СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ДВУМЕРНОГО И ТРЕХМЕРНОГО ВОСПРИЯТИЯ ПЛОСКОСТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
METHOD OF DETECTING PSYCHOPHYSIOLOGICAL FEATURES OF TWO-DIMENSIONAL AND THREE-DIMENSIONAL SENSING OF FLAT IMAGES

Изобретение относится к области медицины, психофизиологии, физиологии, психологии, когнитивной офтальмологии, оптике, нелинейной динамике и может быть использовано в нейронауке, изучении деятельности головного мозга, в области образования.
Известно, что зрительное восприятие человека способно развить способность воспринимать плоскостные изображения с эффектами глубины, объема и пространственной перспективы (далее креативная глубина) [1, 2]. Глубина и объемность восприятия образов плоскостных изображений, как минимум, не меньше восприятия аналогичных параметров при рассматривании 3D-растровых изображений [3]. Более того, при восприятии произведений живописи 3D параметры соизмеримы со стереоскопической глубиной стеререограмм, полученных на основе плоскостного изображения картины [4]. Более того, в условиях восприятия креативной глубины объемность, пространственную перспективу приобретает облачный покров [1]. Допустимо предположить, что могут трансформироваться условия пространственного позиционирования на уровне нейронных сетей головного мозга. Предполагается, способность трехмерных атрибутов плоскостных изображений, удаленных объектов развивается после тренинга наблюдения стереоскопической глубины различных стереограмм в условиях фузии [5], восприятии растровых 3D-изображений [6]. Тренинг проводится при условии фокусировки глаз вне плоскости расположения стереограммы в статическом и динамическом состояниях. В процессе тренинга осуществляется процесс плоскостного восприятия плоскостных изображений и стереограмм, креативной глубины плоскостных изображений, стереоглубины стереограмм, трехмерное восприятие растровых изображений.
Ra
Известно, что такая физиологическая особенность, как движение глаз, позволяет выявить объективные условия восприятия креативной глубины. Для этой цели используется бинокулярный айтрекер и регистрация X координат направления взора зрачков правого (Ra) и левого (L) глаз. В условиях восприятия креативной глубины на плоскостном изображении регистрируется ненулевая разность Х-координат. Т.е. -X≠0, а фокусировка глаз происходит вне плоскости расположения плоскостного изображения [7]. Построение гистограмм разности ΔХ позволяет определить уровни восприятия креативной глубины и сравнить ее с восприятием глубины растровых изображений. При этом области фокусировки глаз располагаются на расстояниях до нескольких метров от плоскости расположения изображения. Возникает как бы протяженное пространство (артефакты), в котором возможно восприятие глубины по цветовым распределениям. Времена состояния артефактов и протяженного пространства находятся в интервале 20-30 мс [7] и относятся к области неосознанных процессов. В процессе восприятия креативной глубины саккадические движения глаз показывают превышение продолжительности времени фиксации правого глаза над левым [8].
Известно, что в состоянии восприятия креативной глубины изменяются ЭЭГ параметры головного мозга [9,10]. Так при регистрации мощности спектров во всем диапазоне ЭЭГ ритмов (восемь отведений) зарегистрировано уменьшение мощности при восприятии креативной глубины по сравнению с плоскостным вариантом восприятия [9]. При этом изменение мощности зависят от цветовой палитры плоскостного изображения. Выделение индекса биоритмов по бета, альфа, тета, дельта компонентам не имеют однозначного влияния на них различного типа плоскостных изображении. Обработка спектрограмм ритмов показывает, что в условиях трехмерного восприятия плоскостных изображений полная амплитуда когерентности по всем отведениям и компонентам ЭЭГ ритмов в 1,8 и более раз по сравнению с восприятием белого листа [10]. Условия восприятия креативной глубины проверяются при регистрации движения глаз на бинокулярном айтрекере и получения условий ΔХ≠0.
Задачей изобретения является расширение психофизиологических особенностей способности воспринимать плоскостные изображения с эффектами глубины, объема.
Задача достигается выявлением особенностей двумерного и трехмерного восприятия по альфа- и тета-активности для плоскостного изображения и стереограммы, при этом с превышением мощности тета- над альфа-ритмами ЭЭГ, превышением мощности тета- и альфа-ритмов на ЭЭГ правого полушария над левым и увеличением мощности тета- и альфа-ритмов в условиях трехмерного восприятия.
эг
Фиг. 1-4 иллюстрируют принцип действия способа. На фиг. 1 показано изображение (И) картины «Голгофа», на котором испытуемый получает плоскостное и трехмерное восприятие. В условиях трехмерного восприятия взгляд локализуется в
ограниченной области изображения. При плоскостном восприятии происходит сканирование глазами всей площади плоскости.
стг
На фиг. 2 показана стереограмма (И), смонтированная из мелких стереопроекций (высокочастотная составляющая) и трех стереопроекций в верхней части стереограммы (низкочастотная составляющая).
стг
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Вся предварительная работа построения стереограммы И выполняется на компьютере с применением программы типа Adobe Photoshop. Выбирается любое плоское изображение (ПИ) и на его основе строятся стереоскопические проекции. В представленном варианте используется проекция картины Н. Хамидуллиной. На ней изображено пространство воды на переднем плане. Облачный покров в верхней части изображения. Самая удаленная часть-полоса острова в средней части. Стереоскопическая глубина задается расстоянием между образами изображения. Если стереоскопическую глубину воспринимать в условиях концентрации взгляда до стереоскопической подборки, то самые дальние образы (или планы) располагаются на наименьших расстояниях. Следовательно, расстояния между ними должны быть меньше чем расстояние между проекциями изображений. И наоборот, самые ближние планы устанавливаются на расстояние, которое больше расстояния между проекциями. В предлагаемом способе используется два набора стереоскопических проекций. Первый набор имеет изображение с размером по горизонтали L, второй l (L>>l). Например, число проекций размера L будет три. Стереоскопические проекции устанавливаются на один горизонтальный уровень на расстоянии L, большем чем L. Такая периодика будет называться низкочастотной. Второй набор - высокочастотная периодика образуется рядами стереоскопических проекций, размеры которых по горизонтали таковы, что в пределах расстояния L располагается 9 штук изображений, уменьшенных изображений. Они устанавливаются на расстоянии l больше чем l. Их общее число в горизонтальном ряду в приведенном примере фиг. 2 - 25 штук. На рабочем холсте сборки образуется два слоя - высокочастотный и низкочастотный. Высокочастотные составляющие образуют общий фон, на котором наносится слово или буква. Принцип изготовления надписи следующий. Размер буквы должен быть таков, чтобы в пределах ее ширины было не меньше одной высокочастотной составляющей. Третьим слоем на расстоянии L друг от друга наносится две одинаковые буквы. Контуры буквы копируются на высокочастотном слое, а затем сдвигаются на величину ΔL, не превышающую расстояние больше чем 0,1 L. То есть расстояние между скопированными буквами высокочастотной составляющей становится L+ΔL. Далее взгляд концентрируется в точку наблюдения между глазами и проекциями. Происходит двоение проекций, и затем их наложение (или фузия). При этом число проекций размера L становится, как минимум, четыре, две средние приобретают стереоскопическую глубину непрерывного пространства воды и облачного неба. Все высокочастотные составляющие имеют стереоскопическую глубину, а над общим высокочастотным фоном располагается выбранная буква или слово. Расстояние до точки концентрации взгляда зависит от линейного размера стереоскопических проекций размера L, расстояния до них. Концентрация взгляда на различных расстояниях до подборки ПИ фиг. 2 позволяет получать стереоскопическую глубину изображений размером L и l ближе или дальше относительно друг друга.
стг
На фиг. 3 приведены два графика показаний альфа (АР) и тета (TP) активности при плоскостном и трехмерном восприятии стереограммы И фиг. 2. Цифрой «1» обозначено плоскостное восприятие стереограммы. При этом число низкочастотных проекции должно быть три, и фокусировка глаз осуществляется на плоскости стереограммы. Цифрой «2» показаны условия восприятия глубины и объема стереограммы. Фокусировка глаз происходит до плоскости стереограммы. Число низкочастотных проекций должно быть четыре. Две средние имеют восприятие перспективы стереоглубины - на переднем плане поверхность воды, на дальнем - полоска острова в середине. Зависимости получены для левого и правого полушарий мозга - горизонтальная шкала. На вертикальной шкале откладываются значения мощность ЭЭГ активности.
эг
На фиг. 4 даны показания при плоскостном (цифра 1) и трехмерном восприятии (цифра 2) плоскостного изображения И, показанного на фиг. 1. На верхней части показаны данные по тета-активности (TP), на нижней приведены уровни альфа-активности (АР).
На фиг. 3 и 4 для упрощения представлены только затылочные отведения.
эг
стг
эг
эг
Принцип действия способа следующий. Выбираются плоскостное изображение И и стереограмма И. На изображении И испытуемый может получать эффекты восприятия глубины и объема или воспринимать ее как плоскую проекцию. При плоскостном восприятии испытуемый осматривает всю плоскость И. Визуально это можно контролировать по движениям глаз и утверждению испытуемого, что для него изображение не имеет эффектов восприятия глубины и объема. Когда испытуемый концентрирует взгляд в локализованной области изображения, возникают эффекты восприятия глубины и объема.
эг
стг
Вторым плоскостным изображением является стереограмма. Стереограмма позволяет получать трехмерное и плоскостное восприятие. При трехмерном восприятии число низкочастотных составляющих должно быть 4. Две средние приобретают пространственную перспективу образов. Вертикально появляются контуры слова «Россия». В условиях плоскостного восприятия число низкочастотных проекций - три. На расстоянии около 2 метров располагаются выбранные изображения. Формат изображения И - 40×60 см, И - 30×40 см. На голове испытуемого крепятся датчики, регистрирующие ЭЭГ активность мозга.
Регистрация ЭЭГ осуществлялась с помощью компьютерного электроэнцефалографа Нейрон-Спектр-1 фирмы "Нейрософт" (Россия) (частота пропускания усилителей 0.5-35 Гц) монополярно от 8 симметричных отведений правого и левого полушарий: затылочных (O1, O2), височных (T3, T4), центральных (C3, C4), лобных (F1, F2), расположенных по международной схеме 10-20. Первичные данные записи ЭЭГ обрабатывались с помощью пакета стандартной программы «Нейрон-Спектр.NET». Изучали пространственные и амплитудно-частотные характеристики корковой электрической активности. Выделенные единичные отрезки ЭЭГ (эпохи анализа), по 10 секунд каждый, лишенные артефактов, обрабатывались методом спектрального анализа в области 3-30 Гц с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье в программе BrainLoc. При построении показаний мощности для фиг. 3 и 4 использовались усредненные значения эпох анализа.
При последовательной установке выбранных изображений по команде испытуемого проводится регистрация ЭЭГ активности в условиях их плоскостного и трехмерного восприятия.
стг
2
2
2
2
Восприятие стереограммы И (фиг. 2). Показания регистрируемой мощности ЭЭГ активности приведены на фиг. 3. На верхних зависимостях показаны значения для тета-активности (TP). Цифра «1» - плоскостное восприятие стереограммы. На левом полушарии уровень мощности - 8,4 мкВ, на правом - 27 мкВ. На правом полушарии мощность больше в 3,2 раза. Условие восприятия стереоглубины - цифра «2»:значения мощности на левом полушарии составляют величину 16,3 мкВ, для правого полушария - 37,4 мкВ. На правом полушарии мощность больше в 2,3 раза. Отношение мощности трехмерного восприятия по сравнению с плоскостным показывают увеличение: на левом полушарии в 1,9 раз, на правом в 1,4 раза.
2
2
2
2
2
2
Альфа-активность (фиг. 3-АР). В условиях плоскостного восприятия величина мощности на левом полушарии - 13,1 мкВ, на правом полушарии - 17,4 мкВ. Мощность правого полушария в 1,3 раза больше, чем на левом. Трехмерное восприятие: на левом полушарии мощность достигает значения 27,4 мкВ, на правом 33,8 мкВ. Мощность правого полушария в 1,2 раза больше, чем на левом. В условиях трехмерного восприятия получено увеличение мощности по левому полушарию с 13,8 мкВ до 27,4 мкВ. Или в 2,1 раза. Для правого полушария аналогичный параметр - 1,9 раз.
эг
2
2
2
2
Параметры ЭЭГ для плоскостного изображения И (фиг. 4). Все полученные показания для правого полушария больше аналогичных показателей левого полушария. Плоскостное восприятие, тета-ритмы (ТР-1). Мощность правого полушария (29 мкВ) больше мощности левого (9,4 мкВ) в 3,1 раза. В условиях трехмерного восприятия (ТР-2) мощность правого полушария (37,3 мкВ) больше мощности левого (11,7 мкВ) в 3,2 раза. При этом на левом полушарии переход от плоскостного восприятия к трехмерному увеличивает мощность в 1,2 раза. На правом полушарии аналогичный параметр имеет коэффициент повышения мощности в 1,3 раза.
2
2
2
2
Альфа-ритмы (фиг. 4-АР). В условиях плоскостного восприятия мощность на левом полушарии с 9,7 мкВ повышается для правого полушария до значения 24,2 мкВ. Коэффициент повышения - 2,5 раза. В условиях трехмерного восприятия мощность левого полушария - 17,5 мкВ повышается для правого полушария до 28,8 мкВ. Коэффициент увеличения - 1,6 раз. Переход от плоскостного к трехмерному восприятию увеличивает мощность на левом полушарии в 1,8 раз. Для правого полушария аналогичный параметр показывает увеличение в 1,2 раза.
Обобщение показаний фиг. 3 и 4 позволяет сделать три вывода: первый, получено превышение мощности тета ритмов над альфа; второй; превышение мощности тета- и альфа-ритмов ЭЭГ активности на правом полушарии над левым; третий, на правом и левом полушарии показано увеличение мощности в условиях трехмерного восприятия по сравнению с плоскостным.
Представленные изображения используются в тренинге зрительного восприятия по развитию способности структуризации креативной глубины. Новый феномен зрительной системы, последующий тренинг зрительного восприятия а следовательно, и усиление тета- альфа-ритмов ЭЭГ происходит на плоскостных изображениях, при наблюдении глубины растровых изображений. Уровень проникновения растровых изображений в быту охватывает все больший диапазон: почтовые отправления, рекламных баннеры, растровая 3D-фотография, 3D сувениры и т.д. При этом на неосознанном уровне проводится тренинг новых способностей восприятия. Наблюдение глубины растрового изображения происходит ВСЕГДА вне плоскости расположения растра. Более того, внимательно рассматривая растр, можно получить изменение глубины его восприятия. Тем самым используются безграничные и бесплатные ресурсы среды, как и рекомендуется в теории решения изобретательских задач (ТРИЗ). Этот процесс будет происходить постоянно. Трудно предположить, что, как минимум, в ближайшей перспективе уменьшится время воздействия на зрительное восприятие плоскостных, растровых изображений техногенной среды обитания.
В предположении, что правое полушарие доминирует при активации интуитивного процесса мышления, система тренинга, приведенные данные и настоящий способ подтверждают взаимодействие развития креативной глубины и интуитивного мышления. Возможно, что и на уровне нейронной сети головного мозга развиваются новые механизмы взаимодействия пространственного позиционирования.
Литература
1. Пат. №2264299 RU. Способ формирования трехмерных изображений (варианты) // Антипов В.Н. 2005.
2. Антипов В.Н., Балтина Т.В., Якушев P.C., Антипов А.В. Когнитивный контроль зрительного восприятия современного человека как объект изучения биоэкологи // Ученые записки КазГУ. Серия естест. науки. - 2008. - Т. 150, кн. 3. - С. 145-151.
3. Антипов В.Н., Жегалло А.В. и др. Экспериментальное изучение 3D-восприятия образов плоскостных изображений // «Экспериментальный метод в структуре психологического знания» / Отв. ред. В.А. Барабанщиков. - М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2012. - С. 187-194.
4. Пат. 2318477 RU. Способ развития зрительной системы человека // Антипов В.Н. 2008.
5. Пат. №2391948 RU. Способ развития стереоскопического зрения // Антипов В.Н., Антипов А.В. 2010.
6. Пат. №2484790 RU. Способ развития когнитивного трехмерного восприятия плоскостных изображений // Антипов В.Н., Жегалло А.В. и др., 2013.
7. Пат. №2530660 RU. Способ выявления диапазона условий восприятия глубины образов плоскостных изображений // Антипов В.Н., Жегалло А.В., 2014.
8. Пат. №2532401 RU. Способ выявления условий восприятия глубины образов плоскостных изображений // Антипов В.Н., Жегалло А.В., 2014.
9. Звездочкина Н.В., Антипов В.Н., Ахмадуллина Г.Н. Психофизиологические особенности 3D-восприятия плоскостных изображений // «Экспериментальный метод в структуре психологического знания» / Отв. ред. В.А. Барабанщиков. - М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2012. - С. 798-804.
10. Пат. №2521842 RU. Способ выявления способности трехмерного восприятия плоскостных изображений // Антипов В.Н., Звездочкина Н.В., 2014.