった，F (1, 5) = 1.547, p > .05．実験 7 の結果，「凸」で定義された項目の探索は，速く行われることがわかった F (1, 5) = 7.147, p < .05．一方，ステップ円盤で構成された刺激については非対称な探索結果は見られなかった，F = 2.877, p > .05．実験 6・7 の結果，スピードを要求される課題においても形の識別を必要とする場合には「凸」優先処理がみられた．. 80 60 40 20 0 マスクなし. マスクあり. (c) 図3. 実験 1・2・3 の結果（それぞれ 3a,3b,3c）．誤差棒は標準誤差．. 3.2 結果と考察. 視距離を変数にフリッカー刺激を観察. した結果，視距離が長い条件においては，境界成分によって奥行き知覚が決定されたが，視距離が短い条件において. 図 4 実験 6 で用いられた刺激．上段は陰影円盤で構成された文字．下段はステップ円盤で構成された文字．. は，境界成分は知覚されず，フリッカーによって奥行き知. に陰影が存在する場合は，奥行き知覚に貢献しないことが. 「凸」反応時間（ミリ秒）. は，ある大きさを持った受容野が存在し，その受容野の外. 750. 750. 覚が決定された．これらのことから，陰影を処理する際に. 700. 「凹」. 700. 650. 650. 600. 600. 4. 実験 6 および 7. 550. 550. 4.1 目的. 500. 500. 示された．. 図地分凝課題では「凸」で定義された領域が図として知覚される割合が高かった．しかし，図地判断にはスピードが要求されなかったため，視覚系が「凸」を優先処理していることを示すには至らなかった．. (a). (b). 図 5 実験 6 の結果．(a) 陰影円盤条件 (b) ステップ円盤条件．誤差棒は標準誤差．. 実験 6 では，陰影円盤で定義された文字に対する判断について反応時間を指標に検討した（図 4）．また，「凸」の優. また，課題が視覚探索の場合にも「凸」優先処理がみられ. 先処理は被験者の行う課題が視覚探索課題でなかったため. た．これは，探索項目を識別する際に陰影に基づいて形を. に得られた結果であるかもしれない．そのため，陰影円盤. 識別する必要があるために，手前に定位されるために形の. 刺激で定義された文字探索項目についての視覚探索課題を. 識別が容易な「凸」が優先処理されることを示している．.

(3) 5. 実験 8 および 9. 凸垂直ターゲット凹垂直ターゲット. 5.1 目的ここまで用いてきた刺激は，顔・壷や文字などのように，. 凸斜めターゲット凹斜めターゲット. 1000. すべて被験者の知識にアクセスするものであった．そのた 900. め，「凸」優先処理に知識駆動的要素が必要であるのか，そある．実験 8 では，複数の陰影円盤で定義された方向の識別（図 6）を必要とする視覚探索課題，また実験 9 では，陰影円盤で定義された面（図 7）の方向の識別課題を行った．. RT (ms). れとも形の識別のみで十分なのかについて検討する必要が 800 700. 600. 500 1. 6. 11. 図 8 実験 8 の結果図 6 実験 8 で用いられた刺激．（左）探索項目が「凸」で. たものの，識別するべき物体が妨害刺激の後ろに存在する. 構成された刺激(右)探索項目が「凹」で構成された刺激. 場合は，輪郭線が識別物体ではなく，妨害物体に所属するために，識別は困難になった．本研究では，陰影を用いて同様の結果を示した．形を識別する場合，凸で構成された面が凹で構成された面に比べ、奥行き次元において手前に定位する．そのため，識別するべき境界線は凸領域に所属することになる．結果として凸領域の形の識別は容易であり，凹領域の形の識別は困難と. 図 7 実験 9 で用いられた刺激．（左）面が「凸」で構成され. なった．本研究の結果は He and Nakayama (1992) の結果と. た刺激(右) 面が「凹」で構成された刺激. 同様であるが，陰影を単眼手がかりとして強力な図地分凝. 5.2 結果と考察実験 8 においては，「凸」で定義された探索項目の反応時間は，「凹」で定義された探索項目の反応時間に比べ速かった， F (1, 5) = 10.756, p < .05（図 8）．実験 9においては，「凸」で定義された面の方向識別は「凹」の識別よりも速く行われた， F (1, 5) = 8.544, p < .05 （図 9）．これらの結果は，「凸」の優先処理が知識駆動的要因に依存せずに，形の識別を行うかどうかに依存することを示している．また，実験 8 において，視覚探索課題であるにもかかわらず「凸」の優先処理が見られたことは，課題が視覚探索であってもその過程で形の識別が行われる場合は，「凸」が優先処理されることを示すものである．形の識別が必要な場合は，輪郭線の所有問題が発生する．視覚情報は基本的に曖昧であるため，エッジがどちらの物体に所属するものであるのかを決定する必要がある．He and Nakayama (1992) は，両眼視差で定義された刺激を用いて，形の識別が必要な視覚探索課題を行った．その結果，識別するべき物体が妨害物体の手前に存在する場合は，輪郭線が識別物体に所属するために，効率よく識別がなされ. 手がかりとして示唆することができた． 5. 実験 10 5.1 目的ここまでの結果は，形の識別を行う場合には「凸」優先処理がみられることを示している．一方，ここまでの結果は刺激の複雑さが招いた結果であると解釈することも可能である．実験 10 では，刺激布置は前実験とほぼ同様にしたままで，被験者の課題だけを変化させた．被験者は，提示された面が刺激内の右側に提示されたか，左側に提示されたか（位置検出課題）を報告した． 5.2 結果と考察面の位置を検出するに際し，面の構成要素である「凸」「凹」の間に有意な差は見られなかった，F (1,3) = 0.759, p > .05．これらの結果は，これまでに得られた「凸」の優先処理が刺激布置に依存しているのではなく，被験者が行う課題に依存していることを示している．検出課題および位置検.

(4) 出課題においては，被験者は必ずしも面の形を判断する必要がない．つまり，面の位置に関わらず，特徴勾配の崩れた. 総合考察本研究では，陰影によって復元される 2 種類の形状，「凸」. 位置を検出するだけで十分なのである．この結果は識別課. および「凹」に対する優先処理がそれぞれどのような条件. 題および位置検出過程の質的な差を示した研究 (Sagi &. において生じるのかについて検討した．先行研究において. Julesz, 1989; Atkinson & Brradick, 1989) を支持するものであ. は，陰影は形状を知覚する手がかりとしてのみ考えられて. る．. きた．今回の実験は，知覚された形状がその後の視覚処理にどのように影響されているかを検討することを目的とした．その結果，「凸」の優先処理は課題が形の識別に関与す. 900. る場合に生じ，「凹」の優先処理は課題が単一の陰影円盤刺. 反応時間（ミリ秒）. 凸. 激を用いた視覚探索課題において生じることが明らかと. 凹. なった．. 800. このような結果は視覚系の目的指向性を示したものである．つまり，現在必要な課題に応じて優先される物理特徴. 700. を変更することを示している．先行研究においては，視覚探索課題を用いて「凹」の優先処理が確認されてきた．本研究では，図地分凝課題を用いて「凸」の優先処理が確認. 600. されてきた．つまり，陰影という特徴だけを扱う場合でも，視覚メカニズムは直面する課題によって優先処理する物理. 500. 値を変更しているということになる．一方，このような視覚系における選択性がどのようなメ図 9 実験 9 の結果．誤差棒は標準誤差. カニズムによって媒介されているかは明らかではない．一般に情報の取捨選択は注意によってなされていると主張さ. 500. 反応時間（ミリ秒）. 凸. 凹. れている．視覚探索課題では，ポップアウトするターゲットには注意が誘導されることが示唆されている (Wolfe, 1994)．陰影刺激を用いた視覚探索課題においては，一般に凹ターゲットがポップアウトすることが知られており，こ. 450. の点から考えると，凹に注意が誘導されていると考えられる．しかしながら，本研究では一貫して凸領域の優位性が示唆された．そのため，形の識別を行う場合には凸に注意が向くのかもしれない．しかしながら，形の識別自体に注意. 400. 資源が用いられていると考えると，視覚探索とは段階の違う注意メカニズムが関与している可能性もあり，今後は注意機構も交え検討する必要がある．. 図 10 実験 10 の結果．誤差棒は標準誤差. また，課題が形の識別に関与していないことも，位置検出課題で凹凸間に差が見られなかった結果の一因であろう．形の識別には，形に伴う輪郭線がどの領域に属しているかを視覚的に決定する必要がある．実験 8 および 9 では，境界線の所属が凹凸領域のどちらにあるかを決定する必要があった．そのため，手前に知覚される凸領域に境界線が所属したものと考えられる．一方，実験 10 では，そのような境界線の所属の決定が必要でなかった．そのため，凹凸領域に差が生じなかったと考えられる．. 参考文献 Atkinson, J., and Braddick, O, J. (1989). ‘Where’ and ‘what’ in visual search. Perception, 18, 181-189. He, J., & Nakayama, K. (1992). Surfaces versus features in visual search. Nature, 359 (6392), 231-233. Kleffner, D., and Ramachandran, V., S. (1992). On the perception of shape from shading. Perception & Psychophysics, 52, 18-36. Sagi, D., and Julesz (1985). “Where” and “what” in vision. Science, 228, 1217-1219. Wolfe, J. M. (1994). Guided search 2.0. A revised model of visual search. Psychonomic Bulletin & Review, 1, 202-238..

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