直接知觉理论及其发展

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1、直接知觉理论及其发展禤宇明傅小兰()摘要Gibson创立的直接知觉理论 (direct perception)认为环境中的信息如此丰富，人对外部世界的知觉 可以是直接的而非整合的，并强调人与环境的交互。直接知觉理论已经成为知觉理论的一个重要分支。本 文介绍了直接知觉的基本概念，并着重从空间知觉、大小知觉、运动知觉三方面综述该理论的观点、实验 研究及其进展。关键词：直接知觉生态光学不变性提供量自从J. J. Gibson( 1966，1979)奠定直接知觉理论的基础以来，直接知觉理论已经成为知觉理论的一个重要分支。本文旨在介绍直接知觉的基本理论，并着重从空间知觉、大小知觉、运动知觉三方面综述该理

2、论的进展。1. 直接知觉理论的基本观点我们所熟悉的知觉的建构理论以Helmholtz ( 1866/1963)的无意识推理为基础，知觉被理解为感觉和概念的整合。但Gibson( 1966，1979)认为，环境信息是如此丰富，人对外部世界的知觉可以是直接的而非整合的。也就是说，信息和外部世界之间有一种直接的关系，因而人可以直接拾取环境中分布的信息，不需要心象、图式或者表征等作为中介。图1:光流阵示意图1.1 生态光学(ecological optics)物理光学概念是以能量为基础的，但 Gibson 认为，对人和动物来说能量没有很直接的意义， 比 如说可见光以外波长的光，具有物理学上的意义， 但

3、对人的视知觉没有任何贡献。因此， Gibson引 入了生态光学理论，以强调知觉对动物在自然环境 下生存和发展的意义。( Gibson，1961)(1)。生 态指的是生物在一定的自然环境下生存和发展的 状态，也指生物的生理特性和生活习性。生态光学就是基于生态水平的光学。Gibs on提出了环境光(ambient optic)、环境光阵 (ambient optic array)、 光流(optic flow )、光流阵(optic flow array)等基本概念。环境光就是通常所说的照明，指充斥在环境中的经过多次反射的光线。环境光阵则是指环境光所形成的结构信息，即环境中有无数个观察点，观察者在

4、任何一点上观察，来自四面八方的光强都会有差别。Gibs on认为结构信息是知觉的基础，因为对于人的知觉而言，一个均质的、光强无任何差别的环境等同于一个完全黑暗的环境。Gibson以前的大部分知觉理论都建立在静止观察者的基础之上。但Gibson认为，建立在静止观察者基础上的知觉理论忽视了知觉的很多关键信息，因为在自然环境中，人和动物总是活动的观察者；而对于活动的观察者，环境光阵就变成了环境光流阵，如图1所示。1.2 不变性(invariants)如果知觉是直接的，那么知觉对象是什么呢？过去认为，知觉对象是知觉过程的结果， 是对刺激的自动反应；有的心理学家还对远体和近体刺激加以区分(Heider,

5、 1930/1959;Koffka, 1935 )。Gibson不同意上述观点，认为知觉和刺激之间存在单值函数关系( Gibson，1959）。基于这个刺激-知觉假设，Gibson提出了不变性的概念， 认为不变性是动态刺激 流中的恒定模式，而知觉就是对这些恒定模式的直接拾取（pick-up ）。比如说，从不同的角度看，房间里各种家具的具体位置、大小等都会有所不同，但是家具的布局具有不变性。1.3 提供量（affordanee）Gibs on认为知觉应该以人与环境的交互为基础。他认为人与环境是互补的、不可分割 的两部分。他提出了提供量的概念，认为提供量是指人和环境的交互中环境所做的贡献，而在这种

6、交互中人的贡献就是人具备交互的能力。提供量的概念有三层含义：（1）提供量存在于环境之中，不是知觉的产物；（2）知觉系统能获取的信息指出了提供量；（3）有机体能觉察这些信息从而知觉到提供量（ Michaels ,1988）。自提供量的概念被提出后，它已被 大量用于对情景的描述。总之，直接知觉理论认为知觉是直接的，动态的，并强调人和环境的交互（即强调情景 的作用）。Gibs on及其后继者做了不少工作以支持和发展直接知觉理论。下面我们着重从 空间知觉、大小知觉、运动知觉等方面综述直接知觉理论的观点，实验研究及其进展。2. 空间知觉传统的知觉理论认为， 视网膜像是两维的， 因此深度信息就丧失了。 人

7、必须利用深度线 索来弥补所丧失的第三维信息。二战期间Gibs on受命帮助训练飞行员，结果他发现飞行员无法利用深度线索来帮助飞行。Gibs on从此逐渐摒弃深度线索的观点。他认为三维坐标”是纯粹的数学抽象，但对实际知觉没有任何贡献。Gibs on认为人看到的都是物体的表面，所以知觉的基础是对物体表面布局的知觉；环境光阵中的结构密度信息已包含了所有的三维信息，因此根本不存在单独的深度知觉。为了证实以上观点， Gibson等人（1955）做了一个很有趣的伪通道” （pseudotunnel） 实验。实验使用了一些大的塑料薄片，每片中央都开有一个30厘米左右的孔。塑料片有黑白两种，实验中最多使用了

8、36片。塑料片如图2放置，被试在一个隔开的小房间往孔里看。 实验结果如下：当所有的塑料片同颜色时，被试报告什么也看不到；当36片塑料片黑白相间时，所有被试都报告看到了一个连续的、平滑的通道，没有被试报告看到了塑料片中央孔的边缘；当黑白相间的塑料片数减少时，报告看到连续平滑通道的被试越来越少，而越来越多的被试报告看到了塑料片中央孔的边缘；Gibs on对这三个结果的解释是：现实世界中的任何物体表面均有一定的纹理，也就是说包含有结构信息，对物体表面的知觉取决于环境光阵中的结构信息。塑料片同颜色时环境光阵中缺乏结构信息，所以被试报告看到的是一团雾或者什么都不是；同理，一块完全透明的玻璃也是因为缺乏纹

9、理而让人觉察不到它的存在。塑料片黑白相间时就形成了不连续信息，而且塑料片足够多时就可以让被试觉察不到塑料片之间的间隔，这些不连续信息就被误认为是伪通道的表面纹理信息。图2 Gibson et al （ 1955）的伪通道实验为了证明环境光阵中含有距离信息，Purdy & Gibson （ 1955）在室外做了一个实验。他们在草地上放置了一些标志物， 最远的标志物离被试达 320 米；要求被试平分两个标志物之 间的距离或者是平分自己和某个标志物之间的距离。 结果发现所有的被试都能较精确地毫不 费力地完成实验任务。 Higashiyama （ 1994）在日本海面上让被试目测船和海岛之间的距离 （

10、距离范围 0.4-15.3 千米），结果也证明了知觉距离信息的直接性在这么远的距离下， 所谓的深度线索也都失效了。E. J. Gibson 等人（ 1960）的视崖实验也强有力地支持了直接知觉理论。因为不管是用 新生婴儿、动物幼子还是出生后即予以视觉剥夺的成年动物来做实验， 结果发现他们爬到 （或 走到）“悬崖”边上时都会停下来。这说明深度知觉是直接的，是一种天生的本能。 Gibson （1979）还用提供量的概念对此实验进行了解释“悬崖”的一边提供了支持的表面，是 安全的；而另一边让人觉得会掉下去，是危险的。3. 物体大小 对于物体的大小判断，传统知觉理论的解释主要基于视网膜像的大小和对距离

11、的判断。而直接知觉理论认为环境光阵中的信息足以说明物体的大小， 人们可以通过眼高和地面纹理 密度信息直接感知物体的大小。下面我们主要介绍有关眼高标准的一些实验。Sedgwick （ 1973 ）最早提出了人用来知觉物体高度的地平线比例关系（Horizon ratiorelation ）和眼高标准（ Eye Height Scaling ）。地平线比例关系是指相同高度的物体被地平线 切分而成的上下两部分的比例是相同的， 眼高就是人的眼睛离地面的高度。 显然， 地平线与 人眼的水平视线会在无穷远处相重合。 但实际上， 由于物体或者建筑物的阻隔， 地平线常常 并不明显， 比如在室内时， 人就是靠环境

12、光阵中的其他信息来弥补缺失的地平线信息。 这些 环境光阵信息包括光流域的扩展中心、 地板和墙壁的纹理密度变化。 眼高在环境中的投射则 被称为有效眼高（ effective eye height ，即 EEH ）（ Wraga, 1999 ）。早期的研究发现人无需手脚并用就可以一步直接踏上的最大高度为腿长的 0.88 倍 （Warren ,1984），但Mark （1987）将这一比例纠正为眼高的0.45。以后有关眼高标准的实验主要集中在研究 EEH 对大小判断的影响，并取得了比较一致的结果（如Warren &Whang, 1987；Stoper, 1990；Stoper & Bautista

13、, 1992； Wraga & Neisser , 1995； Wraga, 1999）。限于篇幅，这里只简述Wraga（ 1999）的工作。Wraga（ 1999）区分了涉及大小判断的两种实验任务：一种是内在任务，即心理物理任 务,要求被试对比标准刺激和比较刺激； 当标准刺激和比较刺激同时呈现时, 被试只需要比 较两种刺激的视网膜象的大小； 而当标准刺激不在视野范围之内时, 被试需要做的是把比较 刺激和记住的标准刺激进行比较； 这两种条件下都不涉及提供量的拾取。 另一种任务为外在 任务,也称为提供量任务,要求被试与环境有交互动作（如要求被试判断能否踏上台阶,能 够通过洞口），这就需要被试以身

14、体部位来衡量物体大小。实验沿用了Warren（ 1987）的伪地板” （false floor ）范式来直接操纵 EEH。伪地板”是指在被试未察觉的情况下， 用某种装置垫高了判断目标（如图 3 所示）。伪地板的作用在于降低眼高的投射位置（即 EEH ）。Wraga（ 1999） 一共设计了 4个实验。前三个试验包括一个内在任务和一个外在任务； 实验四包括两个外在任务。在实验一中, Wraga 让被试判断是否可以以正常方式（无需手脚 并用）踏上某个台阶 3 ,并判断台阶高度是否大于一根标准棍棒的长度。被试可以一直看 到作为标准刺激的棍棒。 在实验二中, 被试除了判断是否可踏上台阶外, 还要判断台

15、阶高度 是否大于 24 英寸（事先已记住的标准）；在实验三中,被试需要判断能否无需侧身就可以 通过一个洞口 （3）,还要判断洞口宽度是否大于18英寸（事先已记住的标准） ；在实验四中,被试要判断台阶高度是否大于 18英寸（事先已记住的标准） ,还要判断洞口宽度是否大于18 英寸(事先已记住的标准)。这四个试验均有两种实验条件，即有伪地板与无伪地板。 实验发现，伪地板影响了实验一、二中的所有任务，即被试低估了判断目标大小；但是只影 响实验三、四中的外在任务。也就是说， EEH 在外在任务和内在任务中均作为判断物体高 度的标准；而对物体宽度的判断只有在外在任务中才以 EEH 为标准。4. 运动知觉知觉研究中对运动知觉的研究本来开展得比较少， 但直接知觉理论对活动观察者的强调 使得心理学家对运动知觉的研究逐渐增加， 研究内容主要包括两个方面： 一方面是研究对运 动方向的判断； 另一方面是研究对运动物体碰撞时间的估计。 研究结果有的支持直接知觉理 论，而其他一些则支持知觉建构理论。4.1 运动方向的判断直接知觉理论认为环境光阵中的信息对人的活动起导航作用。 为什么呢？因为环境光阵 至少提供两个方面的信息：运动方向信息和环境布局信息( Strelow, 1985 )。运动方向信息 从图 2 上可以很直观地看出来： 当活动的观察者的视线方向和运动方向一致时