以故事性的自然場景探討主角與地點在動態視覺處理上的相互影響 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學心理學系暨心理學研究所博士論文. 政治以故事性的自然場景. 大. 立. 探討主角與地點在動態視覺處理上的相互影響. ‧ 國. 學. Investigating the Interaction of Character and Surroundings on. ‧. Dynamic Visual Processing in the Perception of Narrative. n. al. er. io. sit. y. Nat. Natural Scene. Ch. engchi. i n U. 指導教授黃淑麗老師張鈺潔撰. 中華民國 105 年 2 月. v.

(2) 摘要視覺辨識是極其快速而且正確的，逐步揭露作業可展示此一閃而過的動態視覺辨識歷程，本研究目的即在以此作業探討主角與地點在動態視覺辨識過程中相互影響的內涵。實驗一旨在建立主角與地點的視覺辨識基準線，結果發現主角比起地點只需累積較低空間頻率訊息即可完成正確辨識，得到物體優勢效果。實驗二旨在驗證物體與背景之間在視覺處理上的非獨立關係，透過操弄單獨呈現與同時呈現兩種視覺呈現方式，以主角辨識作業與地點辨識作業加以驗證。結果顯示對地點辨識作業而言，同時呈現情況比起單獨呈現情況只需累積較低空間頻率訊息即可完成正確辨識；對主角辨識作業而言，單獨呈現情況與同時呈現情況並無不同。. 政治大. 除此之外，在單獨呈現情況下，仍獲得物體優勢效果。但在同時呈現情況下，物. 立. 體優勢效果並不復見，反而是地點辨識優於主角辨識。實驗二結果支持物體與背. ‧ 國. 學. 景之間在視覺處理上為非獨立關係。實驗三進一步從「一致性效果」在促進層面. ‧. 以及抑制層面上的作用情況，探討物體與背景之間在視覺處理上相互影響的內涵。實驗三 a 結果顯示，在主角辨識作業中所得到的「一致性效果」，源於地點訊息. y. Nat. io. sit. 對主角辨識在抑制層面的作用而來。實驗三 b 結果顯示，在地點辨識作業中所得. er. 到「一致性效果」，則源於主角訊息對地點辨識在促進層面與抑制層面的作用而. n. a. v. l C 來。實驗四進一步以同時呈報的作業方式，讓參與者對整張場景進行辨識，對於 ni. hengchi U. 視覺系統所知覺到的主角內容與地點內容都需加以呈報，藉此再次驗證主角與地點處理的相互影響。其結果顯示在主角內容與地點內容呈報時，皆獲得「一致性效果」。除此之外，在一致情況與不一情況下皆獲得物體優勢效果。本研究以動態視覺處理模型中物體與背景平行處理且密切交換訊息之觀點解釋所得結果，並提出注意力分佈在此動態視覺處理歷程扮演重要角色。. 關鍵字：動態視覺處理、主角、地點、一致性效果、促進效果、抑制效果、物體優勢效果. i .

(3) Abstract Visual recognition is a fast and accurate process. The present study adopted a progressive revelation task, which mimics the visual dynamics appropriately, to investigate the interaction of character and surroundings in the dynamic visual processing. Experiment 1 aimed to establish visual recognition curves for character and surroundings separately as baselines. The results showed that less amount of cumulated perceptual evidence was required for character than surroundings, so that it showed the object advantage effect. In Experiment 2, the non-independent relationship between the object- and background-related visual processes was verified. The performance of isolation condition with the character and surroundings presented in isolation was compared to the concurrent condition with the two presented. 治政 of cumulated perceptual evidence was required for concurrent 大 condition than isolation condition. In contrast, for 立 the character recognition task, there was no difference. concurrently. The results of the surroundings recognition task showed that less amount. ‧ 國. 學. between these two conditions. These results supported the non-independent relationship between object- and background-related processes. Object advantage. ‧. effect was replicated in the isolation condition but not in the concurrent condition, which meant that surroundings required less amount of perceptual evidence than. sit. y. Nat. character for visual recognition instead. In Experiment 3, interaction between object-. io. er. and background-related processes was investigated by consistency effect from both the aspects of facilitation and inhibition effects. Results of Experiment 3a showed that. n. a. v. consistency effect was onlyl C contributed by inhibition n i effect in the character. U. h. e n g3bcshowed h i that both the facilitation and recognition task. Results of Experiment inhibition effects contributed to the consistency effect in the surroundings recognition task. In Experiment 4, participants were asked to report both the contents of character and surroundings. The results showed that consistency effects occurred in both of the content reports. And also the object advantage effect appeared in both of the consistent and inconsistent conditions. Overall, the results of the present study implied that object- and background-related visual processes operate in parallel while interchange information intimately at each level of the visual processing stages. The results also suggest that deployment of attention resource played an important role in the dynamic visual process. Keywords: dynamic visual process, character, surroundings, consistency effect, facilitation effect, inhibition effect, object advantage effect ii .

(4) 目錄第一章緒論 ...................................................................................................................... 1 第一節研究背景與研究動機 .............................................................................................. 1 第二節自然場景的動態視覺處理 ...................................................................................... 4 一、動態的視覺運算 .................................................................................................................... 4 二、從粗略到細緻的視覺處理 .................................................................................................... 5 三、視覺辨識中的知覺累積 ........................................................................................................ 7 四、以逐步揭露作業探討動態視覺處理中的知覺累積成分 .................................................. 10 第三節動態視覺處理中的物體與背景 ............................................................................ 13 一、Bar 模型中背景對物體辨識的影響 ................................................................................... 13 二、物體對背景分類的影響 ...................................................................................................... 15 三、物體與背景之間的相互影響 .............................................................................................. 16 . 治政大四、物體優勢效果 ...................................................................................................................... 18 立第四節作業與實驗材料的選用 ........................................................................................ 22 ‧ 國. 學. 一、內容呈報方式的優點 .......................................................................................................... 22 二、故事性自然場景中的主角與地點 ...................................................................................... 22 . ‧. 第五節研究目的與架構 .................................................................................................... 25 . sit. y. Nat. 第二章研究方法 ............................................................................................................. 28 . n. al. er. io. 第一節場景圖片的準備與評量 ........................................................................................ 28 一、實驗目的 .............................................................................................................................. 28 二、實驗方法 .............................................................................................................................. 28 三、結果分析 .............................................................................................................................. 30 . Ch. engchi. i n U. v. 第二節實驗一：主角與地點的視覺辨識曲線 ................................................................ 36 一、實驗目的 .............................................................................................................................. 36 二、實驗方法 .............................................................................................................................. 36 三、結果分析 .............................................................................................................................. 41 四、討論 ...................................................................................................................................... 46 第三節實驗二：主角與地點之間乃獨立運作或非獨立關係？ .................................... 49 一、實驗目的 .............................................................................................................................. 49 二、實驗方法 .............................................................................................................................. 50 三、結果分析 .............................................................................................................................. 53 四、討論 ...................................................................................................................................... 59 第四節實驗三 a：地點對主角辨識的促進與抑制 ......................................................... 61 一、實驗目的 .............................................................................................................................. 61 iii .

(5) 二、實驗方法 .............................................................................................................................. 62 三、結果分析 .............................................................................................................................. 65 四、討論 ...................................................................................................................................... 69 . 第五節實驗三 b：主角對地點辨識的促進與抑制 ......................................................... 70 一、實驗目的 .............................................................................................................................. 70 二、實驗方法 .............................................................................................................................. 70 三、結果分析 .............................................................................................................................. 72 四、討論 ...................................................................................................................................... 75 第六節實驗四：同時呈報主角與地點 ............................................................................ 77 一、實驗目的 .............................................................................................................................. 77 二、實驗方法 .............................................................................................................................. 77 三、結果分析 .............................................................................................................................. 79 四、討論 ...................................................................................................................................... 85 . 政治大. 第三章綜合討論 ............................................................................................................. 86 . 立. 第一節研究結果綜覽 ........................................................................................................ 86 . ‧ 國. 學. 第二節空間頻率閾值估計的意涵 .................................................................................... 89 第三節從 Bar 的模型到整合模型 .................................................................................... 91 . ‧. 第四節以整合模型解釋「一致性效果」 ........................................................................ 93 . er. io. sit. y. Nat. 第五節以整合模型解釋「促進效果」與「抑制效果」 ................................................ 94 一、地點訊息對主角辨識的「促進效果」與「抑制效果」 .................................................. 94 二、主角訊息對地點辨識的「促進效果」與「抑制效果」 .................................................. 97 . al. n. v i n Ch 第七節在促進層面上的相互影響為「不對稱」的意涵 e n g c h i U .............................................. 104 第六節以整合模型解釋「物體優勢效果」 .................................................................. 100 . 第八節研究貢獻、限制與未來研究方向 ...................................................................... 105 一、研究貢獻 ............................................................................................................................ 105 二、研究限制 ............................................................................................................................ 106 三、未來研究方向 .................................................................................................................... 107 第四章結論 ................................................................................................................... 108 參考文獻 ......................................................................................................................... 109 附錄一：刺激材料一覽表 ............................................................................................... 116 附錄二：刺激材料的內容評估結果 ................................................................................ 132 附錄三：指導語 .............................................................................................................. 148 iv .

(6) 附錄四：簡介等比優勢模型 ........................................................................................... 151 . 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. v . i n U. v.

(7) 圖目錄圖 1 BAR 的模型 ........................................................................................................................ 13 圖 2 故事性的自然場景 ......................................................................................................... 23 圖 3 研究目的與架構之示意圖 ............................................................................................. 27 圖 4 本研究的實驗材料 ......................................................................................................... 31 圖 5 圖片評估的介面 ............................................................................................................. 33 圖 6 「從粗略到細緻」的十個影像層次的圖(以主角為例) ............................................... 39 圖 7 「從粗略到細緻」的十個影像層次的圖 (以地點為例) ............................................. 40 圖 8 MONDRIAN 遮蔽刺激 ......................................................................................................... 41 圖 9 實驗一結果：主角與地點的正確回答率 ..................................................................... 43 圖 10 實驗一結果：主角與地點辨識在不同影像層次的「正確反應的平均正確率」 ... 46 圖 11 「從粗略到細緻」的圖 ─ 以同時呈現主角與地點的語意一致圖為例 .................. 52 圖 12 實驗二結果：主角與地點分別為單獨呈現或同時呈現的正確回答率 ................... 53 圖 13 實驗二結果：各種情況在不同影像層次的「正確反應的平均正確率」 ............... 56 圖 14 實驗二結果：單獨呈現與同時呈現的比較 ............................................................... 57 圖 15 實驗二結果：主角辨識與地點辨識的比較 ............................................................... 58 圖 16 「從粗略到細緻」的圖 ─ 以同時呈現主角與地點的語意不一致圖為例 .............. 64 圖 17 實驗三 A 結果：三種視覺呈現的正確回答率............................................................ 65 圖 18 實驗三 A 結果：三種視覺呈現在不同影像層次的「正確反應的平均正確率」.... 68 圖 19 實驗三 B 結果：三種視覺呈現的正確回答率 ............................................................ 73 圖 20 實驗三 B 結果：三種視覺呈現在不同影像層次的「正確反應的平均正確率」 .... 75 圖 21 實驗四結果：一致情況與不一致情況下主角與地點的正確回答率 ....................... 80 圖 22 實驗四結果：各種情況在不同影響層次的「正確反應的平均正確率」 ............... 82 圖 23 實驗四結果：一致情況與不一致情況的比較 ........................................................... 83 圖 24 實驗四結果：主角辨識與地點辨識的比較 ............................................................... 84 圖 25 整合模型 ....................................................................................................................... 92 圖 26 主角辨識作業下的注意力資源分配與視覺處理示意圖 ......................................... 102 . 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 27 地點辨識作業下的注意力資源分配與視覺處理示意圖 ......................................... 103 圖 28 同時呈報作業下的注意力資源分配與視覺處理示意圖 ......................................... 103 . vi .

(8) 表目錄表表表表表表. 1 2 3 4 5 6. 物體與背景辨識的「GO/NO-GO 作業」的反應時間................................................... 21 本研究圖庫的主角、事情、地點 ................................................................................. 32 回答內容與預期不符的人數佔所有人數的百分比 ..................................................... 34 語意一致程度的平均數 (N=5) ..................................................................................... 35 「從粗略到細緻」的十個影像層次 ............................................................................. 38 實驗一結果：不同作業與影像層次下「正確反應的平均正確率」之平均數和標準差. .......................................................................................................................................... 45 表 7 實驗二結果：不同情況與影像層次下「正確反應的平均正確率」之平均數和標準差. 表表. 學. ‧. 表表表. 立. 政治大. ‧ 國. 表. .......................................................................................................................................... 56 8 實驗三 A 結果：不同視覺呈現與影像層次下，「正確反應的平均正確率」之平均數和標準差 .......................................................................................................................... 67 9 實驗三 B 結果：不同視覺呈現與影像層次下，「正確反應的平均正確率」之平均數和標準差 .......................................................................................................................... 74 10 實驗四結果：不同情況與影像層次下，「正確反應的平均正確率」之平均數和標準差 .................................................................................................................................. 82 11 物體路徑與背景路徑之相互影響在各實驗的結果 ................................................... 88 12 物體優勢效果在各實驗的結果 ................................................................................... 88 13 各實驗的閾值 ............................................................................................................... 90. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. vii . i n U. v.

(9) 第一章緒論第一節研究背景與研究動機人類對於自然場景的視覺辨識(visual recognition)是相當快速而且正確的 (Potter, 1975; Biederman,1972)。然而，此短暫瞬間實則經歷一系列的視覺運算 (computation)(Marr, 1982)，而且並非一蹴可幾。本研究以動態視覺處理歷程的觀點探討此一短暫瞬間，並援引預測編碼模型(predictive coding models)、從粗略到細緻(coarse-to-fine)、與累積器模型(accumulator models)等三個面向描述此動態歷程。根據這三個面向，視覺系統的運作被認為是藉萃取低空間率訊息形成初始臆. 政治大. 測(initial guess)，初始臆測進一步導引並累積高空間頻率的視覺輸入，透過比對. 立. 臆測內容與視覺輸入，若比對出現錯誤則會修改臆測內容，修改後再繼續重複比. ‧ 國. 學. 對臆測內容與視覺輸入，直到視覺系統形成單一個穩定的知覺結果的過程。本文的研究背景便是從此動態視覺處理的觀點出發。. ‧. 至於本文的研究動機則在於：在眾多自然場景研究中，尚無學者探討故事性. y. Nat. sit. 的自然場景(narrative natural scene)，亦即：有主角在某地做某事的場景。這類具. a. er. io. 有人物之場景通常與個體在社會上的人際互動息息相關，以至在生存上深具意義. n. iv 而有其重要性，因此本研究將專門探討故事性的自然場景，及其在上述動態視覺 l 處理歷程中的視覺辨識。. Ch. n U engchi. 此外，誠如傳統視覺心理學對「圖形與背景(figure-ground)」所做之定義，可知「圖形」與「背景」有諸多不同之處，譬如：圖形具有邊界，但背景則無；背景會在圖形背後延展開來等。本研究關心的故事性自然場景其中的「主角與地點」如同「圖形與背景」而擁有其相對應之諸多不同的特性。不僅如此，傳統上圖形與背景的研究，著重知覺層次(perceptual level)的分析，少有涉及語意層次 (semantic level)。換言之，傳統上「圖形與背景」的研究結果不見得能適用於故事性自然場景，故有必要另行加以探討。本研究探討之故事性自然場景比起傳統 1 . .

(10) 之「圖形與背景」在語意上更為豐富而多樣化，也是日常生活中常見的視覺刺激，這也是本研究之一項重要特色。據此，本研究試圖將主角與地點分別開來，先分別探討其動態視覺辨識歷程，再探討其相互影響在促進層面與抑制層面上的作用情況。過去探討物體(object)與背景(background)之場景研究中，已有在探討「物體與背景之相互影響」以及「物體較背景具處理優勢」的特性(Davenport & Potter, 2004, Davenport, 2007)，但他們對其在動態視覺歷程之著墨較少。而目前也只有 Bar 模型(2003, 2004, 2007, 2009)嘗試用動態視覺處理歷程的觀點，探討物體辨識以及背景處理路徑對物體處理路徑之影響。此外，本研究關心的故事性自然場景，其中. 政治大的作用情況，以至對整個場景的完整辨識等，這些在上述動態視覺處理歷程中的立主角與地點之間是否具相互影響，以及其相互影響分別在促進層面與抑制層面上. ‧ 國. 學. 運作，都是前人並未仔細探討。此外，故事性自然場景中的「主角」與「地點」，其相互影響之情況，以及他們在動態視覺處理歷程之運作情況不一定與「物體」. ‧. 與「背景」之場景研究完全相同。譬如：棒球選手可以出現在棒球場上打棒球，. sit. y. Nat. 棒球選手也可以出現在餐廳，棒球選手也可能出現在臥室等。也就是說主角對於. er. io. 地點的聯結(association)數目或強度，以及地點對於主角的聯結數目或強度，這兩. n. 者之間的聯結數目或強度不一定是對稱的。相較於「物體」與「背景」的相互連 a v. i l C n hengchi U 結來說，譬如：果汁機應該出現在廚房，以及廚房裡應該會有果汁機，兩者之間. 的聯結是較為對稱而言。這也是必須另外對故事性自然場景加以探討的一項主要原因。為求從動態視覺處理的觀點對故事性場景加以研究，本論文採用可對應於動態視覺處理之各項心理成份的逐步揭露作業(progressive revelation task)(Schettino, Loeys, Delphanque, & Pourtois, 2011; Schettino, Loeys, Bossi, & Pourtois, 2012)，尤以動態辨識過程中所需累積空間頻率的量的不同來探討本研究的問題。為了詳述上述的研究背景與研究動機，緒論先仔細介紹過去在動態視覺運算上的核心論述及其實徵研究，說明動態視覺辨識的主要內涵，包含：預測編碼模 2 . .

(11) 型、從粗略到細緻的視覺處理、與累積器模型。爾後，再詳細介紹逐步揭露作業，以及此作業的內涵與動態視覺處理之間的對應關係。Bar 模型(2003, 2004, 2007, 2009)採用此動態處理歷程的觀點探討背景處理對物體處理之影響，但過去許多研究指出物體處理對背景處理亦具影響力(Joubert, Rousselet, Fize, & Fabre-Thorpe, 2007; Mack & Palmeri, 2010)。因此，本研究從動態視覺處理觀點探討故事性自然場景時，亦嘗試補足物體處理路徑是否對背景處理路徑具影響力的探討。除此之外，本研究在作業內容與實驗材料的選用與修改，包括：以內容呈報作業進行實驗的原因，以及採用故事性自然場景作為實驗材料的原因，皆將在緒論中作說明，並在緒論最後提出本研究的研究問題與架構。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 3 . . i n U. v.

(12) 第二節自然場景的動態視覺處理一、動態的視覺運算人類的視覺系統在進行視覺辨識時是相當快速而且正確的(Potter, 1975; Biederman,1972)。雖然此過程只需短暫瞬間即可完成，但這一閃而過的視覺辨識著實是一系列複雜而且極具挑戰的視覺運算(Marr, 1982)。Hegdé(2008)文獻回顧中便嘗試說明，視覺系統如何從影像中萃取出特徵，並進行多次的貝斯推論 (Bayesian inference)，亦即：根據現有的影像特徵訊息並且從機率的角度進一步推敲出場景中的可能內容。這個一系列的視覺運算過程不僅僅仰賴被動地由下而上 (bottom-up)的感官輸入(sensory input)，個體主動(proactive)1 由上而下(top-down). 政治大. 的作用更是影響著視覺系統對於外界訊息的辨識與理解，從近年來視覺辨識的模. 立. 型可以窺見一二(Bar, 2009; Summerfield & Egner, 2009)。這些模型主要強調「預. ‧ 國. 學. 期(expectation)」或者是「預測(prediction)」在視覺系統中所扮演的重要角色 (Summerfield & Egner, 2009; Enns & Lleras, 2008)。他們假設視覺系統能從感官輸. ‧. 入的內容中主動生成最有可能的知覺內容，進而使用這些內容引導視覺系統進一. y. Nat. sit. 步萃取外在訊息，也能幫助視覺系統解釋模稜兩可(ambiguous)的刺激。「預測編. a. er. io. 碼模型」是從神經生理角度說明視覺處理繁複過程的模型。此類模型認為從早期. n. iv 視覺皮質區域而來的前饋(feed-forward)訊息在視覺處理階層的每個階段能與由 l 上而下的預期 (top-down. n U e n進g行c比h對i ，主要透過反覆反饋 (recurrent expectation). Ch. feedback)的連結進行比對。假如比對結果出現錯誤訊號(error signal)，那麼錯誤訊號會透過前饋連結傳遞給較高層次的大腦區域。錯誤訊號是用來修正在視覺處理階層每個階段對於輸入內容的判斷。「預期的訊息」以及「觀察到的訊息」兩者之間會不斷修正與調整，直到視覺系統對於感官輸入產生一個穩定的知覺解釋 (Summerfield & Egner, 2009; Enns & Lleras, 2008)。 Bar(2003, 2004, 2007, 2009)所提出的模型正說明了物體辨識過程中，由上而 1. Proactive 是指由下而上的訊息尚未進入視覺系統，個體便主動預備好，等待著訊息的輸入。 4 . . .

(13) 下促進(top-down facilitation)的神經運作機制所扮演之角色。根據 Bar 的模型，視覺系統從影像輸入的訊息中萃取出低空間頻率(low spatial frequency, LSF)，使場景中的物體(譬如：陽傘)在腦海中形成初始臆測(譬如：洋菇、香菇、陽傘)，此過程主要透過背側大細胞路徑(dorsal magnocellular pathway)快速投射至眼眶額葉皮質(orbitofrontal cortex, OFC)，爾後傳入下顳葉皮質(inferior temporal cortex, ITC)。至於場景中的脈絡訊息(context)(譬如：海洋)，視覺系統同樣是藉由萃取出低空間頻率訊息以形成脈絡訊息，並透過海馬旁皮質(parahippocampal cortex, PHC)快速處理後，進一步將訊息傳遞到下顳葉皮質。在整個物體辨識過程中，高空間頻率訊息(high spatial frequency, HSF)在低空間頻率之後逐漸被處理，辨識過程受到由. 政治大此外，視覺系統亦整合從海馬旁皮質來的脈絡訊息以及從眼眶額葉皮質的初始臆立. 上而下促進的作用影響，此作用進一步引導視覺系統對影像做更細緻的視覺處理。. ‧. ‧ 國. 學. 測(或可能物體)的表徵，最後形成一個完整而且穩定的知覺解釋。. 二、從粗略到細緻的視覺處理. sit. y. Nat. 誠如 Bar 的模型所陳述的，影像輸入的低空間頻率訊息快速抵達高階視覺皮. er. io. 質區域並形成初始臆測，爾後反饋至低階視覺皮質區域，高空間頻率訊息處理速. n. 度較慢而顯得較晚被處理。視覺系統在萃取空間頻率訊息時，對粗略的低空間頻 a v. i l C n hengchi U 率訊息處理速度較快，對細緻的高空間頻率訊息則處理速度較慢，以致一般對視覺系統在時間向度上的運作有先粗略而後細緻的概念，此論點早已備受重視，並被稱作「從粗略到細緻」。「從粗略到細緻」的概念在心理物理取向(Schyns & Oliva, 1994)與神經生理取向(Peyrin et al., 2010; Kauffmann, Ramanoël, & Peyrin, 2014; Hegdé, 2008)兩方面皆已獲得實徵支持。以心理物理取向的研究為例，Schyns 與 Oliva (1994)的實驗一採用分屬兩種不同類別的場景作為實驗材料(譬如：城市與高速公路)，然後將其分別保留高空間頻率訊息或者是低空間頻率訊息後並加以透明重疊起來，藉此即可生成「低空間頻率城市與高空間頻率高速公路的透明重疊圖」或者是「高空間頻率城市與低空 5 . .

(14) 間頻率高速公路的透明重疊圖」等諸多樣式的透明重疊圖片。該實驗中，參與者被要求進行比對作業(matching task)，他們須判斷先後呈現的兩張圖片是否相同，並回答「是」或「否」即可。先後呈現的兩張圖之中的第一張圖是實驗的主要操弄，第二張圖則是目標圖片，共包含：高速公路、城市、客廳、街道等四類圖片。第一張圖的操弄有以下五種，分別是：(1)低頻重疊圖：重疊圖中，低頻圖的類別正等同於目標圖片的類別；(2)高頻重疊圖：重疊圖中，高頻圖的類別正等同於目標圖片的類別；(3)高頻圖：此圖並非重疊圖，是濾掉低頻訊息的高頻圖片；(4) 低頻圖：此圖也並非重疊圖，而是濾掉高頻訊息的低頻圖片；(5)正常圖：沒有經過濾波的圖片。此實驗的另一個操弄則是第一張圖片的呈現時間，分別是 30 毫. 政治大毫秒)下，視覺系統對於低頻重疊圖(1)比起高頻重疊圖(2)而言有較好的作業表現。立秒以及 150 毫秒。Schyns 與 Oliva (1994)的實驗一主要結果顯示，在短呈現時間(30. ‧ 國. 學. 在長呈現時間(150 毫秒)下，視覺系統對於高頻重疊圖(2)比起低頻重疊圖而言有較好的作業表現。. ‧. Schyns 與 Oliva (1994)的實驗二進一步探討視覺系統在自然的情境下，傾向使. sit. y. Nat. 用「從粗略到細緻」或者是「從細緻到粗略」(fine-to-coarse)做場景分類。此實驗. er. io. 的邏輯是依序快速呈現兩張不太一樣的透明重疊圖(每張圖只呈現 45 毫秒)，以下. n. 列情境為例：第一張圖是低頻高速公路與高頻城市透明重疊、第二張圖是低頻城 a v. i l C n hengchi U 市與高頻高速公路透明重疊。假如視覺系統傾向使用「從粗略到細緻」的視覺處理，那麼在第一張圖中粗略的低頻訊息(高速公路)，以及第二張圖細緻的高頻訊息(高速公路)將容易被整合起來，則參與者傾向回答他們看到的是高速公路。假如視覺系統傾向使用「細緻而粗略」的視覺處理，那麼在第一張圖細緻的高頻訊息(城市)與第二張圖粗略的低頻訊息(城市)則容易被整合，參與者傾向回答看到城市。依據此實驗邏輯，Schyns 與 Oliva (1994)的實驗二結果發現參與者使用「從粗略到細緻」進行口頭回報的比例比起「細緻而粗略」是較高的(前者是 69%，後者是 29%)。綜合 Schyns 與 Oliva (1994)的實驗一與實驗二，以心理物理實驗證明了「從粗略到細緻」的特性是視覺處理在動態變化中的基調。 6 . .

(15) 除了心理物理實驗之外，神經生理取向亦有探討「從粗略到細緻」視覺處理機制的文獻回顧與實徵證據(Peyrin et al., 2010; Kauffmann et al., 2014; Hegdé, 2008)。Hegdé(2008)和 Kauffmann 等人(2014)以文獻回顧整理相關的實徵證據，說明視覺系統中由視網膜到大腦皮質之各個階層，對於「從粗略到細緻」視覺運作的神經生理基礎。Peyrin 等人(2010)則是以功能性磁振造影(fMRI)與事件關聯電位(event-related potential, ERP)技術，定位出「從粗略到細緻」視覺處理所影響的大腦活化部位。該研究以城市、海灘、室內三種圖片作為視覺材料，並且在空間頻率訊息的出現順序上操弄兩種情況，分別是「低頻爾後高頻圖片」以及「高頻爾後低頻圖片」。參與者需判斷先後出現的兩張圖片是否屬於相同類別。功能性. 政治大現順序使枕葉皮質(occipital 立 cortex)、額葉皮質(frontal cortex)和顳葉(temporal. 磁振造影的結果顯示：「低頻爾後高頻圖片」相較於「高頻爾後低頻圖片」的呈. ‧ 國. 學. cortex)與頂葉皮質(parietal cortex)區域有較為強烈的反應。此外，針對事件關聯電位的結果進一步作來源定位分析後則是發現：高階大腦區域(包括「額葉」與「顳. ‧. 葉與頂葉區域」)快速對低空間頻率訊息有較強反應，枕葉區域對高空間頻率訊息. sit. y. Nat. 的反應則較慢展現出來。綜合上述，「從粗略到細緻」的視覺處理在腦造影技術. n. al. er. io. 方法上亦已獲得支持。. 三、視覺辨識中的知覺累積. Ch. engchi. i n U. v. 就時間向度而言，視覺處理歷程在時序上不僅涉及「從粗略到細緻」的特性，此歷程更可以分為三個成分，分別是感官輸入、累積訊息、以及完成視覺辨識的瞬間(亦即：決策瞬間)(Ploran et al., 2007)。累積器模型是將視覺辨識視為決策過程的一種模型。累積器模型認為隨著時間的推演，接踵而來的視覺輸入能被累積起來，並被加以評估。決策瞬間取決於累積的視覺證據偏好兩種反應的哪一種(譬如：是/否的反應)，並由超過決策閾值而勝出的反應作為真正決策結果，也就是視覺辨識的結果。累積器模型的概念已成功應用在靈長類動物上，並提供一項有效的工具將神經生理學與行為加以結合 7 . .

(16) 起來(Hanes & Schall, 1996; Kim & Shadlen, 1999)。在神經生理取向方面，目前則有功能性磁振造影(Ploran et al., 2007)的腦造影技術以及事件關聯電位(Schettino et al., 2011)技術定義出視覺辨識的決策成分(包含：感官輸入、累積訊息與完成視覺辨識的瞬間)所相對應的大腦運作區域。在電腦模擬取向方面，亦有用累積器模型估計視覺辨識的決策過程中的各項參數，譬如：知覺累積的速度以及知覺累積的量等(Ratcliff, Thapar, Gomez, & McKoon, 2004; Mack & Palmeri, 2010)。在神經生理取向方面，Ploran 等人(2007)使用逐步揭露作業將視覺刺激的呈現方式分成七個步驟，主要是透過將視覺刺激疊合上白底黑點的噪形(noise)的方式，並逐步降低噪值的密度，俾使視覺刺激從無法分辨而逐漸清晰可見。參與者被要. 政治大除此之外，若他們同意自己的判斷與最後一張清晰可見的畫面相同，亦須做出按立. 求一旦他們能分辨視覺刺激的內容且具有合理信心程度時，便可按下鍵盤按鍵。. ‧ 國. 學. 鍵反應，以供研究者做一檢核。在整個逐步揭露的過程中，亦同時使用 fMRI 記錄參與者各大腦區域的血氧容量反應，藉此界定出進行「感官輸入」、「累積訊息」、. ‧. 以及「完成視覺辨識的瞬間」的大腦區域分別是那些區域。. sit. y. Nat. Ploran 等人(2007)區辨這三個成分的邏輯是：他們認為此三個成分的運作情況，. er. io. 會隨著參與者分辨出視覺刺激內容的時間點不同(亦即：第四、第五、第六與第七. n. 個步驟)，而使負責處理此三個成分的大腦區域展現出不太一樣的反應特性。大腦 a v. i l C n h e n g c h i U point)、反應最高點(time 區域的基本反應具有三個特性，分別是反應起始點(onset at peak)、以及由開始到結束反應的時間幅度。負責處理「感官輸入」的大腦區域，. 其反應特性應與視覺刺激被分辨出來的「時間點」無關，而僅僅與視覺刺激輸入情況有關。負責處理「累積訊息」的大腦區域，其反應最高點應該隨著視覺刺激被分辨出來的時間點不同，而有隨之向前或者是向後推移之特性。此外，不同辨識時間點的大腦反應起始點應該都一致地在嘗試開始沒多久就開始有所反應，呼應著視覺系統在嘗試開始沒多久就開始累積訊息。至於，負責處理「完成視覺辨識瞬間」的大腦區域，其反應最高點也應該隨著視覺刺激被分辨出來的時間點不同，而有隨之向前與向後推移之特性。不僅如此，大腦反應的起始點也應該與完 8 . .

(17) 成辨識的時間點息息相關，而有隨之向前或向後推移的特性。透過上述分析邏輯，Ploran 等人(2007)指出「感官輸入」、「累積訊息」、以及「完成視覺辨識的瞬間」分別由並不相互重疊的大腦區域負責反應。根據 Ploran 等人(2007)實驗設計與實驗邏輯，整理出來的結果是：(1)「感官輸入」的相關腦區有後枕葉皮質區域(posterior occipital regions)；(2)「累積訊息」的相關腦區則有下顳葉、額葉與頂葉皮質區域，其中包括：雙側梭狀迴(bilateral fusiform gyrus) 和背側前額葉皮質(dorsal lateral prefrontal cortex, DLPFC)等腦區；(3)「辨識瞬間」的相關腦區則有內側額葉皮質(medial frontal cortex)、前扣帶皮質的背側區域 (dorsal region of anterior cingulate cortex, dACC)和前腦島(anterior insula)等腦區。. 政治大有名(Ratcliff, 1978)。擴散模型是用來描述參與者反應時間與正確率行為表現背後立. 關於累積器模型在電腦模擬上的實現，以「擴散模型(diffusion model)」最為. ‧ 國. 學. 所仰賴的決策歷程，僅適用於短暫且快速的單一次的決策，並不適用於多階段的決策。換言之，反應時間過長的情況並不適用擴散模型來估計決策歷程的各項參. ‧. 數。此決策模型以累積器模型的基本假設為基礎，將知覺證據累積的速率與知覺. sit. y. Nat. 累積的閾值予以區分，也與非決策成分(譬如：刺激登錄與反應執行等成分)的處. er. io. 理區分開來。知覺累積速率由知覺證據的品質所決定，品質越高則累積速度越快，. n. 所需反應時間越短；品質越差則累積速度越慢，所需反應時間則越長。至於知覺 a v. i l C n hengchi U 累積的閾值的上升或下降，則會影響反應時間與正確率之間的消長。閾值上升，則所需反應時間越長，而正確率越高；反之，閾值下降，所需反應時間越短，且正確率隨之下降。參與者的整體反應時間乃由上述決策過程所花費的時間加上非決策因素的時間共同所決定。在模型適配的前提之下，即可估計出決策過程中的「證據累積的速率」、「證據累積的閾值」、以及「非決策因素」等參數的數值。擴散模型已經在詞彙決策(lexical-decision)(Ratcliff et al., 2004)以及知覺決策 (perceptual decision)(Mack & Palmeri, 2010)等心智活動上成功模擬，並能估計出上述的各項參數。Ratcliff 等人(2004)採用擴散模型瞭解年輕人與老年人的詞彙判斷在反應時間上與正確率上的差異。主要透過模型適配並估計出上述三項參數之後， 9 . .

(18) 其結果顯示老年人比起年輕人來說，在「非決策因素」上花費較長時間，以及有較高的「證據累積閾值」(亦即：決策行為較為保守)。老年人的「證據累積的速率」與年輕人是沒有顯著差異的。誠如 Ratcliff 等人(2004)研究，累積器模型的電腦模擬取向成為一種工具，提供研究者有效區分決策過程的諸多成分，並深入探討內在心智歷程的理論議題。綜合上述，當代的動態視覺處理觀點包括「預測編碼模型」、「從粗略到細緻」以及「累積器模型」，這三個概念在實徵上也分別早有支持證據。本研究關心的動態視覺歷程便是以這三個概念作為基礎衍伸而來的。. 政治大「逐步揭露作業」是展示上述動態視覺處理歷程的一項作法，此作業所展示立. 四、以逐步揭露作業探討動態視覺處理中的知覺累積成分. ‧ 國. 學. 的動態歷程建基在預測編碼模型之基本論述，並且在空間頻率上以「從粗略到細緻」的視覺呈現，展現出自然場景在動態視覺運算過程的知覺累積，此作業所展. ‧. 示的辨識歷程正可對應到上述動態視覺處理的三個概念。為了清楚說明逐步揭露. y. sit. Nat. 作業的內涵如何對應到動態視覺處理歷程的三個概念，以下先介紹逐步揭露作業. er. io. 的做法，再說明逐步揭露作業的內涵與這三個概念之間的對應關係。. n. 「逐步揭露作業」的原始做法如下：視覺呈現方式是依序呈現由「從粗略到 a v. i l C n hengchi U 細緻」的六張圖片，其中第一張圖是呈現圖片的低空間頻率部分，爾後的四張圖片則是保留低頻部分並逐步累加高空間頻率訊息，以此類推圖片會越來越細致，直至第六張圖則是保留所有空間頻率的情況。每張圖片只會呈現 500 毫秒，隨即以空白畫面遮蓋 250 毫秒。在這個過程當中，參與者被要求判斷是否有動物出現 (Schettino et al., 2011)，或者是被要求進行比對作業，比對「從粗略到細緻」的圖片與事先指定的圖片是否相同(Schettino et al., 2012)。針對這由「從粗略到細緻」的六個影像層次，即可計算出其相對應的「正確反應的平均正確率2」。如同預期 2. 「正確反應的平均正確率」是指：只取正確反應的嘗試加以分析，計算這些嘗試在每一影像層次的「平均正確率」。 10 . .

(19) 地，前幾張影像層次應該有接近零的「正確反應的平均正確率」的分數，而中間幾張影像層次將逐漸增加「正確反應的平均正確率」分數，而在最後幾張影像層次則應該有接近百分之百的「正確反應的平均正確率」。關於動態視覺處理歷程的三個概念如何對應到本研究採用的逐步揭露作業，將在以下作說明。首先，參與者在觀看這六張圖片時，前幾張圖的視覺輸入可形成初始臆測，此臆測與下一張圖的視覺輸入進行比對，若比對結果出現錯誤訊號，視覺系統將修改臆測內容，透過反覆比對臆測內容與觀察訊息，最後形成穩定知覺結果。此過程正符合「預測編碼模型」的基本概念。再者，在視覺呈現上，由低空間頻率訊息開始，逐漸累加高空間頻率訊息，而使之越來越為細緻的視覺呈. 政治大系統在前幾張低空間頻率畫面無法辨識出內容，以及中間幾張較為細緻畫面而逐立. 現方式，也正可對應至視覺系統「從粗略到細緻」的視覺處理特性。第三，視覺. ‧ 國. 學. 漸能夠加以辨識，以致最後能正確判斷。換言之，第一張圖的「正確反應的平均正確率」應該為零，而第六張圖「正確反應的平均正確率」應該是百分之百，其. ‧. 間的第二張圖至第五張圖的「正確反應的平均正確率」則應該是由低至高的反應. sit. y. Nat. 型態。這種由低至高的反應型態，正可以呼應著視覺系統嘗試著透過感官輸入、. er. io. 累積訊息、以及完成視覺辨識的瞬間等三個部分完成視覺辨識。. n. 不僅如此，此作業亦能用以比較視覺系統對不同圖片加以辨識時知覺累積的 a v. i l C n hengchi U 量的不同。Schettino 等人(2011, 2012)以此作業探討圖片的情緒價性(valence)對於視覺辨識的知覺累積的影響。其結果顯示具有情緒內涵的圖片(包括：正向刺激與負向刺激)比起中性圖片需累積較多知覺證據，以致需較高空間頻率訊息才能被辨識出來(Schettino et al., 2011; Schettino et al., 2012)。具情緒內涵的圖片相較於中性圖片，其視覺運作上很可能是在重新形成臆測，並重新比對臆測內容與觀察訊息的步驟上更為多次，這較為多次的比對過程反映在知覺累積的量上，最後在「正確反應的平均正確率」上被加以量化出來。綜合上述，逐步揭露作業是用來展示自然場景動態視覺歷程的直接做法，其中的知覺累積的量的多寡，亦可從「正確反應的平均正確率」被加以反映出來。 11 . .

(20) 截至目前為止，此作業只被用來探討物體被加以辨識出來的變化過程(Schettino et al., 2001)，以及辨別整張圖片時的快慢情況(Schettino et al., 2002)。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 12 . . i n U. v.

(21) 第三節動態視覺處理中的物體與背景一、Bar 模型中背景對物體辨識的影響 Bar 模型是符合上述動態視覺處理歷程的三個概念，並嘗試將自然場景分成物體與背景兩個部份的一項模型。如圖 1 所示，Bar(2003, 2004, 2007, 2009)所提出的模型將視覺系統分成兩條路徑。第一條路徑負責處理場景中物體(譬如：陽傘)，其低空間頻率訊息透過背側大細胞路徑快速投射至眼眶額葉皮質，形成「可能物體(candidate object)」(譬如：洋菇、香菇、陽傘)，爾後傳入下顳葉皮質。事先形成的「可能物體」由上而下地引導視覺系統進行更為細緻的視覺處理。第二條路徑負責處理場景中的背景訊息(譬如：海洋)，同樣是萃取出低空間頻率訊息，並. 政治大. 透過海馬旁皮質快速處理後形成「可能背景(candidate background)」，爾後進一步. 立. 將訊息傳遞到下顳葉皮質。在物體處理路徑上，決策階段會比對「可能物體」與. ‧ 國. 學. 「視覺輸入(由 HSF 而來)」，如果比對發生錯誤則修改「可能物體」，此階段會經歷許多次的比對與修改臆測內容的過程。在這個比對過程中，決策階段也會接收. ‧. 到由背景處理路徑而來的訊息，最後形成一個完整而且穩定的知覺解釋。關於物. y. Nat. sit. 體與背景之間相互影響的議題，此模型主要強調背景對物體辨識之影響，譬如：. n. al. er. io. 海灘上的「陽傘」比起海灘上的「洋菇」更容易被辨識出來的。. Ch. HSF . engchi. 可能物體 . LSF . 視覺輸入 . LSF 可能背景 . 圖 1 Bar 的模型 13 . . i n U. v. 決策 .

(22) 此模型呼應著過去的許多研究，其中背景對於物體辨識之影響力已經頗具盛名，並被稱為脈絡效果(context effect)。此效果最早可追溯至 Biederman 及其同僚首創的「物體偵測典範(object detection paradigm)」(Biederman, 1972; Biederman, Glass, & Stacy, 1973; Biederman, Rabinowitz, Glass, & Stacy, 1974)。後續研究不僅針對脈絡效果的細節有較多著墨(Boyce, Pollatsek, & Rayner, 1989; Boyce & Pollatsek, 1992; Hollingworth & Henderson, 1998)，爾後也發展出不同的物體辨識模型，試圖解釋脈絡效果之形成機制(Henderson, 1992; Henderson & Hollingworth, 1999)。最早由 Biederman(1972)所定義的脈絡效果，是透過將自然場景圖片切割成形. 政治大做為破壞脈絡線索的一種操弄。另一種情況，則是保留自然場景之原本樣貌，並立狀相同的六個矩形，並隨機擺放六個矩形位置，以此方式製成「散亂圖(jumbled)」，. ‧ 國. 學. 被稱為「統合圖(coherent)」。實驗過程中，由於場景圖片的呈現時間相當短暫(300、 500 或 700 毫秒)，因此 Biederman(1972)設計了箭頭符號用來準確提示目標物體. ‧. 的位置。不僅如此，他也設計了四張物體圖片，讓參與者判斷出現在場景中的物. sit. y. Nat. 體是四張物體圖片中的哪一項。值得注意地是，目標物體出現在統合圖的位置以. er. io. 及出現在散亂圖的位置被控制為相同。此實驗有三個獨變項，分別是場景的呈現. n. 方式(統合圖、散亂圖)、箭頭線索出現時機(在圖片呈現之前、或之後)、用以反應 a v. i l C n hengchi U 的四張物體圖片之出現時機(在圖片出現之前、或之後)。依變項則是參與者完成. 物體偵測作業的正確率。Biederman(1972)研究結果顯示：統合圖比起散亂圖有顯著較高的物體辨識正確率，並稱此效果為「脈絡效果」。除此之外，即便事先出現箭頭提示目標物體位置，或者是事先提供四張物體圖片做為預視(preview)，也不會使脈絡效果減弱。此現象已經獲得重複驗證(Biederman et al., 1974)，亦另有實驗以搜尋目標物體的反應時間做為依變項，同樣得到「統合圖」比起「散亂圖」有較好的作業表現，而只需較短反應時間辨識目標物體(Biederman et al., 1973)。然而，上述研究最為人所詬病的是這種破壞脈絡線索的操弄方式，反而額外增加新的輪廓特徵，使「統合圖」與「散亂圖」的視覺複雜度並不相同(Henderson, 14 . .

(23) 1992; Henderson & Hollingworth, 1999)。換言之，脈絡效果可能並非來自於「統合圖」中脈絡線索對物體辨識的促進作用，而是來自於「散亂圖」中新輪廓特徵的干擾所致。據此，爾後所發展出來脈絡與物體之間的場景構圖方式，除了保留了脈絡本身的統合性之外(爾後即被稱為「背景」)，主要是透過將物體從背景中區分出來，然後進行以下操弄：(1)將背景完全剔除而單獨呈現物體，做為控制組；(2)將物體放在與物體一致的背景之中，譬如：咖啡機被放在廚房裡，做為一致情況；(3) 將物體放在與物體不一致的背景之中，譬如：烤土司機被放在廁所，做為不一致情況。Boyce 等人(1989)同樣以物體偵測典範進行實驗，並且在考量控制組的作. 政治大背景對物體辨識具影響力之核心證據(Henderson & Hollingworth, 1999)。立. 業表現下，亦已得到一致情況比起不一致情況有較高的物體辨識正確率，是支持. ‧ 國. 學. 二、物體對背景分類的影響. ‧. 除了背景對物體辨識的影響之外，物體對背景處理之影響亦不容忽視。過去. y. Nat. 已有學者以 Thorpe, Fize, 與 Marlot(1996)所建立的「Go/No-go 作業」，驗證物體. er. io. sit. 對背景分類的影響(Joubert et al., 2007)。關於「Go/No-go 作業」的實驗流程與結果分析，其細節如下：將自然場景短暫呈現 20 毫秒，要求參與者判斷場景內是. al. n. v i n 否出現目標內容(譬如：動物)。參與者需根據短暫呈現的內容進行判斷，並決定 Ch engchi U. 進行「Go 反應」或者是「No-go 反應」。倘若參與者認為場景中有目標內容，則. 需進行「Go 反應」；倘若參與者認為場景中沒有目標內容，則毋需反應，亦即「No-go 反應」。參與者做出「Go 反應」的反應時間以及正確率會被記錄下來。 Thorpe 等人(1996)首創以大量的彩色場景圖片(大約有 4000 張以上)進行實驗，其中有一半數量是目標圖片(亦即：包含動物的圖片)，以及其他一半數量則是干擾圖片(亦即：不包含動物的圖片，如：樹林、山丘、湖泊等)。視覺系統對各類自然場景通常反應時間太過快速，以致單從平均反應時間的分數無法顯示視覺系統對不同場景內容在處理速度上的差異。因此他們在統計參與者的所有反應時間時， 15 . .

(24) 通常會先繪製出反應時間的次數分配圖，以直方圖呈現由短反應時間直到長反應時間的次數分配情況。就單一位參與者而言，先計算出單一位參與者正確反應嘗試的反應時間的中位數與平均數。計算出來之後，會再進一步找出這些數值中(比較每位參與者的反應時間分數)的最小值和最大值。就所有參與者而言，也將計算出所有參與者的所有反應時間的中位數與平均數。上述各項數值都是此系列研究中，用來反映視覺處理速度的主要指標。 Joubert 等人(2007)採用上述 Thorpe 等人(1996)所建立的「Go/No-go 作業」，探討自然場景中的「醒目物體(salient object)」對於背景分類的影響，並將其自然場景圖片分成出「無醒目物體」、「有醒目物體且物體與背景類別相同」、「有醒目. 政治大的圖片，判斷該圖是否屬於事先界定好的目標類別的圖片，目標類別分別有人造立. 物體且物體與背景類別不同」等三種圖片。參與者的作業是對短暫呈現(26 毫秒). ‧ 國. 學. 類別和自然類別兩種。其結果顯示「有醒目物體」的圖片比起「無顯目物體」的圖片需較長反應時間以及較低的正確率。不僅如此，「有醒目物體且物體與背景. ‧. 類別不同」的圖片比起「有醒目物體且物體與背景類別相同」的圖片也需較長的. sit. y. Nat. 反應時間以及較低的正確率。此現象已經獲得重複驗證，並被稱為一致物體優勢. al. n. 分類具影響力。. er. io. 效果(consistent object advantage)(Mack & Palmeri, 2010)，此結果支持物體對背景. Ch. 三、物體與背景之間的相互影響. engchi. i n U. v. Davenport 與 Potter (2004)在同一篇論文的系列實驗，設計一項創新的作業與實驗材料，驗證物體與背景的交互作用模型(interactive model)。交互作用模型強調「背景對物體辨識的影響」以及「物體對於背景辨識的影響」，這兩方面具相互影響的特性。他們的系列實驗，採用相同作業與相同實驗材料，為交互作用模型提供支持的實徵證據。 Davenport 與 Potter (2004)研究中，參與者被要求先觀看短暫呈現 80 毫秒的場景，爾後就其中的「物體內容」或者是「背景內容」進行呈報，本研究稱此作業 16 . .

(25) 為「快速閃現的內容呈報作業」。Davenport 與 Potter (2004)根據物體與背景之間的關係，設計出以下四種視覺場景，分別有：(1)物體與背景是語意一致的情況，並稱為「場景一致情況」。譬如：舞台搭配芭蕾舞者。(2)物體與背景是語意不一致的情況，並稱為「場景不一致情況」。譬如：客廳搭配斑馬。(3)單獨呈現物體，以及(4)單獨呈現背景等。 Davenport 與 Potter (2004)的實驗一旨在探討背景對於物體辨識的影響，其結果顯示：場景一致情況下比起場景不一致情況有較高的物體辨識正確率。實驗二旨在探討物體對於背景辨識之影響，其結果顯示：場景一致情況下比起場景不一致情況有較高的背景辨識正確率。實驗三為了建立物體辨識與背景辨識之基準線，. 政治大 (1)物體比起背景有較高的辨識正確率。不僅如此，(2)就物體辨識而言，單獨呈現立以「單獨呈現物體」與「單獨呈現背景」的視覺呈現方式進行實驗，其結果顯示. ‧ 國. 學. 物體的情況，比起場景一致圖以及場景不一致圖皆有較高的辨識正確率。(3)就背景辨識而言，單獨呈現背景的情況，比起場景不一致圖有較高的辨識正確率，但. ‧. 是比起場景一致圖的辨識正確率則沒有差異。實驗四則是要求參與者同時呈報物. sit. y. Nat. 體內容與背景內容，並操弄場景的一致與不一致情況。其結果顯示：(1)場景一致. 而且(2)物體比起背景也是有較高的辨識正確率。 a. er. io. 圖比起場景不一致圖同樣有較好的物體辨識正確率以及較好的背景辨識正確率。. n. iv l C n h e n g c h i U Davenport(2007)亦獲得支關於物體與背景相互影響的交互作用模型，後續在. 持。Davenport 與 Potter (2004)所設計的視覺場景只呈現「單一個物體」，但過去研究在視覺場景中則是呈現多個物體(Boyce et al., 1989)。據此，Davenport(2007) 進一步設計出具有「兩個物體」的視覺場景，與過去只呈現單一個物體的視覺場景進行比較。Davenport(2007)實驗一乃物體辨識作業。其結果顯示：(1)場景一致圖比起場景不一致圖能有較好的物體辨識正確率。(2)單一物體以及兩個物體的視覺場景並不會影響物體辨識之表現。Davenport(2007)實驗二乃背景辨識作業，其結果與實驗一相同。Davenport(2007)實驗三更進一步依照這兩個物體之間的關聯情況，設計出「有關聯」以及「無關聯」的兩種情況。「有關聯」是指兩個物體 17 . .

(26) 之間具關聯性，譬如：醫生與護士。「無關聯」是指兩個物體之間不具關聯性，譬如：救護車和石頭。Davenport(2007)實驗三將物體與背景之間的「場景一致性效果」以及物體與物體之間的「關聯效果」獨立開來，分別檢驗這兩項因素對於物體辨識的影響。結果顯示：「場景一致性效果」以及「關聯效果」皆獲得支持。換言之，除了背景對於物體辨識具影響力之外，物體與物體之間的關係對於物體辨識亦扮演重要角色。綜合而言，物體與背景在視覺辨識上相互影響的交互作用模型，已經獲得支持的實徵證據(Davenport & Potter, 2004; Davenport, 2007)。綜合上述，關於物體與背景之間相互影響的內涵，目前尚無學者以逐步揭露作業加以探討。不僅如此，Bar 的模型只強調背景對於物體辨識的影響，在物體. 政治大. 與背景之間相互影響的課題上略嫌不足，應援引過去研究並略作修正。. 立. ‧ 國. 學. 四、物體優勢效果. 視覺系統對於物體比起背景在辨識上有其優勢的現象(簡稱：物體優勢效果)，. ‧. 主要可從「理論觀點」和「實徵結果」兩方面加以論述。. sit. y. Nat. 在「理論觀點」方面，主要分為以下三方面進行討論。首先，Davenport 與. er. io. Potter (2004)認為視覺系統對物體辨識的優勢，可能來自於物體本身在視覺處理具. n. 有特殊地位。譬如：物體能自動吸引注意力，物體對於視覺系統在早期階段萃取 a v. i l C n h e n g1972; 出圖片梗概(gist)具重要貢獻(Biederman, i U 1975, 1976)。第二，就生存 c hPotter,. 重要性的角度來看，物體對個體生存通常比起背景而言更為重要，譬如：物體通常包含動物、人類臉孔、動物臉孔、交通工具等(Delorme, Richard, & Fabre-Thorpe, 2000; Rousselet, Macé, & Fabre-Thorpe, 2003; VanRullen & Thorpe, 2001)。而背景則大多是城市、室內、山丘、海洋(Rousselet, Joubert, & Fabre-Thorpe, 2005)和自然、人造(Joubert et al., 2007)等。第三，Rousselet 等人(2005)則是提出以下兩項原因。首先，他們認為視覺系統在物體辨識上的優勢是來自於，物體與背景在影像結構上的不同所致。對於背景圖片來說，即便是相同主題的背景，仍然可能在影像上展現出相當不同的低層次特徵(low-level feature)以及空間上的分配情況(spatial 18 . .

(27) arrangement)。但是對於物體圖片來說，相同主題的物體在影像上的低層次特徵及其樣貌的變異性則較低。再者，就整個視覺運作過程來說，視覺系統為了處理背景圖片，它需要平行地整合較為大量而且更為低層次的視覺特徵才能達到視覺判斷的決策閾值。至於物體的視覺辨識過程中，視覺系統只需整合少量的低層次特徵就能達到視覺判斷的閾值。基於上述兩個理由，(1)背景與物體在影像特徵上的差異，也就是背景的視覺影像比起物體有較為鬆散的結構；以及(2)視覺系統的處理過程上的差異，也就是背景需進行較大量的視覺特徵上的整合，而物體只需整合少量視覺特徵，可能是上述兩項因素作用使視覺系統對於物體辨識有其優勢。在「實徵結果」方面，現象上大部分也都是支持物體優勢效果。如表 1 所示，. 政治大結果一致地顯示，短暫呈現圖片的情況下(大約是 20 毫秒左右)，參與者只需相當立物體辨識的研究中，這些以 Thorpe 等人(1996)典範進行「Go/No-go 作業」的各項. ‧ 國. 學. 短的反應時間(約 350-447 毫秒)即可完成物體辨識的作業，並且有相當高的正確辨識率。物體辨識內容包含動物 (Delorme et al., 2000; Thorpe et al., 1996;. ‧. Fabre-Thorpe, Richard, & Thorpe, 1998; Rousselet et al., 2003; VanRullen & Thorpe,. sit. y. Nat. 2001)、交通工具 (VanRullen & Thorpe, 2001)以及食物 (Delorme et al., 2000;. er. io. Fabre-Thorpe et al., 1998)等。至於，背景辨識的研究中，如表 1 所整理，他們同. n. 樣是以 Thorpe 等人(1996)所建立的「Go/No-go 作業」進行實驗，結果顯示：短暫 a v. i l C n hengchi U 呈現圖片的情況下(大約是 26 毫秒左右)，參與者只需相當短的反應時間(383-485. 毫秒)即可完成背景辨識，並且有著相當高的正確辨識率。背景分類的內容則有城市、室內、山丘、海洋(Rousselet et al., 2005)和自然、人造(Joubert et al., 2007)。 Rousselet 等人(2005)除了將海洋、山丘、城市與室內的辨識的反應時間加以測量出來之外，他們還比較這些背景圖片與動物圖片在視覺辨識上的反應時間差異。 Rousselet 等人 (2005) 取用他們的研究團隊關於動物圖片的視覺辨識資料 (Rousselet et al., 2003)與背景辨識的情況進行比較，其結果發現：動物辨識作業正確率與背景辨識作業正確率雖未達統計顯著差異。但是，反應時間的結果則是顯示：動物辨識的反應時間比起背景辨識來說只需較短的反應時間即可完成辨識。 19 . .

(28) 除此之外，如同表 1 所整理的，雖然視覺系統對於背景辨識也是有快速處理與正確辨識之特性，但是就速度上來說，其反應時間上仍然比起物體辨識的時間還要慢 30-90 毫秒。綜合上述，物體優勢效果似乎是一項穩定的現象。除此之外，Davenport 與 Potter (2004)以更為豐富多樣的物體與背景探討視覺系統對其進行處理的情況，物體內容包含有：芭蕾舞者、沙發、沙堡、慢跑者、救護車、太空梭、士兵、斑馬、主教、豬、水牛、駱駝等 28 項物體；背景內容則包含：舞台、客廳、沙灘、公園、湖泊、地球、山路、遊行、戰爭、道路、教堂、農場、停車場、圖書館等 28 項。Davenport 與 Potter (2004)的典範與 Thorpe 等人(1996)不同，參與者並非對圖片進行有無目標物的判斷，也並非對圖片中的. 政治大背景的內容。在這個實驗中，每張圖片只會短暫呈現 80 毫秒，爾後被遮蔽刺激立. 物體或背景進行分類，參與者需清楚了解圖片內容為何，並被要求回答出物體或. ‧ 國. 學. (mask)加以遮蓋。Davenport 與 Potter (2004)的實驗三，主要是以「只呈現物體」和「只呈現背景」兩種視覺呈現方式，比較視覺系統對於「物體」與「背景」辨. ‧. 識情況是否有差異。其結果顯示視覺系統對於物體辨識相較於背景辨識有較高的. sit. y. Nat. 正確率。Davenport 與 Potter (2004)的實驗四，則是以「同時呈現」物體與背景的. er. io. 視覺呈現方式進行實驗，而且被要求同時回答「物體」與「背景」的內容為何，. n. 並比較視覺系統對於「物體」與「背景」回答正確率的情況是否有差異，其結果 a v. i l C n hengchi U 同樣顯示物體相較於背景有較高的辨識正確率。. 綜合「理論觀點」與「實徵結果」兩方面的論述，物體優勢效果似乎是自然場景研究中一項穩定的現象。. 20 . .

(29) 表 1 物體與背景辨識的「Go/No-go 作業」的反應時間. 交通工具. 最大值. 415. 333. 503. 412. 330. 520. 445. 382. 503. Thorpe 等人(1996). 422. 383. 503. Fabre-Thorpe 等人(1998). 384. 312. 464. 371. 330. 428. 350. 288. 458. VanRullen & Thorpe(2001). 357. 293. 457. VanRullen & Thorpe(2001). 439. 立. 401. 504. 478. 322. 615. 479. 318. 580. 463. 384. 538. 485. 324. 625. 475. 314. 619. 359. 523. 320. 572. 425. 334. 499. 444. 310. 584. 429. 288. 549. 405. 332. 477. 自然. 393. 330. 493. 人造. 383. 309. 461. ‧ 國. 447. Nat. 448. n. a 443 l. 背景. 山丘. 海洋. 452. Ch. e 336 n g c h i572U. Delorme 等人(2000) Fabre-Thorpe 等人(1998). ‧. 493. 室內. Rousselet 等人(2003). 學. 360. 城市. 427. Delorme 等人(2000). 政384 治 508大. io. 食物. 出處. y. 物體. 最小值. sit. 動物. 反應時間中位數. er. 內容. v ni. Rousselet 等人(2005). Joubert 等人(2007). 註：反應時間中位數是所有參與者的所有正確反應嘗試反應時間的中位數。最小值是先計算出單一位參與者正確反應嘗試的反應時間的中位數之後，比較每位參與者的分數後，所求得的最小值。最大值的計算方式與最小值相同。每個數值的單位是毫秒。灰底者代表採用黑白照片進行實驗，其他沒有灰底者代表是採用彩色照片進行實驗。 21 . .

(30) 第四節作業與實驗材料的選用一、內容呈報方式的優點過去以逐步揭露作業探討視覺辨識歷程的研究，主要有兩種作業方式：第一種是讓參與者判斷是否有動物出現(Schettino et al., 2011)，第二種是讓參與者比對「從粗略到細緻的圖片」與「事先指定」的圖片是否相同(Schettino et al., 2012)。這兩種作業方式都是讓參與者在「尚未開始」看圖之前，便事先對於所要辨識的視覺內容有所知悉。但是，事先對作業內容的掌握，很可能讓參與者其實尚未從自然場景萃取到足夠視覺訊息，卻仍能做出正確反應。誠如 Davenport(2007)所討論的，物體偵測典範中，圖片呈現之前或之後會給予目標物體的名稱，讓參與者. 政治大. 回答目標物體是否出現在圖片中。至於 2AFC 作業(two-alternatives forced choice. 立. task)則是給予兩個物體名稱，讓參與者回答是哪一個物體出現在圖片之中。這兩. ‧ 國. 學. 種作業中皆無法區分參與者是真正看到場景中的物體而做出反應，還是從兩種反應中選擇一個比較接近的答案。. ‧. 據此，本研究的作業內容採用 Davenport 與 Potter (2004)研究的「快速閃現的. y. Nat. sit. 內容呈報作業」中的內容呈報方式，讓參與者可以隨時口頭呈報他所看到的內容。. a. er. io. 這種內容呈報方式和 Fei-Fei, Iyer, Koch, 與 Perona(2007)的作業類似。在本研究中，. n. iv 如同逐步揭露作業的視覺呈現方式，但改為呈現十張由粗略而逐步細緻圖片，每 l. n U engchi 張圖短暫呈現 250 毫秒之後，隨即以遮蔽刺激加以遮蓋，緊接著參與者就可以依. Ch. 照他所看到的圖片做內容呈報。每次呈現完圖片之後，參與者都可以隨時口頭說明他所看到的內容，所以總共有十次的作答機會。本研究的作業中除了圖片本身所提供的訊息以外，並沒有再多提供任何訊息，藉此所蒐集到的反應內容，便是單純由圖片本身所貢獻。. 二、故事性自然場景中的主角與地點故事性自然場景對於個體在社會互動與生存上深具意義，但並未被獨立出來 22 . .

(31) 加以探討，本研究旨在探討此類場景的動態視覺辨識歷程。所謂「故事性自然場景」，是包含「主角、主角正在做的事、地點」等元素的場景(如圖 2 所示)。這三項元素的緊密關聯是故事性自然場景的主要特性，俾使場景更臻完整。. 圖 2 故事性的自然場景 . 政治大 Pollatsek, 1992; Hollingworth 立& Henderson, 1998)，本研究改以彩色圖片作為視覺相對於前人以線稿或灰階圖片作為視覺材料(Boyce et al., 1989; Boyce &. ‧ 國. 學. 材料，藉此提升場景內容的辨識度(Oliva & Schyns, 2000; Wurm, Legge, Isenberg, & Luebker, 1993)。不僅如此，本研究的視覺材料在主題的選用上是多樣化的，亦. ‧. 可提升研究結果的外推效度(請參考附錄一)。. sit. y. Nat. 過去研究中有以「地點」為主題的視覺場景，譬如：廚房、客廳、農場、辦. er. io. 公室、城市、幼稚園(Friedman, 1979)、農場(Hollingwoth & Henderson, 1998)、城. n. 市與高速公路(Schyns & Oliva, a 1994)、廚房(Palmer, 1975)、自然與人造場景(Mack v. i l C n h e n g c h i Uet al., 2007)。有些研究則是只 & Palmeri, 2010)、山嶺、海洋、室內與街道(Jouber 探討主角動作，而不關心地點(Griffin & Bock, 2000; Dobel, Gumnior, Bölte, & Zwitserlood, 2007; Hafri, Papafragou, & Trueswell, 2012)。除此之外，對於另一些研究者而言，他們所界定的場景中有無主角並非重點，致使有些場景會穿插主角，有些場景則沒有穿插主角(Davenport & Potter, 2004; Davenport, 2007; Biederman,. Teitelbaum, & Mezzanotte, 1983; Potter, 1975)。本研究的一項重要貢獻是首創以「同時具有主角與地點的自然場景」(亦即：故事性的自然場景)，並探討視覺系統對此場景的完整處理，包含：對主角、地點以及兩者相互影響的動態處理歷程。就視覺材料上，故事性自然場景中的主角對應著場景中的物體，但主角不只 23 . .