第2章-视觉感知与视觉通道-SDU

山东大学计算机科学与技术学院&软件学院蒋志方第二章视觉感知与认知视觉感知认知视觉通道色彩内容提要“Visualizationisreallyaboutexternalcognition,thatis,howresourcesoutsidethemindcanbeusedtoboostthecognitivecapabilitiesofthemind.”StuartCard可视化致力于外部认知，也就是说，怎样利用大脑以外的资源来增强大脑本身的认知能力。感知：关于输入信号的本质；看见的东西认知：关于怎样理解和解释看到的东西感知与认知视觉感知是指客观事物通过人的感觉器官在人脑中形成的直接反映眼、耳、鼻、舌、身、神经末梢。就是客观事物通过人的视觉在人脑中形成的直接反映视觉感知感知感觉器官视觉感知认知认知心理学将认知过程看成由信息的获取、分析、归纳、解码、储存、概念形成、提取和使用等一系列阶段组成的按一定程序进行的信息加工系统科学领域中，认知是包含注意力、记忆、产生和理解语言、解决问题，以及进行决策的心理过程的组合。视觉感知本实例需要持续的注意力白衣人与黑衣人（各3名）相互传递篮球任务：数出白衣人传出球的次数不要计算黑衣人的传球！任务1©ViscogProductions,记忆在人类认知过程中起着至关重要的因素，但工作记忆容量十分有限。可视化可以作为帮助增强工作记忆的工具结论一起来找茬找到请举手看图请安静任务2VisualCognitionLab,UIUC变化盲视RonRensink2002RonRensink2002RonRensink2002RonRensink2002观察物体的变化需要集中注意力在可视化中突出变化，以减轻认知负担结论有多少黑点？交叉点上的黑色圆点在跳跃变化亮度保持亮度保持LightlevelscanvarybysixordersofmagnitudeOurvisualsystemdealswiththatbyrespondingtorelativedifferences对比Shepard’sRotatedTable斯坦福大学的心理学家罗杰·谢泼德创作了这幅幻觉图：谢泼德桌面：这两个桌面的大小、形状完全一样。如果你不信，量量桌面轮廓，看看是不是。【解析】虽然图是平面的，但它暗示了一个三维物体。桌子边和桌子腿提供的感知提示，影响你对桌子的形状作出三维的解释。这个奇妙的幻觉图形清楚地表明，你的大脑并不按照它所看到的进行逐字解释。Shepard’sRotatedTable人类视觉系统观察的是变化，而不是绝对值，并且容易被边界吸引。在不同物体间使用高对比度使得物体更容易区分。结论眼见不为实不可能的盒子埃斯切尔的不可能的盒子：比利时艺术家马瑟·黑梅克，从荷兰平面造型艺术家M.C.的一幅画中吸取灵感，创造了一个不可能存在的盒子的实物模型。疯狂的螺母你知道直钢棒是怎样神奇地穿过这两个看似乎成直角的螺帽孔的吗？两个螺帽实际是中空的，虽然它们看起来是凸面的，所以两个螺帽并不互相垂直。螺帽被下方光源照到（一般光线应来自上方），这给人们判断他们的真实三维形状提供了错误信息。美国魔术世界里·安德鲁斯创造了这个精彩的幻觉作品。幻视黄色和紫色的圆是否一样大？两个内部的圆大小完全一样。当一个圆被几个较大的同心圆包围时，它看起来要比那个被一些圆点包围的圆小一些。幻视—这些直线平行吗？不可能的棋子看到平行线了吗？“看到的比实际存在的要多”认知迟滞现象概念上的解释会影响记忆概念上的解释会影响记忆我们依赖先验知识视觉由输入构建而来结论“当人们观察事物时，人们所看到的依赖于事物本身是什么。将事物看做什么，取决于人们对看到的事物了解多少。”格式塔（Gestalt）心理学是西方现代心理学的主要流派之一，根据其原意也称为完形心理学，完形即整体的意思。具有两种涵义。一种涵义是指形状或形式，亦即物体的性质，在这个意义上说，格式塔意即“形式”。另一种涵义是指一个具体的实体和它具有一种特殊形状或形式的特征，它涉及物体本身，而不是物体的特殊形式，形式只是物体的属性之一。格式塔（Gestalt）心理学WolgangKöhler1887-1967KurtKoffka1886-1941MaxWertheimer1880-1943为什么我们在观看事物的时候会把一部分当做前景，其余部分当做背景？为什么我们能区分形状？什么形状是好的？结构比元素重要，视觉形象首先作为统一的整体被认知原则（蕴涵律）接近性（proximity）相似性（similarity）连续性（continuity）闭合性（closure）简单性（simplicity）格式塔（Gestalt）原则结构比元素重要，视觉形象首先作为统一的整体被认知原则（蕴涵律）接近性（proximity）相似性（similarity）连续性（continuity）闭合性（closure）简单性（simplicity）格式塔（Gestalt）原则结构比元素重要，视觉形象首先作为统一的整体被认知原则（蕴涵律）接近性（proximity）相似性（similarity）连续性（continuity）闭合性（closure）简单性（simplicity）格式塔（Gestalt）原则结构比元素重要，视觉形象首先作为统一的整体被认知原则（蕴涵律）接近性（proximity）相似性（similarity）连续性（continuity）闭合性（closure）简单性（simplicity）格式塔（Gestalt）原则结构比元素重要，视觉形象首先作为统一的整体被认知原则（蕴涵律）接近性（proximity）相似性（similarity）连续性（continuity）闭合性（closure）简单性（simplicity）格式塔（Gestalt）原则结构比元素重要，视觉形象首先作为统一的整体被认知原则（蕴涵律）共势原则（commonfate）好图原则（similarity）对称原则（symmetry）经验原则（pastexperience）格式塔（gestalt）原则从一堆字符中认知语句结构比元素重要，视觉形象首先作为统一的整体被认知原则（蕴涵律）共势原则（commonfate）好图原则（similarity）对称原则（symmetry）经验原则（pastexperience）格式塔（Gestalt）原则对五环形状的两种识别。上：奥运环；下:割裂的圆环。结构比元素重要，视觉形象首先作为统一的整体被认知原则（蕴涵律）共势原则（commonfate）好图原则（similarity）对称原则（symmetry）经验原则（pastexperience）格式塔（Gestalt）原则结构比元素重要，视觉形象首先作为统一的整体被认知原则（蕴涵律）共势原则（commonfate）好图原则（similarity）对称原则（symmetry）经验原则（pastexperience）格式塔（Gestalt）原则相对性&绝对性感知系统基于相对判断，而非绝对判断(Weber‘sLaw)无线框未对齐有线框未对齐ABABAB无线框A和B那一个更高？相对性&绝对性感知系统基于相对判断，而非绝对判断(Weber‘sLaw)A和B哪一个更亮？相对性&绝对性感知系统基于相对判断，而非绝对判断(Weber‘sLaw)A和B哪一个更亮？相对性&绝对性感知系统基于相对判断，而非绝对判断(Weber‘sLaw)颜色？相对性&绝对性感知系统基于相对判断，而非绝对判断(Weber‘sLaw)颜色？相对性&绝对性感知系统基于相对判断，而非绝对判断(Weber‘sLaw)无线框未对齐有线框未对齐ABABAB无线框A和B那一个更高？相对性&绝对性感知系统基于相对判断，而非绝对判断(Weber‘sLaw)A和B哪一个更亮？相对性&绝对性感知系统基于相对判断，而非绝对判断(Weber‘sLaw)A和B哪一个更亮？相对性&绝对性感知系统基于相对判断，而非绝对判断(Weber‘sLaw)颜色？相对性&绝对性感知系统基于相对判断，而非绝对判断(Weber‘sLaw)颜色？视网膜内负责中心视野(centrevision)的细胞便将其判断为微笑负责on-centre亮度的视网膜细胞来帮助判断，并将其判定为微笑。focus视觉通道(20140926)视觉通道是大脑接受外部世界视觉信息的通道。也称之为视觉分析器。...视觉辐射物的绝大部分又从这儿被投射到大脑枕叶皮层的投射区。视觉就在这儿形成。人类通过眼睛捕捉知识，就是通过眼睛把知识传输到大脑的通路。眼睛是视觉器官，它是接收、传达外界光线的明暗、色彩与形状，产生对外界的人或物的辨别与记忆的能力。这项功能的接收终端是大脑，而神经是传递视觉信息的通道，眼睛则是传达这一能力的接受器。视觉通道的类型空间标记位置尺寸颜色亮度饱和度色调配色方案透明度方向形状纹理动画表现力和有效性表现力视觉通道的表现力要求视觉通道准确编码数据包含的所有信息视觉通道在对数据进行编码的时候，需要尽量忠于原始数据有效性通道表现力符合数据属性的重要性表现力和有效性精确性可辨性可分离性视觉突出Newton,1666研究色彩的装置色彩与光谱色彩与光谱什么是基色？红绿蓝（RGB）红黄蓝橙，绿，紫罗兰青，品红，黄，黑（CMYK）以上所有加色法系统（RGB）GreenBlueRedCyanMagentaYellow自然界常见的各种颜色光，都是由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色光按不同比例相配而成，同样绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这就是色度学中最基本的原理—三基色原理。红色+绿色=黄色（Yellow）红色+蓝色=品红（Magenta）绿色+蓝色=青色（Cyan）红色+绿色+蓝色=白色（White）三基色(RGB)的原理减色法系统（CMYK）MagentaGreenBlueRedCyanYellow(Black)减色法系统（RYB）颜色空间Y人类获取信息的70~80%来源于视觉。亮度：亮度是光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关。主要表现光的强和弱。H色调：色调是当人眼看一种或多种波长的光时所产生的色彩感觉，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本特征。S饱和度：饱和度是指颜色的纯度即掺入白光的程度，表示颜色深浅的程度例如：红+白光=粉红色饱和度下降红+另一种颜色的光色调发生变化色调和饱和度通称为——色度。RGB颜色空间可被显示器表达的颜色感知上不均匀C.Ware,“VisualThinkingforDesign”HSL颜色空间色相（Hue）–人类认为的颜色饱和度（Saturation）–纯度，与灰色的距离亮度（Lightness）–从黑色到亮色感知上不均匀C.Ware,“VisualThinkingforDesign”HSL颜色空间Lab颜色空间感知上均匀分布L用来近似人类对亮度的感知a,b用来近似“红/绿”和“黄/蓝”通道Lab颜色空间红色盲（Protanope）绿色盲（Deuteranope）蓝色盲（Tritanope）无L锥形细胞无M锥形细胞无S锥形细胞红/绿色盲蓝/黄色盲色盲正常红色盲绿色盲全色盲BasedonslidefromStone色盲