#6!
PERCEZIONE
SPAZIALE E
STEREOSCOPIA!
Teoria della Percezione e Psicologia della Forma!
Spazio e Ambiente
• La percezione spaziale non è solo una
rappresentazione generata passivamente a
partire dalle caratteristiche fisiche
dell ambiente.
• Gli esseri umani devono muoversi
attivamente (correre lungo un marciapiede,
afferrare degli oggetti, lanciarli, non rompersi
il mignolo del piede ogni volta che passiamo
vicino al letto, etc!)
• Serve una comprensione dettagliata delle
caratteristiche spaziali dell ambiente.
Spazio e Ambiente
• L insieme di tali caratteristiche si può
definire il nostro schema spaziale.
• Es. dimensioni delle superfici visibili, la
loro distanza, la forma e l orientamento.
• Il problema principale, dunque, è: come
fa un osservatore (umano) a percepire
lo schema spaziale delle superfici che
compongono il suo ambiente, a partire
soltanto dalla luce riflessa da queste
superfici?
Visione come atto di
modellizzazione dell ambiente
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Come fa uso delle informazioni
ambientali il nostro sistema visivo?
Due ipotesi:
• Il sistema visivo
• Il nostro sistema
procede per
visivo è interfacciato
approssimazioni
direttamente con le
euristiche. Le
informazioni
informazioni sono
specificate
indizi .
dall ambiente.
Gibson (1979,) Marr (1982).
Gregory (1997).
DA 3D A 2D
• Il mondo fisico risponde alle leggi della
geometria euclidea.
• Es. Gli oggetti mantengono la stessa forma e la
stessa dimensione quando si muovono per lo
spazio!
• La somma degli angoli interni di un triangolo è
sempre uguale a 180°!
• Due linee rette parallele non si incontrano, etc!!
DA 3D A 2D
• La geometria delle immagini del mondo
proiettate sulla retina non è euclidea visto che il
mondo tridimensionale viene proiettato su una
superficie bidimensionale e curva come la retina.!
• Quindi per vedere il mondo reale, che risponde a
regole di tipo euclideo, il nostro sistema visivo
deve rielaborare un input.!
!
La geometria delle
immagini del
mondo proiettate
sulla retina non é
euclidea!
!
IL PROBLEMA:
DA3D
2D A 3D
DA 2D AL
• E geometricamente impossibile per il
sistema visivo creare una ricostruzione
identica dello spazio euclideo.
• Sulla base delle immagini retiniche
possiamo solo avere un indicazione sulla
possibile struttura dello spazio e degli
oggetti in esso disposti.
DA 2D AL 3D
• Per essere in grado di fornire
l'informazione 3D la visione deve
trasformare complessi patterns 2D
in movimento, sul fondo della
retina, in percezioni stabili di
oggetti 3D immersi in uno spazio
3D.
DA 2D AL 3D
• Distinguiamo fra:
• Indizi di profondità monoculari.
• Indizi di profondità binoculari.
• Tali indizi si combinano poi per fornire una
rappresentazione coerente dello spazio.
DA 2D AL 3D
• Per ricostruire gli aspetti tridimensionali
dell ambiente il sistema visivo fa uso di
una serie di indizi di profondità.
• Tali indizi sono informazioni contenute
nell ambiente circostante.
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INFORMAZIONI
OCULARI
ACCOMODAZIONE
• E il processo attraverso cui i muscoli
ciliari controllano la messa a fuoco
cambiando forma al cristallino e alla
cornea.
• E un indizio monoculare.
• E utilizzato per definire sia la distanza
degli oggetti dall osservatore sia la loro
dimensione.
Muscoli Ciliari
Muscoli Ciliari
ACCOMODAZIONE
CONVERGENZA
• La misura in cui i due occhi ruotano verso
l interno per fissare uno stimolo.
• Gli occhi fissano un dato punto nello
spazio esterno quando entrambi puntano
ad esso e la luce proveniente da questo
punto colpisce entrambe le retine sulla
fovea.
CONVERGENZA
• La convergenza fornisce informazioni sulla
profondità, poiché l angolo formato dalla
traiettoria di fissazione dei due occhi varia
sistematicamente al variare della distanza
del punto di fissazione dall osservatore.
• E un indizio binoculare.
CONVERGENZA
INDIZI DI PROFONDITA
MONOCULARI
• Gli indizi di profondità monoculari sono
quelli che non necessitano in linea di
principio dell’informazione proveniente
da entrambi gli occhi.
OCCLUSIONE
• Abbiamo già visto il
fenomeno
dell occlusione,
quando segnalava
la presenza di un
contorno non
visibile.
OCCLUSIONE
OCCLUSIONE
OCCLUSIONE
• L Occlusione è un indizio qualitativo,
poiché dà informazione sull ordine
ordinale degli oggetti.
• E un indizio statico, poiché non è
necessario che le superfici siano in
movimento.
• E relativo, poiché non ci dice nulla sulla
distanza nella terza dimensione.
OCCLUSIONE
• Come abbiamo visto, l occlusione è indice
di un contorno non visibile. Per inferire
informazioni sulla profondità il sistema
visivo si basa sulle assunzioni circa la
forma degli oggetti.
FAMILIARITÀ
• La configurazione che
percepiamo è
determinata dalla nostra
esperienza passata
• Le figure in parte
occluse vengono
completate in accordo
con la frequenza delle
forme incontrate in
precedenza.
CD&
SEMPLICITÀ DELLA FIGURA
• IPOTESI: bontà è
determinata dal numero
degli assi di simmetria
bilaterali. >assi>bontà
• B ha tanti assi di
simmetria bil.quanti
sono gli assi che
passano attraverso il
centro del cerchio (B=")
• C=1
• D=0
EF&
INTERSEZIONI DIFFERENTI
• Un intersezione a forma
di T si ha quasi sempre
quando una superficie
occlude un altra
• Intersezioni a forma di Y o
di freccia corrispondono
quasi sempre a spigoli e
quindi non segnalano
occlusioni
EG&
• La percezione
di un volume
che penetra
nell altro e
viene
parzialmente
occluso si
verifica anche
in assenza di
intersezioni a
freccia, a T o a
Y.
CORRISPONDENZA DELLA
TESSITURA
• Aree con la stessa
tessitura costituisce
un indizio molto
stabile di profondità
in caso di
occlusione.
GRANDEZZA RELATIVA
• L immagine retinica formata da un oggetto
diventa più piccola più l oggetto è lontano. !
• Noi sappiamo che gli oggetti piccoli sono
più lontani e utilizziamo questo indizio di
profondità. !
GRANDEZZA RELATIVA
ALTEZZA RELATIVA
• Normalmente oggetti a distanze diverse
dall osservatore appoggiati sul terreno, formano
immagini ad altezze diverse sulla retina. !
• Gli oggetti più vicini saranno proiettati nella parte
bassa del campo visivo.!
• Gli oggetti più lontani saranno invece proiettati
nella parte più alta del campo visivo.!
ALTEZZA RELATIVA
GRADIENTE DI TESSITURA
• Gradiente di Tessitura: cambiamenti
SISTEMATICI della forma e della dimensione di
piccoli elementi della tessitura.
• Le superfici spesso possiedono un gradiente di
tessitura che viene utilizzato dal nostro sistema
visivo per percepire la distanza e la profondità.
!
GRADIENTE DI TESSITURA
• La situazione più semplice in cui ci si trova a
percepire lo spazio è quella di una persona in
piedi su di una superficie che si estende di fronte
lui fino all orizzonte.
• In questa situazione, è già presente
dell informazione spaziale.
GRADIENTE DI TESSITURA
GRADIENTE DI TESSITURA
GRADIENTE DI TESSITURA
Violazione del Gradiente di
Tessitura
Gradiente di tessitura + Altezza
Relativa + Grandezza Relativa
• Il gradiente di tessitura deve combinarsi
con la grandezza relativa e con l altezza
relativa per dare una rappresentazione
convincente.
• Se gli indizi entrano in conflitto la
rappresentazione della profondità può
risultare compromessa.
Gradiente di tessitura vs. Altezza
relativa
• Gradiente di Tessitura, Grandezza relativa
ed Altezza Relativa sono tutti indizi non
metrici di profondità.
• Nessuno di questi indizi ci dice nulla sulle
misure assolute degli oggetti e dello
spazio.
CONTATTO OTTICO
• Se un bordo di un oggetto è fisicamente in
contatto con un altra superficie, allora la
proiezione di questo bordo è
necessariamente sovrapposta sulla
proiezione ottica della superficie.
• Questa configurazione si dice contatto
ottico.
CONTATTO OTTICO
• Il contatto fisico implica il contatto ottico.
• Viceversa il contatto ottico non implica il
contatto fisico.
• E un indizio del contatto fisico.
CONTATTO OTTICO
OMBRE PROIETTATE
GRANDEZZA FAMILIARE
• Si possono ottenere informazioni sulla
profondità avendo una conoscenza
pregressa della grandezza di un certo
oggetto.!
• La grandezza familiare è un indizio
metrico.!
GRANDEZZA FAMILIARE
PROSPETTIVA AEREA
PROSPETTIVA AEREA
• Alcune proprietà atmosferiche sono indizi
della lontananza degli oggetti.
• Nello specifico abbiamo conoscenza
implicita del fatto che la luce si disperde
nell atmosfera.
• Maggiore è la quantità di atmosfera
attraverso la quale si guarda, maggiore è
la dispersione della luce.
PROSPETTIVA AEREA
PROSPETTIVA LINEARE
• Un fatto importante della percezione dello
spazio è che le linee che sono parallele
nel mondo 3D, proiettano diversamente in
2D.
• Le linee convergono verso un punto di
fuga sulla linea dell orizzonte.
Prospettiva Lineare
Le linee che convergono nel punto P, sono in
realtà parallele nel mondo tridimensionale.
Anche la prospettiva lineare è un indizio di
profondità non metrico.
INDIZI MONOCULARI DI
MOVIMENTO
• Il movimento è utile a carpire informazioni
sull ambiente.
• Le trasformazioni dinamiche
dell informazione specificata
dall ambiente dovute al movimento
genera nuove fonti di informazione
spaziale.
• Perché?
Movimento e Trasformazione dello
schema spaziale
• Il nostro movimento fa in modo che:
• Superfici lontane diventino più vicine,
• Superfici o parti di superfici nascoste
diventino visibili.
Movimento e Trasformazione dello
schema spaziale
• In altre parole: il movimento causa
la trasformazione graduale di molte
strutture dello schema spaziale dal
quale attingiamo informazioni.
FLUSSO OTTICO
• Quando l osservatore si muove lungo una
linea retta, il suo movimento produce un
cambiamento nella direzione angolare di
molti punti percepiti.
• Questa complessa e continua
trasformazione degli stimoli distale e
prossimale si chiama flusso ottico.
Esempi di Flusso Ottico
Alcuni tratti dello schema ottico variano, altri no
KINETIC DEPTH EFFECT
KINETIC DEPTH EFFECT
• Quando il filo è immobile viene percepito come
bidimensionale.
• Quando il filo ruota lungo il suo asse verticale
viene percepito come tridimensionale.
• Il problema è geometricamente indeterminato:
potrebbe trattarsi di deformazioni di una forma
2D.
• Euristica: il sistema visivo normalmente
percepisce questo movimento come il
movimento di un corpo rigido 3D.
PARALLASSE DI MOVIMENTO
• Le immagini di oggetti posti a distanze differenti
dall osservatore si muovono a diverse velocità
sulla retina, al mutare della posizione
dell osservatore: questo fenomeno si dice
parallasse di movimento.
• La parallasse di movimento confronta la
differenza fra due immagini retiniche sequenziali.
PARALLASSE DI MOVIMENTO
•
•
•
•
Chiudete un occhio.
Aprite la mano a 30 centimetri da voi.
Abbassate l indice tenendolo teso.
La percezione della profondità delle dita è
compromessa.
• Muovete la testa e la percezione della
profondità è ripristinata.
PARALLASSE DI MOVIMENTO
PARALLASSE DI MOVIMENTO
• Il treno si sposta da sinistra verso destra e gli
oggetti del mondo esterno si spostano nella
direzione opposta. Alcuni si muovono più di altri. !
• Il punto di fissazione non si muove lungo la
retina - fovea.!
• Il resto del campo visivo si muove con una
velocità e in una direzione che dipende dalla
relazione di profondità con il punto di fissazione.
INDIZI DI
PROFONDITA
BINOCULARI
• Sommazione binoculare: Vantaggio nel
percepire gli oggetti fornito dal fatto di avere
due occhi invece di uno.!
• Disparità binoculare: Differenza fra le
immagini retiniche dei due occhi della stessa
immagine visiva. !
• Stereopsi: l impressione di tridimensionalità
che si ha guardando il mondo con entrambi
gli occhi. La stereopsi dipende in parte dalla
disparità binoculare.!
Disparità Binoculare
Disparità Binoculare
• Il sistema visivo percepisce
contemporaneamente due immagini
retiniche diverse.
• Il risultato è che noi vediamo le due dita e
il punto di fissazione a differenti profondità
nella spazio.
Disparità Binoculare
• La disparità binoculare ha molto in
comune con la parallasse di movimento.
• La parallasse di movimento confronta due
diverse immagini retiniche in modo
sequenziale.
• La disparità binoculare due diverse
immagini retiniche contemporanemente.
Disparità Binoculare
• La direzione della disparità: ci dice quale
punti sono più vicini e quali più lontani dal
punto di fissazione.
• La grandezza della disparità: ci dice quali
punti sono più vicini e quali più lontani a
noi.
Posizioni Corrispondenti sulla
Retina
• Posizioni sulla retina che coincidono se le
due fovee sono sovrapposte.
• La disparità binoculare emerge quando un
dato punto nell ambiente esterno proietta
su punti differenti sulle due retine.
Disparità incrociata:
Il punto blu è più vicino del
punto di fissazione.
Disparità non incrociata:
Il punto rosso è più lontano del
punto di fissazione.
L OROPTERE
• Non tutti i punti nell ambiente producono
disparità sulle retine destra e sinistra.
• L insieme dei punto che stimolano
posizioni corrispondenti sulle due retine si
dice Oroptere.
• Dal punto di vista geometrico l oroptere
coincinde più o meno con il circolo di
Vieth-Muller.
L Oroptere
L Oroptere
L Oroptere
I punti che
non
presentano
disparità
retinica
cadono lungo
il cerchio
dell oroptere
L Oroptere
L Oroptere
DIPLOPIA
• Perché non percepiamo
immagini doppie (diplopia)?
AREA DI FUSIONE DI PANUM
• Gli oggetti che sono in prossimità dell oroptere,
tuttavia, possono essere percepiti come unici.
• L area dello spazio in cui è possibile la visione
singola binoculare si dice Area di Fusione di
Panum
• L’area di Fusione di Panum non coincide
perfettmente con l oroptere geometrico.
DIPLOPIA
• Cosa accade ai punti che non si trovano
nell’area di Fusione di Panum?
• La diplopia c’è, ma viene percepita come
profondità.
Lo Stereoscopio
Sir Charles Wheatstone
Stereogrammi
• Gli stereogrammi furono
inventati sempre da Charles
Wheatstone nel 1838.
• Coppie di immagini che
differiscono per il
posizionamento laterale
relativo degli elementi.
• Quando vengono viste
stereoscopicamente
producono un illusione di
profondità.
Stereogrammi
Stereogrammi
• Anche in questo caso il fulcro della
questione è la disparità binoculare.
• Le due immagini sono relativamente
dislocate lateralmente.
• Quando le due immagini vengono fuse
stereoscopicamente danno l illusione
della profondità.
Stereogrammi
• Per fondere stereoscopicamente le due
immagini è necessario sovrapporre le due
immagini percepite dai due occhi di modo che il
cervello possa fonderle in una.
• CONVERGENZA INCROCIATA (incrociare gli
occhi).
• CONVERGENZA NON INCROCIATA (guardare
l’immagine come se fissassi un punto più
lontano).
Stereogrammi
• Tutti possiamo vedere l illusione di
profondità nella figura esposta. Besta un
po di pratica.
• A meno che non siamo affetti da
stereocecità.
• La stereocecità è spesso causata da
disturbi come lo strabismo.
IL PROBLEMA DELLA
CORRISPONDENZA
• Come i tratti di un’immagine retinica
vengono messi in corrispondenza con i
tratti dell’altra immagine retinica?
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Stereogrammi di Punti Casuali
• Bela Julesz (1971).
• La stereopsi può essere
utilizzata per individuare
oggetti e superfici
nell ambiente.
• Negli steregrammi di punti
casuali noi percepiamo una
nuova immagine
tridimensionale, che non è
rintracciabile in nessuno
delle due immagini fuse.
Lo stereogramma è formato da centinaia di punti !
bianchi e neri disposti casualmente.!
Non contiene indizi di profondità
monoculari.!
AUTOSTEREOGRAMMI
AUTOSTEREOGRAMMI
Stereogrammi
• Sir Charles Wheatstone dimostrò che la
disparità binoculare è una condizione
necessaria alla stereopsi.
• Bela Julesz dimostrò che la disparità
binoculare è anche condizione sufficiente
alla steropsi.
