La transparencia de los objetos reduce la percepción humana de las formas tridimensionales
Desde la izquierda, esferas con un material superficial que es mate, refractivo o especular. Crédito: Universidad Tecnológica de Toyohashi.
La Universidad Tecnológica de Toyohashi descubrió que cuando las personas juzgan el grosor de un objeto, los objetos con propiedades ópticas transparentes similares al vidrio se perciben como más planos de lo que realmente son. Este descubrimiento puede ser útil para aplicaciones cotidianas, como dispositivos para ayudar a caminar en personas con baja visión o conducción autónoma.
El equipo de investigación liderado por Masakazu Ohara, estudiante de posgrado del Departamento de Ciencias de la Computación e Ingeniería; el Profesor Asociado Kowa Koida del Instituto de Investigación Interdisciplinario Inspirado en la Electrónica; y el profesor asociado Juno Kim de la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia) descubrieron que cuando las personas juzgan el grosor de un objeto, los objetos con propiedades ópticas transparentes similares al vidrio se perciben como más planos de lo que realmente son.
Anteriormente se sabía que los objetos hechos de materiales metálicos o brillantes se perciben como más gruesos de lo que son, pero ahora la investigación actual ha identificado que las propiedades transparentes sorprendentemente tienen el efecto contrario. El resultado del análisis de las señales de imagen que contribuyen a los juicios de espesor indicó que los humanos pueden percibir el espesor en función de las características de la imagen en forma de variaciones regionales del contraste de luminancia local. Con este modelo computacional, ahora se pueden predecir los tipos de imágenes en las que los humanos pueden malinterpretar la forma de los objetos tridimensionales, lo que puede ser útil para aplicaciones cotidianas, como dispositivos para ayudar a caminar a personas con baja visión o conducción autónoma.
La textura de la superficie de un objeto también es extremadamente importante para el desarrollo de productos, ya que atrae los sentidos humanos (p. ej., la vista y el tacto). Podemos inferir mucho de la apariencia de una textura. Por ejemplo, la conciencia de que el suelo es resbaladizo está relacionada con el brillo y la percepción de la composición material de una superficie, pero si esta estimación perceptiva es errónea, puede ocurrir un accidente al caminar o conducir. Además, cuando se malinterpreta el brillo o la transparencia de la superficie, también se pueden malinterpretar las protuberancias en el suelo. Los humanos identifican la textura y las propiedades ópticas de una superficie con solo un vistazo, aunque el procesamiento neuronal requerido sería complejo. En consecuencia, la comprensión del mecanismo por el cual los ojos y el cerebro proporcionan nuestra experiencia de la textura continúa generando un interés significativo.
Los estímulos experimentales fueron generados por computadora. Había cuatro materiales superficiales con cinco espesores diferentes en profundidad. Espesor 1.0 es una esfera. A medida que se reduce el grosor, el objeto se aplana en profundidad como un panqueque y, a medida que aumenta el grosor, el objeto se expande en profundidad como una pelota de rugby. Crédito: Universidad Tecnológica de Toyohashi.
Cuando el cerebro humano observa un objeto, intenta procesar y comprender la iluminación que incide sobre el objeto, la forma tridimensional del objeto y las propiedades ópticas de la superficie. Ciertamente, las imágenes se crean combinando física y precisamente estos tres elementos. Sin embargo, sigue siendo un problema fundamentalmente difícil estudiar cómo estos tres elementos son tratados por el sistema visual. Ha habido numerosos informes en los que las percepciones no son necesariamente correctas. Por ejemplo, si una superficie es brillante y se compara con una superficie mate sin brillo, se ha informado que las protuberancias del objeto deberían parecer exageradas (Mooney & Anderson, 2014; Publicado en Current Biology).
El brillo es un fenómeno óptico relacionado con el reflejo de la luz en la superficie de un objeto. Sin embargo, la propiedad de la refracción transparente es también un fenómeno óptico de los objetos. Independientemente de si la transparencia es una propiedad fundamental, aún no se han realizado investigaciones sobre las propiedades transparentes y la percepción de objetos tridimensionales. Por lo tanto, este grupo de investigación comparó las propiedades transparentes con las superficies mate y brillantes convencionales para comprender cómo los diferentes materiales afectan la percepción de la forma tridimensional.
Los participantes en el experimento vieron objetos esféricos generados por computadora (Figura 1) mostrados en una pantalla de computadora, y se les pidió que estimaran el espesor a lo largo de la dirección en profundidad. Se prepararon numerosos objetos con diferentes espesores y materiales de superficie para la comparación. Como resultado, los objetos construidos con un material transparente se percibían como más planos que los objetos con forma idéntica pero con una composición de material diferente (Figura 2). Este efecto se produjo constantemente incluso cuando: i) la forma del objeto tenía protuberancias, ii) se cambió el entorno de iluminación virtual, iii) se cambió el tamaño del objeto, iv) el objeto se movió hacia la izquierda y hacia la derecha, y v) el El objeto fue observado con un solo ojo. Los resultados antes mencionados indican que las propiedades transparentes afectan la percepción humana de la forma de los objetos tridimensionales de diferentes maneras para la reflexión difusa y especular.
Las personas vieron los estímulos que se muestran en la Figura 1 en una pantalla uno a la vez en un orden aleatorio, y estimaron la profundidad del objeto en la imagen. Para todos los espesores, los resultados del objeto transparente (línea azul) fueron los únicos que fueron significativamente más bajos que los resultados de los objetos con otros materiales de superficie. Por lo tanto, se estimó que los objetos transparentes tenían menos espesor que los objetos con otros materiales de superficie. Crédito: Universidad Tecnológica de Toyohashi.
El grupo de investigación también analizó las imágenes para determinar qué tipo de señales en la imagen del objeto contribuyeron a la percepción del grosor. El factor que resultó en las estimaciones más precisas de la percepción del grosor fue la cantidad de variación regional del contraste local en la imagen. El contraste local es el contraste de la raíz cuadrada media (RMS) de los píxeles dentro de una pequeña región de la imagen, y este cálculo es similar al realizado por las neuronas que se encuentran en el área visual temprana de la retina y el cerebro. La variación regional se calcula como la variación de la suma de los valores de contraste RMS anteriores en un amplio campo de visión.
El equipo de investigación descubrió que las propiedades del material transparente pueden hacer que la forma tridimensional de un objeto ser subestimado. Sin embargo, se desconoce si estas malas interpretaciones son un simple error o un efecto indirecto de un mecanismo completamente separado. La causa de las interpretaciones erróneas deberá investigarse en detalle en investigaciones posteriores.
El modelo computacional para predecir la percepción del grosor no solo es útil para comprender los mecanismos neuronales del sistema visual humano, sino que también es vinculado a predicciones de condiciones en las que los humanos podrían malinterpretar la forma o la textura de los objetos.
Los errores al interpretar la uniformidad de una superficie o si las superficies están congeladas pueden provocar accidentes al caminar o conducir un automóvil. En situaciones en las que el brillo, la transparencia o las protuberancias de un objeto 3D pueden malinterpretarse, se puede esperar que el modelo computacional se pueda usar en dispositivos para ayudar con la movilidad al caminar, como anteojos inteligentes o conducción semiautónoma. funciones para advertir a los conductores antes de un accidente.
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Arrojando luz sobre la percepción cerebral de la transparencia Más información: Masakazu Ohara et al, The Effect of Material Properties on the Perceived Shape of Three-Dimensional Objects, i-Perception (2020). DOI: 10.1177/2041669520982317 Información de la revista: Current Biology
Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Toyohashi Cita: La transparencia de los objetos reduce la percepción humana de las formas tridimensionales (2021, febrero 11) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-02-transparency-human-perception-three-dimensional.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.