鏡面画像構造から計算された視覚オブジェクトのマテリアル カテゴリ

Nature Human Behaviour volume 7、pages 1152–1169 (2023)この記事を引用

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メトリクスの詳細

素材とその特性を視覚的に認識することは、滑りやすい床の回避から壊れやすい物の取り扱いまで、環境との相互作用を成功させるために不可欠です。 しかし、網膜像の強度を物理的特性に単純にマッピングすることはできません。 ここでは、複雑な光沢のある物体に関する人間の心理物理的判断を収集することにより、どのような画像情報が物質認識を駆動するかを調査しました。 反射率特性または視覚的特徴を直接操作することによって生成される鏡面画像構造の変化は、マテリアルの外観にカテゴリカルな変化を引き起こし、鏡面反射が幅広いマテリアル クラスに関する診断情報を提供することを示唆しています。 知覚された材料カテゴリは表面の光沢の手がかりを媒介しているように見え、神経処理の純粋なフィードフォワードの見方に対する証拠を提供します。 私たちの結果は、表面の光沢の知覚を引き起こす画像構造が視覚的な分類に直接的な役割を果たしており、刺激特性の知覚と神経処理は単独ではなく認識の文脈で研究されるべきであることを示唆しています。

私たちの世界の視覚体験は、表面によって反射、透過、または散乱された光から生じます。 この光から、表面が明るいか暗いか、光沢があるか鈍いか、半透明か不透明か、プラチナ、プラスチック、またはパールでできているかがわかります (図 1a)。 素材とその固有の特性を迅速かつ正確に認識することは、触覚情報の推測 (滑らかか、重いか、柔らかいか?) から機能の評価 (食べられるか、壊れやすいか、価値があるか?) まで、物体や表面との日常のやり取りの中心となります。 しかし、物質の知覚は簡単ではありません。なぜなら、私たちの目に届く光の構造、スペクトル内容、量は、表面の反射率、透過率、散乱特性だけでなく、物質の 3 次元 (3D) 形状、位置、方向との複雑な相互作用にも依存するからです。表面相互、光源、観察者との関係。 したがって、それぞれが潜在的に無限の光学的外観を持つ多種多様な物質を楽に識別する私たちの能力は注目に値し、視覚神経科学における重要だが未解決の課題の説得力のある例として役立ちます。私たちの視覚世界を認識する網膜像?

a, 私たちが毎日目にするほとんどの物体は、その鏡面反射特性が特徴的な画像構造を生み出す材料から作られています。 これらの反射の外観は、他の生成プロセスに加えて、これらのマテリアルが光を散乱する方法によって決定 (および制約) されます (図 2)。 b. ただし、鏡面構造が分類に寄与する程度とメカニズムは不明のままです。 ニューラル処理のフィードフォワード ビュー (上) は、視覚システムが画像から「復元」しようとする、光沢、色、見かけの形状などの推定された中間レベルのプロパティの組み合わせによってカテゴリが定義されることを前提としています67。 対照的に、同時仮説（下）は、視覚システムが画像構造の統計的変動（規則性）について自然に学習し、そこから素材のアイデンティティやカテゴリを光沢などの表面品質と同時に「読み出す」ことができると仮定しています29。 c. 表面の外観のいくつかの側面 (知覚される光沢など) は、他のすべてが等しい場合、物理的特性 (鏡面反射率など) と相関する傾向があります。 それ以外は同じオブジェクトの鏡面反射率特性を体系的に操作すると、ハイライトの外観に顕著な視覚的な違いが生じ (図 2)、それが予測可能な方法で知覚される光沢に影響を与えます。 具体的には、鏡面反射強度を (下から上に) 増加させると、鏡面ハイライトのコントラストが増加し、ドラゴンがより光沢のあるように見えます。 鏡面反射の粗さを (左から右に) 増加させると、鏡面ハイライトの明瞭さ (または鮮明さ) が低下し、ドラゴンの光沢が低下します。 これらの操作は、定性的 (カテゴリ的) 印象にも影響を与えます。表面は、艶をかけられたセラミック、光沢のあるプラスチック、鈍いプラスチック、ゴム、磨かれた金属、つや消し金属などのさまざまな素材に似ています。 形状、表面の色、照明条件は一定に保たれるため、すべての視覚的な違いは鏡面反射率特性の変化によって引き起こされ、鏡面構造には表面の光沢と同時に材料クラスに関する診断情報が直接含まれる可能性があることが示唆されます（金などの一部の材料では、色情報も知覚分類に貢献します)。 d. 実験で操作された反射率パラメータ、およびこれが表面の視覚的外観にどのように影響するかの例。