Стробоскопическое движение. 
Проблема соответствия

Стробоскопическое движение (кажущееся, видимое движение)

охватывает целый класс феноменов, возникающих при некотором режиме предъявления неподвижных паттернов а, b, с,…, п, имеющих пространственную разнесенность. Каждый отдельный паттерн может состоять из одного или нескольких элементов или фигур. Если число паттернов составляло два, то такие паттерны, иначе стробоскопические стимулы, называются двухфигурными, если три — трехфигурными и т. п.

Детальные научные исследования стробоскопического движения были проведены гештальтпсихологами в начале XX в., а именно М. Вертхаймером, В. Келером и К. Коффкой. С этих исследований, описанных в классической работе М. Вертхаймера (1912), началась и сама гештальтпсихология. В исследованиях Вертхаймера в качестве неподвижных паттернов использовались светодиоды. Последовательное включение стационарных источников света создавало иллюзию движения света, хотя источники света включаются последовательно.

В настоящее время науке известны разные виды кажущегося движения. Эти виды выделяются по ряду параметров: виду паттернов (стробоскопических стимулов) и режиму предъявления. Основы типологии видимого движения были сделаны Вертхаймером. Основной переменной, от которой зависит тип видимого движения, он считал межстимульный интервал (МСИ) t. В зависимости от МСИ в диапазоне от 30 мс до 200 мс Вертхаймер выделил несколько качественно отличных видов восприятия, сопровождающих предъявление двух светодиодов, как показано на рис. 5.28.

латинскими буквами указан порядок предъявления фигур, стрелками — направление воспринимаемого движения При этом собственно видимое движение возникает в трех из пяти видов восприятий¹.

• 1. Сукцессивное^[1][2] восприятие обеих фигур: восприятие, соответствующее действительной пространственно-временной организации стимуляции, т. е. когда происходит восприятие последовательно загорающихся светодиодов (МСИ > 200 мс) (рис. 5.29, а).
• 2. Фи-движение — восприятие движения светящейся точки из первого положения во второе положение (рис. 5.29, б). В терминологии Вертхаймера это «чистое» движение, возникающее субъективно в сознании у наблюдателя, в то время как объективно его глаза регистрируют только лишь начальную и конечную позиции, что и позволяет на пространственно-временной диаграмме (рис. 5.29, б) охарактеризовать это движение как дискретное: Вертхаймер писал о наличии в переживании движения первоначальной и конечной позиций, но отсутствии промежуточных (как в случае оптимального движения). Иногда объект кажется движущимся за непрозрачным экраном и лишь на мгновение появляется в местах показа стимулов, которые, в свою очередь, воспринимаются как отверстия в экране. Это чистое, безобъектное движение, трактуется гештальтпеихологами как доказательство сенсорного («невыводного») характера восприятия движения. Это движение возникает при 60 < МСИ < 200 мс. Иногда любое видимое движение в целом называют фи-феноменом, что с позиций гештальтпеихологии не всегда корректно.
• 3. Оптимальное движение — равномерное непрерывное движение фигуры от места первого предъявления к месту второго (при МСИ ~ 60 мс). Иногда такой вид движения называют «бета-движением». При бета-движении возникает отчетливое восприятие движущегося объекта, который виден во всех промежуточных положениях (рис. 5.29, в).

Puc. 5.29. Пространственно-временные диаграммы включения светодиодов (верхняя диаграмма) и соответствующего видимого движения (нижняя диаграмма):

а — последовательное включение (МСИ > 200 мс); б — фи-движение (60 < МСИ <

< 200 мс); в — оптимальное движение (МСИ ~ 60 мс); г — частичное движение (30 < МСИ < 60 мс); д — одновременное включение (МСИ < 30 мс).

• 4. Частичное движение (30 < МСИ < 60 мс) — данный вид движения может встречаться в одной из трех форм:
  • • внутреннее движение — независимое мелькание обеих фигур. Внутри одной или обеих фигур наблюдается дрожание контура или флуктуации яркости;
  • • двойное движение — фигура проходит только часть траектории. В середине траектории существует разрыв (см. рис. 5.29, г);
  • • одиночное движение — только одна из двух фигур движется, другая или неподвижна, или не воспринимается вовсе.
• 5. Симультанное¹ восприятие фигур 1 и 2 — при МСИ < 30 мс одновременно воспринимаются две неподвижные фигуры — светящиеся светодиоды (см. рис. 5.29, д).

Студент В. Коффки Адольф Корте в 1915 г. сформулировал принципы, определяющие условия возникновения оптимального эффекта видимого движения. Эти принципы получили название законов Корте; они связывают между собой три переменные — МСИ (t), пространственную разнесенность (5) и интенсивность (Г)^[3][4]:

• 1) для постоянного значения межстимулыюго интервала пространственная разнесенность стимулов есть функция интенсивности, интенсивность есть функция пространственной разнесенности: при t = const 5 = /(/) и I = g (S). Проще говоря, интенсивность стимулов и их пространственная разнесенность прямо связаны друг с другом: чем больше интенсивность стимулов, тем более они должны быть разнесены в пространстве для возникновения оптимального эффекта видимого движения;
• 2) для постоянного пространственного расположения стимулов интенсивность стимулов и МСИ связаны обратно пропорциональной зависимо-

_с, 1 1.

стью: при о = const 1 — -— и t- ——;

т т

3) для постоянной интенсивности стимулов межстимульный интервал есть функция пространственной разнесенности и пространственная разнесенность есть функция МСИ: I = const: t = g (S) и S = h (t).

Первые два закона Корте применимы для переменных в широком диапазоне значений; третий закон был подвергнут критике и даже признан ошибочным. Было установлено, что помимо интенсивности стимулов большую роль играет время экспозиции стимула (в классических опытах на стробоскопическое движение — это длительность свечения светодиода). Сочетание пространственных и временных факторов и их роль в возникновении эффекта видимого движения обсуждается при решении так называемой проблемы соответствия, которую мы рассмотрим далее.

Историю открытия стробоскопического эффекта связывают с именами бельгийского физика Жозефа Плато и австрийского геометра Симона фон Штампфера. В настоящее время эти имена стоят в одном ряду с именами Огюста и Луи Люмьер, изобретателей кинематографа. В 1982 г. Жозеф Плато изобрел прибор, который он назвал фенакистископ (от греч. phenax — обманщик и skopeo — смотрю). Фенакистископ представляет собой круг, по краю которого идет ряд рисунков, представляющих собой последовательные фазы движения одного и того же персонажа; его вращали, глядя на рисунки сквозь щель, в итоге у наблюдателя появлялось ощущение движения этого персонажа (рис. 5.30). Плато утверждал, что «принцип, на котором основан этот оптический обман, очень прост. Если несколько предметов, постоянно меняющих форму и положение, будет последовательно возникать перед глазами через очень короткие промежутки времени и на маленьком расстоянии друг от друга, то изображения, которые они вызывают на сетчатке, сольются, не смешиваясь, и человеку покажется, что он видел предмет, постоянно меняющий форму и положение»^[5].

круг, по краю которого идет ряд рисунков, представляющих собой последовательные фазы движения одного и того же персонажа; при его вращении возникает иллюзия движения Почти одновременно с Плато в 1833 г. профессор геометрии Венского политехникума Симон фон Штампфер изобрел аппарат, очень похожий на фенакистископ Плато; он назвал свой аппарат «стробоскопом» (от греч. strobos — вихрь, кружение и skopeo — смотрю). Эти два исследователя не знали работ друг друга и пришли к созданию данной конструкции каждый своим путем.

На принципе стробоскопического движения основано воспроизведение движущихся изображений в современной кинематографии и телевидении (рис. 5.31).

передача киноленты, представляющей собой последовательность изображений, с подающей бобины на принимающую обеспечивает восприятие движения на экране Феномен кажущегося движения, несмотря на свою долгую историю, все еще продолжает волновать исследователей. Одной из проблем, связанных с видимым движением, является так называемая проблема соответствия. Физически реальное движение представляет собой последовательные изменения в пространстве и во времени, в силу этого в психологии восприятия движения отдельно стоит вопрос об интеграции всех этих последовательных изменений в единый движущийся образ. Важность проблемы интеграции наблюдаемых элементов движения в единый образ связана с тем, что когда объект движется, а глаз наблюдателя относительно неподвижен, то проекция этого объекта «пробегает» по сетчатке, и в этом случае «движение» проекции можно представить как последовательность статичных, смещенных друг относительно друга на небольшую величину проекций (рис. 5.32).

Задача перцептивной системы состоит в соотнесении свойств и качеств одной статичной проекции со свойствами и качеством другой, следующей по времени проекции. Помимо этого установление соответствия между соседними элементами движущегося объекта имеет особое значение для выживания организма в естественных условиях. Как уже отмечалось, способность к восприятию движения является эволюционно одним из самых первых приобретений живых организмов, так как напрямую связано с выживанием в среде. Особенно актуально это становится, когда движущийся объект — хищник или жертва — перемещаются в загроможденной среде, например в лесу, и тогда его движение не является непрерывным, и перед животным стоит задача в соотнесении видимых элементов движения друг с другом и установлении соответствия между ними. В науке существует несколько предположений, как перцептивная система живых существ решает эту задачу; данная проблема получила название проблемы соответствия. Проблема соответствия — это одна из центральных проблем психологии восприятия в области восприятия движения и, в частности, видимого движения, где она приобретает особое звучание. Проблема соответствия в восприятии движения имеет место, когда воспринимается последовательность слегка отличающихся друг от друга изображений и возникает вопрос, как перцептивная система находит соответствие между соседними изображениями. То, что эта проблема не решается просто, иллюстрирует простой опыт, который провели известные американские ученые Вильянур С. Рамачандран и Стюарт Энстис^[6] (рис. 5.33). Если наблюдателю предъявить последовательно два слайда, где на первом слайде изображены две точки, расположенные вертикально в ряд, а на втором — такие же две точки, но со сдвигом вправо (рис. 5.33, а), то перцептивная система сталкивается с двумя возможными решениями о соответствии точек одного слайда другому. Первое решение соответствует предположению, что две точки передвинулись вправо; второе — что каждая из точек совершила движение по диагонали: верхняя — вниз (на рис. 5.33, б направление возможного решения показано сплошными стрелками), нижняя — верх (на рис. 5.33, б направление возможного решения показано пунктирными стрелками). Как показывает практика, наблюдатели практически всегда видят первый вариант движения.

Проблема соответствия решается в науке за счет экспериментального выделения факторов и условий, которые позволяют перцептивной системе находить соответствие между двумя последовательно предъявляемыми изображениями. Одним их самых сильных таких факторов является близость — расстояние между потенциально соответствующими элементами. Влияние этого фактора выражается в правиле кратчайшего пути: при прочих равных условиях элементы, находящиеся друг к другу ближе всего, воспринимаются как соответствующие¹. Примером может служить так называемая иллюзия «фургонного колеса». Иллюзия возникает, когда мы смотрим кинофильм и наблюдаем за движением колеса фургона, коляски, повозки и других средств передвижения, использовавшихся в XIX в. Сначала при наблюдении за движением такого колеса наблюдатель отмечает, что оно вращается по ходу движения повозки, т. е. вперед; но с определенного момента, когда повозка набирает скорость, возникает иллюзия, что колесо начинает вращаться в противоположную от направления движения сторону, т. е. назад. Причиной возникновения этой иллюзии является тот факт, что скорость вращения колеса в какой-то момент начинает превышать скорость смены кадров. Поэтому иллюзия возникает именно при просмотре кинофильмов^[7][8]. Для простоты рассмотрим колесо, состоящее из четырех спиц. На рис. 5.34, а показаны позиции колеса, когда оно начинает движение вправо и его скорость еще не велика. Сплошными линиями показано положение спиц колеса в первом кадре, пунктирными — во втором. Видно, из-за небольшой скорости за одну смену кадра колесо успело повернуться на небольшой угол (-15°), поэтому согласно правилу кратчайшего пути спицам в первом кадре будет соответствовать ближайшие справа спицы из следующего кадра, поэтому наблюдатель воспринимает направление движения колеса по часовой стрелке, т. е. «реальное»^[9] направление движения колеса совпадает с феноменальным.

пунктирной линией обозначено положение спиц в следующем кадре, серая стрелка — видимое направление движения, черная стрелка — «реальное» направление движения.

(объяснение в тексте) На рис. 5.34, б показана ситуация, где скорость вращения колеса увеличилась настолько, что за одну смену кадра колесо успело повернуться на больший угол («45°), и в этом случае перцептивная система сталкивается с многозначностью соответствия: в следующем кадре ближайшие спицы расположены на равном расстоянии от исходной позиции как справа, так и слева. В этом случае исход восприятия сугубо индивидуален: кто-то видит движение колеса вперед, а кто-то в обратном направлении. На рис. 5.34, в показана ситуация, когда колесо вращается с еще большей скоростью; теперь за одну смену кадра спицы успевают провернуться на такой угол, что ближайшей спицей для установления соответствия оказывается спица, расположенная слева. Поэтому перцептивная система связывает эти спицы в единую систему движения, и наблюдатель воспринимает колесо, вращающееся в направлении, обратном движению всей повозки. Па рис. 5.34, г показан график, отражающий видимое направление движения колеса, как оно должно наблюдаться согласно правилу кратчайшего пути.

Однако пространственное смещение объекта на кадрах является не единственным фактором, который использует перцептивная система для установления соответствия. Большую роль играет также временной фактор, что наглядно демонстрируют опыты с так называемым экраном Пиклера-Тернуса (Pikler-Temus display). Немецкий гештальтпсихолог Джозеф Тернус был одним из первых, кто обозначил проблему соответствия при восприятии видимого движения. Соответствие объектов при каждом новом предъявлении Тернус называл феноменальной идентичностью. В своих экспериментах, проведенных в 1926 г., он на экране последовательно проецировал идентичные наборы светящихся точек, но при каждом новом предъявлении смещенных на некую величину, и установил, что в этом случае воспринимается феноменальное движение точек из одного положения в другое^[10].

Один из самых цитируемых опытов Тернуса показан на рис. 5.35. Тернус, опираясь на схему эксперимента, разработанную Джулиусом Пиклером (1917), в первой пробе предъявлял испытуемому набор из трех горизонтально расположенных светящихся точек (a_v b_v q), а во второй пробе — такие точки, но смещенные по горизонтали влево таким образом, что абсолютное положение двух из трех точек осталось неизменным (Ь₂, с₂, d₂). На рис. 5.35 видно, что положения h_x и Ь₂, а также с_{ и с₂ совпадают. В опыте самого Тернуса испытуемые при втором предъявлении набора видели феноменальное движение точки а_х в позицию, соответствующую точке d₂, в то время как точки в позиции Ь_{ и с_х воспринимались как стационарные (рис. 5.35).

Алан Пэнтл и Люсинда Пицциано в своих экспериментах с использованием экрана Тернуса, варьируя время межстимулыюго интервала, показали, что можно достичь и иного восприятия: когда время МСИ было приближено к нулю (т.е. смена проекций происходила мгновенно), испытуемые видели движение элемента, как в опыте Тернуса, однако при последующем увеличении МСИ испытуемые видели движение группы, состоящей из трех точек, вправо (см. рис. 5.35). Такой же эффект достигается при варьировании времени экспозиции каждого набора точек: по мере увеличения времени экспозиции каждого набора точек вероятность восприятия движения группы элементов возрастает^[11]. Когда и время экспозиции, и МСИ непродолжительны, возможен третий вид восприятия — одновременное восприятие четырех стационарных мерцающих точек^[12]. Эти данные показывают, что в установлении соответствия перцептивная система пользуется сложными алгоритмами и правилами и временной фактор складывается из обоих временных показателей — времени экспозиции и МСИ, что в сочетании с пространственным фактором делает решение проблемы соответствия еще более сложной.

Помимо пространственно-временных факторов на установление соответствия оказывают влияния и другие условия. Рамачандран и Энстис провели серию экспериментов, направленных на определение факторов, оказывающих существенное влияние на установление соответствия между двумя фрагментами видимого движения^[13]. Когда объект стимулирует сетчатку, рецепторы глаза передают в мозг информацию об этом объекте как совокупности точек разной яркости. При предъявлении серии последовательно сменяющих другу друга кадров, перцептивная система извлекает в одном из них кластер точек, соответствующих какой-то характеристике изображения, а затем ищет соответствие этому кластеру в следующем кадре. Среди таких характеристик изображения, на которые перцептивная система «обращает» внимание при установлении соответствия, Рамачандран и Энстис выделяют две: области низкой пространственной частоты, что соответствует на изображении пятнам различной яркости, и текстура. На рис. 5.36 показаны два слайда, если предъявить последовательно сначала верхний слайд, а затем нижний, то у наблюдателя возникнет впечатление, что центральный белый квадрат переместится вправо, в сторону белого круга. Несмотря на то, что на втором слайде также нарисован квадрат, т. е. фигура такой же формы, перцептивная система предпочитает устанавливать соответствие по принципу схожей яркости, а не на основании соответствия контуров фигуры. Такой результат объясним с позиции эволюционного механизма восприятия движения: для живого существа предпочтительно определять соответствия между темными пятнами неясных очертаний, двигающихся в лесу, чем конкретные контуры перемещающихся объектов.

• [1] Миртов Ю. Н. Видимое движение: феноменология, основные детерминанты, механизмы // Вопросы психологии. 1983. № 2. С. 130—139.
• [2] Сукцессивный (от англ, successive — последующий, следующий один за другим) — термин, означающий развернутую последовательность протекания какого-либо процесса.
• [3] Симультанный (от лат. simul — в одно и то же время) — термин, означающий практическую одновременность протекания каких-либо психических процессов.
• [4] Цит. по: Shaw R. Е., Титову М. Т., Mace W. М. Ecological psychology. The consequence ofa commitment to realism // Weimer W., Palermo D. (Eds.) Cognition and the symbolic processes.Vol. 2. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates, Inc., 1982. P. 159—226.
• [5] СадульЖ. Всеобщая история кино. М.: Искусство, 1958. Т. 1. С. 9.
• [6] Ramachandran V. 5., Anstis S. М. The perception of apparent motion // Scientific American.1986. Vol. 254. P. 102−109.
• [7] Bun Р., Sperling G. Time, distance and feature trade-offs in visual apparent motion //Psychological Review. 1981. Vol. 7. P. 171−195.
• [8] Существуют данные о возникновении этой иллюзии и в реальном мире (см.: Putves D., PaydarfarJ. A., Andrews Т. J. The wagon wheel illusion in movies and reality // Proc Natl AcadSci USA. 1996. Vol. 93 (8). P. 3693—7369). Однако вопрос о механизмах и условиях ее возникновения остается дискуссионным и открытым (см.: Andrews Г., Putves D. The wagon-wheelillusion in continuous light // TRENDS in Cognitive Sciences. 2005. Vol. 9 (6). P. 261—263).
• [9] Мы употребляем «реальное» направление движения в кавычках, так как колесо не двигается на самом деле, а его видимое движение складывается из последовательных кадров;в данном случае под «реальным» направлением движения подразумевается направлениедвижения, соответствующее логике перемещения фургона.
• [10] TemusJ. The Problem of Phenomenal Identity // Ellis W. D. (Ed.) A Source Book of GestaltPsychology. P. 149—160.
• [11] Цит. по: Kramer Р., Yantis S. Perceptual grouping in space and time: Evidence from theTernus display // Perception & Psychophysics. 1997. Vol. 59 (1). P. 87—99.
• [12] Dawson M. R. W., Wright R. D. Simultaneity in the Ternus configuration: psychophysicaldata and a computational model // Vision Research. 1994. Vol. 34. P. 397—407.
• [13] Ramachandran V. 5., Anstis S. M. The perception of apparent motion // Scientific American.1986. Vol. 254. P. 102−109.