Sitzung 6 Tiefen- und Größenwahrnehmung Flashcards
Warum hängen Größen- und Tiefenwahrnehmung zusammen?
Die Größe des Abbildes eines Objekts auf der Netzhaut hängt sowohl von der Größe des betrachteten Objekts als auch vom Abstand des Objekts vom Betrachter ab
Okulomotorische Tiefenreize
basieren auf der Fähigkeit, die Stellung unserer Augen und die Spannung in unserer Augenmuskulatur wahrzunehmen
- Konvergenz
- Akkomodation
Okulomotorische Tiefenreize 1. Konvergenz
Augenstellung, d.h. die relative, gedrehte Position der Augen in den Augenhöhlen
Die Augen konvergieren (drehen sich einwärts), wenn man etwas sehr Nahes betrachtet.
Die Augen divergieren (schauen geradeaus), wenn man etwas weit Entferntes beobachtet.
okulomotoirsche Tiefenreize
2. Akkomodation
Fähigkeit des Auges den Brennpunkt so einzustellen, dass das Bild auf der Retina scharf abgebildet wird
Werden die Ziliarmuskeln angespannt, wird die Linse dicker und wir können nahe Objekte scharfstellen
Entspannen sich die Ziliarmuskeln können wir entfernte Objekte scharf sehen
Okulomotorische Tiefenreize
und ihr Einfluss auf die Tiefenwahrnehmung & wirksamer Bereich
Wirksamer Bereich: ungefähr Greifbereich (bis zu max. 2 m)
Nutzen der Konvergenz- größer als die der Akkommodationsinformation
Monokulare Tiefenreize:
Arten
Tiefenhinweise, die auch beim Sehen mit nur einem Auge funktionieren
- Bildbezogen
- 1 Verdeckung von Objekten
- 2 Relative Größe im Blickfeld
- 3 Relative Höhe im Blickfeld
- 4 Perspektivische Konvergenz
- 5 Vertraute Größe
- 6 Atmosphärische Perspektive
- 7 Texturgradient
- 8 Schatten
- Bewegungsbezogen
- 1 Bewegungsparallaxe
- 2 Fortschreitendes Zu- oder Aufdecken von Flächen
bildbezogene monokulare Tiefenreize 1.1 Verdeckung von Objekten & Effektiver Entfernungsbereich
Wenn ein Objekt A einen Teil von Objekt B verdeckt, wird Objekt A als vor B
liegend gesehen.
Information nur über die relative räumliche Tiefe, aber nicht über die absolute Entfernung
effektiver Entfernungsbereich: von 0m - über 30m
bildbezogene monokulare Tiefenreize 1.2 Relative Größe im Blickfeld + effektiver Entfernungsbereich
Wenn zwei physikalische Objekte gleich groß sind, nimmt das nähere Objekt einen größeren Teil des Blickfeldes ein.
effektiver Entfernungsbereich: 0m- über 30m
bildbezogene monokulare Tiefenreize 1.3 Relative Höhe im Blickfeld & Effektiver Entfernungsbereich
a) Unterhalb des Horizonts
Objekte, die sich im Blickfeld weiter oben, an einer höheren Position befinden, werden als weiter entfernt gesehen.
b) Oberhalb des Horizonts
Objekte, die sich im Blickfeld weiter oben, an
einer höheren Position
befinden, werden als weniger weit entfernt
gesehen.
effektiver Entfernungsbereich: 2m- über 30m
bildbezogene monokulare Tiefenreize 1.4 Perspektivische Konvergenz
Real parallel verlaufende Linien, scheinen im Unendlichen zu einem Fluchtpunkt zusammenzulaufen.
(sieh auch F. 16 )
bildbezogene monokulare Tiefenreize 1.5 Vertraute Größe von Gegenständen
Das Wissen über die Größe eines Objektes beeinflusst, wie weit entfernt wir ein Objekt wahrnehmen
bildbezogene monokulare Tiefenreize 1.6 Atmosphärische Perspektive
Je weiter Objekte entfernt sind, desto unschärfer, blasser und „blauer“ sehen wir sie, weil mehr Luftraum durchschaut wird.
effektiver Entfernungsbereich: über 30m
bildbezogene monokulare Tiefenreize 1.7 Texturgradient
Elemente, die in einer Szene gleiche Abstände aufweisen, erscheinen mit
zunehmendem Abstand „dichter gepackt“.
(Siehe F. 20)
bildbezogene monokulare Tiefenreize
1.8 Schatteninformationen
Durch Schatten können Objekte aussehen als würden sie Schweben und konkurrierende Tiefeninformationen können durch Schatten erklärt werden (siehe F. 21/22)
bewegungsbezogene monokulare Tiefenreize
1.1 Bewegungsparallaxe
In Bewegung (passiv oder aktiv): Nahe Objekte scheinen schneller an uns vorbeizugleiten als entferntere Objekte, während wir uns an diesen vorbei bewegen.
ist auch ein wichtiges Instrument zur Erzeugung
eines räumlichen Tiefeneindrucks bei Trickfilmen und Videospielen.
bewegungsbezogene monokulare Tiefenreize
1.2 Fortschreitendes Zu- oder Aufdecken von Flächen
Wenn zwei Flächen sich in unterschiedlicher Entfernung befinden, bewirkt eine Bewegung des Beobachters, dass diese Flächen als relativ zueinander bewegt gesehen werden. Dabei wird die hintere Fläche je nach Bewegungsrichtung entweder fortschreitend
zu- oder aufgedeckt.
binokulare Tiefeninformationen: Fingerversuch
zwei Augen - zwei Blickwinkel
geöffnetes linkes Auge: Finger und Objekt fallen auf gleichen Netzhautpunkt (Fovea)
geöffnetes rechtes Auge: Finger und Objekt fallen auf unterschiedliche Netzhautpunkte
Position des Fingers scheint zu „springen“
binokulare Tiefeninformationen: korrespondierende Netzhautpunkte
Vorstellungshilfe: Beide Augen übereinanderlegen (nicht spiegeln)
A & A‘, B & B‘, C & C‘ = jeweils korrespondierende Netzhautpunkte auf dem linken und rechten Auge
binokulare Tiefeninformationen: Der Horopter
gedachter (theoretischer) Kreis, der durch den Fixationspunkt und die optischen Mittelpunkte der beiden Augenlinsen führt (siehe F. 31)
Auch: Vieth-Müller Kreis genannt
Der empirische Horopter ist eher abgeflacht im Gegensatz zu Vieth-Müller-Kreis
binokulare Tiefeninformationen: Wohin fallen Objekte auf dem Horopter?
jeweils auf korrespondierende Netzhautpunkte auf der Retina des rechten und linken Auges
was sind disparate Netzhautpunkte?
nicht-korrespondierende Netzhautpunkte
Was ist Stereopsis?
binokulare Tiefenwahrnehmung oder auch stereoskopische Tiefenwahrnehmung
binokulare Tiefenwahrnehmung: Querdisparität- Definition und Eigenschaften + effektiver Entfernungsbereich
- Der Unterschied zwischen den Netzhautbildern im rechten und im linken Auge. Also die Distanz von disparaten Netzhautpunkten (siehe F.33 o. Lernzettel 67)
- je größer der Abstand zum Horopter, desto größer die Querdisparität
- Ausmaß der Querdisparität bildet die Grundlage für binokulare Tiefenwahrnehmung („Stereopsis“)
- effektiver Entfernungsbereich: 0m-20m
Querdisparität: Was passiert beim Wechsel des Fixationspunkts?
Die relative Querdisparität bleibt beim Wechseln des Fixationspunkts gleich (siehe F. 35)
binokulare Tiefenwahrnehmung: gekreuzte Querdisparität
Abbild auf äußeren Bereichen der Retina, gedachte Linien vom Objekt und dem fixiertem Objekt auf dem Horopter kreuzen sich
-> Objekt vor dem Horopter (näher zum Betrachter)
binokulare Tiefenwahrnehmung: ungekreuzte Querdisparität
Abbild auf inneren Bereichen der Retina, gedachte Linien vom Objekt und dem fixiertem Objekt auf dem Horopter kreuzen sich nicht
-> Objekt hinter dem Horopter (weiter weg vom Betrachter)
Panum
Bereich, in dem Abbilder auf den beiden Retinae zu einem einzelnen Wahrnehmungsobjekt verschmolzen werden und durch Querdisparität Tiefeneindruck entsteht (außerhalb des Panum: Doppelbilder)
Stereoskop: Definition
Apparatur, die dazu führt, dass für das linke und rechte Auge ein leicht unterschiedenes Netzhautbild, z.B. einer Fotographie, ankommt.
Stereoskop: Wirkung
führt auch bei zweidimensionalen Bildern, durch die erzeugte Querdisparität zu einem Tiefeneindruck (Stereopsie).
Freie Fusion
Zusammengehörige Punkte in den beiden Bildern müssen als zusammengehörig identifiziert werden, damit die Disparität der Bilder bestimmt werden kann
Zufallsmusterstereogramm
Bela Julesz (1928-2004) Entdeckte, dass die Wahrnehmung räumlicher Tiefe erst im Gehirn stattfindet. experimentierte mit einer speziellen Sorte von Stereobildpaaren, die nur zufällig verteilte Punkte enthielten. Zunächst erstellte ein Computer zwei identische Zufallsmuster aus Punkten. Dann wird in einem Bild ein quadratischer Ausschnitt der Punkte nach rechts verschoben. Wenn man die Muster betrachtet kann man nicht sagen, inwieweit sich die Muster verschoben haben, aber das visuelle System nimmt einen Unterschied wahr, sofern das linke Bild dem linken Auge und das rechte Bild dem rechten Auge präsentiert werden. Die Disparität führt zu der Wahrnehmung des kleinen Quadrates das vor dem Hintergrund schwebt.
-> Querdisparität alleine reicht aus, um eine Tiefenwahrnehmung zu erzeugen
3D- Kino/Fernseher
Trennung der Infos. für das rechte und linke Auge
Rot-Grün-Bille: Anaglyphen werden einmal in Grün und in leicht veränderter Perspektive in Rot gedruckt und übereinandergelegt. Durch die ver. “Gläser” in der Brille kommt das grüne Licht nur durch den Grünfilter und das rote Licht nur durch den Rotfilter. Durch die ver. Netzhautbilder im rechten und linken Auge wird stereoskopische Tiefenwahrnehmung ermöglicht.
Heute benutzt man:
- Polarisationsbrillen
- Shutterbrillen
- Interferenzfilterbrillen
- Autostereoskopische Bildschirme (keine Brille notwendig)
Neuronale Antwort auf räumliche Tiefe
Experiment: Beobachtung der Antwort eines Neurons im parietalen Kortex eines Affen auf einen Texturgradienten
Ergebnis: selektives Feuern der Neuronen je nach dem wie das Muster wahrgenommen wird
Entsprechendes Feuerungsmuster, wenn räumliche Tiefeninformation nicht durch einen bildbezogenen Tiefenreiz, sondern durch Querdisparität vermittelt wird
Querdisparitätsneuronen
Es gibt (in fast allen Regionen des visuellen Kortex) Neuronen, die selektiv auf ein bestimmtes Ausmaß an Querdisparität feuern. Wird in einer Querdisparitäts-Tuningkurve dargestellt, die neuronale Antwort (Nervenimpulse/s) gegen den Grad der Querdisparität abträgt.
Im Tierversuch konnte nachgewiesen werden, dass die Stimulation querdisparitätsempfindlicher
Neuronen einen Tiefeneindruck hervorrufen bzw. verändern kann.
Warum setzt eine korrekte Größenwahrnhemung eine korrekte Tiefenwahrnehmung voraus?
Da die Größe des Netzhautbildes (≈ Sehwinkel α) sowohl von der physikalischen Größe des betrachteten Objekts als auch von der Distanz des Objekts zum Betrachter abhängt
Wann treten Fehlwahrnehmungen der Größe auf?
wenn Tiefenreize fehlen, Problem für Flugzeuge/ Hubscharuber
„Whiteout“: Horizont kann nicht mehr erkannt werden
aufgrund von Nebel/ Schneefall (in Polargebieten/
Gebirgen) durch diffuse Lichtreflexion
So kann eine 2 Meter entfernte Schachtel für einen sehr weit entfernten Lastwagen gehalten werden.
Experiment von Holway & Boring 1941: Aufbau und Aufgabe
Aufbau:
Beobachter sitzt am Kreuzungspunkt zweier Flure und sieht in einem Flur eine Vergleichsscheibe (VS) und inn dem anderen eine Testscheibe (TS).
Die VS befindet sich immer in gleicher Entfernung, die Entfernung der TS wird variiert. Weiter entfernte Testscheiben sind physikalisch größer, so dass der Sehwinkel der TS immer konstant ist (1°).
Aufgabe:
Der Beobachter soll in jedem Durchgang den Durchmesser der Vergleichsscheibe einstellen, so dass die wahrgenommene Größe von Vergleichs- und Testscheibe identisch ist.
Experiment von Holway & Boring 1941: Av und UV
AV: vom Beobachter eingestellte Größe der Vergleichsscheibe
UV:
1. Entfernung der Testscheibe
2. Tiefenkriterien (beidäugig, einäugig, Lochblende, Tuch)
Experiment von Holway & Boring 1941: Ergebnisse
Wenn (genügend) Tiefeninformation vorhanden ist, wird die VS annähernd aufgrund der physikalischen Größe der Testscheibe eingestellt (Größen- Distanz-Skalierung, Größenkonstanz).
Je weniger Tiefeninformation verfügbar ist, desto mehr wird die Größe der VS aufgrund des Sehwinkels der TS eingestellt
-> Größenschätzung beruht nur auf der tatsächlichen Größe von Objekten, wenn genügend Tiefeninformationen vorhanden sind, wenn Tiefeninformationen fehlen ist die Größenschätzung stark vom Sehwinkel des Objekts beeinflusst.
Größen-Distanz-Skalierung:
Emmert‘sches Gesetz (1881)
Das Phänomen der Größenkonstanz wird beschrieben mit
W = k * N * D
W: Wahrgenommene Größe
N: Größe des Netzhautbildes
D: Wahrgenommene Entfernung
k > 0: Konstante (Proportionalitätsfaktor)
Die Formel beschreibt das Emmert´sche Gesetz: Wenn sich ein Objekt von einem entfernt, wird das Netzhautbild kleiner, die wahrgenommen Entfernung jedoch größer. Die beiden Faktoren geleichen sich also aus und die Größenwahrnehmung bleibt konstant. Wird hingegen nur die wahrgenommene Distanz größer, bei konstanten Netzhautbild, verändert sich die wahrgenommene Größe des Objekts.
Emmert´scher Versuch
Bei gleich großem Netzhautabbild nimmt die wahrgenommene Größe des Nachbildes mit zunehmender Entfernung aufgrund der Größen-
Distanz-Skalierung zu. Das Nachbild wirkt daher auf dem weiter entfernten Hintergrund größer.
s. F.60
Einfluss weiterer Informationen auf die Größenwahrnehmung
- Größe von ähnlichen, benachbarten Objekten
- Relative Größe: Die Größe vertrauter Objekte wird als Anhaltspunkt für die Beurteilung der Größe anderer Objekte genutzt
- Beziehung von Objekten und Texturinformation:
Wenn zwei Objekte mit ihrer Grundfläche jeweils eine Einheit des Texturgradienten abdecken müssen sie (in der realen Welt) ungefähr gleich groß sein s. F. 36
Größenillusionen aufgrund inkorrekter Distanzeinschätzung
- Müller-Leyer-Täuschung (siehe F. 65 o. L 73)
- Ponzo-Täuschung
- Korridor-Täuschung
- Ames´scher Raum
- Mondtäuschung
- Müller-Leyer-Täuschung: Tiefenerklärung
Gregory (1966): größer wahrgenommene Linie: wird als Außenecke interpretiert, kleiner wahrgenommene Linie: wird als Innenecke interpretiert
Innenecke ist in der realen Welt meist weiter entfernt vom Beobachter -> größere
Entfernungsschätzung bewirkt eine Vergrößerung der “Außenecke”-Linie
Aber: Kann nicht alle Formen der Täuschung erklären
(z.B. nicht die „Hantelversion“)
- Ponzo-Täuschung
Abbildung enthält Tiefeninformation (Linearperspektive, Textur)
obere Linie wird als weiter entfernt geschätzt
beide Linien haben gleichen Sehwinkel
daher wird die obere Linie wird als länger wahrgenommen
(Siehe F. 67)
- Korridor-Täuschung
Tiefeninformation in Abbildung täuscht unterschiedliche Entfernungen vor
-> das weiter entfernt zu scheinende der beiden physikalisch ungefähr gleichgroßen Objekte wird als größer wahrgenommen
- Ames´sche Raum
für reale Situation siehe F.71, 72
Falsche Einschätzung der Distanzverhältnisse führt zur
Wahrnehmung unterschiedlicher Größen (obwohl beide Personen physikalisch gleich groß sind)
-> Größen-Distanz-Skalierung
Außerdem relevant: relative Größe (z.B. Person: Höhe des Raumes)
- Mondtäuschung
Der Mond erscheint am Horizont größer als wenn er hoch am Himmel steht.
Größe des Netzhautbildes annähernd konstant
Auf Fotos oder bei Betrachtung des Mondes durch eine Lochblende tritt keine Illusion auf: Es muss sich also um eine Größenwahrnehmungstäuschung handeln.
- Mondtäuschung: Erklärungsansatz
“Käseglockentheorie” Rock 1962:
Mond am Horizont: durch den gefüllten Raum mit vielen Gegenständen und vielen Tiefeninformationen wirkt der Mond weit entfernt und daher größer
Mond am Zenit: leerer und tiefenarmer Raum zwischen Betrachter und Mond. Mond wird als näher angenommen
Emmert‘sches Gesetz: gleicher Sehwinkel wird bei weiterer angenommener Entfernung als größeres Objekt interpretiert
Belege für die “Käseglockentheorie”
Personen schätzen die Entfernung des Horizontes weiter ein als die zum Zenit
(abgeflachtes Himmelsgewölbe, „Käseglocke“)
Mond über Gelände wirkt größer als Mond über „nichts“
Es gibt jedoch eine Vielzahl von weiteren oder alternativen Einflussfaktoren
(diese beruhen z.B. auf Sehwinkelvergleichen, atmosphärischer Perspektive, Farbe, okulomotorischen Faktoren)
Binokulare Tiefeninformationen
Tiefenhinweise, die nur beim Sehen mit beiden Augen funktionieren
- Korrespondierende Netzhautpunkte und Horopter
- Querdisparität und Stereopsis
- Stereposis bei zweidimensionalen Reizen (Streoskop, 3D-Kion, Freie Fusion, Zufallsmusterstereogramm)
Absolute Querdisparität: Definition
Das Ausmaß, in dem die Positionen der beiden retinalen Bilder von korrespondierenden Netzhautpunkten abweichen
relative Querdisparität: Definition
Die Differenz zw. den absoluten Disparitäten von Objekten einer Szene, sie bleibt konstant, wenn der Betrachter seinen Blick über die Szene wandern lässt
Größenkonstanz
Die Tatsache, dass unsere Wahrnehmung der Größe von Objekten konstant bleibt, obwohl wir sie aus unterschiedlicher Entfernung betrachten und sie so ein kleinere o. größeres retinales Abbild erzeugen
