PSYCHOLOGIA PROCESÓW POZNAWCZYCH  WYKA
ADY
WYKA
AD 10  12
Nie jest łatwo zdefiniować co to znaczy widzieć w 3 wymiarach. Każdy sam odczuwa co to
znaczy. Do tego aby powstała pełnia widzenia głębi potrzebne jest dwoje oczu (Jedynie
osoby posiadający dwoje oczy są w stanie widzieć głębię. Jeżeli ktoś jest jednooczny albo ma
zeza o dużym nasileniu to nie widzi w 3D tylko w 2D). Gdy zasłonimy sobie jedno oko to nie
widzimy zbytniej różnicy w widzeniu, wydaje się nam, że wszystko jest ok., ale problem
pojawia się dopiero gdy zaczniemy się poruszać przy widzeniu jednoocznym.
W takiej sytuacji szybko się okazuje, że jednak dwoje oczu bardzo się przydaje,
używając jednego oka mamy problemy z wymierzeniem odległości i często możemy
wpadać na różne rzeczy.
Widzenie głębi jest to ekstrahowanie przez mózg informacji na temat odległości w jakiej
znajduje siÄ™ jakiÅ› przedmiot.
Jeżeli nasz mózg może wyekstrahować, że jeden przedmiot znajduje się na przykład
bliżej niż drugi to wtedy uzyskuje informację na temat trzeciego wymiaru. Wymiaru w
głąb od nas. Wszelkie informacje, które mózg może wydobyć na temat tej odległości
powodują, że on konstruuje nam obraz głębi.
Wskazówki jednooczne w widzeniu głębi
Przesłanianie
1
Najprostszą informacją o głębi jest przysłanianie jednego obiektu przez drugi.
Większość obiektów, które znajdują się w naszym otoczeniu to są to obiekty
nieprzezroczyste. Czyli są to takie obiekty które mogą się wzajemnie zasłaniać (ten który
jest bliżej zasłania ten który jest z tyłu).
Patrząc na rysunek większość z nas powie, że widzi tutaj trójkąt nałożony na prostokąt i
prostokąt nałożony na koło. Ale przecież to mogą być takie specyficzne puzzle, które tak
idealnie do siebie pasują i wszystko to leży na płaskim.
Tutaj nasz umysł dokonuje pewnej operacji obliczeniowej na tym obiekcje po to aby
wywnioskować głębie.
Ten obrazek jest oczywiście płaski, ale ewolucyjnie nauczony nas system wzrokowy raczej
ma tendencję przypisywania temu pewnej głębi. Dzieje się dlatego, że generalnie jak styka się
z tego typu obrazkami to zazwyczaj są to pełne figury, które się wzajemnie zasłaniają.
Nasz system wzrokowy w tym przypadku ma nie wystarczającą ilość informacji na
temat trzeciego wymiaru, nie może, że tak powiem z płaskiej siatkówki odczytać i musi
dokonywać pewnych uproszczeń czy też założeń. Nasz umysł dokłada pewne założenia
dodatkowe aby wywnioskować informację na temat głębi.
Pewny taki fikołek robi nasz system wzrokowy również w przypadku stałości barwy i
jasności. Tutaj jednak mamy trochę prostszą sytuację gdzie nasz system wzrokowy
przyjmuje pewne założenie, a mianowicie takie, że obiekty, które widzimy są kompletne
i że się one zasłaniają.
Mimo iż ten obrazek widzimy płaski to jednak pewna tendencja do widzenia głębi
pozostaje jakby ten system jednooczny rozpoznawania głębi i dwuoczny system
rozpoznawania głębi były niezależne od siebie albo chociaż w dużym stopniu niezależne
od siebie.
Obraz na naszej siatkówce jest zupełnie płaski toteż bez pewnych dodatkowych założeń ta
głębia byłaby nie odczytywalna. Jednym z takich właśnie założeń pozwalających na widzenie
głębi jest zasada przesłaniania, która jest używana przez system wzrokowy do ekstrakcji
głębi.
2
Perspektywa liniowa
Perspektywa liniowa  fakt, że linie, które w rzeczywistości są równoległe, ich obrazy
padając na siatkówkę zbliżają się do siebie. Linie im dalej od nas zwężają się ponieważ
obiekty, które są dalej od nas są małe na siatkówce. Dwie linie równoległe w 3 wymiarze,
które się nie zbiegają na siatkówce wyglądają jakby się zbiegały ze sobą.
Jak pokazuje się systemowi wzrokowemu linie, które się zbiegają to przypuszcza on, że
to są prawdopodobnie równoległe linie.
3
Cieniowanie i kształt
Z tych obrazków wynika, że odczytujemy głębię na podstawie cienia. Pewne założenia są
zrobione przez system wzrokowy na temat tego gdzie powinien znajdować się cień. Cień
jest przez nas automatycznie brany pod uwagÄ™ w wielu aspektach przy rozpoznawaniu
głębi.
4
Cieniowanie i kształt
1. Wzrok przyjmuje, że światło świeci
z góry.
2. Dokonuje jednak uproszczenia:
światło świeci  z górnej części pola
widzenia .
Światło zwykle świeci z góry w związku z tym obiekt przyjmuje taki kształt aby wyglądał jak
oświetlony z góry. Gdybyśmy stanęli na głowie to w tym momencie ten efekt powinien
zostać. Ty czasem okazuje się, że gdy stanie się na głowie to odwraca się to złudzenie.
System wzrokowy zatem nie tylko założył, że światło świeci z góry, ale jeszcze założył do
tego, że na gÅ‚owie siÄ™ nie staje Jð. Innymi sÅ‚owy nie przewidziaÅ‚ tego, że bÄ™dziemy siÄ™ starali
to złudzenie ocenić z drugiej strony.
5
Cień rzucany na podłoże
Ten kwadrat w ogóle nie zmienia swojej pozycji, jedyny ruch tutaj to ruch jego cienia. Ten
kwadrat się nie powiększa tylko cały trick polega na ruchu jego cienia (filmik ten pokazany
był na wykładzie). Poprzez manipulację cieniem kwadracika mamy wrażenie, że się on
porusza, a tak naprawdę jest on statyczny, cały czas leży w tym samym miejscu.
6
Cień rzucany na podłoże
Tutaj widać skaczącą piłeczkę. Ale tak naprawdę piłeczka nie skacze (ona porusza się po linii
prostej), natomiast  skacze jej cień i dlatego mamy takie wrażenie, że piłeczka skacze mimo
iż w rzeczywistości przesuwa się ona po linii prostej. Oznacza to, że my bardzo silnie i
zupełnie automatycznie bierzemy pod uwagę pozycję cienia.
7
Cień rzucany na podłoże
Kulki na tych rysunkach sÄ… w tych samych pozycjach (na rysunku A oraz B). Jedyna rzecz,
która różni te dwa obrazki to jest pozycja cienia.
Ruch Obserwatora
8
Ruch obiektu, czyli ruch obserwatora jest kolejnym bardzo ważnym wskaz
nikiem przy
jednoocznym widzeniu głębi. Ewentualnie ruch elementów wokół obserwatora.
Powyżej mamy przykład sytuacji kiedy na przykład patrzymy przez okno pociągu. Wówczas
zachodzi bardzo ciekawe zjawisko, a mianowicie jeżeli ufiksujemy wzrok na jakimś punkcie
(na przykład na jakimś domu, który znajduje się daleko od nas, albo na jakimś drzewie) i
przez chwilę patrzymy wyłącznie na ten obiekt i jednocześnie obserwujemy jak się poruszają
obiekty bliżej i dalej od tego ufiksowanego obiektu (na przykład obserwowanego domu). To
okazuje się wtedy, że obiekty znajdujące się bliżej tego obserwowanego, ufiksowanego przez
nas obiektu poruszajÄ… siÄ™ tym szybciej (uciekajÄ… od nas w kierunku przeciwnym do naszego
ruchu) im się bliżej znajdują okna pociągu, czyli im bliżej są nas. Ten punkt na który
patrzymy, nasz punkt fiksacji, jest nieruchomy. Te punkty, które są za naszym punktem
fiksacji poruszają się tym szybciej im są dalej od nas i to zgodnie z kierunkiem z którym się
poruszamy.
Ruch w głąb  wrażenie tak jakbyśmy patrzyli przez szybę kierowcy samochodu. Obiekty,
które widzimy zdają się poruszać po diagonali  po promieniu z tym większą prędkością im
bliżej są od nas i wtedy zdają się odsuwać na boki. Takie wrażenie ma się najlepiej w
naturalnych warunkach kiedy się jedzie samochodem podczas śnieżycy. Wtedy ma się
wrażenie, że wszystkie śnieżynki uciekają na boki. To samo wrażenie mamy wówczas gdy
jedziemy szosą wśród szpalerów drzew.
9
Wskazówki jednoczesne w widzeniu głębi
Wysokość nad horyzontem
Jeżeli patrzymy przed siebie na wprost to linia horyzontu jest na wysokości naszego wzroku.
Przedmioty, które są niżej linii horyzontu, są z naszego punktu widzenia coraz bliżej nas.
10
Wskazówki jednooczne w widzeniu głębi
Tekstura
Te elipsy możemy odczytać jako rysunek płaski, albo jako taki chodnik wyłożony takimi
specyficznymi płytami chodnikowymi, który biegnie w trzeci wymiar. Efekt ten wynika stąd,
że elementy, które są blisko nas są duże, natomiast elementy, które są daleko od nas są małe.
To znowu wynika z wielkości obrazu na siatkówce. Jeżeli obiekty mają jednakową wielkość
to te, które znajdują się bliżej nas będą na siatkówce większe, natomiast te które są dalej nas
na siatkówce będą widoczne jako mniejsze.
Mamy tutaj także teksturę z rombami, czworokątami, które na krawędziach zostają bardziej
spłaszczone. Ten obrazek można odbierać jako prostokąt z takim śmiesznym wzorem, ale
można to także odbierać jako taki bęben  te rąby są tej samej wielkości, ale my widzimy je
coraz bardziej zniekształcone gdy znajdują się na łuku tego bębna.
11
Względna wielkość
Jeżeli na siatkówce widoczne są dwa obiekty i jeden jest duży, a drugi mały. To ten, który
widzimy jako duży jest bliżej nas, natomiast ten, który na siatkówce widzimy jako mały
znajduje się dalej od nas. Ale mały obiekt może oznaczać, że po prostu jest to mały obiekt, a
nie że znajduje się daleko. W tym przypadku nasz system wzrokowy jest bezradny i bez
dodatkowych wskazówek nie jest sobie w stanie z tym poradzić.
W tym przypadku wiemy, że to są prawdopodobnie świerki tej samej wielkości i jeden z nich
jest bliżej nas a drugi dalej od nas. Wiemy to dlatego, że jeden jest umieszczony wyżej a drugi
niżej. Gdyby znikła nam linia horyzontu to prawdopodobnie w takim przypadku nie
bylibyśmy w stanie nic dobrego wywnioskować.
Względna wielkość jest tylko do wspomagania widzenia głębi, ale samej głębi wywołać
nie potrafi.
12
Okolice Szklarskiej Poręby
Perspektywa powietrzna
 zaniebieszczenie odległych przedmiotów
Odległe przedmioty są tutaj bardziej niebieskie niż te blisko nas. To nie jest jakieś złudzenie
tylko jakieś zjawisko fizyczne, które wykorzystuje nasz system wzrokowy. Zaniebieszczenie
przedmiotów wynika tutaj z powietrza. Powietrze nie jest czyste i w związku z tym na
cząsteczkach zanieczyszczenia powietrze rozprasza się światło. Zmienia to naszą percepcję
kolorów i z większej odległości dociera do nas więcej światła niebieskiego.
Zaniebieszczenie odległych przedmiotów może powodować, że będziemy błędnie oceniać
odległość do dalekich przedmiotów jeżeli zmienia się przezroczystość powietrza. Jeżeli
powietrze jest przezroczyste to tego niebieskiego jest mniej i nam się wydaje, że ten obiekt
jest bliżej (jeżeli jesteśmy przyzwyczajeni do innego zanieczyszczenia powietrze bo
mieszkamy gdzieś indziej to możemy błędnie oceniać odległość  to się bardzo często zdarza
w górach). Im czystsze powietrze tym możemy mieć większe problemy w górach z oceną
odległości.
13
WSKAZÓWKA DWUOCZNA W WIDZENIU GA

BI
Konwergencja 
ma niewielki udział w spostrzeganiu głębi
Żeby głębie wydobyć to oczy muszą znajdować się z przodu czaszki. Oczy żeby widzieć
głębię muszą widzieć mniej więcej ten sam obszar przestrzeni tylko z dwóch różnych
kątów.
Z tego wynika, że niektóre zwierzęta pozostały pozbawione tego trójwymiarowego widzenia,
a niektóre nie. Drapieżnikom zachowane widzenie 3D natomiast ofiarą nie. Dzieje się dlatego,
że drapieżnik musi bardzo precyzyjnie ocenić odległość od ofiary. Ofiara generalnie gdy już
tylko widzi drapieżnika to powinna wiać w związku z tym została wyposażona w oczy, które
pozwalają jej na widzenie  dookoła głowy . W związku z tym kąt widzenia takiego
zwierzęcia jest prawie 360 stopni. Jak ma niezależne oczy to jedno może patrzeć w tył a
drugie w przód.
My mamy dwoje oczy i w związku z tym jeżeli patrzymy na jakiś obiekt to oczy ustawiają się
równolegle. A gdy patrzymy na obiekt, który jest bliżej nas tym bardziej skręcają się ku
środkowi. Ten ruch nazywamy ruchem konwergencyjnym  ruchem zbiegania się,
odkręcania się oczu w tę samą stronę.
Im bliżej obiekt nas jest tym bardziej skręcone są nasze oczy. Można byłoby zatem
przypuszczać, że jest to bardzo dobry mechanizm oceniania odległości od przedmiotu.
Tu tym czasem okazuje się, że konwergencja nie jest używana przez nasz system
wzrokowy. Nie wiadomo dlaczego tak jest, że te informacje nie są w cale brane pod
uwagę przez nasz mózg.
14
Paralaksa
Korespondencja
punkt fiksacji
Mamy tutaj dwoje oczu i jakiś punkt, który jest tutaj punktem fiksacji. Oczywiście obrazy
tego punktu fiksacji powstają w dwóch punktach na siatkówce. Inny punkt, który jest dalej od
punktu fiksacji, tworzy w innych miejscach te obrazy na siatkówce. Ten niebieski punkt
tworzy jeszcze inne obrazy na siatkówce. Proszę zobaczyć, że te punkty w oczach są inaczej
ułożone  inaczej w jednym oku, a inaczej w drugim oku. Również odległości między tymi
punktami sÄ… inne w jednym i inne w drugim oku.
Paralaksa  efekt nie pokrywania się dwóch obrazów wynikający z obserwowania obiektów
z dwóch różnych kierunków. W szczególności paralaksa odnosi się do jednoczesnego
obserwowania obiektów leżących w różnych odległościach od obserwatora lub urządzenia
obserwującego, a objawia się tym, że obiekty te na obu obrazach są oddalone od siebie o
odmienną odległość kątową lub też nachodzą na siebie na tych obrazach w odmiennym
stopniu.
15
Horopter
Korespondencja
Obszar fuzji
16
Horopter
Jeżeli obiekty są w tej samej odległości od nas to wtedy powstaje obraz w punktach
korespondencyjnych. Jeżeli jakiś punkt nie jest punktem korespondencyjnym to znaczy,
że występuje on albo przed, albo za horopterem.
My tyko w pewnym obszarze widzimy trójwymiarowy obraz. Faktycznie
trójwymiarowy obraz widzimy tylko w niewielkiej odległości od punktu fiksacji (dalej
od punkty fiksacji i trochę bliżej).
Obszar w którym widzimy w pełni trójwymiarowo to jest tak zwany obszar parencji.
poza tym obszarem obraz nam siÄ™ dwoi.
Te zdwojone obrazy sÄ… zwykle poza ogniskiem naszej uwagi.
Wez
my dwa punkty (zielony i szary są to punkty korespondujące). Jeżeli jakiś punkt znajduje
się bliżej to wpada on w tym samym miejscu co punkt szary na tą siatkówkę (tą górną), ale na
tą dolną siatkówkę wpada już w innym miejscu. To jest właśnie to co mówiłem, że może być
to podstawą widzenia głębi. Wynika z tego, że w jednej siatkówce mamy inny rozkład
punktów które odpowiadają rzeczywistości i inny jest ten rozkład w drugiej siatkówce.
To jest podstawa do tego aby system wzrokowy sobie porachował gdzie te punkty w
17
przestrzeni się znajdują. Ma takie dane na tej siatkówce i takie dane na tej siatkówce i
zadanie dla niego polega na tym aby obliczył gdzie te punkty znajdują się w przestrzeni.
Stereoskop Wheatstone a
Jako pierwszy pokazał on zasadę kina trójwymiarowego (wyświetlane są dwa filmy i jeden
trafia do jednego oka, a drugi do drugiego oka. Dzieje siÄ™ tak za sprawa specjalnych,
spolaryzowanych okularów). Zbudował on stereoskop gdzie były dwa zwierciadła. One był
ustawiane pod kÄ…tem 90 stopni.
18
Stereogramy Beli Julesza
Zadał on sobie pytanie czy wskazówki jednooczne są niezbędne do widzenia głębi. Zrobił on
genialny eksperyment dzięki, któremu tę sprawę rozstrzygnął. On się posłużył obrazkami
stworzonymi z punktów przypadkowo rozsianych po płaszczyznach i jedną tych płaszczyzn
pokazywał jednemu oku a drugą drugiemu oku. Te punkty są jednakowe dla jednego i
drugiego oka poza pewnym obszarem  poza obszarem środkowym. W tym żółtym
fragmencie też są jednakowo ułożone punkty, ale te żółte kwadraty są w trochę innym
położeniu od środka obrazka. Gdybyśmy taki obrazek pokazali jednemu oku, a taki drugiemu
oku to badany widziałby mały kwadrat unoszący się nad dużym. Pytanie jest takie czy jak nie
będziemy mieli pomocy w postaci żółtych obszarów to czy nasz system wzrokowy będzie
19
widział ten obszar nadal jako taki wyróżniający się z tła czy też nie? Czy nasz system
wzrokowy poradzi sobie bez wskazówek jednoocznych czy też nie?
Nasz system poradzi sobie z tym. Czyli jakbyśmy te obrazki włożyli do stereoskopu to
badany widziałby dwa unoszące się kwadraciki stworzone z przypadkowych punktów
unoszące się nad płaszczyzną stworzoną z przypadkowych punktów.
Wskazówki jednooczne nie są warunkiem koniecznym do powstania tego obrazu. One
jedynie pomagają, one jedynie przyspieszają. Wskazówki jednooczne są
wykorzystywane do przyspieszenia ekstrakcji głębi.
Problem korespondencji
Patrzymy na 4 punkty zielone i one tworzą na siatkówce 4 obrazy. Nasza siatkówka nie wie
jaki jej punkt został pobudzony przez obiekt znajdujący się na zewnątrz. Możliwych
rozwiązań tutaj nasz system wzrokowy ma sporo. Im więcej jest tych punktów tym więcej jest
możliwości rozwiązań.
System wzrokowy ma za mało informacji aby jednoznacznie rozwiązać problem więc
musi się nauczyć jakiegoś ograniczenia odnośnie tego co widzi.
20
Mara i Kocio (taka mniej wiÄ™cej tego byÅ‚a fonetyczna wymowa na wykÅ‚adzie Jð) zrobili
pierwszą symulację komputerową tego jak działa nasz system wzrokowy.
Pierwsze założenie odnośnie rozwiązania tego problemu mówiło, że płaszczyzny są
nieprzezroczyste. Czyli jak jakiś obiekt zasłania inny obiekt to ten z tyłu jest
niewidoczny.
Powierzchnia żeby była widoczna musi być nieprzezroczysta.
Drugie ich założenie dotyczy ciągłości powierzchni  mówi ono, że nie ma uskoków nie
ma płaszczyzn  wszystko jest na jednej płaszczyz
nie. To jest tan naprawdę założenie o
minimalnej liczbie powierzchni, czyli z wszystkich rozwiązań trzeba wziąć takie
rozwiÄ…zanie gdzie liczba wszystkich powierzchni jest najmniejsza.
Problem Korespondencji:
- Nieprzezroczystość powierzchni.
- Ciągłość powierzchni.
W przypadku widzenia głębi są dwa mechanizmy, którymi posługuje się nasz system
wzrokowy. Pierwszy z tych systemów dotyczy widzenia za pomocą jednego oka. Drugi
polegający na widzeniu 2 obrazów na siatkówce. Te dwa mechanizmy się wzajemnie
wspomagajÄ… to znacz system jednooczny jest bardzo wydajny i wspomaga system
dwuoczny, który jest ograniczony.
Nie widzimy w 3 wymiarach poza odległością maksymalnie 50 m. Po 50 metrze już tylko
jednoocznie oceniamy głębię.
21