空間知覺

在知覺事物的時候，我們總是要使用一個標準才能進行判斷，這個標準叫知覺的參考系。空間知覺的參考系可分為兩類：以知覺者自己為中心的參考系和以知覺者以外的事物所建立的參考系。

在一定的時間和空間裏，知覺者總佔據着空間的一個位置，其感覺信息往往是以個人為參考系而被接收的。

你是否會在下樓梯時走着走着──咣噹一聲，毫無知覺地跨一大步便下到樓底？或者竟糊塗到想把杯子放到桌上，卻反而把它甩到了空中？這樣的經歷是罕有所聞的。我們生活在三維空間裏，必須具有了解自己與空間事物之間的關係及其變化的能力。視、聽、嗅等各種感官為我們提供了來自空間的各個點的信息，如果不能把這些信息組織起來，在這個變幻莫測的世界裏就無法適應生存。我們對自身和周圍事物的空間關係的知覺以及對位置、方位、距離等各構成空間關係要素的覺察即空間知覺（space perception）。空間知覺包括形狀知覺、大小知覺、距離知覺和方位知覺等。空間知覺的主要信息來源是視覺和聽覺。

對上下、左右、前後的判斷通常是以知覺者自身為參考系而作出的。

對於知覺者自身與物體以及物體之間空間關係的判斷，除以知覺者自身所建立的參考系外，也經常以自身以外的事物作為參考系。東、南、西、北的方向是以太陽出沒的位置和地磁為參考系所建立的方位。日出處為東，日落處為西，地磁的南極為北，地磁的北極為南。有了這個參考系，我們就可以在此基礎上，以環境中熟悉的物體為參考體進行定向。在特殊的條件下，沒有熟悉的地面物作為定向的參考體，也可以用星象、羅盤或其他儀器來定向。對於大小、形狀等空間知覺，我們也是使用某種參考系才能加以判斷的。

在視空間知覺的問題上，心理學家一直在探索下面兩個問題：（1）我們的視網膜是二維的，同時我們又沒有“距離感受器”，那麼在二維空間的視網膜上如何形成三維的視覺，我們又通過哪些線索來把握客體與客體、客體與主體之間在位置、方向、距離上的各種空間關係呢？（2）如果説視空間知覺的獲得是由於雙眼協調並用的結果，那麼為什麼在很多時候使用單眼仍然可以獲得準確的空間知覺？根據已有資料，空間知覺需要依靠許多客觀條件和機體內部條件或線索（cues）並綜合有機體的已有視覺經驗而達到。有時我們甚至無法意識到這些線索的作用。概括起來，視空間知覺的線索包括單眼線索和雙眼線索。單眼線索主要強調視覺刺激本身的特點，雙眼線索則強調雙眼的協調活動所產生的反饋信息的作用。

單憑一隻眼睛即可利用單眼線索（monocular cue）而相當好地感知深度，藝術家們特別擅長利用單眼線索製造作品中的深度等空間關係。單眼線索很多，其中主要的有如下幾種。

（1）對象的相對大小（relative size）。對象的相對大小是距離知覺的線索之一。　小圓點好像離我們遠些，大圓點好像離我們近些。對於熟悉物體的判斷則有所不同，高矮不同的兩個熟人，如果你看到那個本來矮小的人顯得高大些，而那個本來高大的人看起來矮小些，那麼，你便會覺察到前者離你近些，後者則離你遠些。

（2）遮擋（occlusion）。如果一個物體被另一個物體遮擋，遮擋物看起來近些，而被遮擋物則覺得遠些。物體的遮擋是距離知覺的一個線索（見圖1）。如果沒有物體遮擋，遠處物體的距離就難以判斷。例如，高空的飛機倘若不與雲重疊，就很難看出飛機和雲的相對高度。

（3）質地梯度（texture gradient）。視野中物體在視網膜上的投影大小及投影密度上的遞增和遞減，稱為質地梯度。當你站在一條磚塊鋪的路上向遠處觀察，你就會看到越遠的磚塊越顯得小，即遠處部分每一單位面積磚塊的數量在網膜上的像較多。看圖2中的兩個圖形，上部質地密度較大，下部質地單元較少，於是產生了向遠方伸延的距離知覺。

（4）明亮和陰影(light and shadow)。我們生活在一個光和陰影的世界裏。它幫助我們感知體積、強度、質感和形狀。黑暗、陰影彷彿後退，離我們遠些；明亮和高光部分得突出，離我們近些（見圖3）。

在繪畫藝術中，運用明暗色調，把遠的部分畫得灰暗些，把近的部分畫得色調鮮明些，以造成遠近的立體感。

（5）線條透視(linear perspective)。同樣大小的物體，離我們近，在視角上所佔的比例大，視像也大；離我們遠，在視角上所佔的比例小，視像也小。平行線，如火車軌道，會在遠處匯聚。匯聚線越多，知覺的距離越遠（見圖4）。

（6）空氣透視（atmosphere perspective）。由於空氣的散射，當我們觀看遠處物體時都會感受到：能看到的細節就越少；物體的邊緣越來越不清楚，越來越模糊；物體的顏色變淡，變得蒼白，變得灰濛濛的。遠處物體在細節、形狀和色彩上的這些衰變現象，稱為空氣透視。當然，空氣透視和天氣的好壞很有關係。天高氣爽，空氣透明度大，看到的物體就覺得近些；陰霧沉沉或風沙彌漫，空氣透明度小，看到的物體就覺得遠些。如圖5所繪的“布里斯托爾的寬碼頭”，

其中不僅利用了空氣透視原理，還綜合運用了質地梯度、遮擋、線條透視及相對大小和相對高度等線索。

（7）運動視差(motion parallax)。頭只要稍微一轉動，物體與視野的關係就變了。這種由於頭和身體的活動所引起的視網膜物像上物體關係的變化，稱為運動視差。當我們運動時，原來靜止的物體看上去也在運動。坐過火車的人有這樣的經驗：在火車上注視窗外的一個物體，如一座房子，那麼，比房子近的物體向後運動，物體越近，運動得越快，而注視點遠處的物體則和你同時運動，物體越遠，運動速度越慢。

（8）眼睛的調節。人在看東西的時候，為了使視網膜獲得清晰的物像，水晶體的曲率就要發生變化：看近物時，水晶體較凸起；看遠物時，水晶體比較扁平。這種變化是由睫狀肌進行調節的。睫狀肌在調節時產生的動覺，給大腦提供了物體遠近的信息。不過，調節作用只在幾米的範圍內有效，且分辨力較差。

利用雙眼線索（binocular cue）是深度和距離知覺的主要途徑，其效果要比利用其他線索精細準確得多。雙眼線索主要包括視軸輻合和雙眼視差。

（1）視軸輻合或雙眼會聚（binocular convergence）。看遠物時，兩眼視線近似於平行；看近物時，雙眼視線會向正中聚合以對準物體。眼睛肌肉在控制視線輻合時所產生的動覺，會給大腦提供物體遠近的線索。不過，輻合作用所提供的距離線索只在幾十米的範圍內起作用。物體太遠，視線趨於平行，已不能提供有效的輻合信息。

（2）雙眼視差（binocular disparity）。人的兩隻眼睛相距約65毫米。當我們看立體物的時候，兩眼從不同的角度看這一物體，視線便有點兒差別。嘗試一下將手指放在離鼻尖較近的位置，分別用兩隻單眼觀看，會發現手指位置發生了明顯的移動。觀察物體時兩眼視網膜上的物像差異就是雙眼視差。雙眼視差在深度知覺中起着至關重要而又不為人所覺察的作用，由雙眼視差來判斷深度的過程即立體視覺（stereopsis）。利用這一原理，人們可藉助計算機製圖或特製的實體鏡觀察三維實體圖。

立體視覺的研究表明，在排除了其他所有深度線索的條件下，一組完全無意義的視覺刺激，只要具備視差條件，即能產生深度知覺。這在一定程度上驗證了吉布森的直接知覺理論，並在藝術創作和計算機視覺領域得到廣泛的應用。

關於空間的感受，除了視覺之外還能從聽覺器官獲得，耳朵能提供聲音的方向和聲源遠近的線索。視覺線索有單眼和雙眼的區別，聽覺線索也有單耳和雙耳的區別。

由單耳所獲得的線索，雖不能有效地判斷聲源的方位，卻能有效地判斷聲源的距離。平時我們往往以聲音的強弱來判斷聲源的近遠：強覺得近，弱覺得遠。特別是熟悉的聲音（如汽車、火車的聲音），按其強弱來判斷聲源遠近較為準確。

對聲源遠近和方向定位，靠雙耳的協同合作才能獲得準確的判斷。關於空間知覺的雙耳線索主要有以下三種。

（1）雙耳間時間差（time difference of binaural）。從一側來的聲音，兩耳感受聲音刺激有時間上的差異（即一隻耳朵早於另一隻耳朵）。這種時間差是聲源方向定位的主要線索，聲源被定位於先接受到刺激的耳朵的一側。人體頭部近似球形，兩耳間的距離約為15~18釐米，聲音到達兩耳的時差的最大值約為0.5毫秒。

（2）雙耳間強度差（intensity difference of binaural）。聲音的強度隨傳播遠近而改變，即愈遠愈弱。與聲源同側的耳朵獲得的聲音較強，對側耳朵由於聲波受頭顱阻擋得到的聲音較弱。這樣，聲源就被定位於較強的一側。

（3）位相差。低頻聲音因波長較長，頭顱的阻擋作用較小，兩耳聽到的強度差也較小。這時，判定方位主要靠兩耳感受聲音的位相差，即同一頻率聲波的波形的不同部位作用於兩耳，因而內耳鼓膜所受聲波的壓力也就有了差別。雖然這種差別很小，但它是低頻聲源定位的主要線索。

高於3 000赫茲的聲音，兩耳強度差較大，易於定位。兩耳感受刺激的強度差是高頻聲音方向定位的主要線索。聲速為344米/秒，當聲源從正中偏向3°時，刺激兩耳的時間差僅為0.03毫秒，人便能感覺到聲音偏向一側。時間差越大，感到聲音偏向側面的角度越大。偏向身體左右兩側的聲音，到達兩耳強度差和時間差較大，易於辨別其方向；處於兩耳軸線垂直平分面上的聲音，到達兩耳的強度差和時間差相等，難於分辨其方向。在聽覺方向定位時，人經常轉動身體和頭部的位置，使兩耳的距離差不斷變化，以便精確地判斷聲音的方向。這樣，即使是一隻耳朵，藉助頭部和身體轉動的線索也能夠確定聲音的方位。

空間知覺測試儀是用於考察空間知覺特點和鑑別個體對空間特性的辨別能力的儀器。它還可用於驗證刺激的空間結構特點對信息傳遞效率的影響。該儀器包括燈光顯示器、主試控制器、被試操作這三個主要部分。其通過小燈的不同組合能呈現幾十種圖形，供實驗時任意選用。所輸出的圖形分為條形、塊形和不規則形三類，每類又可分為四種圖案。實驗中，被試對不同的圖案進行辨別反應，主試記錄下必要的數據。所得數據可用常規統計進行比較，也可用信息論方法算出信息傳遞效率。 ^[1] 

在通常的情況下，正常人的空間知覺主要依靠視覺和聽覺。嗅覺也能起作用，由於氣味到達兩個鼻孔的時間、強度不同，也能分辨出氣味的來源和位置。在特殊情況下，還可以用其他感官來感受空間。例如在黑暗中，靠觸摸覺和動覺來確定周圍物體與人之間的方位關係等。