Menschliche Wahrnehmung (Fortsetzung)

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1 Menschliche Wahrnehmung (Fortsetzung)
Thomas Jung

2 Gliederung Modelle zur menschlichen Wahrnehmung
Aufgaben der Wahrnehmung Physiologie des Gehirns Farbwahrnehmung Objektwahrnehmung Wahrnehmung von Tiefe und Größe Bewegungswahrnehmung Hören

3 Objektwahrnehmung Elementtheorie (ca. seit 1900)
Gestalttheoretischer Ansatz (Wertheimer und andere, 1912) Wahrnehmung als Konstruktionsprozess (Rock, Brosgole, 1964) Objektwahrnehmung in Stufen (Julesz, 1981) Algorithmischer Ansatz (Marr, 1976) Raumfrequenzerklärung (Campbell, Robson 1969)

4 Elementttheorie Einzelne Empfindungen addieren sich zur Wahrnehmung
Problem: Scheinbewegung zwischen zwei Lichtbalken kann nicht erklärt werden Bild1 Bild2 Bild3

5 In welche Richtung geht das Pferd ?

6 Und jetzt ? Reiter fehlt, Führungspferd zusätzlich

7 Gestalttheorie „Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile“
Gesetz der Einfachheit Gesetz der Ähnlichkeit Gesetz der fortgesetzt durchgehenden Linie Gesetz der Nähe Gesetz des gemeinsamen Schicksals Gesetz der Vertrautheit

8 Gesetz der Einfachheit
Die wahrgenommene Struktur ist so einfach wie möglich statt

9 Gesetz der Ähnlichkeit
Spalten oder Zeilen ?

10 Gesetz der fortgesetzt durchgehenden Linie
Welche zwei Linien ?

11 Weitere Gestaltgesetze
Gesetz der Nähe Gesetz des gemeinsamen Schicksals Gesetz der Vertrautheit Maus / Kopf

12 Grenzen der Gestalttheorie
Was ist einfach ???? Was ist ähnlich ???

13 Wahrnehmung als Konstruktionsprozeß
Sensorische Stimulation führt zu Hypothesen Hypothesen werden überprüft Auge tastet Bild z. B. zielgerichtet ab.

14 Objektwahrnehmung in Stufen (Treisman 1987)
Stufe der präattentiven Verarbeitung Reizmuster wird in Elementarteilchen zerlegt Stufe der aufmerksamkeitsgerichteten Verarbeitung Elementarteilchen werden zusammengefügt Wahrnehmung eines 3D-Objekts Vergleich des Objekts mit einer im Gedächtnis gespeicherten Repräsentation Bei Übereinstimmung Identifikation des Gegenstands

15 Elementarteilchen Textone (Belesz) Geone (Biederman)

16 Algorithmischer Ansatz
David Marr, 1982 Stufenmodell Kantenerkennung ist essentiell Visuelles System kann Veränderung von Intensitäten durch Beleuchtung ignorieren Abbildung des Objeks auf die Netzhaut Kanten und Ele- mentarmerkmale identifizieren Elementarmerk- male gruppieren und verarbeiten Dreidimen-sionales Objekt wahrnehmen Primäre Rohskizze 2 1/2 D-Skizze

17 Raumfrequenzerklärung
Texturen haben eine gewisse Frequenz Mit der Entfernung zum Objekt vergrößert sich die wahrgenommene Frequenz Jedes Muster kann auf Menge von Sinuswellen abgebildet werden (Fourier, um 1800) Fourier-Analyse transformiert Bild vom Orts- in den Frequenzbereich, Fourier-Synthese wieder zurück Visuelles System führt Fourier-Analyse durch ! Campbell, Robson, 1968

18 Wahrnehmung von Tiefe Okulomotorische Tiefenkriterien
Konvergenz – Akkomodation Monukulare Tiefenkriterien Bewegungsinduzierte Tiefenkriterien Bewegungsparallaxe (Blick aus Zugfenster) Fortschreitendes Zu- oder Aufdecken von Flächen Querdisparation und stereoskopisches Sehen

19 Monokulare Tiefenkriterien
Relative Höhe im Blickfeld Relative Größe Verdeckungen Gewohnte Größe Atmosphärische Perspektive Texturgradient, lineare Perspektive

20 Wahrnehmung von Größe Erfordert Hinweise auf die Tiefe Beispiel:
Sonne und Mond erscheinen gleich groß gleich großes Abbild auf Retina (Sehwinkel: 0,5 Grad) Entfernungsänderung zu Objekten verursacht Veränderung des Sehwinkels Wahrnehmung der Größe ändert sich nicht Gehirn besitzt Mechanismus zur Größenanpassung, wenn Entfernung bekannt ist

21 Müller-Lyersche Täuschung

22 Fehlangewandte Korrektur der Größenkonstanz
Innenecke ist meist weiter weg muß vom Größenkonstanzmechanismus subjektiv vergrößert werden Das geschieht hier irrtümlich

23 Bewegungswahrnehmung
Lebenswichtige Funktion bei Tieren Lokalisation von Beutetieren Flucht vor Freßfeinden

24

25 Welche Bewegungen nehmen wir war ?
Reale Bewegungen Scheinbewegungen

26 Wann entsteht ein Bewegungseindruck ?
Gleichzeitig (keine Beweg.) < 30ms ms Teilbewegung ms Scheinbewegung Zoetrop Nacheinander (keine Bewegung) > 200ms

27 Neuronaler Schaltkreis
Blau stimulierend Rot hemmend + =

28 Reafferenzprinzip Bei Kopfdrehung bewegt sich das Abbild der Umwelt auf der Retina Bewegtes Objekt (fliegender Ball), auf das fokussiert wird, hat konstante Position auf der Retina Druck auf Augapfel verursacht Scheinbewegung !

29 Wahrnehmung gehender Personen
Schon anhand weniger Lichtpunkte läßt sich Bewegung erkennen Tiefeninformation, Geschlecht, Schwere getragener Gegenstände Wahrnehmung von Mustern statt Punkten Gehirn kann Korrespondenz zwischen zwei aufeinander-folgenden Mustern herstellen

30 Lösen des Korrespondenzproblems
Regel der Trägheit Objekte folgen Ihrer Bahn Regel der Starrheit Objekte sind selten transparent, hängen zusammen Regel des Verdeckens und Aufdeckens Reiz1 Reiz2 Wahrnehmung

31 Hören Liefert Informationen über Art, Intensition und Position von Schallquellen auch über unsichtbare Phänomene Telefon im Rücken Flugzeug am Himmel Auto auf der Straße Verdauung im Magen

32 Schall Druckveränderung der Medien Luft und Wasser
Ausbreitungsgeschwindigkeit 340 m/s in Luft Erzeugung durch Lautsprecher Membran wird zum Raum hingeschoben: Verdichtung oder vom Raum weggezogen: Verringerung der Dichte

33 Reine Töne Membran schwingt sinusförmig Beschreibbar durch
Amplitude (Druck) logarithmische Skala in Dezibel L = 20 * log ( Druck / ( 2 * 10 / N/m ) ) Hörbar von L = 0 bis 180? Frequenz Hörbar von 20 bis Hz -5 2

34 Schallpegel: Beispiele
Kaum hörbares Geräusch 0 dB Blätterrascheln dB ruhiges Wohngebiet dB normales Gespräch dB laute Radiomusik / Straßenlärm 80 dB U-Bahn-Expreßzug dB startendes Propellerflugzeug dB startender Düsenjet (Schmerzschwelle) 140 dB Raketenstart in unmitelbarer Nähe dB

35 Komplexe Töne Besitzen Klangfarbe Überlagerung verschiedenener Töne
z. B. unterschiedliche Instrumente Überlagerung verschiedenener Töne kleinste Frequenz: Grundschwingung / Tonhöhe größere Frequenzen: harmonische Oberschwingungen zeitliche Veränderung

36 Ohr - Anatomie

37 Ohr - Anatomie (2) Außenohr Mittelohr Innenohr inklusive Ohrmuschel
schützt vor Schmutz, Insekten, etc. Mittelohr Übertragung der Schwingungen zum Innenohr Druckverstärkung circa um Faktor 22 Innenohr gefüllt mit Flüssigkeit enthält Haarzellen, Verbindung zum Hörnerv

38 Cochlea Schneckenförmig, mit Flüssigkeit gefüllt
Zwei parallele Gänge durch Wand getrennt Innerhalb der Trennwand Cortisches Organ Cortisches Organ besitzt äußere und innere Haarzellen 3500 innere Haarzellen sind mit jeweils 8 bis 30 Hörnervenfasern verbunden 12000 äußere Haarzellen enden auf weniger Hörnervenfasern

39 Haarzellen Cortisches Organ bewegt sich (mechanisch übertragen)
direkte Auslenkung der Sinneshärchen (äußere Haarzellen) indirekte Auslenkung über Flüssigkeit (innere Haarzellen) Transformation hin zum Ende Ausschüttung eines chemischen Transmitters Erzeugung eines Elektrischen Signals Reizschwelle bei 100 Billionstel Millimeter !!!

40 Wahrnehmung von Frequenzen
örtliche Codierung Nur bestimmte Bereiche der Basiliarmembran des Cortischen Organs schwingen zeitliche Kodierung neuronale Entladungsrate hängt von Frequenz ab Neuronen sind in der Reihenfolge der wahr-genommenen Frequenz im Gehirn angeordnet

41 Lokalisation von Schallquellen
Interaurale Zeitdifferenz Die Ohren empfangen Geräusch zu unterschiedlichen Zeiten Interaurale Pegeldifferenz Der Kopf dämpft den Schall bevor er das abgewandte Ohr erreicht frequenzabhängig Schallreflexion an der Ohrmuschel

42 Ähnlichkeit zwischen Hör- und Sehsystem
Fourier-Analyse Beide Systeme können Frequenzbereiche bestimmen Spezifische Empfindlichkeit Auge: Reaktion auf Bewegungsrichtungen Ohr: Reaktion auf schmale Frequenzbereiche Neuronale Kartierung, Organisation in Säulen Zellen sind analog zu Rezeptoren angelegt Neuronen für spezielle Reize Auge: Geone, Formen Ohr: Klirren von Schlüsseln

43 Wahrnehmung Sehen Hören Haptisch-Somatisches System
( Hautsinne: Eingabegeräte ) Haltungssinne: Vorlesung Locomotion Interfaces Geruchs- und Geschmackssinn