10.2
IL MOVIMENTO DEGLI OGGETTI
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Le
traduzioni che potrete trovare su questo sito
sono unicamente destinate ad uso interno per il
corso di Psicologia della Percezione dell'Università
degli studi di Trieste. Nascono con l'intento
di fornire un ausilio a quegli studenti che non
hanno molta dimestichezza con la lingua inglese.
Le traduzioni sono opera degli stessi studenti
del corso di Psicologia della Percezione 1999
- 2000. Nell'utilizzo di questo materiale va tenuto
conto che la correttezza dello stesso va verificata
confrontando le traduzioni con il testo originale.
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Le teorie sul movimento che abbiamo trattato finora
riguardano il movimento dell'immagine 2D: come possono
essere percepiti nel tempo i cambiamenti nella distribuzione
di luminosità nella retina. Questo è solo
il primo passo nella percezione del movimento, per la
quale quello che è fondamentale è l'informazione
su come gli oggetti si muovono all'interno dell'ambiente
3D. Per un predatore che cerca di catturare la preda
che sta scappando - e per la preda che cerca di sfuggire
al predatore che la sta attaccando - percepire il movimento
nell'immagine 2D della retina è assolutamente
insufficiente.
Per risultare utile, il movimento dell'immagine deve
essere decifrato per fornire l'informazione sul movimento
(o sulla sua mancanza) degli oggetti nell'ambiente.
Questo richiede di integrare il movimento dell'immagine
con l'informazione di come l'occhio si stia muovendo
e la distanza dagli oggetti in movimento per raggiungere
la costanza del movimento : la percezione veritiera
del movimento di oggetti fisici nell'ambiente nonostante
i cambiamenti del movimento dell'immagine dovuti agli
agenti della vista quali gli occhi, la testa e i movimenti
del corpo. Solo allora l'osservatore ha accesso all'informazione
evolutivamente utile su come gli oggetti si stanno muovendo
nel mondo.
Stiamo considerando il movimento come un argomento a
parte in questo capitolo, ma è strettamente intrecciato
alla struttura della percezione spaziale. Come abbiamo
affermato nel Capitolo 5, il movimento relativo fornisce
importanti informazioni sulla profondità, inclusi
la parallasse del movimento, i gradienti del movimento
e l'accrescimento e la cancellazione della struttura
dovuti al movimento dell'osservatore, dell'oggetto o
di entrambi.
L'informazione sul movimento ha anche una grande importanza
nell'organizzazione della percezione visiva, in modo
particolare attraverso il principio della Gestalt del
"destino comune", che indica chiaramente quali
regioni dell'immagine sono viste come oggetti unificati
di percezione.
In questa sezione esamineremo le questioni relative
a quanto la profondità e l'organizzazione influenzino
l'interpretazione degli oggetti in movimento.
10.2.1
PERCEPIRE LA VELOCITA' DEGLI OGGETTI
Come si percepisce la velocità di un oggetto?
E' determinata dalla velocità prossimale del
movimento sull'immagine retinica o dalla velocità
distale nell'ambiente?
Una semplice dimostrazione fornirà una chiara
evidenza che non è la velocità retinica:
sollevate il vostro dito indice e muovetelo di fronte
al vostro viso mentre lo seguite con i vostri occhi.
Ciò che percepite è il vostro dito (e
la vostra mano) che si muove lateralmente in un ambiente
che è invece stazionario. Ma questo non è
l'evento che accade nell'immagine sulla vostra retina.
Dal momento che avete seguito il dito con gli occhi,
l'immagine del dito (e della mano) sulla retina è
essenzialmente immobile e il resto del mondo visivo
si estende attraverso il campo visivo nella direzione
opposta ai movimenti del vostro occhio. Notate che questo
stato di cose della retina è sotto molti aspetti
l'opposto di ciò che avete percepito: l'oggetto
stazionario sulla retina (il vostro dito) è stato
percepito come in movimento e gli oggetti che si muovono
sulla retina (lo sfondo) sono stati percepiti come stazionari.
La conclusione ineluttabile di questa semplice dimostrazione
è che la percezione degli oggetti in movimento
deve essere determinata in concomitanza con il movimento
dell'immagine e i movimenti dell'occhio. Il risultato
è la costanza approssimativa di movimento, è
raggiunta nello stesso modo della costanza di posizione
che abbiamo discusso a tratti nel Capitolo 7. Non dovrebbe
sorprendere che la percezione visiva si risolva nella
costanza approssimativa di movimento. Per evitare di
essere investiti da un'auto dovete conoscere la sua
direzione e la sua velocità nell'ambiente, non
quella della sua immagine sulla vostra retina.
La semplice esperienza supporta l'esistenza di almeno
un'approssimativa costanza di velocità: la velocità
dell'oggetto, piuttosto che la velocità dell'immagine,
è il maggiore determinante della velocità
percepita. Se guardate il traffico su un'autostrada
da una distanza di alcune centinaia di metri, tutte
le automobili sembrano muoversi più o meno alla
stessa velocità. Quelle più vicine non
sembrano muoversi notevolmente più veloci delle
più lontane, anche se questo è ciò
che sta accadendo nelle immagini 2D che sono proiettate
sulla vostra retina.
Esperimenti attentamente controllati hanno mostrato
come la percezione della velocità produca di
fatto la costanza approssimativa (Rock, Hill & Fineman,
1968). Alcuni soggetti osservarono due oggetti che si
muovevano verticalmente, uno dei quali quattro volte
più avanti dell'altro. Venne loro chiesto di
regolare la velocità di quello più avanti
in modo tale che apparisse uguale a quella del più
vicino. Quando i soggetti osservarono il fatto binocularmente,
in modo tale da poter avere una buona informazione di
profondità, assegnarono la velocità dell'oggetto
più lontano a circa la stessa velocità
reale dell'oggetto più vicino. Questo risultato
quindi dimostra la costanza di velocità.
Quando i soggetti osservarono gli stessi oggetti senza
buone informazioni di profondità (chiudendo un
occhio), assegnarono la velocità reale dell'oggetto
più distante di quasi quattro volte più
veloce dell'oggetto più vicino.
Questo risultato sarebbe prevedibile misurando direttamente
le velocità sulla retina, perché quando
entrambi gli oggetti si muovono alla stessa velocità
nel mondo reale, l'oggetto più lontano si sposta
solo di un quarto in più sulla retina rispetto
all'oggetto più vicino nello stesso periodo di
tempo. Accelerare l'oggetto più lontano di un
fattore di quattro, dunque, eguaglia la loro velocità
sulla retina. I risultati di questo esperimento mostrano
quindi che finché l'osservatore ha buone informazioni
sulla distanza di un oggetto, egli percepisce la sua
velocità nel mondo reale, presumibilmente tenendo
conto della distanza dall'oggetto.
Tuttavia, come nella costanza di grandezza, l'informazione
relazionale può servire anche per la costanza
di velocità. Se un piccolo oggetto si muove davanti
ad uno più grande, ad esempio un'auto che passa
davanti ad una casa, la quantità di tempo che
impiega per attraversare l'oggetto più grande
non cambia con la distanza dell'osservazione.
Sotto condizioni controllate di laboratorio, i soggetti
uguagliano la velocità di un oggetto-test attraversando
un'apertura rettangolare in modo da impiegare circa
lo stesso tempo per attraversare l'apertura (Brown,
1931; Wallach, 1939). Questo risultato è interamente
simile alla spiegazione della proporzionalità
(o misura relativa) della costanza di grandezza descritta
nel Capitolo 7.1.1. Non è incompatibile con la
spiegazione che prende in considerazione la costanza
di velocità, ma è ad essa complementare.
Come in altre forme di costanza, la costanza di velocità
si esaurisce in condizioni estreme. Auto che corrono
lungo l'autostrada sembrano correre molto più
velocemente quando si vedono da pochi metri di lontananza,
per esempio, rispetto a quando si vedono da qualche
chilometro. Questa discrepanza nella costanza di velocità
può essere spiegata dallo stesso insuccesso della
costanza di grandezza che riguarda le lunghe distanze,
come discusso nel Capitolo 7. Se ad esempio la distanza
ambientale che percorre l'automobile in un dato intervallo
di tempo viene sottostimata, la sua velocità
sarà analogamente sottostimata, e la costanza
di velocità ne risentirà. Nota che la
velocità relativa non predice facilmente questo
insuccesso nella costanza di velocità, perché
quest'ultima non varia con la distanza.
10.2.2 PROFONDITA' E MOVIMENTO
Nel Capitolo 5 si è visto come il sistema visivo
sia in grado di utilizzare le informazioni dell'immagine
2D per recuperare la terza dimensione spaziale della
profondità. Molti di questi fattori sono abbastanza
indipendenti dal movimento, per esempio la posizione,
la convergenza, la disparità binoculare, la proiezione
prospettica, i gradienti di struttura, l'interpretazione
del contorno, le sfumature, eccetera, ma altri derivano
direttamente dal movimento, inclusi il parallasse del
movimento relativo, i gradienti di movimento, e l'aumento/cancellazione
della struttura. Ora considereremo più strettamente
qualcuno dei fattori che permettono al sistema visivo
di interpretare il movimento dell'immagine in termini
di oggetti in un ambiente spaziale 3D.
Movimento
rigido in profondità
La costanza di velocità riguarda tipicamente
una situazione in cui le fonti statiche delle informazioni
sulla profondità sono indipendentemente disponibili
per determinare la distanza degli oggetti. Ma per quanto
riguarda i casi in cui ciò non accade, casi cioè
in cui è presente solo l'informazione del movimento?
Il sistema visivo interpreta i diversi movimenti in
termini di profondità? E, se è così,
in quali circostanze?
Studiando la percezione del movimento in semplici disegni
2D consistenti in coppie di punti di luce continuamente
in movimento, lo psicologo svedese Gunnar Johannson
(1950) scoprì dei potenti effetti della profondità
nella percezione del movimento. In un disegno due punti
si muovevano avanti e indietro contemporaneamente mentre
si muovevano anche avvicinandosi ed allontanandosi come
mostrato in Figura 10.2.1A. Ci si aspetterebbe che questo
semplice modello del movimento retinico sia ciò
che gli osservatori avrebbero dovuto percepire, ma molti
non lo percepivano. Invece, essi vedevano i due punti
che si muovevano avanti e indietro in profondità,
come se fossero state luci fissate alle estremità
di un rigido bastone verticale (Figura 10.2.1B).
Altri esempi produssero effetti simili di profondità.
Accadeva ogni volta che un modello di un movimento 2D
poteva essere percepito come un movimento rigido in
profondità. Questo comprende diversi casi interessanti,
come ad esempio quello mostrato in Figura 10.2.1C. Il
disegno consiste semplicemente in due luci che attraversano
lo stesso percorso rettangolare su lati opposti, ma
questo non è ciò che gli osservatori percepivano.
Piuttosto, essi percepivano le luci che si muovono come
se fossero fissate alle estremità di un bastone
rigido che ruota in uno spazio 3D, producendo un complesso
pattern di movimento in profondità mostrato in
Figura 10.2.1D.
Questi risultati suggeriscono che vi sia qualcosa di
speciale sulla rigidità nel percepire il movimento
di oggetti: in ogni altra situazione simile, se c'è
un'interpretazione in cui possa essere percepito un
movimento rigido, esso verrà percepito. La chiameremo
l'euristica della rigidità. Vedremo come gioca
un ruolo importante nel capire la relazione tra profondità
e movimento, benché ci siano casi in cui altri
fattori la annullano.
L'effetto cinetico di profondità
I risultati di Johannson che indicano la percezione
del movimento rigido in profondità furono ottenuti
con pochi semplici punti di luce. Questa semplicità
è importante nella percezione del movimento rigido
in profondità, oppure simili preferenze dovrebbero
essere spiegate con disegni più complessi di
oggetti connessi?
Wallace e O'Connell (1953) risposero a questa domanda
usando una tecnica di shadow-casting per mostrare agli
osservatori immagini 2D di oggetti costituiti da fili
metallici angolari 3D, come illustrato in Figura 10.2.2A.
Quando l'oggetto era fermo, gli osservatori riportarono
di vedere cosa gli veniva effettivamente mostrato: una
figura 2D sul piano della parte posteriore dello schermo
proiettivo. Non appena il filo metallico iniziava a
ruotare, tuttavia, la loro percezione cambiava radicalmente
in quella di un oggetto di filo metallico 3D che ruota
in profondità. Questo fenomeno, conosciuto come
effetto cinetico di profondità (KDE: kinetic
depth effect), dimostra come gli osservatori umani siano
effettivamente sensibili all'informazione che un oggetto
complesso stia rigidamente ruotando in profondità.
Di fatto, l'impressione della profondità e della
rigidità nel KDE è molto più potente
che nel semplice esempio di Johannson di poche luci
disconnesse, che tende a produrre un'ambigua percezione
della profondità che varia da osservatore ad
osservatore.
La percezione del movimento rigido non capita per tutti
gli oggetti a queste condizioni. Se l'oggetto è
un filo metallico curvato armonicamente, piuttosto che
costituito da spigoli vivi, la rotazione rigida in profondità
spesso non è percepita. Gli osservatori riportano
invece di vedere curve 2D plasticamente deformate sul
piano dello schermo proiettivo (Figura 10.2.2B). Questo
indica che ci sono dei limiti nell'abilità del
sistema visivo nell'utilizzo di informazioni riguardo
alla rigidità nella percezione del movimento
in profondità. Punti unici, come ad esempio i
vertici e i punti finali (ma non i punti di incrocio)
sembrano giocare un ruolo importante nelle condizioni
richieste per una percezione veritiera del movimento
rigido.
L'euristica della profondità e il problema della
corrispondenza
E' stata proposta un'analisi computazionale per spiegare
il KDE e i fenomeni relati basati sull'euristica della
rigidità. Lo scienziato della visione Shimon
Ullman (1979) ha esaminato la geometria degli oggetti
che si muovono rigidamente da una serie di immagini
distinte. Egli dimostrò matematicamente che se
si conosce la corrispondenza di punti da ciascun punto
di osservazione al successivo e se si assume che l'oggetto
è rigido, allora è possibile dedurre sia
la posizione 3D sia il movimento dell'oggetto da quattro
punti su piani diversi in tre distinte proiezioni ortografiche.
Questo teorema della struttura-dal-movimento, come è
chiamato, procura quindi un test interno per la rigidità
tra i quattro punti su piani diversi. Un sistema computazionale
basato su esso può quindi discriminare il movimento
rigido da quello non rigido per ogni possibile situazione
di quattro punti su piani diversi da tre punti di osservazione
diversi, purché le corrispondenze tra i quattro
punti siano ben note.
E' interessante notare che gli osservatori umani sono
capaci di riconoscere la profondità e la struttura
3D da solo due punti di osservazione usando le dimostrazioni
del movimento apparente, e che l'aggiunta di altri punti
cambia di poco le loro percezioni (vedi Todd, 1995,
per approfondimenti).
Come è possibile che questo accada se sono logicamente
richiesti tre punti di osservazione? Una possibilità
è che l'analisi dei tre punti di osservazione
di Ullman non renda le condizioni minime. La successiva
analisi computazionale, ad esempio, ha dimostrato che
con la proiezione prospettica (piuttosto che la proiezione
ortografica, vedi Sezione 1.2), la struttura rigida
può essere dedotta da cinque punti in soli due
punti di osservazione, e l'aggiunta di un sesto punto
rende unica la soluzione ottenuta (Faugeras & Maybank,
1990).
Sono necessari solo due punti di osservazione con la
proiezione prospettica perché essa fornisce vincoli
aggiuntivi nella struttura in profondità che
non sono disponibili nella proiezione ortografica. Gli
osservatori umani sono in grado di percepire la profondità
e la struttura da solo due punti di osservazione del
movimento rigido, anche senza l'informazione prospettica,
quindi questo risultato di analisi non spiega la performance
ottimale degli osservatori. Un'altra possibilità
è che il sistema visivo umano applichi qualche
tipo di euristiche di percezione (Braunstein, 1976).
Abbiamo già incontrato molte volte in questo
libro questo tipo di spiegazione, ma in questo caso
non vi è un generale accordo sulla forma di queste
euristiche. Una terza possibilità è che
il sistema visivo umano recuperi solo l'informazione
sulla profondità relativa (piuttosto che assoluta),
una possibilità che è conforme con l'informazione
geometrica contenuta in solo due punti di osservazione
(Todd, 1995).
A prescindere da come sia risolta questa controversia,
è importante tenere conto che tutte le analisi
matematiche sulla struttura da movimento si basano sull'assunzione
che si conosca la corretta corrispondenza dei punti
dai diversi punti di osservazione. Questa assunzione
è importante in quanto la giusta corrispondenza
non dipende direttamente dalle due diverse immagini
sulle quali si basa l'analisi. Piuttosto, il sistema
visivo deve risolvere da solo questo problema di corrispondenza.
Se viene risolto in modo non corretto, allora il test
sulla rigidità potrebbe fallire anche quando
lo stimolo è effettivamente un oggetto rigido
in movimento. Questo risulta importante per capire come
il KDE intervenga prontamente con oggetti di fili metallici
costituiti da spigoli vivi, ma non con quelli curvati
armonicamente.
La differenza cruciale, illustrata in figura 10.2.3A,
è quella che quando un spigolo vivo ruota in
profondità, il suo vertice è un unico
punto in tutte le sue proiezioni, ad eccezione dei due
per i quali l'angolo degenera in una linea retta. Di
conseguenza questo unico punto può essere accuratamente
identificato in ogni momento.
Quando una curva armonica ruota, come mostrato in Figura
10.2.3B, non c'è un punto chiaramente unico che
può essere riconosciuto con molta precisione.
Ad esempio, prendere i punti della massima curvatura
delle sue diverse proiezioni 2D per i punti corrispondenti
dell'oggetto 3D, è spesso una soluzione sbagliata
per il problema della corrispondenza. Qualsiasi test
di rigidità che si basa su una corrispondenza
sbagliata fallirà, e l'osservatore percepirà
qualche tipo di movimento non rigido.
L'effetto stereo-cinetico
Ci sono anche casi in cui gli osservatori percepiscono
il movimento di un oggetto in profondità anche
quando l'effettiva dimostrazione è quella di
un oggetto che ruota rigidamente sul piano frontale.
L'esempio più famoso è l'effetto stereo-cinetico
(Musatti, 1924). Può essere sperimentato fotocopiando
la parte interna della copertina di questo libro, tagliando
la figura e ponendola su un tavolo girevole a 33 1/3rpm
(giri al minuto). Guardandolo coprendo un occhio per
un po', si sperimenterà il movimento di un oggetto
3D. Saranno visibili due diverse percezioni di profondità:
un cono rotante che protrude fuori del tavolo girevole
verso l'osservatore o un tunnel conico rotante che recede
dentro il tavolo girevole. Entrambi producono le intense
impressioni della profondità da movimento. Questo
sembra essere un fenomeno che lascia perplessi rispetto
all'ipotesi sulla rigidità in quanto la figura
è sottoposta effettivamente ad una rigida rotazione
2D. Perché il sistema visivo non dovrebbe preferire
questa veritiera interpretazione 2D ad una illusoria
interpretazione in profondità?
Ancora, l'elemento cruciale è che se un movimento
dato è rigido o no, dipende in modo critico dalla
natura della corrispondenza che viene assegnata durante
il movimento. Si guardi il problema della corrispondenza
che emerge dall'effetto stereo-cinetico mostrato in
Figura 10.2.4. La parte A indica la dimostrazione dello
stimolo iniziale, le parti B e C mostrano le due corrispondenze
alternative dopo che il tavolo girevole ha compiuto
una rotazione di 90°.
L'interrogativo è: quali punti nel secondo disegno
corrispondono ai punti mostrati nel primo? Gli effettivi
punti corrispondenti sono quelli mostrati nella parte
B, perché l'intero disegno è ruotato rigidamente.
Ma i cerchi nel disegno non contengono punti unici,
e quindi non c'è una prova che sostenga questa
particolare corrispondenza nei confronti di altre. Un'altra
possibilità è mostrata nella parte C:
se il sistema visivo interpreta i cerchi come se facessero
un semplice movimento di traslazione in percorsi circolari
(piuttosto che come se ruotassero attorno al punto centrale),
allora i punti più alti dei cerchi corrisponderebbero
sempre ad essi stessi, come indicato nella corrispondenza
A-C. Ci si aspetterebbe questo se il sistema visivo
preferisse semplici traslazioni alle rotazioni in assenza
di prove specifiche di rotazione.
L'osservazione importante nel comprendere perché
emerga l'effetto stereo-cinetico è che, benché
nella corrispondenza A-B vi sia davvero rigidità
nel piano del disegno, questo non accade nella corrispondenza
A-C. Il semplice fatto che i punti siano più
lontani in C che in A dimostra che questa corrispondenza
non riflette il movimento rigido sul piano frontale.
Potrebbe tuttavia essere rigido, se questi punti fossero
posizionati a profondità diverse, e questo è
ciò che normalmente si percepisce dopo aver visto
il movimento per poco tempo. Quindi, il modo particolare
in cui il sistema visivo percepisce inadeguatamente
il movimento rigido 2D è stranamente coerente
con l'euristica della rigidità. La percezione
è quella di un oggetto in movimento rigido, ma
in 3D piuttosto che in 2D.
Se una soluzione sbagliata al problema della corrispondenza
è responsabile dell'effetto stereo-cinetico,
allora esso dovrebbe venire soppresso dai cambiamenti
degli stimoli che permettono al sistema visivo di raggiungere
corrispondenze chiare e corrette. La prova di queste
ipotesi è alquanto confusa. Se i cerchi sono
sostituiti con altre figure aventi punti unici - per
esempio esagoni o quadrati -, l'effetto stereo-cinetico
solitamente scompare e gli osservatori percepiscono
il disegno di un piano rotante (Rock). I vertici permettono
che il problema della corrispondenza sia risolto correttamente,
rendendo una percezione veritiera della rotazione 2D.
Tuttavia, non si otteneva lo stesso risultato quando
i cerchi erano costituiti da linee a puntini che avrebbero
lo stesso fornito dei punti unici (Musatti, 1975; Proffitt,
Rock, Hecht, & Schubert, 1992).
Invece di guardare la rotazione veritiera su un piano
di cerchi costituiti da puntini inseriti l'uno nell'altro,
gli osservatori riportarono di aver visto un cono rotante
in profondità mentre i puntini giravano attorno
ai contorni! Anche la spiegazione di questo fenomeno
non è chiara, è possibile che la percezione
della rotazione globale e della profondità sia
governata dalle informazioni della bassa frequenza spaziale
(vedi Paragrafo 4.2) e la rotazione locale dei puntini
dall'informazione dell'alta frequenza spaziale (Proffitt,
Rock, Hecht, & Schubert, 1992).
Percezione del movimento non rigido
Ci sono altri esempi in cui l'ambiguità nella
soluzione del problema della corrispondenza porta all'inattesa
percezione di un movimento non rigido. Una dimostrazione
è data dalle tre ellissi incassate una dentro
l'altra (Figura 10.2.5) poste su un piano rotante. Quando
esso gira, le ellissi girano rigidamente insieme ad
esso. In un primo momento, si percepirà questa
rotazione rigida; ma dopo una breve osservazione, la
percezione probabilmente cambierà. Le ellissi
inizieranno ad apparire come se fossero ellissi che
subiscono delle distorsioni plastiche (allargamenti
e schiacciamenti) come se si muovessero piuttosto che
ruotare rigidamente (Wallach, Weisz, & Adams, 1956).
Ancora, queste diverse percezioni si possono spiegare
attraverso diverse soluzioni al problema della corrispondenza.
Se i punti di massima curvatura vengono considerati
come corrispondenti nel tempo, come illustrato in Figura
10.2.5A, le ellissi verranno percepite come se ruotassero
rigidamente. Tuttavia, se invece la corrispondenza è
data dalla direzione dei punti rispetto al centro della
figura (ad esempio, il punto più alto, come illustrato
in Figura 10.2.5B), allora il movimento che verrà
percepito sarà assolutamente non rigido. A differenza
che nell'effetto stereo-cinetico, non c'è una
soluzione di profondità che conservi la rigidità,
e quindi è percepita la deformazione plastica
sul piano frontale.
Un sostegno per questa spiegazione viene ancora dalla
scoperta di cosa avviene con altre forme aventi punti
unici non ambigui. Se le ellissi vengono sostituite
con dei rettangoli, per esempio, i cui vertici cono
unici e percepiti come corrispondenti nel tempo, la
rotazione rigida viene percepita con nessun accenno
di deformazione.
Tuttavia, se le figure rettangolari sono usate in una
dimostrazione del movimento apparente, come mostrato
in Figura 10.2.6, l'ambiguità del movimento ritorna.
Senza le informazioni provenienti dagli orientamenti
intermedi del rettangolo, ora c'è ambiguità
per quanto riguarda la corrispondenza dei vertici. In
una soluzione possibile, la rotazione apparente è
percepita (Figura 10.2.6A), in un'altra sono percepiti
gli apparenti allargamenti e schiacciamenti (Figura
10.2.6B). La percezione dominante dipende in parte dal
rapporto lunghezza/larghezza del rettangolo. Come ci
si può aspettare, più il rettangolo è
vicino al quadrato, più è forte la tendenza
a percepire la deformazione; più esso è
allungato, più è forte la tendenza a vederlo
ruotare (Palmer).
Appare quindi che nel capire la percezione degli oggetti
in movimento vi siano due importanti fattori da considerare,
cioè la rigidità dell'oggetto che subisce
il movimento e la disponibilità di punti unici
che possono essere usati per determinare la corretta
soluzione al problema della corrispondenza. Quando due
punti unici, come i vertici o le estremità delle
linee, sono disponibili in modo continuo e non ambiguo,
viene quasi sempre percepito il veritiero movimento
rigido. Quando dei punti unici non sono disponibili
(come nelle curve armoniche) o sono disponibili solo
a intermittenza (come nelle dimostrazioni del movimento
apparente), la soluzione al problema della corrispondenza
è ambigua, essendo il risultato di diverse percezioni
dello stesso oggetto impegnato in diversi movimenti
in diversi momenti.
10.2.3
MOVIMENTO APPARENTE A LUNGO RAGGIO
Nella discussione sul movimento apparente all'inizio
di questo capitolo, è stata fatta una distinzione
tra i casi di piccola e di lunga portata (Braddick,
1974). Mentre il movimento apparente di piccola portata
sembra coincidere con i processamenti del movimento
a livello di immagini, il movimento apparente di lunga
portata è associato con il processamento a livello
di oggetti, che ora verrà considerato.
Rotazione apparente
Molti affascinanti fenomeni sul movimento apparente
a livello di oggetti arrivano dagli esperimenti fatti
nel laboratorio dello psicologo Roger Shepard alla Stanford
University. Uno dei fenomeni più interessanti
e ben studiati è quello della rotazione apparente.
L'indagine iniziale di Shepard e Judd (1976) dimostrava
il fenomeno di base e rivelava che si tratta fondamentalmente
di una percezione 3D basata sull'oggetto. Ai soggetti
venivano presentati disegni diversi dello stesso oggetto
3D da differenti prospettive.
Come illustrato in Figura 10.2.7, le immagini erano
disegni lineari di oggetti composti da una serie di
cubi attaccati. Qualche coppia era costituita da rotazioni
sul piano dello stesso oggetto (Figura 10.2.7A), e altre
da rotazioni 3D di questi oggetti in profondità
(Figura 10.2.7B). Quando queste coppie vengono presentate
in modo alternato con un ritmo appropriato, esse danno
origine ad una chiara e intensa percezione di un oggetto
singolo che ruota rigidamente avanti e indietro. Quando
sono alternate troppo velocemente, tuttavia, la percezione
di una rotazione rigida crolla, o perché le due
visioni sembrano essere sovrapposte e tremolanti, o
perché la forma dell'oggetto sembra distorcersi
quando mossa, piuttosto che restare rigida.
Per studiare i processi sottostanti la rotazione apparente,
Shepard e Judd (1976) stabilirono il più veloce
ritmo alternato al quale ciascun osservatore riferiva
di vedere il movimento armonioso di un singolo oggetto.
Le medie di questi risultati, mostrate in Figura 10.2.8,
dimostrano che la durata più corta del disegno
della rotazione rigida percepita aumenta in modo lineare
con la differenza angolare fra le due prospettive.
Questo risultato suggerisce fortemente che il processo
sottostante alla rotazione apparente sia un processo
analogo, cioè un processo continuo che richiede
del tempo per passare attraverso orientamenti intermedi,
così come fanno gli oggetti reali quando ruotano
(vedi anche Robins & Shepard, 1977).
I risultati dimostrarono anche che l'incremento lineare
era di fatto identico per le coppie relative alle rotazioni
sul piano e quelle in profondità. Questo indica
che il movimento percepito dai soggetti non poteva essere
adeguatamente descritto nei termini delle trasformazioni
che si presentano nell'immagine 2D. Piuttosto, le trasformazioni
devono avere luogo in una rappresentazione interna dello
spazio tridimensionale.
Queste scoperte sulla rotazione apparente ricordano
in modo straordinario la terza legge di Korte sul movimento
apparente di due punti: man mano che la separazione
tra le due luci aumenta, il ritmo alternato deve rallentare
corrispondentemente (cioè la durata di ciascuna
immagine deve aumentare). Le uniche differenze sono
che la percezione è di una rotazione apparente
piuttosto che di una traslazione apparente e che il
relativo stimolo variabile è la differenza angolare
nell'orientamento piuttosto che la differenza lineare
nella posizione.
Sembra quindi che il sistema visivo rappresenti il movimento
come se accadesse nel mondo esterno e che vi sia un
certo ritmo massimo sotto il quale possono avere luogo
certe trasformazioni spaziali interne. Nel caso della
rotazione apparente, tuttavia, vi è il fatto
interessante che la relazione rimane per le trasformazioni
rigide che mantengono la forma dell'oggetto.
Perciò i risultati di Shepard e Judd forniscono
un'ulteriore prova all'importanza dell'euristica della
rigidità: la preferenza del sistema visivo a
percepire il movimento rigido piuttosto che deformazioni
plastiche.
Tuttavia, come abbiamo trovato in altri casi della percezione
e del movimento potenzialmente rigido, questa preferenza
per la rotazione rigida non è assoluta. A ritmi
ad alternanza rapida, i soggetti di Shepard e Judd riferirono
di un movimento sostanzialmente non rigido. Sembra quindi
che la preferenza per il movimento rigido venga espressa
percettivamente solo se c'è il tempo sufficiente
per l'analogo processo sottostante a completare internamente
la trasformazione appropriata. Carlton e Shepard (1990a,
1990b) hanno formalizzato questa relazione in un modello
geometrico sulle seguenti tre idee che disegnano i movimenti
degli oggetti in percorsi geometrici in uno spazio multi-dimensionale.
1.
Iperspazio del movimento. Le rotazioni rigide di un
oggetto in tre dimensioni possono essere modellate come
una superficie sferica a tre dimensioni (o ipersfera)
all'interno di uno spazio multidimensionale (o iperspazio)
di tutti i possibili movimenti. Ciascun movimento continuo
può essere rappresentato come un percorso continuo
all'interno dello spazio multidimensionale, ma il percorso
si estenderà interamente sulla superficie dell'iperspazio
rotazionale solo se la trasformazione è una rotazione
rigida. Ogni parte del percorso che si estende fuori
dalla superficie dell'iperspazio corrisponde al movimento
non rigido.
2.
Attraversamento del percorso. I due punti di percezione
dello stesso oggetto in un disegno di rotazione apparente
corrispondono a due punti all'interno dello spazio multidimensionale,
ed entrambi si estendono nell'iperspazio della rotazione
rigida. Il sistema visivo interpreta il movimento apparente
attraversando uno dei molti percorsi possibili tra questi
due punti. Diversi percorsi corrispondono a diversi
movimenti percepiti.
3.
Massima velocità. Il movimento rigido apparente
sarebbe percepito se e solo se il ritmo alternato sarà
sufficientemente lento da far sì che il percorso
più corto lungo la superficie della rotazione
rigida possa essere attraversato a o sotto una velocità
massima nel tempo disponibile nell'intervallo tra gli
inizi dei due disegni. Se questo tempo non è
abbastanza lungo, sarà seguito un percorso più
corto che non si estende sulla superficie, producendo
di conseguenza la percezione di un movimento non rigido.
La Figura 10.2.9 dà una rappresentazione di queste
idee. I due punti aperti rappresentano due punti di
osservazione dello stesso oggetto posto sulla superficie
dell'ipersfera rotazionale (il cerchio grigio). Le linee
dritte segnate con a e b sono possibili percorsi lungo
la superficie di rotazione rigida, dove a rappresenta
la possibile rotazione rigida più corta e b quella
più lunga. La linea tratteggiata c rappresenta
una rotazione non rigida su di un percorso più
corto che non si estende sulla superficie dell'ipersfera.
Secondo la teoria di Shepard (1981), la percezione preferita
è quella di una rotazione rigida lungo il percorso
a, ammesso che ci sia tempo sufficiente per attraversarlo.
Tuttavia, se il ritmo dell'alternanza fosse troppo rapido,
verrebbe percepito il movimento non rigido e più
corto del percorso c.
Nel movimento apparente 3D risultano anche altre trasformazioni
spaziali, specialmente dilazioni (cambi di misura).
Usando tecniche simili a quelle di Shepard e Judd (1976),
Bundensen, Farrell, e Larson (1983) dimostrarono che
quando delle figure che differiscono solo nella misura
sono alternate in un disegno di movimento apparente,
gli osservatori di solito le percepivano come se si
muovessero avanti e indietro in profondità, piuttosto
che come se diventassero più grandi e più
piccole. Quando era misurato il tempo minimo per raggiungere
il movimento armonioso in profondità, esso risultava
aumentare in modo approssimativamente lineare con la
distanza nella terza dimensione.
Perciò abbiamo ancora una dimostrazione sulla
terza legge di Korte, questa volta per quanto riguarda
il movimento in profondità. In generale, sembra
che man mano che aumenta la distanza trasformazionale,
il tempo che intercorre tra le immagini debba aumentare
in corrispondenza (cioè, il ritmo alternato debba
decrescere).
Movimento apparente curvo
Nel tentativo di spiegare gli esempi del movimento apparente
discussi finora, l'analogia del movimento apparente
dei due punti sul percorso più corto (cioè
la linea retta) ha giocato un ruolo importante. Sono
state analizzate altre trasformazioni come equivalenti,
ed è stata in generale adottata l'assunzione
del percorso più corto.
La questione che tratteremo ora è se il movimento
apparente tra due punti segue necessariamente un percorso
diritto o se ci sono condizioni che possono indurre
alla percezione di un movimento curvo.
Abbiamo già trattato un fenomeno che implica
il movimento apparente curvo: la rotazione apparente.
Si consideri, ad esempio, un disegno di un movimento
apparente in cui si alternano due linee a diversi orientamenti
(Figura 10.2.10). Una percezione possibile sarebbe una
traslazione lungo un percorso di una linea retta da
sinistra verso destra, con una contemporanea rotazione
in senso orario attorno al centro della linea (Figura
10.2.10A). Questa traiettoria minimizzerebbe il lavoro
richiesto per muovere l'oggetto ma non produrrebbe delle
traiettorie curve di punti. Una seconda possibilità
sarebbe una rotazione globale intorno a un punto sotto
le due linee in cui i punti della linea seguono i percorsi
curvi (Figura 10.2.10B).Questa traiettoria minimizza
il movimento nella geometria cinematica, come affermato
dalla teoria di Carlton e Shepard descritta sopra. Le
persone percepivano la seconda alternativa con traiettorie
curve (Foster, 1975), una scoperta che dimostra che
il movimento apparente curvo è effettivamente
possibile e che ciò che viene minimizzato nel
movimento apparente non è il lavoro.
In questo caso il movimento apparente curvo era provocato
dalla rotazione. Ma può avvenire nella traslazione
pura? Un modo è quando una "barriera",
ad esempio un segmento, viene posta tra due punti che
sono in apparente movimento sul piano (vedi Figura 10.2.11).
Piuttosto che percepire i punti come passanti "attraverso"
la barriera in una linea retta, il sistema visivo preferisce
vedere il punto come se si muovesse in profondità
attorno alla linea (Kolers & Pomerantz, 1971). Qui,
il percorso curvo non è nel piano, ma nella terza
dimensione.
Un altro modo per provocare un percorso curvo di traslazione
è attraverso il movimento apparente guidato da
un percorso (Shepard & Zare, 1983). In questo fenomeno,
viene brevemente flashato un percorso grigio tra i due
punti neri alternati, come illustrato nella Figura 10.2.12A.
Ciò che risulta è un movimento apparente
tra i due punti che segue il percorso creato dalla regione
grigia. Se quel percorso è curvo, il punto segue
il percorso curvo (Figura 10.2.12B).
Data la terza legge di Korte, non sorprende che più
è lungo il percorso, più tempo è
necessario per percepire il movimento armonioso continuo
lungo il percorso, anche se i due punti sono separati
da una distanza fissa di una linea retta.
I punti possono anche produrre un cerchio chiuso, cosicché
le loro posizioni iniziali e finali sono le stesse,
posto che vi sia un tempo sufficiente disponibile al
sistema visivo per attraversare questo percorso più
lungo (Figura 10.2.12C).
Shepard (1984) interpretò il risultato di questi
studi sul movimento apparente come una prova che il
sistema visivo abbia interiorizzato la struttura dei
movimenti che gli oggetti subiscono nel mondo reale
a un livello così alto da permettergli di completare
il movimento più probabile nei disegni di movimento
apparente. Per esempio, esso preferisce il movimento
rigido a quello non rigido, probabilmente perché
ha imparato dall'esperienza che i movimenti più
probabili sono di fatto quelli rigidi (o almeno parzialmente
rigidi).
In base a questo ragionamento, l'organismo impara la
struttura del movimento del suo ambiente nello stesso
modo in cui impara a dedurre la profondità dalle
prove nelle immagini retiniche 2D.
Questo è un esempio di un approccio Helmoltziano
sulla verosimiglianza nella percezione del movimento
apparente: l'organismo deduce il movimento più
verosimile che può essersi verificato date le
due immagini che sono state di fatto presentate in modo
alternato.
Tuttavia c'è una diversa interpretazione dei
risultati nei termini del principio della Pregnanza
della Gestalt: il percetto sarà più semplice
più lo permetteranno le condizioni prevalenti.
Esso riguarda la preferenza per la percezione del movimento
rigido perché i movimenti rigidi sono più
semplici dei non rigidi nel senso che richiedono meno
parametri per essere descritti.
La difficoltà nel distinguere queste due ipotesi
sorge dal fatto che il mondo in cui viviamo tende ad
essere informativamente semplice. I movimenti rigidi,
ad esempio, sono sia frequenti che semplici.
Una prova contro l'approccio della semplicità
è il fatto che il movimento apparente curva in
profondità attorno ad una barriera piuttosto
che passare semplicemente attraverso di essa. Intuitivamente,
almeno, questo movimento curvo sembra essere il più
probabile delle due possibilità piuttosto che
il più semplice, benché non siano chiari
quali parametri addizionali sarebbero richiesti in una
collisione con la barriera.
Una prova contro un severo approccio di verosimiglianza
è che alcune limitazioni fisiche sul movimento
reale, come ad esempio la velocità acquisita,
non hanno grande effetto sul movimento apparente. Per
esempio, se un rettangolo è presentato dapprima
in orientamento verticale e poi in orizzontale, la rotazione
apparente che ne risulta è logicamente ambigua:
potrebbe ruotare sia in senso orario che antiorario
attorno al proprio centro per arrivare alla seconda
posizione.
Il fatto interessante è che non è importante
in quale direzione viene percepito ruotare all'inizio,
in quanto viene costantemente percepito come ruotante
all'indietro sullo stesso percorso alla seconda presentazione
del rettangolo verticale. Questo avviene raramente nel
mondo fisico, in quanto ci si aspetterebbe che il rettangolo
continuasse a ruotare nella stessa direzione dovuta
alla velocità acquisita.*
Se il sistema visivo ha sicuramente interiorizzato le
limitazioni ecologiche del movimento, non ha modellato
tutti gli aspetti fisici del movimento, ma solo ciò
che può essere percepito direttamente attraverso
la vista. Shepard (1984) lo chiama il campo della cinematica
visiva.
*C'è
un fenomeno conosciuto come la velocità rappresentazionale
acquisita che si verifica nella memoria
visiva per la posizione di oggetti appena visti; sarà
discussa nella Sessione 12.1.5. La mancanza degli effetti
della velocità acquisita nei disegni del movimento
apparente deve essere tuttavia tenuta di conto contro
le ipotesi che il sistema visivo abbia di fatto interiorizzato
certi limiti fisici.
Condizioni per il movimento apparente a lungo raggio
Discutendo sui modelli fisiologici e computazionali
del movimento apparente di piccola portata, abbiamo
esaminato la natura dei cosiddetti rivelatori di movimento:
cellule che rispondono in modo selettivo al movimento
in una direzione particolare.
Un'importante caratteristica di questi rivelatori è
che la simulazione di posizioni certe sulla retina a
certi ritmi di alternanza costituisce le condizioni
necessarie e sufficienti perché si attivino.
Accade lo stesso per il movimento apparente di lunga
portata?
Anche se non conosciamo ancora il meccanismo sottostante
al movimento di lunga portata, un classico esperimento
di Rock e Ebenholtz (1962) ha dimostrato che lo spostamento
retinico non è in effetti una condizione necessaria
per il movimento apparente di lunga portata.
Fecero vedere ai soggetti un tipico disegno di movimento
apparente, in cui due punti si accendevano e si spegnevano
ad un ritmo alternato relativamente lento. Quando era
visto in condizioni normali, questo disegno dava una
chiara impressione (anche se non ottimale) del movimento
apparente. Ma invece di chiedere ai soggetti di mantenere
fisso il loro sguardo, come nelle normali procedure
per il movimento apparente, Rock e Ebenholtz chiesero
ai soggetti di muovere gli occhi avanti e indietro sul
ritmo di un metronomo cosicché i punti che lampeggiavano
alternativamente stimolassero sempre la fovea. Così
non avveniva alcuno spostamento retinico quando i punti
si alternavano. Nonostante ciò, quei soggetti
che erano in grado di muovere gli occhi nel modo richiesto
percepivano automaticamente il movimento tra i due punti.
Come è possibile vedere il movimento apparente
quando non c'è spostamento retinico? Si può
rispondere se si considerano il ruolo dei movimenti
dell'occhio e della costanza di posizione propri di
questa situazione. Si è visto nel Capitolo 7
che la posizione percepita di un oggetto dipende non
solo dalla posizione della retina, ma anche dalla sua
integrazione con le informazioni sulla posizione dell'occhio;
quindi, sebbene non ci fosse uno spostamento retinico
dei punti nelle condizioni dell'esperimento di Rick
e Ebenholtz (1962), c'era tuttavia uno spostamento fenomenico,
in quanto i meccanismi sottostanti la costanza di posizione
integrano i movimenti oculari con la posizione della
retina. Questo risultato dimostra quindi come il movimento
apparente di lunga portata possa accadere dopo la costanza
di posizione.
Le scoperte di Rock e Ebenholtz dimostrano che lo spostamento
retinico non è necessario per la percezione del
movimento apparente, ma è almeno sufficiente?
Vale a dire, se due diverse posizioni retiniche vengono
alternativamente stimolate con il ritmo adatto, il movimento
apparente viene sempre percepito?
Sigman e Rock (1974) fecero un ingegnoso esperimento
per rispondere a questa domanda. Essi dimostrarono che
la stimolazione alternata di due diverse posizioni retiniche
potrebbe produrre un movimento apparente solo se l'apparizione
e la sparizione dei punti fosse altrimenti inspiegabile.
Per questo disposero delle condizioni stimolo in cui
vi fosse una spiegazione migliore dell'apparizione e
sparizione dei punti: venne mostrato un rettangolo che
si muoveva continuamente avanti e indietro, che alternativamente
copriva i due punti, come mostrato in Figura 10.2.13A.
Quando i soggetti vedevano i punti alternarsi da soli,
percepivano un chiaro movimento apparente. Ma quando
veniva aggiunto il rettangolo che si muoveva, essi non
vedevano il movimento dei punti. Piuttosto, essi riportarono
di percepire due punti spazialmente distinti che venivano
alternativamente coperti e scoperti dal rettangolo quando
esso si muoveva avanti e indietro.
Si sarebbe potuto obiettare che il bordo del rettangolo
che si muoveva avanti e indietro sulle posizioni dei
punti fosse in un qualche modo responsabile nel coprire
il movimento apparente. Sigman e Rock (1974) obiettarono
a questa supposizione usando un disegno in cui lo stesso
rettangolo si muoveva avanti e indietro nello stesso
modo, solo che si muoveva troppo velocemente, cosicché
avrebbe dovuto scoprire ancora il punto quando tornava
indietro (Figura 10.2.13B). Poiché non lo faceva,
il movimento del rettangolo non ha più fornito
una spiegazione dell'apparizione e sparizione dei punti,
e i soggetti riportarono di aver visto un'altra volta
un movimento apparente tra i punti.
Un'ulteriore prova del fatto che il bordo del rettangolo
che copriva i punti non aveva responsabilità
sull'ostruzione del movimento apparente era che veniva
ottenuto lo stesso effetto con un rettangolo illusorio,
come mostrato in Figura 10.2.13C. Qui non c'è
per niente un bordo luminoso che copre i punti che si
alternano, eppure il rettangolo illusorio è riuscito
ad eliminare la percezione del movimento apparente.
Qualsiasi siano i meccanismi che sottostanno al movimento
apparente di lunga portata, devono essere molto più
complessi dei semplici circuiti sensibili al movimento
che abbiamo discusso a proposito del movimento apparente
di piccola portata.
Per essere coerenti con i fenomeni qui descritti, i
meccanismi del movimento apparente di lunga portata
dovrebbero essere sensibili a fenomeni che sembrano
di alto livello, come la rigidità degli oggetti,
la costanza di posizione e gli eventi di occlusione
e disocclusione. Finora nessuno ha ideato una teoria
di base sul movimento apparente di lunga portata che
possa spiegare tutti questi risultati.
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