視覺(jué)空間

視覺(jué)空間四維空間對(duì)比

四維空間的優(yōu)點(diǎn)便在于它的詳細(xì)，全面，創(chuàng)建一個(gè)四維空間模型可以觀看到某地區(qū)（甚至世界）的一段時(shí)間的變化。但它的缺點(diǎn)也在于此：創(chuàng)建一個(gè)四維空間需要大量的數(shù)據(jù)計(jì)算。而視覺(jué)空間雖然不如四維空間全面，但由于它相對(duì)于四維空間而言更具有針對(duì)性，而且也能節(jié)省更多的計(jì)算量。

如果我想要看看一個(gè)人自殺一天前到自殺后的狀況，要是創(chuàng)建當(dāng)時(shí)的四維空間模型的話，我們就需要?jiǎng)?chuàng)建那個(gè)人生活地區(qū)的模型，從中我們可以得知這個(gè)人遇到了什么，身邊發(fā)生了什么。

但要知道，你觀察的角度是第三視角，你不能從自殺者的角度來(lái)看；而視覺(jué)空間則是從自殺者的角度，所以你便在自殺者的立場(chǎng)，那意味著：你就是那個(gè)自殺者。從這個(gè)角度，我們可以看到你在四維空間所忽略的事物，而這事物有可能就是引發(fā)悲劇的直接原因。從中看出，視覺(jué)空間可以更好的讓觀察者體會(huì)當(dāng)事人的心情。

視覺(jué)空間三維視覺(jué)空間

從3D顯卡技術(shù)來(lái)看，平面顯示器在3D顯卡的作用下，卻能給我們展現(xiàn)3D效果，它實(shí)際上是用透視的方法，將3D影像投影在2D顯示平面上，讓人看起來(lái)“認(rèn)為”是立體的，它利用雙眼立體視覺(jué)原理，使觀眾能獲得三維空間感視覺(jué)影像，因?yàn)槿搜鄣囊曈X(jué)有近大遠(yuǎn)小的特性，這樣就會(huì)形成立體感。

從色彩原理學(xué)來(lái)說(shuō)，三維物體邊緣的凸出部分一般顯高亮度色，而凹下去的部分由于受光線的遮擋而顯暗色，當(dāng)影像顯示在D顯示器屏幕上時(shí)，因色彩灰度的不同而使人眼產(chǎn)生視覺(jué)上的錯(cuò)覺(jué)，而將2D顯示器的屏幕感知為三維圖像，這一認(rèn)識(shí)被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)頁(yè)或其他應(yīng)用中對(duì)按鈕、3D線條的繪制，比如要繪制3D文字，即在原始位置顯示高亮度顏色，而在左下或右上等位置用低亮度顏色勾勒出其輪廓，這樣在視覺(jué)上便會(huì)產(chǎn)生3D文字的效果。

虛擬空間會(huì)議(Virtual space TeleconJ[erencingt簡(jiǎn)稱(chēng)VST)系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體相結(jié)合的產(chǎn)物，它突破了傳統(tǒng)的地域觀念，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將不同地點(diǎn)與會(huì)終端的局部會(huì)場(chǎng)合成個(gè)共同的虛擬空間。

虛擬會(huì)議空間的合成包括視覺(jué)空間空成和聽(tīng)覺(jué)空間合成兩個(gè)方面。視覺(jué)空間的合成又分為會(huì)場(chǎng)構(gòu)造和與會(huì)者視頻合成兩部分。

虛擬會(huì)場(chǎng)構(gòu)造

我們研制的VST系統(tǒng)利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)與會(huì)站局部會(huì)議空間進(jìn)行空間上的擴(kuò)展，使之與計(jì)算機(jī)生成的虛拭環(huán)境無(wú)縫融臺(tái)，構(gòu)造具有沉浸感、真實(shí)感、超越地域概念的虛擬會(huì)議空間，虛擬會(huì)議空間由各個(gè)與會(huì)站點(diǎn)的局部會(huì)場(chǎng)和所有與會(huì)者共享的全局虛擬會(huì)場(chǎng)構(gòu)成。

1. 局部會(huì)場(chǎng)局部會(huì)場(chǎng)包括與會(huì)者和局部場(chǎng)景的布置，是虛擬空間會(huì)議系統(tǒng)中實(shí)際存在的會(huì)議空間。我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)半沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境 在與會(huì)者正面用三十大屏幕拼接起來(lái)。這種設(shè)計(jì)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬會(huì)議空間合成的空間感與真實(shí)感，同時(shí)能夠允許本地多個(gè)與會(huì)者共享同一個(gè)虛擬會(huì)場(chǎng)，支持更多與會(huì)者的會(huì)議研討應(yīng)用虛擬會(huì)場(chǎng)的實(shí)時(shí)繪制由三臺(tái)計(jì)算機(jī)共同完成．我們使用基于一般透視投影變換的多屏虛擬會(huì)場(chǎng)繪翩技術(shù)，以保證相鄰屏幕邊緣顯示場(chǎng)景的空間連續(xù)性。

2. 全局會(huì)場(chǎng)

3. 全局虛擬會(huì)場(chǎng)包括計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境．與會(huì)者的替身以丑可操縱的虛擬物體組成全局虛擬會(huì)場(chǎng)可以栗用基于圖形和基于圖象的方法生成。

• 基于圖形的繪制(graphics—based rendering）用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方法構(gòu)造3D 環(huán)境．根據(jù)與會(huì)者在空間中所她的位置和觀察方向，計(jì)算其視角內(nèi)的場(chǎng)景，經(jīng)投影變換顯示相應(yīng)的視區(qū)該方法優(yōu)點(diǎn)是與會(huì)者具有鮮明的3D空間感，缺點(diǎn)是構(gòu)造逼真的3D場(chǎng)景十分困難，而且實(shí)時(shí)繪制場(chǎng)景歪需要專(zhuān)門(mén)的硬件設(shè)備。

• 基于圖象的繪制(image—based rendering)采用圖象的方法生成場(chǎng)景．計(jì)算機(jī)處理速度只與圖象的分辨率有關(guān)，而與場(chǎng)景的復(fù)雜度無(wú)關(guān)．在基于田象構(gòu)造的虛擬會(huì)場(chǎng)中，不同與會(huì)者所處的空間位置不同，以及與會(huì)者頭部的移動(dòng)引起的視點(diǎn)變化，使得所觀察到的會(huì)場(chǎng)也有所不同，也就是說(shuō)要使與會(huì)者能夠與會(huì)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行交互，就必須解決在基于圖象的虛擬環(huán)境中自由漫游的問(wèn)題這實(shí)際上就是由一維已知的圖象生成任意規(guī)點(diǎn)的新視圖的過(guò)程，這種技術(shù)稱(chēng)為視點(diǎn)合成(view synthesis)。

視覺(jué)空間指的是在人類(lèi)視線中的空間。但與四維空間不同的是，它不僅強(qiáng)調(diào)了長(zhǎng)，寬，高及時(shí)間這四個(gè)量之間的關(guān)系，還強(qiáng)調(diào)了視覺(jué)源點(diǎn)（觀察者）的空間位置。它所表示的是視線中的空間，也就是說(shuō)，當(dāng)我們?cè)跇?gòu)建空間模型時(shí)，注重的將不再是整個(gè)空間的排列，而是視覺(jué)源點(diǎn)與外界空間的相對(duì)關(guān)系。根據(jù)這一特性，在以視覺(jué)空間的基礎(chǔ)上，今后將會(huì)有許多理論的生成。

計(jì)算機(jī)立體視覺(jué)

計(jì)算機(jī)視覺(jué)是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人的視覺(jué)功能，對(duì)客觀世界的三維信息進(jìn)行感知和解釋的一門(mén)學(xué)科。計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究的目的是要使計(jì)算機(jī)具有通過(guò)二維圖像認(rèn)知三維環(huán)境信息的能力，包括目標(biāo)物體的形狀、位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)等。

立體視覺(jué)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)的一個(gè)重要分支，它從兩個(gè)或多個(gè)視點(diǎn)去觀察同一場(chǎng)景，獲得在不同視角下的一組圖像，通過(guò)不同圖像中對(duì)應(yīng)像素問(wèn)的視差獲取物體表面三維點(diǎn)的坐標(biāo)，從而推斷出場(chǎng)景中目標(biāo)物體的空間幾何形狀和位置。

人眼立體空間

虛擬三維空間是現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)字化三維空間，而人眼立體視覺(jué)空間則是人眼視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界或虛擬世界所形成的三維立體構(gòu)象。傳統(tǒng)上人眼直接觀察現(xiàn)實(shí)世界，確立了人眼立體視覺(jué)空間與現(xiàn)實(shí)世界之間的幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系。

在立體測(cè)量過(guò)程中，人們根據(jù)體驗(yàn)到的視覺(jué)三維模型(視模型)，利用雙測(cè)標(biāo)切準(zhǔn)視模型上的同名像點(diǎn)，由三角交會(huì)而獲得對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo) 。這種行之有效的觀測(cè)實(shí)踐暗示了視模型具有可測(cè)性，也即視模型中的點(diǎn)元必然與虛擬三維空間中的點(diǎn)元存在一定聯(lián)系。

當(dāng)前測(cè)量是從幾何光學(xué)角度出發(fā)，采用小孔成像模型，建立了雙目立體成像模型。以該成像模型為基礎(chǔ)，重點(diǎn)考慮了平行視軸立體觀察模式，給出了雙目視差的表示形式，建立了虛擬空間點(diǎn)元與屏幕同名矢量及網(wǎng)膜同名矢量之間的一一映射關(guān)系。這一映射關(guān)系實(shí)質(zhì)上揭示了人眼視覺(jué)空間與虛擬三維空間的內(nèi)在一致性，為傳統(tǒng)上人眼立體視覺(jué)在立體測(cè)圖中的作用提供了一種數(shù)學(xué)描述。上述理論分析對(duì)于虛擬地理環(huán)境條件下進(jìn)行立體觀測(cè)具有指導(dǎo)意義，為按需測(cè)量的發(fā)展提供了一套理論工具和分析方法。

知覺(jué)學(xué)習(xí)效應(yīng)的特異性和遷移性通常被用來(lái)探討知覺(jué)學(xué)習(xí)發(fā)生的神經(jīng)機(jī)制。視覺(jué)知覺(jué)學(xué)習(xí)通常特異于視覺(jué)刺激在視野中（或視網(wǎng)膜坐標(biāo)上）的位置，這一特異性提示了與視網(wǎng)膜位置有嚴(yán)格映射關(guān)系的視皮層可能參與了知覺(jué)學(xué)習(xí)的過(guò)程。然而這一思路忽略了基于視網(wǎng)膜以外的其他空間坐標(biāo)系的視覺(jué)加工過(guò)程。我們之前的研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)方向辨別知覺(jué)學(xué)習(xí)不僅特異于刺激的視網(wǎng)膜位置，還特異于刺激間的相對(duì)空間位置（Zhang and Li, PNAS, 2010），這一結(jié)果暗示了知覺(jué)學(xué)習(xí)可能涉及到多種不同的神經(jīng)過(guò)程。本項(xiàng)目通過(guò)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步探討知覺(jué)學(xué)習(xí)的內(nèi)在機(jī)制與不同空間坐標(biāo)系下視覺(jué)信息加工的機(jī)制問(wèn)題。具體研究包括：1）使用心理物理法，通過(guò)引入眼動(dòng)的實(shí)驗(yàn)范式揭示了朝向知覺(jué)學(xué)習(xí)中的空間坐標(biāo)位置特異性成分，而且這種空間成分只在訓(xùn)練的朝向和訓(xùn)練的視網(wǎng)膜位置才能觀察到。隨后的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，被試對(duì)訓(xùn)練刺激的注意越強(qiáng)，這種空間特異性學(xué)習(xí)成分就越大。這些發(fā)現(xiàn)提示：一方面，知覺(jué)學(xué)習(xí)可能并不是單一皮層機(jī)制的改變所導(dǎo)致的，而更可能涉及到注意網(wǎng)絡(luò)等高級(jí)腦區(qū)與低級(jí)視覺(jué)皮層之間的相互作用（Zhang et al., 2013）。在最近的一篇綜述里我們對(duì)這一觀點(diǎn)進(jìn)行了更詳細(xì)的闡述（閻，等，2015）。另外一方面，這些結(jié)果說(shuō)明視覺(jué)系統(tǒng)并不一定需要一種外顯（獨(dú)立與眼注視）的空間參考坐標(biāo)來(lái)表征基本的視覺(jué)屬性，眼動(dòng)伴隨的注意再影射（attention remapping）過(guò)程與低級(jí)的視網(wǎng)膜坐標(biāo)皮層表征機(jī)制的相互作用，也能實(shí)現(xiàn)基本視覺(jué)屬性的在空間參考坐標(biāo)系的表征。2）使用人顱內(nèi)電生理記錄的方法，考察頓悟式知覺(jué)學(xué)習(xí)的神經(jīng)機(jī)制，初步結(jié)果顯示視覺(jué)頓悟式學(xué)習(xí)可能同時(shí)涉及到負(fù)責(zé)注意調(diào)控的頂葉皮層與枕顳葉視皮層。3）為了直接地探討多種不同的神經(jīng)過(guò)程在知覺(jué)學(xué)習(xí)中的作用，我們已在獼猴V1區(qū)植入微電極陣列，目前正在試圖通過(guò)群體神經(jīng)元活動(dòng)的改變，來(lái)揭示知覺(jué)訓(xùn)練如何獨(dú)立地提高知覺(jué)的準(zhǔn)確性和精確性?xún)煞N知覺(jué)能力的神經(jīng)機(jī)制。這些研究揭示了知覺(jué)訓(xùn)練對(duì)知覺(jué)能力的提高是多方面的，能夠多線程和多層級(jí)的影響皮層的加工過(guò)程，這對(duì)于我們理解皮層可塑性具有重要意義。 2100433B

具體包括：（1）空間累積作用，指當(dāng)一個(gè)弱小光點(diǎn)單獨(dú)呈現(xiàn)時(shí)不易被人眼看見(jiàn)，而當(dāng)連在一起的幾個(gè)弱小光點(diǎn)作為一個(gè)大光點(diǎn)同時(shí)呈現(xiàn)時(shí)容易被看見(jiàn)的現(xiàn)象。這是因?yàn)樵谝暰W(wǎng)膜邊緣部分的一個(gè)小區(qū)域里，每個(gè)光量子都被視桿細(xì)胞吸收的緣故?？捎美锟贫擅枋隹臻g累積作用：Ec—KAL。式中L代表亮度，A代表面積，Ec代表光點(diǎn)的臨界能量，K是一個(gè)常數(shù)。（2）空間抑制作用，指一個(gè)區(qū)域的強(qiáng)刺激會(huì)抑制相鄰區(qū)域的反應(yīng)，使相鄰區(qū)域看起來(lái)不那么明亮，從而增強(qiáng)這些相鄰區(qū)域之間亮度對(duì)比的。（3）興奮和抑制相互作用，可表現(xiàn)在脊椎動(dòng)物的眼睛里，這種作用的機(jī)制是神經(jīng)沖動(dòng)，它不僅發(fā)生在光作用于感受器時(shí)，而且也發(fā)生在光終止時(shí)。這個(gè)結(jié)論是從對(duì)貓的視網(wǎng)膜中的感受野所做的實(shí)驗(yàn)得出的。（4）雙眼相互作用，其優(yōu)越性可用統(tǒng)計(jì)學(xué)來(lái)體現(xiàn)。假設(shè)一只眼睛瞬時(shí)暴露于一個(gè)給定的光片時(shí)，約有100個(gè)量子進(jìn)入眼睛，覺(jué)察閃光的概率是50%，覺(jué)察不到閃光的概率也是50%，另一只眼睛暴露于同一光片的結(jié)果也是這樣，則兩只眼睛同時(shí)覺(jué)察不到閃光的聯(lián)合概率是50%乘50%，等于25%。換言之，雙眼看到光片的統(tǒng)計(jì)概率是75%。用雙眼來(lái)看一個(gè)給定的光片時(shí)，光的絕對(duì)閾限比只用單眼時(shí)低一些。2100433B

傳統(tǒng)的視知覺(jué)學(xué)習(xí)研究通常會(huì)考察學(xué)習(xí)效應(yīng)在視網(wǎng)膜坐標(biāo)下的位置特異性，從而推測(cè)與視網(wǎng)膜位置有嚴(yán)格映射關(guān)系的早期視覺(jué)皮層的可塑性。這一傳統(tǒng)的思路忽略了視覺(jué)加工實(shí)際上涉及到多種坐標(biāo)系下的信息表征及其可能的可塑性變化。我們最近的研究發(fā)現(xiàn)視知覺(jué)學(xué)習(xí)會(huì)特異于刺激間的相對(duì)空間位置（PNAS，2010），這對(duì)于探討知覺(jué)學(xué)習(xí)的神經(jīng)機(jī)制和多種坐標(biāo)系下的視覺(jué)加工過(guò)程具有重要意義。本項(xiàng)目旨在通過(guò)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步探討知覺(jué)學(xué)習(xí)的參考坐標(biāo)以及多坐標(biāo)系下視覺(jué)信息加工和知覺(jué)學(xué)習(xí)的腦機(jī)制。具體研究包括1）使用心理物理法，從行為上探討多坐標(biāo)系下知覺(jué)學(xué)習(xí)過(guò)程的普遍性和注意在其中的作用，這將有助于揭示知覺(jué)學(xué)習(xí)的內(nèi)在神經(jīng)機(jī)制。2）使用病人顱內(nèi)電生理記錄的方法，考察視皮層中多坐標(biāo)系信息加工的神經(jīng)機(jī)制。3）使用病人顱內(nèi)電生理記錄的方法，考察知覺(jué)學(xué)習(xí)對(duì)視皮層信息加工能力的調(diào)節(jié)作用。這些研究對(duì)于認(rèn)識(shí)視覺(jué)加工過(guò)程和及其可塑性具有重要意義。