張濱熠　丁錦紅

摘要 采用多目標視覺追蹤任務（MOT），探討物體顏色特征對視覺追蹤的影響，同時記錄被試的眼動情況，探討追蹤過程中顏色特征對眼動模式的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，視覺追蹤機制能夠?qū)ξ矬w的顏色特征進行加工，但加工程度受制于目標物與分心物之間的特征競爭關系。在物體顏色特征條件下，視覺系統(tǒng)采用知覺組織加工策略，以被追蹤目標構(gòu)成的多邊形中心為注意中心。在對物體顏色特征的加工中，內(nèi)源性注意與外源性注意相互影響。

關鍵詞 多目標視覺追蹤，物體特征，眼動模式。

分類號 B845

1 引言

對多個運動目標的視覺追蹤是現(xiàn)實生活中人們經(jīng)常遇到的一種視知覺現(xiàn)象，例如在觀看體育比賽時，人們需要對某一球隊中的某幾個運動員的活動同時進行追蹤，才能了解比賽進行的情況；在玩電腦游戲時同樣需要對屏幕上呈現(xiàn)的多個目標同時進行追蹤，因此，對多目標視覺追蹤（multiple-object-track-ing，MOT）的研究有助于更加全面地認識視覺信息的加工機制。

多目標追蹤是基于客體的注意加工過程，因此，客體的屬性特征會對追蹤過程產(chǎn)生一定影響，而研究者對于客體的屬性特征在視覺追蹤中的作用機制持有不同觀點。視覺索引理論就明確指出（Pyly-shyn，2001），視覺索引機制只對物體的空間位置信息進行編碼，而不加工物體的屬性信息。Scholl（1999，2004），Pylyshyn（2004）等人基于標準MOT任務的研究都發(fā)現(xiàn)，雖然被試能夠成功地追蹤物體，但對物體的特征屬性（如顏色或形狀等）是不能進行編碼加工的，而對物體的位置和運動方向等空間信息則能夠有效地加工。

當然，在某些視覺加工任務中，如在似動、隧道效應等現(xiàn)象中，空間位置信息的確是優(yōu)先得到加工，而顏色、形狀等屬性特征則很少發(fā)揮作用（He，Pat-rick，& James，1997）。然而，在現(xiàn)實環(huán)境下，刺激物往往具有一定的身份信息，如果僅根據(jù)目標的空間位置信息，而不對物體的特征信息進行加工，我們怎能知道“誰是誰”呢？因此，客體檔案理論（Noles，School，& Mitroff，2005）則認為，當客體被注意到時，關于這個客體的位置、特征、語義等信息都會進入到客體檔案中，即使客體特征在運動過程中發(fā)生改變，通過客體檔案，仍能知覺到連續(xù)的物體。Horowitz和Wolfe（2001）研究發(fā)現(xiàn)，在物體運動過程中，物體之間的相互遮擋會破壞追蹤成績，當用顏色特征將目標物與分心物區(qū)別開時，這種物體間遮擋對追蹤成績的破壞作用消失。Oksama（2004，2007）、Horowitz（2007）等在研究中采用了具有不同身份信息的刺激材料，結(jié)果表明，刺激物的身份特征能夠得到加工，只是身份信息與位置信息在加工容量方面存在差異。Klieger，Wolfe（2004）以及Mak-ovski等（2009）研究也發(fā)現(xiàn)，物體的顏色特征可用來加強注意追蹤，尤其用顏色特征將目標物和分心物區(qū)別開時，這種優(yōu)勢更加突出。

顯然，物體的時空特性在動態(tài)變化環(huán)境下具有較強的不確定性，而屬性信息則相對穩(wěn)定，它會在一定程度上對目標的保持和錯誤后恢復有所幫助。在追蹤過程中，觀察者不僅要對目標物體進行追蹤，還要抑制分心物對目標物的干擾。因此，相對于空間信息的作用來說，屬性信息對視覺追蹤的影響比較復雜。盡管研究者在追蹤任務中突出了物體的屬性特征，但各自的研究方法不盡相同；在不同的物體特征條件下所得到的研究結(jié)論也不完全一致；以及在不同的屬性特征條件下，注意是如何在目標之間、目標和分心物之間分配等問題研究較少。為此，本研究假設視覺追蹤機制能夠?qū)ξ矬w的屬性特征進行加工。為較好地控制刺激物在不同特征水平上的加工難度，本研究采用顏色作為物體的特征信息，擬深入探討物體屬性特征對視覺追蹤的影響機制，以及視覺注意在物體不同屬性特征加工條件下的分配特點。由于人類信息來源的80%都是通過眼睛獲得的，眼睛運動模式能夠為視覺加工提供大量直接信息，有助于人們了解視覺追蹤的注意分配情況，而視覺追蹤的大量研究都是借助于行為反應數(shù)據(jù)，而很少通過眼動信息來了解追蹤的注意加工機制。因此，本研究也擬通過眼動信息來探討追蹤過程中的眼動基本模式以及特征變化對眼動模式的影響，為視覺追蹤的注意加工機制提供生理學上的證據(jù)。

2 研究方法

2.1 被試

16名大學生參加實驗，其中男生5名，女生11名，年齡19--24歲，視力（或矯正視力）正常，色覺正常，均為右利手。

2.2 實驗儀器與材料

眼動數(shù)據(jù)通過SMI High-speed型眼動儀記錄，屏幕距被試約65cm，所有刺激物呈現(xiàn)在屏幕中央25.99°×19.64°的矩形內(nèi)。

本實驗使用MOT范式（Pylyshyn，1988），刺激物為10個圓點（0.7°視角），呈現(xiàn)在黑色背景上，用閃爍方式標記為目標。刺激物的起始位置和運動方向是隨機的，運動軌跡為直線，平均運動速度為5.6°/s。

2.3 實驗設計與程序

本實驗采用3×3的被試內(nèi)設計。屏幕上呈現(xiàn)10個刺激物，其中5個為目標物，5個為分心物。自變量一是目標物顏色特征的呈現(xiàn)條件，有3個水平（見表1）。刺激物的顏色特征是在數(shù)量固定的條件下呈現(xiàn)，即在每種實驗條件下，刺激物的顏色只有兩種，即顏色A和顏色B，其中5個物體的顏色一致，且都為顏色A，另外5個物體的顏色一致，且都為顏色B。具體來說，目標顏色呈現(xiàn)條件1是：目標物中顏色A的物體數(shù)量為1個，顏色B的物體數(shù)量為4個，與之對應，分心物中顏色A的物體數(shù)量為4個，顏色B的物體數(shù)量為1個；目標顏色呈現(xiàn)條件2是：目標物中顏色A的物體數(shù)量為2個，顏色B的物體數(shù)量為3個，與之對應，分心物中顏色A的物體數(shù)量為3個，顏色B的物體數(shù)量為2個；目標顏色呈現(xiàn)條件3是：目標物中顏色A的物體數(shù)量為5個，顏色B的物體數(shù)量為0，與之對應，分心物中顏色A的物體數(shù)量為0，顏色B的物體數(shù)量為5個。此外，還單獨設置了所有刺激物顏色都一樣的條件，以便全面分析物體顏色特征對視覺追蹤的影響。

自變量二是再認時的刺激物顏色，有3個水平，分別是：（1）再認時，所有物體顏色為目標物顏色；（2）再認時，所有物體顏色為分心物顏色；（3）再認時，所有物體顏色既非目標物顏色，也非分心物顏色，即無關顏色灰色。

刺激物有10種備選顏色，分別是紅色、黃色、綠色、藍色、橙色、粉色、金黃色、青色、深紫色、淺藍色。實驗開始時，首先在屏幕中央出現(xiàn)“+”字，持續(xù)2000ms，之后10個有顏色的圓點呈現(xiàn)在屏幕上，其中5個物體閃爍10次（3000ms），以此被標記為目標物，其余沒有閃爍的為分心物，之后所有物體開始隨機運動。物體運動持續(xù)5s，要求被試追蹤目標。5s后，所有物體變?yōu)槟繕宋镱伾蚍中奈镱伾?，或灰色，再繼續(xù)運動1s，1s后所有物體靜止在屏幕上，要求被試用鼠標點出所有目標物（實驗流程見圖1）。相同，且與5個分心物顏色有所區(qū)別時，被試的追蹤成績最好（88%），當分心物與目標物中顏色一致的物體數(shù)量接近時，追蹤成績最差（70%）。

對追蹤正確率的重復測量方差分析，結(jié)果顯示，目標物顏色呈現(xiàn)條件的主效應顯著，F(xiàn)（2，30）=168.506，p<0.001，即隨著目標物與分心物中顏色相同物體的數(shù)量逐漸接近，被試能夠追蹤到的目標的正確率顯著下降。這說明在追蹤過程中，當刺激物借助屬性特征，使目標物與分心物明顯區(qū)別開時，對目標物的注意比較容易；當屬性特征使目標物與分心物之間的干擾逐漸增大時，對目標物的追蹤則比較困難，導致追蹤成績下降。

物體再認類型的主效應顯著，F(xiàn)（2，30）=4.438，p<0.05，刺激物三種不同的再認類型對追蹤成績有顯著影響。再認時，所有物體顏色為分心物顏色時的追蹤成績最好；其次是所有物體顏色為無關顏色時的追蹤成績；而所有物體顏色為目標物顏色時的追蹤成績最差。這是由于當再認時，物體都為目標物顏色，干擾了目標物之間的區(qū)分，使被試不能準確地選出目標。

目標物顏色呈現(xiàn)條件與再認類型的交互作用顯著，F(xiàn)（4，60）=5.873，p<0.001，即在不同再認類型條件下，目標物顏色呈現(xiàn)條件對追蹤成績的影響有所不同，當分心物對目標物的干擾逐漸增大，再認刺激物的顏色為無關顏色時的追蹤成績最差。進一步分析表明，當目標中1個物體的顏色與分心物中4個物體的顏色一致時，再認類型對追蹤成績的影響不顯著；當目標中3個物體的顏色與分心物中2個物體的顏色一致時，再認類型對追蹤成績的影響顯著（p<0.05）；當目標中5個物體的顏色一致，而5個分心物都為另外一種顏色時，再認類型對追蹤成績也有顯著影響（p<0.05）。

當所有刺激物的顏色都一致時，被試的平均追蹤正確率為72%，將這種條件與3種不同的目標顏色呈現(xiàn)條件進行比較，發(fā)現(xiàn)當所有物體顏色都一致時，被試的追蹤成績要顯著低于當目標物中的5個物體顏色都一致時的追蹤成績（p<0.001），同時也顯著低于當目標物中的1個物體與分心物中的4個物體顏色一致時的追蹤成績（p<0.05）；而所有物體顏色都一致條件下的追蹤成績與當目標物中的3個物體與分心物中的2個物體顏色一致時的追蹤成績之間不存在差異。這說明當物體的屬性特征能夠比較有效地將目標物與分心物區(qū)別開時，被試會較多地依賴于屬性特征對物體進行追蹤，而當物體的屬性特征干擾目標物與分心物的區(qū)分時，物體屬性特征的作用減少，被試會根據(jù)物體的位置信息對目標進行追蹤，因此，物體屬性特征對視覺追蹤的作用是有限的。

3.2 眼動數(shù)據(jù)分析

3.2.1 不同條件下眼動追蹤模式

根據(jù)眼睛的注視位置，將追蹤過程中的眼睛注視位置分為四種，分別是注視目標、注視分心物、注視五個目標構(gòu)成的中心和注視與目標物顏色相同的五個物體構(gòu)成的中心（zelinsky & Neider，2008）。結(jié)果顯示，在目標物顏色變化的不同數(shù)量條件下，被試注視由目標物構(gòu)成的幾何圖形的中心位置的概率都明顯高于注視目標位置的概率，并且這種眼動模式不受再認類型的影響，這說明中心注視模式是多目標視覺追蹤任務中的主要眼動加工方式，也表明了注意資源的有限性。

當追蹤的5個物體顏色都一致且與分心物有所區(qū)別時，以及當所有物體的顏色都一致時，在這兩種條件下，注視目標物中心與注視相同顏色物體中心是重合的，因此，單獨對將這兩種條件進行分析。

2×3×4的重復測量方差分析表明，目標物顏色呈現(xiàn)條件與眼睛注視位置的交互作用顯著，F(xiàn)（3，45）=6.837，p<0.05，目標物顏色呈現(xiàn)的不同條件對眼睛注視位置的影響不同（結(jié)果見圖3）。在注視目標水平上，目標物顏色呈現(xiàn)的兩種條件對眼睛注視位置影響顯著，F(xiàn)（1，15）=9.05，p<0.05，隨著目標物顏色一致性的增加，對目標物的注視概率有所增加。在注視顏色相同物體中心的水平上，目標物顏色呈現(xiàn)的不同條件對眼睛注視位置有顯著影響，F(xiàn)（1，15）=10.86，p<0.05，隨著目標物顏色一致性的增加，對相同顏色目標物構(gòu)成的中心的注視概率有所增加。在注視分心物以及注視目標物構(gòu)成的中心的水平上，目標物顏色呈現(xiàn)條件對眼睛注視位置沒有產(chǎn)生顯著影響。

目標物顏色呈現(xiàn)條件的主效應顯著，F(xiàn)（1，15）=20.963，p<0.001，目標物顏色呈現(xiàn)的兩種條件之間差異顯著（p<0.001）。眼睛注視不同位置的主效應顯著，F(xiàn)（3，45）=41.03，p<0.001，注視目標位置的概率顯著高于注視分心物位置的概率（p<0.001）；注視目標構(gòu)成中心的概率顯著高于對其它位置的注視概率（p<0.001）；注視分心物位置的概率最低。注視目標位置的概率與注視顏色相同物體構(gòu)成的中心位置的概率之間不存在顯著差異，說明由分心物引起的外源性注意在追蹤任務中的作用是有限的。

再認類型的主效應不顯著；目標物顏色變化數(shù)量與再認類型的交互作用不顯著；再認類型與注視位置的交互作用不顯著；三因素的交互作用均不顯著。

對5個目標物顏色一致，且與5個分心物有所區(qū)別的條件進行3×3重復測量方差分析，結(jié)果顯示眼睛注視位置的主效應顯著，F(xiàn)（2，30）=72.048，p<0.001，三種注視位置之間差異顯著（Ps<0.001），即注視目標構(gòu)成的中心位置的概率最多，其次是注視目標位置的概率，注視分心物位置的概率最少。再認類型的主效應不顯著，再認類型與注視位置的交互作用不顯著。

對所有刺激物顏色都相同的條件進行2×3的方差分析，結(jié)果顯示，眼睛注視位置的主效應顯著，F(xiàn)（2，30）=40.702，p<0.001，多重比較發(fā)現(xiàn)三種注視位置之間差異顯著（p<0.001），即注視目標構(gòu)成的中心位置的概率最多，其次是注視目標位置的概率，注視分心物位置的概率最少。再認類型的主效應不顯著，再認類型與注視位置的交互作用不顯著。

3.2.2 對不同顏色目標物加工的眼動特點

在目標物顏色特征不同的條件下，目標物共有兩種顏色，是否目標的不同顏色會影響注意的分配呢？結(jié)果顯示，對數(shù)量較多的顏色相同物體的注視概率要高于對數(shù)量較少的顏色相同物體的注視概率，這一趨勢與行為數(shù)據(jù)的結(jié)果一致。分析表明，目標顏色呈現(xiàn)條件的主效應顯著，F(xiàn)（1，15）=8.038.p<0.05，隨著目標物中顏色相同的物體數(shù)量的增加，對顏色相同的數(shù)量多的物體的注視概率逐漸增加，目標顏色呈現(xiàn)條件2下的注視概率顯著高于目標顏色呈現(xiàn)條件1下的注視概率（p<0.05）。

眼睛注視位置的主效應顯著，F(xiàn)（1，15）=119.417，p<0.05，對顏色B的目標的注視概率顯著高于對顏色A的目標的注視概率（p<0.001），即對于顏色一致的數(shù)量多的物體的注視概率高。目標變化數(shù)量與眼睛注視位置間的交互作用顯著，F(xiàn)（1，15）=108.367，p<0.001（結(jié)果見圖4），隨著與目標變化數(shù)量顏色一致的物體的增加，被試對它們的注視概率隨之提高，而對目標變化數(shù)量顏色不一致的物體的注視概率逐漸下降。

3.2.3 對不同顏色目標物加工的眼動特點

與目標物顏色條件相對應，分心物也有兩種不同顏色，對不同顏色分心物的眼動數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)了與目標顏色呈現(xiàn)條件相同的變化趨勢，即隨著顏色相同的分心物的數(shù)量的增加，對這些相同特征物體的注視也隨之增加。重復測量方差分析表明，眼睛注視位置的主效應顯著，F(xiàn)（1，15）=75.301，p<0.001，對顏色B分心物的注視概率要高于對顏色A分心物的注視概率，即對于特征相同的數(shù)量較多的物體的注視概率高。分心物顏色呈現(xiàn)條件與眼睛注視位置的交互作用顯著，F(xiàn)（1，15）=44.806，p<0.001（結(jié)果見圖5）。在目標中1個目標與4個分心物顏色相同的水平上，眼睛對顏色不同的兩種分心物的注視概率之間存在差異（p<0.001）；在目標中4個目標與1個分心物顏色相同的水平上，眼睛對顏色不同的兩種分心物的注視概率之間存在差異（p<0.05）。分心物顏色呈現(xiàn)條件的主效應不顯著。

4 討論

4.1 物體顏色特征變化下的注意加工特點

本研究結(jié)果表明，物體的顏色特征對視覺追蹤成績有顯著影響，尤其當顏色特征將目標物與分心物明顯區(qū)別開時，這時的追蹤成績最好；而當目標物與分心物中存在相同顏色的物體時，追蹤成績有所下降，當目標物與分心物中顏色相同的物體的數(shù)量比較接近時，追蹤成績最差，這一變化趨勢說明，視覺注意是能夠?qū)ξ矬w的屬性信息進行加工（Halad-jian & Pylyshyn，2007），但視覺追蹤也是一個注意資源競爭的過程（Alvarez & Franconeri，2007）。在有限的資源容量內(nèi)，當特征屬性使得分心物能夠較為容易的被排除在注意范圍之外時，注意資源可以更多的用于對目標的追蹤；當顏色特征使得分心物與目標物的區(qū)分比較困難時，能夠用于追蹤目標的資源就會減少，從而影響對目標的有效追蹤。

此外，對所有物體顏色都相同的條件與其它3種目標顏色變化的條件進行比較，結(jié)果表明，當特征有助于突出目標物時，這時借助特征可以更為有效地對目標進行定位或錯誤后恢復，而不是僅僅依靠空間位置信息對目標進行追蹤；而當特征信息將目標物與分心物混淆后，目標物與分心物無法有效區(qū)分，這時的追蹤成績與依賴于物體的位置信息進行追蹤時的成績之間沒有差異，說明特征屬性在視覺追蹤中的作用是有限的。

本研究還考察了物體再認類型的作用，行為數(shù)據(jù)反映出再認類型對追蹤成績造成影響。當再認時，所有物體顏色為分心物顏色時的追蹤成績最好；而所有物體顏色為目標物顏色時的追蹤成績最差。這可能是由于當再認時，物體都為目標顏色，這對目標之間的區(qū)分造成了干擾，從而使被試不能準確地選出目標。

4.2 物體顏色特征變化下的眼動追蹤模式

通過對物體顏色特征變化下的眼動數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)，被試眼睛的注視點會更多地接近由5個目標形成的多邊形的中心，這說明在追蹤3個以上較多目標時，由于注意資源有限，要將注意同時分配給多個目標是困難的，為了盡可能不丟失目標，被試將多個目標知覺為一個多邊形，通過注視多邊形的中心以減小目標的偏心度，來保證在有限的資源范圍內(nèi)同時兼顧多個目標。這一結(jié)果為Fehd和Seiffert（2008）提出的注視中心的眼動模式在MOT任務中具有普遍性的觀點提供了證據(jù)。

4.3 物體顏色特征變化下的內(nèi)源性注意與外源性注意

通過對目標物與分心物的眼動數(shù)據(jù)的分析，可以看到被試對于顏色特征相同的物體的注視概率較多，說明物體的顏色特征能夠引起較多的外源性注意，但從眼動追蹤的總體模式中可以看出，盡管分心物中具有相同顏色的物體會吸引注意，但被試對于目標物的注視概率要顯著高于對分心物的注視概率，這說明視覺追蹤過程中，注意系統(tǒng)主要是對目標進行加工的控制過程，而當目標物具有明顯的外源性線索時，會進一步促進對目標的加工。因此，在對物體顏色特征的加工過程中，內(nèi)源性注意與外源性注意是相互影響的。

5 結(jié)論

目標物和分心物之間的顏色特征競爭關系說明，視覺追蹤機制是能夠?qū)ξ矬w的顏色特征進行編碼加工。當顏色特征將目標物與分心物區(qū)別開時，特征屬性對視覺追蹤的促進作用最大；當目標物與分心物的顏色特征相同時，特征屬性的作用受到限制。在多目標視覺追蹤任務中，視覺系統(tǒng)采用知覺組織加工策略，以被追蹤目標構(gòu)成的多邊形中心為注意中心。物體的顏色特征能夠引起一定的外源性注意，但分心物的外源性注意的作用是有限的，在對物體顏色特征的加工過程中，內(nèi)源性注意與外源性注意是相互影響的。