视觉搜索中的非对称性实验报告

心 理 实 验 报 告

1. 题目

视觉搜索中的非对称性

2. 引言

非对称搜索是指在甲项目中搜索乙项目或在乙项目中搜索甲项目所用的时间不一样。 关于非对称性搜索，Treisman 八十年代以来做了很多相关实验，其中，在以三角形和角分别为靶项目的实验中，搜索三角形所用的时间小于搜索角所用的时间。这在一定程度上暗示了封闭性的拓扑性质是前注意加工的特征。而ulesz （1981）根据他的质地分离实验结果否定封闭性是前注意加工的特征。他认为自由线段的终端或终端子（terminater ）是前注意加工的特征。直线与角都有两个终端子，而三角形没有终端子。如果要用终端子来说明上述三角形和角的搜索非对称性，那就意味着，从有终端子的干扰项中搜索无终端子的靶子要快于相反的条件。而Treisman 在以封闭圆和开口圆作为靶项目的实验中，搜索封闭圆要比开口圆慢。这似乎否认了封闭性的拓扑性质是前注意加工的特征。Treisman 对于这两个互相矛盾的实验结果的解释是：设想三角形可能在某个其他的简单特征上有别于角或线段。开口圆具有的线段终端可在前注意阶段被觉察，因此开口圆可被快速搜索；而封闭性可看作封闭程度的连续体，可在不同程度上被封闭圆和开口圆共有，当二者差别大时（开口比例为1/2），封闭圆较易搜索，而开口小时搜索就慢。 总之，在这个领域中还有待进一步的研究。本实验主要以封闭圆和开口圆作为靶子来探索非对称性现象，并封闭性这一拓扑性质在前注意加工中的作用。

3. 方法 3.1被试：

3.2仪器材料：开口圆或封闭圆，包含三种开口大小1/2、1/4、1/8（指开口占圆周长的比例），三种干扰项数目，1个、6个、12个 3.3实验程序：

3.3.1：实验前被试阅读指导语，明确若搜索到干扰项后按红键，没有找到按绿键，如若按键立即修改。

3.3.2：电脑屏幕上出现一组开口圆或封闭圆，根据要求搜索干扰项，搜索到或没搜索到后按相应键确认，按键立即修改。搜索六次后休息10s 后继续。每组项目随机呈现。

4．结果

表1-1

封闭圆和开口圆的非对称性搜索的时间（ms ） 搜索项目 开口圆 封闭圆 画面大小 开口大小 有靶子 无靶子 有靶子 无靶子 1 1/2 1086.50 1098.16 993.29 986.08

1/4 893.05 933.97 947.58 903.10 1/8 993.19 889.74 069.21 966.84 6 1/2 964.13 1244.76 112.68 1097.89 1/4 980.85 1165.26 152.32 1156.24 1/8 1209.23 1122.34 328.42 1550.61 12 1/2 1027.45 1270.16 074.58 1156.16 1/4 1202.46 1440.74 581.85 1695.36 1/8 1389.36 1490.31 555.97 2110.58 表1-2

封闭圆和开口圆的非对称性搜索的时间（ms ）

画面大小

1 1 1 6 6 6 12 12 12

表1-3

开口大小

0.5 0.25 0.125 0.5 0.25 0.125 0.5 0.25 0.125

开口圆

989.685 925.34 518.025 605.285 654.28 939.515 615.37 1138.605 1333.275

封闭圆

1087.83 913.51 941.465 1104.445 1073.055 1165.785 1148.805 1321.6 1439.835

画面大小的主效应差异显著，P.05；画面大小与开口大小的交互作用差异显著，P

由上表：以开口圆为靶子时，画面大小越大，反应时间越长。

表1-5

画面大小的主效应差异显著，P

由上表：以封闭圆为靶子时，画面大小越大，反应时间越长。 表1-7

开口圆与封闭圆反应时的T 检验 画面大小 开口大小 Sig

1 0.5 .268

0.25 .332

0.125 .67

6 0.5 .34

0.25 .276

0.125 .375

12 0.5 .907

0.25 .547

0.125 .251

由表可得，开口圆与封闭圆反应时差异不显著。

5. 讨论：

实验结果显示，在何种画面大小或开口水平下，搜索开口圆的反应时几乎均小于搜索封闭圆的反应时，这与“Treisman 曾经用封闭的三角形和角做靶子分别进行搜索实验”的结果相左。但这并不意味着是一个否认“封闭性这一拓扑性质是前注意加工的特征”的证据。除了实验结果的信效度不能保证以外（这一点将在谈及实验设计不足之处时详谈），根据前人的研究，我们还可以用其他的理论来解释这一结果。

在解释结果之前，有必要先回顾下前人有关于视觉搜索中的非对称性的所做的实验以及一些理论的研究。

5.1. 前人的研究：

5.1.1 Treisman (1988)发现在直线轮廓中搜索弯曲线轮廓比较容易，反之则不易，这是因为在视觉搜索任务中，弯曲是基本特征，能在直线轮廓中突显。研究证实：寻找一个基本特征的存在比搜索它的缺失要有效的多。

5.1.2Kristjansson 和Tse(2001)发现这样一种非对称性：在弯曲连续的图形中搜索弯曲不连续的图形，为平行搜索，反之则为系列搜索；在圆中搜索椭圆为平行搜索，反之则为系列搜索。 5.1.3 Wang(1994)认为靶子与干扰子之间熟悉性的不同是平行搜索的必要条件，由于熟悉的项目激活度小，新颖的项目激活度大而导致上述结果。

Malinowski(2001)认为在熟悉的干扰子中搜索熟悉的靶子是容易的，因为：在显示系列中，

干扰子的数目一般要大于目标的数目，所以熟悉的干扰子使背景项目更容易组群，并且熟悉的干扰子也容易组群。由此得出：干扰子的熟悉性，而不是靶子与干扰子之间熟悉性的不同决定了搜索的效率。两者都强调了刺激熟悉性的重要性。

5.1.4基于“原型一偏离假说的搜索非对称”理论认为：新颖的刺激比原型的刺激具有更大的激活性，从而使得在低激活性的干扰子中搜索高激活性的靶子较快，而在高激活性的干扰子中搜索低激活性的靶子则慢得多。

5.1.5 Duncan和Humphyeys(1989)的刺激相似性理论认为目标搜索是由目标一干扰子之间的相似性和干扰子彼此之间的相似性决定的。目标与干扰之间的相似性越小，干扰与干扰之间的相似性越大，越容易组群，形成局部对比，从而使靶子突显。

5.2结果解释

5.2.1开口圆的搜索快于封闭圆的搜索，但差异不显著的结果解释 5.2.1.1在假设差异不显著可信度不高的情况下，作以下解释： 上述提到的前人得出的三个理论“相似性理论”、“熟悉性理论”、“原型一背离假说理论”都可对在封闭圆下对开放圆的有效搜索作出相应的解释。

5．2.1.1.1相似性理论解释是：不熟悉的靶子和熟悉的干扰子的相似性小，使干扰子容易组群，形成局部对比，从而使靶子突显。在这里所谓所谓熟悉的靶子是封闭圆，这很好理解，一般说来，我们接触封闭圆比开口圆几率大的多。但是一个存在的问题是：当开口圆开口为1/8时，开口圆与封闭圆的相似性就不小，干扰子不容易组群，这时应当是非有效搜索了。另外，但当靶子、干扰子角色互换时，相似性程度一样，就有不一样的搜索效率。所以相似性原则的解释率是很小的。

5．2.1.1.2熟悉性理论的解释是有两个：在“对于封闭圆的熟悉度大于开口圆的”假设前提下，一是因为熟悉的干扰子激活度小于新颖的干扰子，所以导致上述结果。

根据Malinowski 的理论，高的搜索绩效或产生于干扰子的熟悉性，靶子的新颖性，或产生于靶子新颖性和干扰子的熟悉性两者的结合。因为干扰子的数目一般要大于目标的数目，熟悉的干扰子就能使项目背景更容易组群，从而使得靶子突显出来。

5．2.1.1.3原型一背离假说理论的解释：视觉搜索的非对称产生于靶子的激活性大小，封闭圆可视为原型，而开口圆则可视为原型的背离，它比封闭圆多了开口的一个特征。那么为什么不说封闭圆比开口圆多了一段圆弧的特征呢？依据我们的经验，当看到一个开口圆时，我们在脑子中会不自然的出现圆这个原型，而看到圆时，一般不会出现圆弧这一原型。其实这个理论与熟悉理论的本质差不多，都强调新颖性刺激具有更大的激活性，从而得到更多的注意加工。但此理论更深一步在于，其揭示了熟悉性的本质即原型，或原型的本质即熟悉性吧。 5．2.1.2在假设差异不显著成立的情况下 虽然反应时有差异，但差异不大，认为是由随机误差而并非封闭与开放的变量导致的。那么，此种状况下的解释可能是：由于开放圆与封闭圆的相似度高，不能凸显靶子，搜索为系列搜索，反应时差异不显著。

需要说明的：前后两种矛盾的理论套用显得很牵强，但是由于实验结果的可信度无法验证，所以只能这样。在这里，我更加明确了实验信效度真的是实验的基础，否则，根基不准确，理论建设推断的再好，也是假象，没有实质的意义。 5.2.2画面大小对反应时的主效应显著的结果解释：

实验结果显示无论是开口圆还是封闭圆作为靶子，画面越大，反应时越长。可能的解释是：画面大小越多，意味着干扰项目就越多，被试在搜索中就越容易被干扰。单纯针对这个结果，这样的结论到此也就差不多了，但是结合对于开口圆的搜索快于封闭圆搜索的解释来看，却

遇到这样的一个问题：原型-背离假说理论认为被试对新颖性刺激靶子—开口圆有更多的注意加工，如此，被试应该不会太受画面大小的影响才是。而且根据前人的研究：当反应时不依赖于组量变化时，称之为有效搜索(eficient of search)。既然搜索开口圆是有效搜索，那么被试更不该受到画面大小的影响了。对此，我觉得有一个可能性就是：被试主观因素占了很大的作用，当被试看到这么多干扰项时，心中可能慌乱了，影响了良好的心态，反应时从而增加了。

5.3实验的不足：

以上的结果解释建立在结果具有一定的信效度之上的。但实验本身的信效度是有待于考证的。之所以会这么说，除了对于实验严谨性之敏感之外，我将从以下几点来阐述。 5.3.1. 被试方面：

被试均为心理系的学生，对于本实验的假设、结果、理论有一定的了解。我们不能保证被试有与前人保持一致研究结果的倾向性。此外，被试连续做了两个实验，不免产生疲劳、厌烦的情绪，这也会对实验结果产生一定的影响。 5.3.2实验结果信息缺失：

实验结果中没有正确率的数据，而正确率对于反应时的解释率有很大的影响。 5.3.3被试样本量太小，不足以代表整体，从而说明相关问题。

5.3.4实验设计：红绿键容易混淆，尤其是连续按了几次红键之后，有倾向于继续按红键的倾向；尤其是越到后面，由于疲劳等按错次数增多，被试会更加厌烦，消极情绪越多，按错次数越多。可能按错后到纠正这段时间与开始搜索到按键确认的反应时差异不显著，那么反应时的解释率就会低。所以建议不要使用红绿键，但是又能用什么代替呢，相信认知心理学家们也认识到了这一点，只是没有找到相对更好的办法。心理学也有待科学技术的进步，如能在被试搜索到的瞬间电脑能够感应就好了，这要依赖于“搜索到的瞬间的脑电波与搜索期间的脑电波有差异”的假设了。

5.4研究意义以及应用前景： 5.4.1在实际生活中，人们经常要从事某种视觉搜索任务(如，复杂仪器中的特定信号搜索) ，如

何让信号从视觉“噪音”中突显以提高工效，如何通过特定的显示设计使用户能优化分配注意资源，以达到缩短平均搜索时间，迅速从多个干扰项中查找到目标，也可从搜索的非对称研究中得到启发。

5.4.2从对视觉搜索非对称研究的发展趋势来分析，作为理解前注意视觉的一种工具，可在此基础上进一步探讨这种现象的生理原因。另外，既然视觉搜索的非对称是视觉基本特征的前注意加工的结果，那么可把能在搜索中突显的特征应用于计算机界面设计，从而使人类的认知加工更符合“认知经济原则”。

6. 结论

6.1视觉搜索中存在非对称性，但不显著

7参考文献：

【1】王甦等主编 当代心理学研究 北京大学出版社 19-22页 【2】李永梅曹立人 人类工效学 2OO3年6月第9卷第2期