Как классический визуальный поиск предсказывает результаты в реальных условиях

Активный визуальный поиск в естественных условиях отражает индивидуальные различия в классической поисковой производительности

Визуальный поиск является повсеместной деятельностью в реальных условиях. Однако традиционно его исследуют в строго контролируемых парадигмах, где участники с фиксированным положением головы ищут минималистичную цель среди загроможденного массива объектов на экране компьютера. Предсказывают ли традиционные задачи визуального поиска производительность в естественных условиях, где участники активно исследуют сложные реальные сцены?

Методология исследования

В данном исследовании мы используем достижения технологии виртуальной реальности, чтобы проверить, в какой степени классический и натуралистический поиск ограничены общим фактором — объемом набора (количеством элементов в визуальном отображении), и в какой степени индивидуальные различия в классическом поисковом поведении предсказывают натуралистическое поисковое поведение в большой выборке людей (N=75).

Задачи и процедуры

В задаче натуралистического поиска участники искали объект в своей среде с помощью комбинации поворотов головы и движений глаз с использованием гарнитуры виртуальной реальности. Затем в классической поисковой задаче участники искали цель среди простого массива цветных букв, используя только движения глаз. В каждой задаче мы обнаружили, что производительность поиска участников зависела от увеличения объема набора.

Результаты

Критически важно, что мы наблюдали, что эффективность участников в классических поисковых задачах — степень, в которой объем набора замедлял производительность — действительно предсказывала эффективность в реальных сценах. Эти результаты демонстрируют, что классические компьютерные задачи визуального поиска являются excellent моделями активного поведения в реальном мире.

Введение

Поиск объекта в загроможденной среде является повсеместным визуальным поведением. Механизмы, с помощью которых люди осуществляют визуальный поиск, всесторонне изучены в традиционных компьютерных условиях с использованием как искусственных массивов, так и сложных изображений сцен. Однако мало что известно о том, распространяются ли принципы визуального поиска, выявленные этими исследованиями, на активное, самонаправленное исследование в реальных условиях, и ограничивается ли индивидуальная производительность в традиционных и натуралистических контекстах общими факторами.

Классические исследования

Классические компьютерные исследования выявили многочисленные факторы, которые управляют производительностью визуального поиска. Например, поиск ограничен сходством между визуальными характеристиками цели (например, цвет, форма, размер) и массивом отвлекающих элементов, в который она embedded. Ключевым компонентом этих исследований является использование минималистичных, упрощенных стимульных массивов, которые позволяют экспериментаторам систематически манипулировать одним интересующим фактором (например, цветом), контролируя другие (например, форму, размер), и измерять воздействие этого изолированного фактора на производительность.

Ограничения классического подхода

Однако компьютерный подход имеет два ключевых недостатка, которые ограничивают обобщение до реального поискового поведения. Во-первых, искусственные стимулы lack сложные визуальные статистики и структурные подсказки, присутствующие в реальных сценах. Во-вторых, компьютерные подходы задействуют рабочую память иначе, чем активные, immersive контексты.

Виртуальная реальность как инструмент исследования

Виртуальная реальность (VR) предлагает дополнительные возможности для исследования визуального поведения в натуралистических контекстах. Подобно реальным условиям, VR-гарнитуры позволяют исследователям изучать поиск в активных условиях, где рабочая память может направлять поиск across пространственных систем отсчета. Однако в отличие от реальных условий, VR позволяет исследователям легко представлять разнообразные наборы стимулов, манипулировать specific особенностями окружающей среды этих стимулов и исследовать вклад этих факторов в производительность визуального поиска.

Фокус исследования

В данном исследовании мы сосредоточились на одном ключевом факторе, который ограничивает поисковую производительность в классических исследованиях — объеме набора: количестве элементов в визуальном массиве. Увеличение объема набора ухудшает поисковую производительность как в искусственных массивах, так и в изображениях сложных сцен. Однако остается неясным, ограничивают ли эффекты объема набора поведенческую производительность аналогичным образом во время активного исследования реальных сред, где environmental структура и память доступны для помощи в направлении внимания.

Методы

Участники

75 взрослых приняли участие в двух экспериментах (N=49 женщин; средний возраст 21.55±3.31 года). Участники были отобраны на основе: (1) наличия нормального или скорректированного до нормального зрения и отсутствия дальтонизма, (2) отсутствия неврологических или психических заболеваний, (3) отсутствия истории эпилепсии.

Эксперимент 1: Натуралистический визуальный поиск

Стимулы состояли из 360-градусных "фотосфер" реальных сцен, полученных с веб-сайта обмена фотографиями. Мы курировали 54 фотосферы с четырьмя критериями, чтобы минимизировать complications определения объема набора в реальных сценах. Мы adopted концепцию визуального загромождения как прокси для объема набора в реальных сценах и приблизительно оценили визуальное загромождение каждой фотосферы с помощью алгоритма сегментации протообъектов.

Эксперимент 2: Классический визуальный поиск

Стимулы состояли из массивов букв, которые представлялись на сером фоне вокруг центральной точки фиксации. Буквы в массиве имели два feature измерения: форму (Ts и Ls) и цвет (красный и черный). Дисплеи имели три возможных условия объема набора: 5, 15 или 25 букв.

Результаты

Производительность натуралистического визуального поиска

Мы обнаружили, что participants были быстрее и точнее в locating цели в менее загроможденных по сравнению с более загроможденными сценами. Комбинируя данные across наших participants, мы found значительную корреляцию между уровнем загромождения и временем реакции для правильного обнаружения цели.

Производительность классического визуального поиска

Мы оценили relationship между объемом набора и поисковой производительностью в классической парадигме визуального поиска. Для trials с присутствием и отсутствием цели мы использовали separate линейные модели смешанных эффектов для оценки фиксированного эффекта объема набора на время реакции с учетом случайного эффекта subject.

Связь между задачами

Мы found значительную relationship между поисковой эффективностью в задаче натуралистического поиска и trials с присутствием цели в задаче классического визуального поиска. Эти результаты предполагают, что эффективность в классической задаче визуального поиска, indexed манипуляцией объема набора, предсказывает эффективность в натуралистическом визуальном поиске, indexed манипуляцией загромождения в сложных визуальных сценах.

Обсуждение

Мы обнаруживаем, что визуальный поиск в immersive реальных условиях имеет remarkable сходства с классическим поиском в двух важных аспектах. Во-первых, производительность как классического, так и натуралистического поиска ограничена объемом набора. Во-вторых, индивидуальные различия в поисковой эффективности связаны в обеих задачах.

Значение для будущих исследований

Связывание индивидуальной производительности между компьютерными и натуралистическими условиями является central для идентификации когнитивных факторов и task стратегий, которые облегчают визуальный поиск. Различия в производительности визуального поиска были demonstrated across развития и здорового старения, клинических диагнозов и expertise.

Эти findings предполагают, что индивидуальная поисковая производительность ограничена common свойствами в искусственных и натуралистических контекстах и имеет important implications для relating моделей зрения к реальному поведению.