覃缨惠 於文苑,3 傅小兰 刘 烨

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    触觉二维图像识别中2D-3D空间信息转换的认知机制*

    覃缨惠1,2於文苑1,2,3傅小兰1,2刘 烨1,2

    (1中国科学院心理研究所, 脑与认知科学国家重点实验室, 北京 100101) (2中国科学院大学心理学系, 北京 100049) (3之江实验室基础理论研究院, 杭州 311121)

    可触摸的触觉二维图像是视觉障碍人群获取图像信息的重要方式。目前大多数触觉二维图像都是直接由视觉二维图像转化为的可触摸线条图。在视觉二维图像中, 通常运用透视和视角等视觉原理将三维空间关系转换为二维平面关系。视觉系统经过长期大量知觉学习, 习得了这种二维到三维的映射关系。但是触觉识别二维图像时, 触觉系统如何建立二维平面与三维空间的映射, 目前尚有待进一步的研究。影响触觉识别二维图像中二维?三维空间信息转换的视觉因素主要有透视、视角、遮挡、纹理梯度和镂空, 直接将视觉二维图像转化为的触觉二维图像时, 图像中包含的上述视觉因素通常会干扰触觉识别。结合已有研究, 试图提出“双表象加工模型”来解释触摸二维图像时二维到三维空间信息转换的认知机制。该模型认为触觉识别二维图像依赖于两个表象系统的整合, 即物体表象系统(涉及物体的大小、形状和纹理)与空间表象系统(涉及物体的空间关系、透视和视角)。两种表象系统的信息最终进行整合, 在物体表象和空间表象成功匹配的基础上建立二维图像与三维空间之间的映射, 通达长时记忆中的三维物体表征。双表象加工模型将有助于我们深入认识触知觉的认知机制, 也将为触觉二维图像的设计提供理论依据。

    触觉, 二维图像, 触觉识别, 透视, 视角

    触觉对于人类和动物的生存具有不可替代的作用, 包括人类在内的灵长类动物在用手抓取物体时, 获取触觉信息为使用和操作物体服务(Sathian, 2016), 并通过触感影响触摸物体时的情绪体验(Kitada et al., 2021; Pasqualotto et al., 2020; Yasaka et al., 2019)。大脑通过多个感觉通道接收信息, 并将其整合形成多模态表征(Lacey & Sathian, 2014; Perini et al., 2020), 在无法充分获取视觉信息的情况下, 比如视觉受损或者处于黑暗环境, 触觉是视觉的重要替代感觉(Toprak et al., 2018)。

    据统计, 2020年全球共有3.99亿低视力人群, 其中包括7090万完全丧失视力的视觉障碍人群(Flaxman et al., 2017), 视觉障碍人群学习诸如几何、艺术和地理等依赖视觉信息的知识时, 需要使用触觉二维(two-dimensional, 2D)图像(Bara et al., 2018; Cavazos Quero et al., 2021; Szubielska et al., 2019) ......