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摘要：獲取立體視覺信息是人們感知世界的基本能力之一，其中運動立體視覺信息的獲取不僅是生物視覺系統在動態世界中生存的關鍵能力，也是人工視覺系統高效處理立體視頻的重要手段。為了設計出貼合人眼視覺特性的３Ｄ深度運動感知模型，需要明確挖掘人類對立體運動感知的顯著特征后再設計主觀實驗。文中根據單目和雙目線索設計了立體運動視覺刺激視頻，并采用控制變量的方法，分別探究了目標球體運動速度、參考球體旋轉半徑及被試正確感知的相互關系，并分析了目標運動方向與被試感知方向之間的關系。首先對實驗條件進行探究，結果發現目標與參考的相對距離越小攔截成功率越高，該結果表明目標同參考之間的相對位置關系會影響被試的感知正確性。其次，采用了攔截成功百分比和感知偏差兩個行為測量標準對被試感知能力進行分析，結果發現相比橫向運動，深度運動正確感知的成功率超出約４２．６７％～４７．０１％。這表明不同運動方位的感知不對稱，且深度運動帶來的視覺刺激更明顯。該研究探索了人類對運動感知的顯著特征，并為后續設計３Ｄ運動感知模型提供了一種新的判斷模型感知效果的主觀對比標準，使原有立體感知能力的指標更加細化。
關鍵詞：人類視覺系統；３Ｄ視頻；運動感知；雙目視差；深度運動
１引言
立體視覺信息的感知是我們獲取立體世界信息的基本能力。通過立體視覺我們可以判斷物體的一系列特性、物體間相對位置關系、物體運動變化的方向和速度等靜態和動態視覺信息。其中運動視覺信息的獲取對于生物視覺系統和人工視覺系統都有重要意義，因此引起了人們的廣泛關注。為了擬合出生物感知特性的３Ｄ視頻運動感知模型，我們設計了被試感知立體視頻序列中運動物體的主觀實驗，以探究人眼感知立體深度運動的典型特征；結合雙目融合和大腦神經機制分析特征深入挖掘生物視覺的工作機制，為模型提供了貼近人眼感知能力的對比標準；深入拓展了實驗的研究角度，以期提出更全面的描述人運動感知能力的指標。
１．１相關工作
１．１．１雙目視覺信息的加工與處理人眼視覺系統（ＨｕｍａｎＶｉｓｕａｌＳｙｓｔｅｍ，ＨＶＳ）是人類獲取外界視覺信息的生理基礎。雙目接收到外部世界的影像后由視網膜傳入視覺中樞。其在水平方向上的差異會造成視角上的細微差別，Ｗｈｅａｔｓｔｏｎｅ把這種眼間差異的作用闡述為大腦通過結合來自雙目的圖像信息來觀察視覺空間［１］。視覺信號自視網膜經過外側膝狀體傳至大腦皮層的視覺中樞，在層層傳遞的過程中對視覺信息進行加工處理。大腦皮層中的視覺信息分別由背側和腹側兩條主要的信息加工皮質通路進行進一步處理，其中參與處理物體空間位置信息、相關運動控制的皮質通路是背側通路，它包含枕葉到后頂葉的一系列腦區，由初級視覺皮層Ｖ１／Ｖ２等區域延伸到ＭＴ／ＭＳＴ等更高級視覺中樞區域。不同視皮層區域具有檢測和編碼各種不同視覺特征的能力。例如目前研究最廣泛的初級視皮層，它在運動深度感知中體現出對方位的選擇性，當視覺刺激信號匹配到細胞的最優方位時，細胞激活產生強烈響應；刺激方位偏離最優方位時，細胞被抑制，響應變弱；直到刺激方位與最優方位垂直時，細胞的響應最低［２］。Ｐｏｇｇｉｏ等對被訓練的猴子進行研究，同時記錄了視覺皮層初級（Ｖ１）次級（Ｖ２）區域神經元反應，證實了視覺皮層中的神經元確實對空間中不同深度的物體有選擇性地作出反應［３］。Ｔａｎａｋａ等發現在內側顳上區（ＭＳＴｄ）背側的神經元對觀察者和三維世界間的相對運動產生的光流模式具有選擇性［４］。Ｘｕ等提出螺旋空間模型表明ＭＳＴｄ區域的神經元以一種連續的方式調諧基本的光流類型，從而實現對現實中運動的響應［５］。針對雙目視覺信息融合的問題，Ｈｕｂｅｌ等在針對貓的紋狀皮層存在雙眼驅動細胞的研究中第一次明確了來自雙眼的視覺信息在很早的階段就會發生匯合［６］。Ｈｙｓｏｎ等通過記錄收斂的眼球運動，全局對齊雙目圖像，發現圖像分離收斂度誤差和眼睛收斂度之間的差異高達３°。他們做出假設：大腦感知融合時發生了神經重映射以補償視網膜的錯位［７］。Ｄｉｎｇ等提出了以最小錯位和最大相關性判定雙目匹配對的方法，總結出靜態運動中雙眼視覺感覺融合機制的概念圖式［８］。此外，對場景相關的物體運動的準確感知需要整合自我運動的視覺和非視覺信息［９］。目前為止，雙眼融合的詳細機制尚未通過生理學研究手段直接得到解答。１．１．２立體視頻運動感知模型立體視頻運動感知模型的設計通常受人眼視覺系統（ＨＶＳ）觀看世界方式的啟發，通過傳統方式或神經網絡的方式建立數學模型擬合ＨＶＳ各部分的功能特性實現對立體視頻中深度運動的感知。作為視覺特征中占據主導地位的三維運動，最早的研究是將深度感知和運動感知分別進行處理，建立了相對獨立的兩套簡化神經系統模型。直到１９７９年Ｇｉｂｓｏｎ提出的光流場概念將二者緊密結合在一起。Ｊｕｌｅｓｚ提出的隨機點立體圖（ＲＤＳ）排除了立體視覺的單眼線索，得出３Ｄ運動研究中視差（ＣｈａｎｇｉｎｇＤｉｓｐａｒｉｔｙ，ＣＤ）是產生立體視的充分條件的結論［１０］。在后期研究中，研究人員常常將眼間速度差異（ＩＯＶＤ）與視差（ＣＤ）兩種線索結合考慮。Ｃｏｒｍａｃｋ等提出了一種雙光流場，當給定真實場景結構和三維運動時，它能夠描述觀察者雙目捕獲視覺信息的幾何模型［１１］。在無監督情況下，Ｋｉｍ等考慮了長視頻中視差和光流間的時空關系，設計了能夠感知視差和運動光流的聯合框架［１２］。１．１．３被試感知主觀實驗被試感知立體視頻的主觀實驗通常從兩個方面出發，一種是采用實際物體作為視覺刺激，如Ｍａｌｔｚ等期望探究熟悉物體的大小是否影響人對物體真實大小和距離的感知，制作了不同尺寸的魔方作為視覺刺激，由被試提供對物體大小和距離的感知情況［１３］；另一種是依據射影幾何定律分別設計雙目場景的刺激，借助外設觀看刺激，此類情形更為普遍，如Ｔｈｏｍｐｓｏｎ等采用隨機點立體圖作為視覺刺激，通過改變隨機點在視野中的位置和方向，令其遠離或靠近觀察者，以此研究雙目線索對運動感知的貢獻［１４］。Ｗｈｒｉｔｎｅｒ等設計了雙目反向的正弦光柵來作為視覺刺激，描述比較物體運動時速度和視差之間的時空整合性［１５］。Ｐｅｔｅｒ等設計了基于ＯｐｅｎＧＬ渲染紋理的虛擬房間，被試在房間中移動，改變所處位置，并在移動之前和之后均對球體位置和方向做出判斷，探究觀察者在自身移動的情況下對距離方向的判斷機制［１６］。
１．２主要工作成果
本文根據單目和雙目線索設計了立體運動視覺刺激視頻，通過分析視頻中物體的運動速度、運動方向、與參考物體相對位置關系等因素對感知狀況的影響，探究人類感知運動的顯著特征。實驗發現：首先，運動目標同參考物體之間的相對位置關系會影響被試的感知正確性；其次，不同運動方位的感知不對稱，與橫向運動相比，深度運動引起的感知更明顯，同時，深度方向感知錯誤時引起的感知偏差往往更大。本研究不僅為對比３Ｄ運動感知模型和被試主觀感知提供了良好的數據，而且為后續設計３Ｄ運動感知模型提供了一種新的判斷模型感知效果的主觀對比標準，并使原有立體感知能力的指標更為細化。
２感知模型設計
依據人對外部世界的感知過程將運動感知分為３個部分：時間感知（我們每時每刻都在觀看世界）、空間感知（雙眼提供了同時刻空間上不同的視覺投射）、時空整合（大腦將獲取的豐富信息整合，提供世界影像）。Ｐｅｎｇ等設計了雙光流卷積神經網絡模型，實現對人體動作的識別［１７］。本文結合人類雙目融合中的部分神經機制提出了３Ｄ視頻運動感知模型框架，如圖１所示。
２．１時間感知模塊時間
感知模塊考慮了同一空間中對連續視覺信息采集的過程，該模塊選擇光流法估計３Ｄ視頻中的物體運動。光流法是一種能將物體運動的矢量場投影到攝像機上的三維速度所產生的明顯的二維運動的圖像流量化的方法，能夠提取動態單目場景中可用的信息。Ｃｈｅｓｓａ等［１８］結合生物學特性，對調諧ＭＴ神經元的速度空間進行采樣，并從神經元活動中解碼局部速度，設計了能有效處理自然圖像場景的模型，光流Ｖ的計算如式（１）所示：Ｖ（ｕ，ｖ，ｔ，φ）＝∑Ｍｉ＝１ｖｃｉＥＭＴ（ｕ，ν，ｔ，φ，ｖｃｉ）（１）其中，ｖｃｉ，ｉ＝１，２，…，Ｍ表示Ｖ１層的Ｍ個調諧速度，ＥＭＴ表示在ＭＴ層在方向φ的單元響應，ｕ，ｖ，ｔ分別表示圖像中點的橫、縱坐標以及時間。結合視覺皮層典型參與運動分析的神經機制，能夠獲取良好的擬合人觀測特征的模型。此部分對應圖１左側的光流估計部分，通過光流估計，分別計算在立體視頻時長范圍內左右眼視頻中運動物體的光流變化，捕捉在二維平面上運動的映射變化，獲取對運動物體位置和方向的初步判斷。
２．２空間感知模塊空間
感知模塊在同一時刻對空間中視覺信息進行采集。在人的視覺處理系統中，雙目即是空間中的信息采集器。Ｃｈｅｓｓａ等［１９］受生物學啟發提出了一種求解雙目視差的模型，該模型利用靈長類視覺系統的皮層范式估計視差，從神經建模的角度實現了皮質結構與視覺運動通路共享，還模擬了Ｖ１－ＭＴ視覺通路的視差敏感性。其中方向φ的視差ｄφ的計算式如式（２）所示：ｄφ（ｕ，ｖ，φ）＝∑Ｎｉ＝１ｄｉＥＭＴ（ｕ，ｖ，φ，ｄｉ）（２）其中，ｄｉ，ｉ＝１，２，…，Ｎ表示Ｎ個雙目視差相位視差。此部分對應圖１右側的雙目視差部分，通過計算視頻各幀左右圖像的視差圖，確定各幀對應的時刻運動物體在雙目不同二維平面中的差異，量化觀看視頻的整個過程中雙目觀看物體運動在視網膜上產生偏移的變化情況。
２．３時空整合模塊在觀看３Ｄ視頻的過程中
時間感知模塊獲取雙眼分別捕獲的立體視頻在視頻時長內物體運動的二維矢量場；空間感知模塊獲取每幀左右眼圖像的視差，模擬人雙目匹配圖像的過程。運動物體在真實三維世界Ｓ（ｘ，ｙ，ｚ）同投射在視網膜Ｉ（ｕ，ｖ）上的影像的對應關系是一個三維坐標轉化為二維坐標的過程。我們借助坐標變換將視覺觀看中獲取的多方信息結合起來，總結出立體運動位置Ｌ的計算公式，如式（３）所示：Ｌ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，φ）＝Ｃ（ｕ，ｖ，ｄφ（ｕ，ｖ，φ），ｖ（ｕ，ｖ，ｔ））（３）其中，Ｃ（?）表示由坐標系Ｉ轉換為Ｓ的函數。此部分對應圖１的中間部分，在三維空間計算運動物體的位置。已知首尾幀之間左右眼分別觀看運動物體的光流變化，以及首尾幀時刻雙目觀看物體的視差，通過射影幾何變化定律，我們可以在三維空間坐標系上確定物體的坐標、位置和運動方向。為了判斷模型與人類視覺系統感知情況的擬合程度，本研究設計了主觀實驗，為后續的對比工作打下基礎。對立體深度運動的感知，物體的運動速度、運動方向、運動前后相對位置等參數都是重要的影響因素。同時在大腦的反應機制中也有對這些參數敏感的細胞響應。當目標深度位置發生偏移時，人對刺激目標的敏感度下降，例如遠離屏幕的雙眼視差等因素可能會影響感覺的不確定性；而當目標水平位置發生偏移時，加大的雙眼視差會影響視網膜圖像匹配的確定性。故實驗將物體的運動限制在水平面內，通過改變目標速度和參考物體的旋轉半徑，改變目標同參考物體的相對位置關系，探究不同運動方向的感知特征，以尋找評判模型設計效果的主觀對比標準。
３主觀感知實驗
３．１準備工作
３．１．１實驗人員選擇用《立體視覺檢查圖》和《標準對數視力表》對被試的立體視力和雙目視力進行檢查。共有３１名被試參加了本次實驗，除１名被試立體視異常，其余被試均立體視正常且雙目矯正正常，被試中１４人為男性。參加實驗的被試平均年齡為２３．６歲，且均未參與過類似的實驗。３．１．２實驗設備與環境實驗使用了極米Ｚ８Ｘ３Ｄ投影儀作為顯示設備，被試佩戴配套３Ｄ眼鏡。實驗使用了ＭＡＴＬＡＢ和心理物理學工具箱（ＰｓｙｃｈｔｏｏｌＢｏｘ）編寫的自定義代碼控制，在Ｌｅｎｏｖｏ拯救者Ｙ７０００上運行代碼，圖形處理器型號為ＧｅＦｏｒｃｅＧＴＸ１０５０Ｔｉ。利用ＨＤＭＩ線將電腦與投影儀相連接，投射電腦屏幕于實驗環境中的白墻上（投影儀距離投影墻面１．５ｍ，投影儀投射比為１．２∶１）。投影儀提供的屏幕分辨率為１９２０×１０８０像素（每只眼睛９６０×１０８０像素），刷新率為６０．０２７Ｈｚ。實驗場景如圖２所示。
３．２立體視覺刺激
為了記錄被試對立體視頻中運動的感知情況，設計可量化保存被試反應的立體視覺刺激視頻。在所有實驗中，被試距離投影墻面２ｍ。由于人眼觀看立體視頻存在輻輳沖突，當物體出屏運動時，視覺不舒適感增強，因此將視覺刺激的呈現范圍設定在屏幕內部，呈現范圍為（２．６０ｍ×０．７０ｍ×２．６０ｍ）。受文獻［２０］的啟發，考慮了單目（大小、隱現）和雙目線索（視差），設計刺激在透視投影的情況下呈現，刺激視頻俯視示意圖如圖３所示。刺激開始時，將距離屏幕１．５４ｍ處顯示的十字（圖３中黑色十字）作為初始標識，要求被試觀看標識，明確目標初始位置后手動觸發目標球體（圖３空心黑邊圓，直徑４．５５ｃｍ）開始運動。目標初始位置與十字標識位置重疊，出現在視覺場景的中心，選擇隨機方向θ（０°≤θ≤３６０°）出射，勻速移動６ｓ后消失。目標球體在ｙ（垂直）方向上不變，運動軌跡位于ｘ方向（水平方向）和ｚ方向（深度方向）所在的平面，以十字標識為中心，跨越３６０°隨機選擇出射方向勻速運動，方向示意如圖３所示。水平視差可以分解為深度運動和橫向運動兩部分，其計算式如式（４）和式（５）所示：ｄｚ＝ｚｆ＋ｚｓｚｆ＋ｚｓ＋Ｄ?Ｂ２ｄｘ＝Ｄ＋ｘｓｚｆ＋ｚｓ＋Ｄ（５）其中，Ｂ，Ｄ，ｚｆ分別表示雙目間距、眼睛視覺中心與屏幕間距離、十字標識初始深度，ｘｓ，ｚｓ，ｄｚ，ｄｘ表示目標球體與屏幕中心在ｘ和ｚ方向上的相對距離以及深度運動、橫向運動引起的視差。根據深度運動視差和水平運動視差可以計算得到雙眼的水平視差。
３．３主觀實驗任務
本實驗旨在探究被試立體深度運動感知的典型特征?？紤]到Ｆｕｌｖｉｏ等發現頭部抖動有利于人對立體運動的觀測，因此未對被試頭部進行固定［２０］。被試佩戴３Ｄ眼鏡，在與投影屏幕保持固定距離情況下，觀看３Ｄ投影儀播放的立體視覺刺激視頻。在觀看過程中，通過被試移動外圍固定軌跡的參考球體對目標球體進行攔截，以量化被試對目標球體方向的判斷。在目標球體消失后，出現一個用于攔截的紅色參考球體（圖３中黑色實心球體，該球體直徑為５．８５ｃｍ），以下簡稱紅球。紅球的運動軌跡不可見，但是軌跡固定（圖３虛線），它以十字標識為中心，在水平面內做圓周運動。被試利用鍵盤的左右箭頭移動紅球，如果目標球體沿著既定方向繼續前進，就會到達紅球攔截的位置。被試可以按照自己對于目標球體的消失位置的感知，對紅球進行調整以攔截目標。該過程可以緩慢進行，以確保被試對反應位置判斷的準確性。在紅球調整期間被試不需要注視，直到對紅球的位置設置滿意時，按下空格鍵確定紅球攔截位置。接著啟動響應反饋———目標重新出現在其最后可見的位置，沿著原定軌跡繼續前進。如果目標擊中了紅球，響應反饋會在屏幕上給出“ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ！”的提示；否則，會給出“Ｍｉｓｓｔｈｅｓｐｈｅｒｅ！”的提示。至此，一次測試完成，進入下一次測試，被試繼續注視十字標識，按任意按鍵啟動下一次實驗。為了探究立體刺激中目標球體的速度以及參考紅球旋轉半徑對被試感知立體深度運動的影響，設置了兩組實驗。在實驗１中，我們測試了目標球體的不同運動速度（記為ｖｅｌ）對感知立體深度運動的影響。為確保目標球體不會運動超出邊界，并考慮到屏幕本身的大小，設置了３組不同的目標球體運動速度，運動相同時間后目標消失，由被試感知其消失的位置，操縱紅球對目標進行攔截。在實驗２中，我們研究了攔截目標的參考紅球旋轉半徑（記為Ｒａｄｉｕｓ）對感知立體深度運動的影響?？紤]到屏幕的大小，我們均勻選擇了３組不同的紅球旋轉半徑，保持目標運動速度不變，由被試感知紅球與目標的相對位置，預估紅球的攔截位置?？偣苍O置５組實驗，一組為對照組實驗（ｖｅｌ＝０.０９９ｍ／ｓ，Ｒａｄｉｕｓ＝１.３０ｍ，記為實驗ＣＧ）；兩組以目標球體運動速度為變量的實驗組實驗（ｖｅｌ＝０．１３２ｍ／ｓ，Ｒａｄｉｕｓ＝１．３０ｍ，記為實驗ＭｉｄＶ），（ｖｅｌ＝０．１６５ｍ／ｓ，Ｒａｄｉｕｓ＝１．３０ｍ，記為實驗ＴｏｐＶ）；兩組以紅球運動半徑為變量的實驗組實驗，（ｖｅｌ＝０.０９９ｍ／ｓ，Ｒａｄｉｕｓ＝１．０４ｍ，記為實驗ＭｉｄＲ），（ｖｅｌ＝０.０９９ｍ／ｓ，Ｒａｄｉｕｓ＝０．７８ｍ，記為實驗ＳｍａＲ）。被試在實驗之前進行了５～１０次練習實驗以熟悉這項任務。熟悉任務后，所有被試以隨機順序分別完成５項實驗，其中每項實驗包含１５次測試。被試在實驗中一共完成７５次測試，為了防止長期佩戴３Ｄ眼鏡帶來的不適感，中間有短暫休息。
４主觀實驗結果與分析
４．１實驗條件探究
在實際測試過程中，我們對實驗條件的選擇進行如下探究：經分析，本次主觀實驗任務中有兩大起決定性作用的實驗條件，分別是判定攔截成功閾值和參考紅球調整步長。判定攔截成功閾值定義為：在被試做出判斷后，目標球體按原定方向運動至紅球附近時，在紅球周圍多大范圍內判定為攔截成功（即感知正確）。參考紅球調整步長定義為：被試每按動一次鍵盤左鍵（或右鍵）控制紅球移動的范圍。二者均以度為單位。共設置兩組實驗條件：第一組測試了７人，其中判決攔截成功閾值設置為２．２９°，該角度對于攔截精度要求較高；紅球調整步長設置為較粗略的０．０５°，該組實驗記為ＦＥ?？紤]實際中人類肉眼可以分辨的最小角度，以及紅球調整步長與人感知長度的差異，第二組條件選擇判決攔截成功閾值為８°，紅球的調整步長為０．０１°，該組實驗記為ＳＥ，由剩余被試進行測試。分別計算兩組實驗的平均攔截成功次數及標準差，結果如圖４所示。由圖４可知：ＳＥ實驗平均攔截成功的次數遠多于ＦＥ，明顯改進了感知正確性。由此可以明確，人對于運動物體的感知是相對粗略的，當選擇過于精確的判決成功閾值時，感知效果反而不佳；反之，選擇接近人肉眼分辨率的閾值，可極大地改進感知效果。此外，參考紅球的移動步長更精細，也可以起到提升感知效果的作用。另外，兩組實驗的標準差達到１～２次左右，誤差較大，這可能是實驗數據較少、被試的學習能力不同以及對實驗的熟悉程度參差不齊等因素導致的。由于ＳＥ實驗表現出良好的感知效果，因此后續分析采用實驗ＳＥ中的實驗條件以及相應數據（剔除了立體視異常數據）。
４．２詳細實驗分析
４．２．１目標與參考相對距離的影響由圖４可知，縱觀這５次實驗，實驗ＳｍａＲ和實驗ＴｏｐＶ被試正確感知判斷的次數最多，實驗ＣＧ的正確感知次數最少。根據實驗１可知，目標球體的運動速度越快，實驗的平均攔截成功次數越多；根據實驗２可知，紅球旋轉半徑越小，實驗的平均攔截成功次數越多。立體視覺舒適度隨著運動速度的加快而降低，誤差隨著運動速度的加快而變大［２１］。立體舒適度與被試的正確感知息息相關，而實驗１中體現的卻是運動速度越快，感知正確而成功攔截的平均次數越多。仔細分析可知，目標球體運動速度改變，運動時間恒定，因此在此期間目標球體的運動距離不同，運動速度越快，運動距離越遠。而紅球的旋轉半徑固定時，當運動距離越大時，二者的相對距離越近，做出正確判斷的可能性越大。在實驗２中，紅球的旋轉半徑變小，成功攔截的平均次數變多，也印證了這一點，即紅球與目標球體消失位置的相對距離越小時成功攔截的可能性越大。我們探究了目標消失位置與紅球相對距離與被試感知結果之間的關系，結果如圖５所示。其中橫坐標表示各組實驗，左側縱坐標表示目標消失位置與參考物體的平均相對距離，用不同顏色的柱狀圖來區分成功和失敗的情況，右側的縱坐標則表示各組實驗中感知成功的次數，用折線圖表示。單獨觀察每組實驗，發現攔截成功（感知結果正確）的相對距離要小于攔截失敗的相對距離；對比各組實驗，發現相對距離越大，攔截成功的次數越少。綜上可以判斷：目標與參考之間的相對位置關系極大地影響著被試對運動物體的感知正確性，相對位置距離越小，感知正確率越高。４．２．２被試感知情況分析我們采用散點圖來分析感知方向和實際方向的關系，如圖６所示。其中每個數據點代表某位被試的一次實驗，數據點的橫縱坐標分別表示該次實驗中運動物體的實際運動方向和被試感知到物體的運動方向，用虛線大致區分為向左（ｌｅｆｔ）、向右（ｒｉｇｈｔ）、遠離（ａｗａｙ）、靠近（ｎｅａｒ）４個方向，圖中一共描繪了２３２５個數據點。仔細觀察散點圖可以發現，大多數數據點沿著正對角線分布，表示目標運動的橫向（ｘ）和深度（ｚ）分量的準確報告。由圖６還可以明顯看出，在深度運動分量更大的９０°和２７０°附近，被試感知方向更加貼近實際方向，而在橫向運動分量更大的０°和１８０°附近，被試感知方向的偏差更大。除此之外，還有少部分數據點分布在負對角線上，表示目標運動深度（ｚ）的不準確報告，此類數據點占總數的８．１３％。Ｆｕｌｖｉｏ等的實驗中對被試表現出的這種混淆深度運動方向的現象進行了詳細的分析，并得出結論：在３Ｄ運動中都存在這種混淆情況，在深度方向上尤其明顯，且這種感知錯誤是由于受到了感官不確定性的限制，這種感官不確定性來自各種感官噪聲源［２２］。針對兩種行為測量方法總結了被試在任務中的表現。第一個行為測量方法是計算目標攔截的百分比，即捕獲在整個實驗中估計和報告目標的３Ｄ運動方向的總體準確性。如果目標擊中了參考紅球周圍８°范圍內的任何位置，則被試的此次感知判斷被確定為一次成功攔截，從而產生２．２％的機會攔截率。我們做了如下分析：首先計算每個被試在不同實驗條件下成功攔截目標的百分比，成功攔截目標意味著對目標的深度運動和橫向運動的準確估計；其次分析了不同運動方向下目標攔截的百分比情況。為了細化數據，以１５°為單位將３６０°分為２４份，計算各個方向下的目標攔擊成功率，實驗結果如圖７所示，ａ與ｂ表示實驗１和實驗２中目標攔截成功百分比的情況。根據兩組圖像的趨勢可以看出，當目標直接接近或離開被試時（即運動方向為９０°和２７０°附近時），攔截成功的百分比特別高。以９０°為單位比較橫向和深度方向的攔截成功百分率，結果如表１所列。這些結果表明，與目標橫向移動時相比，當目標直接接近或離開被試時更有可能被成功攔截。因此被試在不同目標方向上的感知能力是不對稱的，深度運動相比橫向運動引起的感知更為明顯，其正確攔截率比橫向運動的正確攔截率高約４２．６７％～４７．０１％?？紤]到大腦皮層中神經元對運動的方向選擇性，這種明顯的感知能力差異可能是由于深度運動方向更貼合大腦皮層感知的最優方向，刺激了細胞響應的緣故。結合這一發現，我們將人對運動感知方向不對稱的特性作為模型擬合人的感知程度的主觀標準之一。為了量化被試感知在不同方向的偏差，第二個行為測量方法選擇計算均方根誤差。分別在０°，９０°，１８０°，２７０°前后４５°計算運動的均方根誤差，計算結果如圖８所示。橫向運動體現出較小波動（ｖａｒ＝０．０１２７，θ＝０°；ｖａｒ＝０．０００９，θ＝１８０°），而深度方向運動體現出了較大的波動（ｖａｒ＝０.１０６２，θ＝９０°；ｖａｒ＝０．１０２３，θ＝３６０°）。經過詳細分析可以推斷出，目標在深度方向運動時，感知準確而成功攔截的可能性更大，但一旦感知錯誤，引起的偏差往往更大，均方根誤差超出約０．１５８３～０．３６６５?？v觀兩組實驗，實驗ＭｉｄＲ和實驗ＳｍａＲ在各個方向的整體均方根誤差變化不大，實驗ＴｏｐＶ的整體均方根誤差較小，實驗ＭｉｄＶ和實驗ＣＧ在各個方向的整體均方根誤差變化劇烈。
5結束語
目前的研究探索了被試運動感知的顯著特征，提供了對３Ｄ環境中運動感知過程的見解。特別地，我們的研究結果揭示了被試在３Ｄ視頻觀看的過程中對運動物體不同運動方位具有感知差異，這種感知差異與大腦皮層的方向選擇特性是相互契合的。這一發現為設計３Ｄ運動感知模型提供了新思路：結合人眼視覺特性和大腦皮層中特定細胞的方向選擇性等特征是有必要的，這能夠更加貼近人眼真實感知情況，因此我們提出了模型的初步框架，并將運動感知的不對稱性作為判斷模型效果的主觀標準之一。未來，我們將繼續深入擴展主觀實驗的研究角度，提出更全面的描述人立體感知能力的指標。
作者:路平 張地 肖俊峰 畢科 單位:北京郵電大學理學院 中國傳媒大學數據科學與智能媒體學院 北京郵電大學電子工程學院