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Bewegungs-wahrnehmung
Referentin: Nicola Désirée SchulteDozent: Dr. Alexander Schütz
Seminar: Visuelle Wahrnehmung Kurs ASS 2009
22. Juni 2009
Visuelle Bewegungswahrnehmung 2
Einstieg
Euklidische vs. projektive Geometrie
Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
1. Warum sehen wir die Welt nicht verschwommen?
Verschluss zu lange offen &
Kamera bewegt
Visuelle Bewegungswahrnehmung 3
Einstieg
Euklidische vs. projektive Geometrie
Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
2. Warum erkennen wir die Umwelt als statisch und andere(s) darin bewegt?
Visuelle Bewegungswahrnehmung 4
Einstieg
Euklidische vs. projektive Geometrie
Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
Gruppendiskussion
1. Warum sehen wir die Welt nicht ver-schwommen, obwohl das Auge keinen „Verschluss“ hat?
2. Warum erkennen wir aus dem Wirrwarr des optischen Flusses auf unserer Netzhaut, dass die Umwelt statisch ist und andere(s) sich darin bewegt?
Visuelle Bewegungswahrnehmung 5
Einstieg
Euklidische vs. projektive Geometrie
Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
Antwort zur ersten Frage
• Photorezeptoren arbeiten anders als Film
• Aufgabe von photographischem Film:– Festhalten eines statischen Bildes
• Aufgabe von Photorezeptoren:– Vermitteln von Veränderungen im Lichtfluss
• Experimentell belegt:– Keine Veränderung auf der Netzhaut
keine visuelle Wahrnehmung
Visuelle Bewegungswahrnehmung 6
Einstieg
Euklidische vs. projektive Geometrie
Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
Antwort zur 2. Frage
a) Warum wir den Raum statisch wahrnehmen:- Globaler Lichtfluss auf der Retina bei Fortbewegung- Lokaler Lichtfluss bei Objektbewegung- Reafferenzprinzip (Rückmeldung über
Augenbewegungen) Ergänzungen durch andere Sinnesorgane
b) Wie wir die einzelnen sich bewegenden Komponenten im optischen Fluss erkennen:
„Das visuelle System ist beim Entschlüsseln des optischen Flusses darauf aus, nach bestimmten Regeln Komponenten von projektiven Invarianzen zu extrahieren.“ (S. 173)
Visuelle Bewegungswahrnehmung 7
Einstieg
Euklidische vs. projektive Geometrie
Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
Weiter Gliederung
• Euklidische versus projektive Geometrie
• Zerlegung des optischen Flusses– 5 kurze Experimente
• Übertragung der experimentellen Erkenntnisse auf biologische Bewegungen
• Zusammenfassende Antwort auf die Frage nach dem Erkennen der Komponenten
Visuelle Bewegungswahrnehmung 8
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Euklidische vs. projektive Geometrie
Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
Euklidische Geometrie
• Parallelenaxiom:Parallele Geraden schneiden einander NIE.
PARALLEL
Visuelle Bewegungswahrnehmung 9
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Zusammen-fassung
Projektive Geometrie
– Geometrie desStrahlenganges
– Grundlage für das perspektivische Zeichnen
WICHTIG:– Parallelenaxiom
aufgehoben
– Konstante Verhältnisse zw. geometrischen Größen
Visuelle Bewegungswahrnehmung 10
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Zusammen-fassung
Projektive Geometrie
• Beispiele für Invarianzen von Verhältnissen
Größe des Netzhaut-bildes verändert sich
Körperproportionen bleiben gleich
Bunte Flächen ≠ Quadrate
Form wird trotzdem als Würfel erkannt
Mäd
chen
ent
fern
t sic
h
Wür
fel w
ird g
edre
ht
Visuelle Bewegungswahrnehmung 11
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Zerlegung d. optischen Flusses
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Zusammen-fassung
Zerlegung des optischen Flusses
Das menschliche Sehsystem extrahiert aus der Umwelt spontan Invarianzen von Verhältnissen
und bildet daraus (euklidisch invariante) starre Objekte, die sich im dreidimensionalen Raum bewegen.
Visuelle Bewegungswahrnehmung 12
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Zerlegung d. optischen Flusses
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Zusammen-fassung
Experiment 1
A
B
C
Visuelle Bewegungswahrnehmung 13
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Zusammen-fassung
Experiment 1
• Ergebnis:
– Nur A und C bewegen sich: unsichtbare Verbindung zw. Punkt A und C
– Nur Punkt B bewegt sich Diagonale Bewegung
– Alle drei Punkte zusammen bewegen sich:B bewegt sich auf einer Senkrechten mit den Punkten A und C hin und her
Visuelle Bewegungswahrnehmung 14
Einstieg
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Zerlegung d. optischen Flusses
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Zusammen-fassung
Experiment 1
• Erklärung:– A und C bilden ein bewegtes Bezugssystem für B
A, B und C bilden eine Bewegungseinheit
– Bewegung von B wird in 2 vektorielle Komponenten zerlegt:eine relative Bewegung zu A und eine zu C
Visuelle Bewegungswahrnehmung 15
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Zusammen-fassung
Experiment 1
• Bezug zur Frage nach dem Erkennen von Bewegungskomponenten:
Gleiche Bewegungskomponenten (A und C ODER der Körper des Kindes)
bilden ein bewegtes Bezugssystem
für andere Bewegungskomponenten (B ODER Hand des Kindes oder Marienkäfer)
Visuelle Bewegungswahrnehmung 16
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Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
Experiment 1
Das visuelle System zerlegt den optischen Fluss in eine hierarchisch geordnete Reihe von bewegten Bezugssystemen
und relativen Bewegungen zu jedem davon.
Visuelle Bewegungswahrnehmung 17
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Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
Experiment 2
• Ergebnisse:– Statt zwei Punkten, die sich auf einer Ellipse
bewegen, nimmt man eine starre Verbindung zw. den Punkten wahr, die sich auf einem gekippten Kreis bewegen.
Wahrnehmungsanalyse erfolgt spontan nach den Prinzipien der projektiven Geometrie.
Visuelle Bewegungswahrnehmung 18
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Zerlegung d. optischen Flusses
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Zusammen-fassung
Experiment 3
• Ergebnis:– Statt einer Formveränderung bevorzugt das visuelle
System automatisch die Wahrnehmung einer Vor- und Zurückbewegung eines Quadrates mit invarianter Größe.
Visuelle Bewegungswahrnehmung 19
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Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
Experiment 4
• Ergebnis:– Wahrnehmung einer Formveränderung bei
gleichzeitiger Wahrnehmung einer Bewegung ist natürlich trotzdem möglich.
– Bsp.: Wolken o.ä.
Visuelle Bewegungswahrnehmung 20
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Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
Experiment 5
• Ergebnis:– Zur Interpretation der Veränderung einer Figur als
kontinuierliche, perspektivische Transformation entsteht sogar der Eindruck, dass eine Fläche biegsam ist.
Visuelle Bewegungswahrnehmung 21
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Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
Fazit der Experimente
Der Betrachter ist nicht fähig, frei zu wählen
zw. der euklidischen Interpretation einer sich verändernden Geometrie einer Figur
und einer projektiven Interpretation.
Visuelle Bewegungswahrnehmung 22
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Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
Übertragung auf biologische Bewegungen
• Bewegte Endpunkte ansonsten unsichtbarer Linien genügen, um eine starre Linie wahrzunehmen, die sich im dreidimensionalen Raum bewegt.
12 bewegte Lichtpunkte können innerhalb 1/10 Sek. als menschliche Bewegung wahr-genommen werden.
Annahme:
Erkennung von Invarianzen = Produkt „fest verdrahteter“ Nerven von Retina zum Cortex (S. 176)
Visuelle Bewegungswahrnehmung 23
Einstieg
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Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
Fazit
• Das visuelle System abstrahiert aus den sich bewegenden Lichtpunkten Invarianzen von Verhältnissen, die es ermöglichen die menschliche Bewegung wahrzunehmen.
Lichtspuren einer gehenden Person
Point-Light-Walker:Person mit Lichtern an12 wichtigen Gelenken
Visuelle Bewegungswahrnehmung 24
Einstieg
Euklidische vs. projektive Geometrie
Zerlegung d. optischen Flusses
Übertragung auf biologische Bewegungen
Zusammen-fassung
Antwort auf die Frage 2
Wahrnehmen verschiedenerBewegungen
VisuellerFluss
Zerlegung in Vektoren
Zusammen-setzen zu bewegten Bezugssystemen
Erkennen von projektivenInvarianzen
Alles verstanden?
Vielen Dank für Eure Mitarbeit
und Aufmerksamkeit!
Beispielfragen für die Klausur
• Wieso sehen wir die Welt nicht verschwommen?Antwort: s. Folie 5
• Erkläre anhand eines Beispiels die Zerlegung des optischen Flusses!
Antwort: s. Folien 13 und 14
• Wie ist es zu erklären, dass wir 12 bewegte Punkte innerhalb kürzester Zeit als menschliche Bewegung erkennen?
Antwort: s. Folien 22 und 23
Quellen• Textgrundlage:
G. Johansson: Visuelle Wahrnehmung (1986)• Bilder (Stand: 14 Juni 2009):
– Auge: http://www.scharfe-preise.net/Home/Infos/Auge.png– Kamera: http://www.u-steinke.de/Cameras/JPG-www/Canon_EOS.jpg– Kamera, graphisch:http://www.openfoto.de/wp-content/uploads
/2009/01/grafik_3a.gif– Bild, verwackelt::
http://www.theartcompany.de/content/de/K1SPaCE1DCNSTLER/ULRICH1SPaCE120STAEGE/05_lichtfluss170.jpg
– Mann am Tisch: https://www.mev.de/imagedb/LAYOUT_WZ/ART/VOL_01/AC0010216.jpg
– Mädchen: http://www.schulbilder.org/schlafen-gehen-t7310.jpg– Regal: http://www.buecher-regalsystem.de/buecher-max/buecher-
regal_c_36.jpg– Fluchtpunkt: http://www.kunstkurs-online.de/Seiten/perspektivisch-
zeichnen/perspektive-malen.jpg– Fragen: http://p3.focus.de/img/gen/S/6/HBS6h0y6_Pxgen_r_220xA.jpg– Restliche Bilder aus: G. Johansson: Visuelle Wahrnehmung (1986)