虛擬現(xiàn)實技術(shù)對人眼視覺認(rèn)知的影響研究

■文/徐利德

虛擬現(xiàn)實技術(shù)對人眼視覺認(rèn)知的影響研究

■文/徐利德

目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)已成為投資熱點，其沉浸性、交互性、想象性特征，為體驗者營造一個可以實時交互的虛擬環(huán)境，這個技術(shù)也將運用于社會的各個方面，對社會生態(tài)產(chǎn)生影響。本文主要結(jié)合人眼的特點、格式塔心理學(xué)理論及視覺認(rèn)知理論，著眼于虛擬現(xiàn)實技術(shù)對視覺認(rèn)知的三個階段引起的變化影響：刺激—輸入、認(rèn)知、反應(yīng)—輸出，采用個案觀察法，結(jié)合個人感受，

探討了虛擬現(xiàn)實技術(shù)對人產(chǎn)生吸引的原因、人眼重新建構(gòu)視覺經(jīng)驗的過程以及新的視覺經(jīng)驗、認(rèn)知對人行為的反作用影響。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）；視覺認(rèn)知；格式塔心理學(xué)

前言

虛擬技術(shù)概念最早產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代的美國，直到80年代才得到廣泛應(yīng)用。由于虛擬技術(shù)形成的虛擬環(huán)境能夠使人充分地沉浸在其中，甚至無法區(qū)別虛擬環(huán)境和現(xiàn)實環(huán)境，其產(chǎn)生的魅力成為當(dāng)下最大的投資熱門之一，同時也引起了眾多不同學(xué)科的學(xué)者對其從不同的視角進(jìn)行研究。通過對當(dāng)前學(xué)術(shù)界最新研究成果的梳理以及在知網(wǎng)進(jìn)行關(guān)鍵詞搜索，能夠發(fā)現(xiàn)對虛擬技術(shù)的研究主要集中在三個方面：一是關(guān)注技術(shù)本身；二是關(guān)注技術(shù)的應(yīng)用；三是關(guān)注技術(shù)帶來的影響。虛擬技術(shù)解決的核心問題應(yīng)該是人與機器的交互，尤其是人眼工作原理如何與技術(shù)完美融合。虛擬技術(shù)的優(yōu)勢不可置疑，它在未來也必將運用于社會的各領(lǐng)域、各行業(yè)，其多通道形成的多感知性，讓用戶沉浸在虛擬環(huán)境，甚至使用戶難以辨別真實與虛擬，那么用戶的這種“沉浸感”是如何產(chǎn)生的呢？本文將以人眼和虛擬技術(shù)作為研究的中心，在人眼的視覺認(rèn)知理論和虛擬技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，分析虛擬技術(shù)的特征對人眼視覺的感覺、選擇、知覺的作用，探究其對人眼視覺認(rèn)知的影響，以及重新建構(gòu)的視覺經(jīng)驗、認(rèn)知對人行為的反作用影響。

1.兩大主體

1.1 虛擬技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是指采用以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技，生成逼真的視、聽、觸覺等一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬世界中的物體進(jìn)行交互，從而產(chǎn)生親臨真實環(huán)境的感受和體驗。[1]虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供一種先進(jìn)的人機界面，它通過為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等多種直觀而自然的實時感和交互的方法和手段，最大程度地方便了用戶的操作，從而減輕了用戶的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的工作效率，其效率主要由系統(tǒng)的沉浸程度與交互程度來決定。

美國科學(xué)家在1993年提出虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有三個突出特征：沉浸性——用戶變成主動的參與者，沉浸于虛擬世界中，參與虛擬世界的活動，產(chǎn)生比真實環(huán)境還真實的環(huán)境認(rèn)知；交互性——人與虛擬世界之間以自然的方式進(jìn)行交互，實時產(chǎn)生在真實世界中一樣的感知；想象性——虛擬的環(huán)境是人想象出來的，體現(xiàn)出設(shè)計者相應(yīng)的思想，可用來實現(xiàn)一定的目標(biāo)。

1.2 人眼工作機理

在具體闡述人眼視覺認(rèn)知的生理學(xué)機理時，需要對幾組概念進(jìn)行說明：知覺是通過感覺器官所獲得的刺激物，并賦予意義的心理過程；感覺則為感覺器官活動結(jié)果所產(chǎn)生刺激的直接過程，是一種自身情緒的反應(yīng)。[2]人眼是人類獲得外部信息的主要感覺器官，其基本過程是：外部信息進(jìn)入人的視野，刺激人眼視網(wǎng)膜，然后視神經(jīng)將信息傳到大腦視覺皮層，經(jīng)由大腦的綜合處理，最后形成認(rèn)知。視覺認(rèn)知是作為人體感覺器官的人眼的生理功能和大腦之間配合過程，同時也是人們對事物從局部到整體的理解過程。這個過程是視覺系統(tǒng)處理信息的過程，也是人眼從感覺到知覺的過程。

經(jīng)過長期的發(fā)展，視覺認(rèn)知從簡單的生理層面的認(rèn)知，逐步形成一套成熟的視覺認(rèn)知理論。視覺認(rèn)知理論以信息加工理論為核心，它將視覺認(rèn)知過程分為三個階段：一是視覺信息如何輸入；二是視覺信息如何被儲存和以何種形式儲存；三是儲存的信息如何被尋找、使用甚至影響新一輪的視覺信息輸入。[3]

2.虛擬技術(shù)對視覺認(rèn)知的影響

2.1 作為藝術(shù)品的頭盔顯示器

頭盔顯示器是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中普遍采用的一種立體顯示器，相對于人眼，頭盔顯示器綜合視覺、觸覺、聽覺等多種感覺通道，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的融合為人眼營造一個虛擬場景，使人眼及人沉浸其中，其帶給人的愉悅、想象、美感就如藝術(shù)所呈現(xiàn)的。

藝術(shù)作品是作為物而存在的，首要的問題之一是空間問題。[4]那么，一個意向空間如何構(gòu)成和如何被感知？系統(tǒng)仿真技術(shù)為此提供了可能。虛擬技術(shù)中的仿真系統(tǒng)通過對現(xiàn)實環(huán)境的認(rèn)識和了解，抽取其中基本要素的關(guān)鍵參數(shù)，建立與現(xiàn)實系統(tǒng)相對應(yīng)的仿真模型，真正反映出現(xiàn)實世界的運動形式和空間形式。在虛擬空間中，物體與現(xiàn)實空間呈現(xiàn)一定的比例，這個空間比例符合人眼在現(xiàn)實空間的觀看機理和視覺經(jīng)驗認(rèn)知，人眼能夠辨識出形象的空間比例，并確定自己的位置與對象空間的關(guān)系。它的實時交互性，使得顯示器隨著人的移動自動采集現(xiàn)實環(huán)境的信息并生成虛擬環(huán)境，不會讓人感受到與現(xiàn)實環(huán)境的錯位。

格式塔心理學(xué)派繼承人阿恩海姆認(rèn)為：“倘若藝術(shù)只能復(fù)制自然事物或藝術(shù)品不能使感官愉快，那就沒有正當(dāng)?shù)睦碛稍谌魏我粋€已知的社會中為藝術(shù)保留一個崇高的位置。”也就是說，藝術(shù)品只有使感官愉快，并把人理解的和確認(rèn)是真實的東西展現(xiàn)在面前，才具有其價值。人類的感覺只有維持各感覺的平衡，才能得到對現(xiàn)實環(huán)境的正確認(rèn)識。人眼是人獲取外部信息的主要方式，而虛擬技術(shù)提供視覺圖像是對感官的刺激，這是失衡的單一感覺通道，無法實現(xiàn)真正的沉浸，所以頭盔同時還具備了聽覺、觸覺等人的感官特征，實現(xiàn)藝術(shù)品頭盔呈現(xiàn)的人自身多感官通道的平衡，以實現(xiàn)人、虛擬環(huán)境、現(xiàn)實環(huán)境的平衡。

2.2 “沉浸”的美

視覺認(rèn)知理論認(rèn)為視覺認(rèn)知過程第二個階段是視覺信息如何從感覺到知覺的過程。美作為人對事物的認(rèn)知，即知覺。作為藝術(shù)作品的頭盔顯示器，是如何給人眼帶來美的視覺盛宴呢？

格式塔心理學(xué)派認(rèn)為，人類的認(rèn)知經(jīng)驗使其傾向于從整體上感知事物，部分之和不等于整體，因此整體不能分割，整體是由各部分所決定；同時人類不僅具有把握整體的能力，同時更有這種對于事物進(jìn)行“格式塔”處理的天然傾向。眼睛只收集所有的視覺刺激，大腦負(fù)責(zé)把這些感覺整理成連續(xù)的圖像，即對各個部分進(jìn)行整合，實現(xiàn)創(chuàng)造性認(rèn)知。在現(xiàn)實環(huán)境中，視覺、聽覺、觸覺等有明確的區(qū)別，隨著空間距離的增加，對人體感覺器官的刺激逐漸減小。在虛擬環(huán)境中，聽覺、觸覺等感覺成為視覺的一部分，我們對視覺世界的不同方面，都是由徹底的相互依存性所組成，各個感覺的相互聯(lián)結(jié)，配合視覺看到的畫面，在人腦認(rèn)知中形成一個沉浸的、美的虛擬世界。

同時格式塔心理學(xué)派重要繼承人阿恩海姆將觀看行為與美學(xué)結(jié)合，認(rèn)為看的過程也是審美心理產(chǎn)生的過程。他認(rèn)為，觀看的互動性、美隱含在互動的過程中；觀看具有創(chuàng)造性，不是機械復(fù)制的結(jié)果。虛擬技術(shù)除了讓人產(chǎn)生沉浸感的特征，更有交互性特征和想象性特征，這是人能產(chǎn)生沉浸感的重要原因之一。人與機器實現(xiàn)人機交互，這是人在觀看虛擬環(huán)境中的場景，同時也是與虛擬環(huán)境進(jìn)行實時互動的看的過程，并將這種觀看的過程融入現(xiàn)實環(huán)境，大腦結(jié)合以往的視覺經(jīng)驗和認(rèn)知，讓人形成在虛擬環(huán)境和現(xiàn)實環(huán)境共同作用下產(chǎn)生的沉浸美，即新的視覺認(rèn)知。

2.3 視覺認(rèn)知的沖突

人的視覺認(rèn)知是一個動態(tài)的逐步建構(gòu)的過程，越多的視覺感受，就能帶來越多的視覺認(rèn)知，而積累起來的視覺認(rèn)知又會通過行為作用于現(xiàn)實環(huán)境，獲得更加豐富的感覺，感覺與知覺通過行為彼此影響。在虛擬技術(shù)支持下，人眼接觸兩個環(huán)境：虛擬環(huán)境和現(xiàn)實環(huán)境。人眼不斷參與到虛擬環(huán)境的交互中，不斷感受、積累在虛擬環(huán)境中感覺，這些視覺感覺通過大腦的分析，逐漸成為新的視覺經(jīng)驗，一種在虛擬環(huán)境中形成的視覺認(rèn)知。但人是生活在現(xiàn)實空間的生物，人在現(xiàn)實環(huán)境中形成視覺認(rèn)知，并付之于現(xiàn)實環(huán)境，具有經(jīng)驗和行為的整體性；而當(dāng)用虛擬環(huán)境中形成的視覺認(rèn)知作用于現(xiàn)實環(huán)境時，打破了經(jīng)驗和行為的平衡，二者不再具有整體性，將一個環(huán)境中認(rèn)知，作用于另一個環(huán)境，就會在視覺認(rèn)知上產(chǎn)生沖突，甚至產(chǎn)生不協(xié)調(diào)，易導(dǎo)致視覺認(rèn)知系統(tǒng)“崩潰”。

如果將頭盔顯示器看作是一個媒介，人眼通過這個媒介獲得視覺信息，這些視覺信息形成人的視覺認(rèn)知。媒介環(huán)境學(xué)者梅羅維茨的認(rèn)為：媒介的變化必然導(dǎo)致社會環(huán)境的變化，而社會環(huán)境的變化又必然導(dǎo)致人類行為的變化，每一種特定媒介都會要求特定的行為與之適應(yīng)。在虛擬技術(shù)存在情景下，人會在虛擬環(huán)境和現(xiàn)實環(huán)境兩個不同媒介場景中形成各自對應(yīng)的認(rèn)知行為，情景與行為具有一致性，但當(dāng)回到現(xiàn)實媒介環(huán)境的時候，人必須迅速調(diào)整自己的行為，以適應(yīng)當(dāng)下的情景，否則就會導(dǎo)致行為失范。

3.總結(jié)

本文在視覺認(rèn)知理論階段劃分的基礎(chǔ)上，分析了虛擬技術(shù)對人眼視覺認(rèn)知三個階段的影響：刺激—輸入階段、認(rèn)知階段、反應(yīng)—輸出階段。虛擬技術(shù)利用仿真技術(shù)有效處理了空間及平衡問題，通過人眼提供多感覺通道，使人獲得一種在虛擬環(huán)境中形成的視覺認(rèn)知。人的經(jīng)驗和行為的完整性，要求環(huán)境與認(rèn)知的平衡，當(dāng)人從虛擬環(huán)境回到現(xiàn)實環(huán)境，將虛擬環(huán)境中的視覺經(jīng)驗付之于現(xiàn)實環(huán)境的行為，導(dǎo)致經(jīng)驗和行為的分裂，導(dǎo)致認(rèn)知沖突。所以虛擬技術(shù)帶來的生理不適、認(rèn)知沖突問題值得探討。

[1]胡小強．虛擬現(xiàn)實技術(shù)[M]．北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005：2-3．

[2]莊克仁．視覺傳播概論[M]．臺北：五南圖書出版公司，2010：105．

[3]李媛．視覺認(rèn)知理論的發(fā)展及其在建筑設(shè)計中的應(yīng)用[J]．哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2011，13（5）：49-53．

[4] [美]阿恩海姆·霍蘭·蔡爾德著，周憲譯．藝術(shù)的心理世界[M]．北京：中國人民大學(xué)出版社，2003：105．

（作者單位：中國青年政治學(xué)院新聞傳播學(xué)院研究生）

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10．19483/j．cnki．11-4653/n．2017．05．043