La percezione dello spazio (1): indizi monoculari

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1 (1): indizi monoculari Corso di Principi e Modelli della Percezione Prof. Giuseppe Boccignone Dipartimento di Informatica Università di Milano boccignone@di.unimi.it Introduzione alla percezione dello spazio Dagli indizi monoculari alla percezione dello spazio tridimensionale Visione binoculare e stereopsi La combinazione di indizi di profondità

2 Il mondo fisico risponde alle leggi della geometria euclidea. 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 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. Per vedere il mondo reale, che risponde a regole di tipo euclideo, il mio sistema visivo deve rielaborare un input. Ancora un problema mal posto!

3 //ecologia della percezione Lo spazio tridimensionale percepito è l ambiente in cui un individuo agisce. Affinché sia possibile avere una percezione spaziale, è necessario che l ambiente specifichi una certa quantità e un certo tipo di informazione che ilnostro sistema visivo possa percepire. Avere percezione dello spazio circostante significa percepire diverse caratteristiche dell ambiente visibile. L insieme di tali caratteristiche si può definire il nostro schema spaziale. dimensioni delle superfici visibili la loro distanza, la forma l orientamento //ecologia della percezione Il nostro sistema visivo è interfacciato direttamente con le informazioni specificate dall ambiente. Le prede hanno occhi laterali (per massimizzare il campo) Gibson 1979, Marr 1982 Il sistema visivo procede per inferenze. Le informazioni sono indizi. Gregory (1997). I predatori hanno occhi frontali (per la visione binoculare)

4 //indizi Per ricostruire gli aspetti tridimensionali dell ambiente il sistema visivo fa uso di una serie di indizi di profondità. informazioni contenute nell ambiente circostante. Distinguiamo fra: Indizi di profondità monoculari. Indizi di profondità binoculari. Tali indizi si combinano per fornire una rappresentazione coerente dello spazio. //indizi monoculari Indizi di profondità monoculari: non necessitano in linea di principio dell informazione proveniente da entrambi gli occhi. non significa che in situazioni normali tali indizi non provengano da entrambi gli occhi. a) Occlusione b) Indizi di grandezza e posizionamento c) Prospettiva aerea d) Prospettiva lineare e) Ombreggiatura e) Indizi di movimento (eg: parallasse) f) Accomodazione

5 //indizi monoculari: occlusione //indizi monoculari: occlusione

6 //indizi monoculari: occlusione Occlusione: Un indizio di profondità relativo che può essere utilizzato quando un oggetto occlude la visione di un altro oggetto Ci dà informazione sull ordine e la posizione relativa degli oggetti. indizio statico, poiché non è necessario che le superfici siano in movimento. non-metrico, poiché non ci dice nulla sulla distanza nella terza dimensione //indizi monoculari: occlusione E indice di un contorno non visibile. Per inferire informazioni sulla profondità il sistema visivo si basa sulle assunzioni circa la forma degli oggetti 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

7 //indizi monoculari: grandezza relativa Indici di grandezza e posizione: Grandezza relativa: un confronto della grandezza di due oggetti senza sapere nulla sulla loro grandezza assoluta L immagine retinica formata da un oggetto diventa più piccola più l oggetto è lontano. Sappiamo che gli oggetti piccoli sono più lontani e utilizziamo questo indizio di profondità //indizi monoculari: altezza relativa Normalmente oggetti a distanze diverse dall osservatore appoggiati sul terreno, formano immagini ad altezze diverse sulla retina.

8 //indizi monoculari: 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. //indizi monoculari: gradiente di tessitura Gradiente di Tessitura: cambiamenti SISTEMATICI della forma e della dimensione di piccoli elementi della tessitura. Il gradiente di tessitura viene utilizzato dal nostro sistema visivo per percepire la distanza e la profondità.

9 //indizi monoculari: gradiente di tessitura Gradiente di Tessitura: cambiamenti SISTEMATICI della forma e della dimensione di piccoli elementi della tessitura. Il gradiente di tessitura viene utilizzato dal nostro sistema visivo per percepire la distanza e la profondità....e anche forma e orientazione //indizi monoculari: combinazioni Altezza Relativa + Grandezza Relativa Possono fornire alcune informazioni metriche (relative) Conoscenza a priori: sappiamo che oggetti della stessa grandezza appaiono più piccoli quando lontani. gli oggetti si dispongono solitamente ordinatamente: gli oggetti più grandi in un area e gli oggetti più piccoli in un altra

10 //indizi monoculari: combinazioni //indizi monoculari: combinazioni

11 //indizi monoculari: combinazioni Altezza Relativa + Grandezza Relativa + Gradiente di tessitura Il gradiente di tessitura deve combinarsi con la grandezza relativa e con l altezza relativa per dare una rappresentazione convincente dell ambiente. Nel caso in cui gli indizi entrano in conflitto la rappresentazione dellaprofondità può risultare compromessa Conoscenza a priori: oggetti della stessa grandezza appaiono più piccoli quando lontani. gli oggetti si dispongono solitamente ordinatamente: gli oggetti più grandi in un area e gli oggetti più piccoli in un altra illusione di grandezza //indizi monoculari: grandezza familiare Si possono ottenere informazioni sulla profondità avendo una conoscenza a priori della grandezza di un certo oggetto Può essere considerato a tutti gli effetti un indice di profondità metrico

12 //indizi monoculari: prospettiva aerea Un indizio di profondità che si basa sulla conoscenza implicita che l atmosfera diffonde la luce maggiore la quantità di atmosfera tra osservatore e oggetto, maggiore la dispersione della luce oggetti più distanti sono soggetti ad una dispersione maggiore e appaiono più sfumati Un esempio: la nebbia/ foschia //indizi monoculari: prospettiva aerea Un indizio di profondità che si basa sulla conoscenza implicita che l atmosfera diffonde la luce maggiore la quantità di atmosfera tra osservatore e oggetto, maggiore la dispersione della luce oggetti più distanti sono soggetti ad una dispersione maggiore e appaiono più sfumati Un esempio: la nebbia/ foschia

13 //indizi monoculari: prospettiva lineare Indizio di profondità basato sulla conoscenza che le linee parallele nel mondo 3D sembrano convergere in una immagine 2D Punto di fuga: Il punto immaginario dello spazio in cui linee parallele convergono in profondità //indizi monoculari: prospettiva lineare Indizio di profondità basato sulla conoscenza che le linee parallele nel mondo 3D sembrano convergere in una immagine 2D Punto di fuga: Il punto immaginario dello spazio in cui linee parallele convergono in profondità

14 //indizi monoculari: prospettiva lineare Indizio di profondità basato sulla conoscenza che le linee parallele nel mondo 3D sembrano convergere in una immagine 2D Punto di fuga: Il punto immaginario dello spazio in cui linee parallele convergono in profondità //indizi monoculari: prospettiva lineare Indizio di profondità basato sulla conoscenza che le linee parallele nel mondo 3D sembrano convergere in una immagine 2D Punto di fuga: Il punto immaginario dello spazio in cui linee parallele convergono in profondità

15 //indizi monoculari: luci e ombre Indizio di profondità basato sulla conoscenza a priori del posizionamento delle luci e delle forme degli oggetti nel mondo 3D, e di come queste si proiettano in una immagine 2D Ancora una volta: problema mal posto dovuto alla proiezione 3D -> 2D //indizi monoculari: luci e ombre Indizio di profondità basato sulla conoscenza a priori del posizionamento delle luci e delle forme degli oggetti nel mondo 3D, e di come queste si proiettano in una immagine 2D Ancora una volta: problema mal posto dovuto alla proiezione 3D -> 2D

18 //indizi monoculari: luci e ombre Indizio di profondità basato sulla conoscenza a priori del posizionamento delle luci e delle forme degli oggetti nel mondo 3D, e di come queste si proiettano in una immagine 2D Ancora una volta: problema mal posto dovuto alla proiezione 3D -> 2D //indizi monoculari: luci e ombre [illusione di Todorovic, 2005]

19 //indizi monoculari: luci e ombre! tre tubi [illusione di Todorovic, 2005] //indizi monoculari: luci e ombre! due tubi e una superficie incavata [illusione di Todorovic, 2005]

20 //indizi monoculari: luci e ombre! tre ondulazioni [illusione di Todorovic, 2005] //indizi monoculari: movimento Le trasformazioni dinamiche dell informazione specificata dall ambiente dovute al movimento genera nuove fonti di informazione spaziale Superfici lontane diventano più vicine, Superfici o parti di superfici nascoste diventano visibili 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, confronta la diﬀerenza fra due immagini retiniche sequenziali

21 //indizi monoculari: movimento 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, confronta la differenza fra due immagini retiniche sequenziali //indizi monoculari: movimento 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, confronta la differenza fra due immagini retiniche sequenziali

22 //indizi monoculari: 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 dallarelazione di profondità con il punto difissazione //indizi monoculari: movimento e 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. irezioni relative, superfici occluse, dimensioni relative

23 //indizi monoculari: movimento e 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. //indizi monoculari: Gunnar Johansonn

24 //indizi monoculari: movimento 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. Il sistema visivo normalmente percepisce questo movimento come il movimento di un corpo rigido 3D. //indizi monoculari: 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. Il sistema visivo normalmente percepisce questo movimento come il movimento di un corpo rigido 3D.

25 //indizi monoculari: accomodazione L accomodazione e la vergenza aiutano l occhio a percepire la profondità : Accomodazione (monoculare): L occhio cambia il suo fuoco Vergenza (binoculare): Convergenza: L abilità dei due occhi di ruotare verso l interno (di incrociarsi) Divergenza: L abilità dei due occhi di ruotare verso l esterno (di riallinearsi) //indizi monoculari: accomodazione Accomodazione (monoculare): l occhio cambia il suo fuoco processo di variazione dello spessore del cristallino in funzione della distanza di un oggetto controllato dai muscoli ciliari

26 //indizi monoculari: accomodazione Accomodazione (monoculare): l occhio cambia il suo fuoco processo di variazione dello spessore del cristallino in funzione della distanza di un oggetto controllato dai muscoli ciliari //indizi monoculari: in sintesi La costruzione dell immagine tridimensionale del mondo partendo da un spazio bidimensionale non Euclideo (come quello in cui si formano le immagini retiniche) è uno dei problemi più fondamentali che il sistema percettivo visivo si trova a dover affrontare Come fa il sistema visivo a decidere che cosa si sta effettivamente vedendo? Quale è l interpretazione più plausibile? Tutti gli indizi di profondità monoculari (e anche binoculari) sono combinati insieme (inconsciamente) in accordo con quelle che sono le nostre conoscenze pregresse (conoscenza a priori). Questa è la base dell approccio Bayesiano Da queste estrapoliamo anche la probabilità di occorrenza di un determinato evento ma quando le nostre inferenze risultano errate ecco che si formano le ILLUSIONI!