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Ángulo visual percibido

En la percepción visual humana , el ángulo visual , denotado por θ , que abarca un objeto observado a veces parece mayor o menor que su valor real. Un enfoque para este fenómeno...

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En la percepción visual humana , el ángulo visual , denotado por θ , que abarca un objeto observado a veces parece mayor o menor que su valor real. Un enfoque para este fenómeno propone una correlación subjetiva con el ángulo visual: el ángulo visual percibido o el tamaño angular percibido . Una ilusión óptica en la que los ángulos físico y subjetivo difieren se denomina ilusión de ángulo visual o ilusión de tamaño angular .

Las ilusiones de tamaño angular son más evidentes como ilusiones de tamaño angular relativo, en las que dos objetos que abarcan el mismo ángulo visual parecen tener tamaños angulares diferentes; es como si sus imágenes en la retina , de igual tamaño , fueran de tamaños distintos. Las ilusiones de tamaño angular se diferencian de las ilusiones de tamaño lineal, en las que dos objetos del mismo tamaño físico no lo parecen. Una ilusión de tamaño angular puede ir acompañada de (o causar) una ilusión de tamaño lineal simultáneamente.

El paradigma del ángulo visual percibido parte del rechazo de la hipótesis clásica de invariancia tamaño-distancia (HID), que establece que la relación entre el tamaño lineal percibido y la distancia percibida es una función simple del ángulo visual. La HID no explica algunas ilusiones, como la ilusión lunar , en la que la Luna parece más grande cuando está cerca del horizonte. Se reemplaza por una HID perceptual, en la que el ángulo visual se sustituye por el ángulo visual percibido. Esta nueva formulación evita algunas de las paradojas de la HID, pero sigue siendo difícil explicar por qué se produce una ilusión determinada.

Este paradigma no es universalmente aceptado; muchas explicaciones de la percepción del tamaño y la distancia en los libros de texto no hacen referencia al ángulo visual percibido, y algunos investigadores niegan su existencia. Algunas evidencias recientes que respaldan esta idea, reportadas por Murray, Boyaci y Kersten (2006), sugieren una relación directa entre el tamaño angular percibido de un objeto y el tamaño del patrón de actividad neuronal que este genera en la corteza visual primaria .

Una idea relativamente nueva

Las ilusiones de ángulo visual han sido descritas explícitamente por muchos investigadores de la visión, incluidos Joynson (1949) , (McCready 1963 , 1965 , 1985 , 1999 ) , Rock y McDermott (1964) , Baird (1970), Ono (1970), Roscoe (1985, 1989), Hershenson (1982, 1989), Reed (1984, 1989), Enright (1989), Plug y Ross (1989, 1994), Higashiyama y Shimono (1994), Gogel y Eby (1997), Ross y Plug (2002) y Murray, Boyaci y Kersten (2006). Específicamente, estos investigadores citados han defendido una idea relativamente nueva: que muchas de las ilusiones de tamaño más conocidas demuestran que para la mayoría de los observadores el ángulo visual percibido (subjetivo), θ′ , puede cambiar para un objetivo visto que subtiende un ángulo visual (físico) constante θ . 

De hecho, varios experimentos han revelado la mayoría de los factores responsables de estas ilusiones de ángulo visual, y se han publicado algunas explicaciones diferentes para ellas (Baird, Wagner y Fuld, 1990, Enright, 1987, 1989, Hershenson, 1982, 1989, Komoda y Ono, 1974, McCready, 1965, 1985, 1986, 1994, Ono, 1970, Oyama, 1977, Reed, 1984, 1989, Restle, 1970, Roscoe, 1985, 1989).

Por otro lado, casi todas las discusiones (y explicaciones) sobre las ilusiones ópticas clásicas que se encuentran en los libros de texto, los medios de comunicación y en internet recurren a una hipótesis más antigua que postula que el ángulo visual no es perceptible (Gregory, 2008; Kaufman y Kaufman, 2002). Estas hipótesis solo describen y explican una ilusión óptica lineal, por lo que no describen ni explican adecuadamente las ilusiones que experimenta la mayoría de las personas.

Para aclarar el nuevo paradigma que reemplaza al anterior, conviene tener en cuenta que un ángulo es la diferencia entre dos direcciones desde un punto común (el vértice). En consecuencia, como se describe a continuación, el ángulo visual θ es la diferencia entre dos direcciones reales (ópticas) en el campo de visión , mientras que el ángulo visual percibido θ′ es la diferencia por la cual las direcciones de dos puntos vistos desde uno mismo parecen diferir en el campo visual .

Medidas físicas S , D , R y θ

Figura 1: Medidas físicas

La figura 1 ilustra el ojo de un observador que mira una extensión frontal AB que tiene un tamaño lineal S (también llamado su "tamaño métrico" o "tamaño de cinta métrica"). El extremo inferior de la extensión en B se encuentra a una distancia D del punto O , que para los propósitos presentes puede representar el centro de la pupila de entrada del ojo .

La línea que va de B a O indica el rayo principal del haz de rayos de luz que forman la imagen óptica de B en la retina en el punto b , digamos, en la fóvea . De igual manera, el punto final A se proyecta en el punto a .

El ángulo óptico (físico) entre esos rayos principales es el ángulo visual θ , que se puede calcular:

broncearse⁡θ=S/D{\displaystyle \tan \theta =S/D\,}

Las imágenes retinianas en b y a están separadas por la distancia R , dada por la ecuación

R/norte=broncearse⁡θ{\displaystyle R/n=\tan \theta \,}

donde n es la distancia nodal del ojo que tiene un promedio de aproximadamente 17  mm. Es decir, el tamaño de la imagen retiniana de un objeto visto viene dado aproximadamente por R = 17 S / D mm .

La línea que va desde el punto O hacia afuera, pasando por el punto B del objeto, especifica la dirección óptica, d B , de la base del objeto desde el ojo, digamos hacia el horizonte . La línea que va desde el punto O, pasando por el punto A, especifica la dirección óptica de ese punto final, d A , hacia un valor de elevación específico (por ejemplo, 18  grados). La diferencia entre esas direcciones reales ( d A − d B ) es, de nuevo, el ángulo visual θ .

Medidas percibidas

La figura 2 representa mediante un diagrama los valores percibidos (subjetivos) de un objeto observado.

Figura 2: Valores subjetivos

El punto O ′ representa el lugar desde donde el observador siente que está viendo el mundo. Para los propósitos presentes, O ′ puede representar el ojo ciclópeo (Ono, 1970, Ono, Mapp y Howard, 2002). [ 1 ]

Valores lineales percibidos D′ y S′

En la Figura 2, D′ es la distancia percibida del punto subjetivo B ′ con respecto a O ′. El observador podría simplemente decir qué tan lejos parece estar el punto B ′, en pulgadas, metros o millas.

De forma similar, S′ es la extensión lineal percibida en la que el punto subjetivo A ′ aparece directamente encima del punto B ′. El observador podría simplemente decir cuántas pulgadas o metros parece esa distancia vertical. Para un objeto observado, S′ es, por lo tanto, su tamaño lineal percibido en metros (o tamaño lineal aparente).

Ángulo visual percibido θ′

El punto final percibido en B ′ tiene la dirección percibida, d′ B , y el observador podría simplemente decir "mira directamente hacia adelante y hacia el horizonte".

Este concepto de dirección visual (subjetiva) es muy antiguo. [ 2 ] Sin embargo, como señalaron Wade, Ono y Mapp (2006), lamentablemente se ha ignorado en muchas teorías actuales sobre la percepción del tamaño y las ilusiones de tamaño.

El otro extremo percibido del objeto, A ′, tiene una dirección percibida d′ A , sobre la cual el observador podría decir "parece estar hacia una elevación mayor que el punto B ′". La diferencia entre las dos direcciones percibidas ( d′ A − d′ B ) es el ángulo visual percibido θ′ , también llamado tamaño angular percibido o tamaño angular aparente.

No es fácil cuantificar θ′ . Por ejemplo, un observador experimentado podría decir que el punto A ′ "parece estar unos 25  grados más arriba" que B ′, pero la mayoría no puede determinar con precisión la magnitud de la diferencia de dirección. Esta habilidad no se practica porque es más sencillo usar gestos (Ono, 1970): por ejemplo, a menudo se le indica a otra persona el cambio en la dirección percibida entre dos puntos señalando algo, como un dedo o los ojos, de un punto al otro.

Por lo tanto, en algunos experimentos los observadores apuntaban un puntero de un punto visto al otro, de modo que el ángulo a través del cual giraba el puntero era la medida de θ′ (Komodo, 1970, Komodo y Ono, 1974, Ono, Muter y Mitson, 1974, Gogel y Eby, 1997).

Además, debido a que θ′ especifica la cantidad por la cual uno debe rotar su ojo para mirar rápidamente de un punto visto a otro seguimiento ocular , sacada , los observadores en otros experimentos cambiaron su mirada de un punto final del objeto al otro, y el ángulo a través del cual el ojo rotó se midió como θ′ para ese objeto (Yarbus (1967).

Diferencia entre θ′ y S′

Es importante comprender en qué se diferencia θ′ de S′ . Consideremos un ejemplo ilustrado en el esquema de la derecha.

Supongamos que uno mira a través de una ventana una casa de 9,1 metros de ancho (30 pies) situada a 73 metros de distancia, por lo que abarca un ángulo visual de unos 7 grados. La abertura de la ventana, de 760 milímetros (30 pulgadas) de ancho, está a 3 metros de distancia, por lo que abarca un ángulo visual de 14 grados.      

Se puede decir que la casa "parece más grande y más lejana" que la ventana, lo que significa que el tamaño lineal percibido S′ para el ancho de la casa es mucho mayor que S′ para la ventana; por ejemplo, una persona podría decir que la casa "parece tener unos 40  pies de ancho" y la ventana "parece tener unos 3  pies de ancho".

También se puede decir que la casa "parece más pequeña y más lejana" que la ventana, y eso no contradice la otra afirmación porque ahora queremos decir que la cantidad ( θ′ ) por la que las direcciones de los bordes de la casa parecen diferir es, digamos, aproximadamente la mitad de la diferencia de dirección aparente para los bordes de la ventana.

Nótese que los humanos experimentan simultáneamente comparaciones de tamaño lineal y angular, junto con la comparación de distancia (Joynson, 1949). Por lo tanto, cualquier informe que simplemente indique que un objeto "parece más grande" que otro es ambiguo. Es necesario especificar si "parece más grande" se refiere al tamaño angular percibido ( θ′ ), al tamaño lineal percibido ( S′ ) o a ambas experiencias cualitativamente diferentes de "tamaño" (Joynson, 1949, McCready, 1965, 1985, Ono, 1970). Nótese que en las conversaciones cotidianas, "parece más grande" a menudo se refiere a una comparación de tamaño angular en lugar de una comparación de tamaño lineal.

La confusión se ha incrementado debido al uso generalizado de los términos ambiguos "tamaño aparente" y "tamaño percibido", ya que a veces se refieren a θ′ y otras veces a S′ sin aclaración, por lo que el lector debe intentar determinar su significado. Además, en astronomía, " tamaño aparente " se refiere al ángulo físico θ y no al ángulo visual aparente subjetivo θ′ .

La hipótesis de invariancia tamaño-distancia perceptual

La Figura 2 ilustra cómo se esperaría que los tres valores percibidos θ′ , S′ y D′ se relacionaran entre sí para un objeto dado, y se expresa mediante la siguiente ecuación (McCready, 1965, 1985, Ono, 1970, Komoda y Ono, 1974, Reed, 1989, Kaneko y Uchikawa, 1997).

S′/D′=broncearse⁡θ′{\displaystyle S'/D'=\tan \theta '\,}

Ross y Plug (2002, página 31) denominaron a esta nueva regla la "hipótesis de invariancia tamaño-distancia perceptual".

Tamaño de la retina, "tamaño cortical" y θ′

Como ya se ha señalado, la magnitud del ángulo visual θ de un objeto determina el tamaño R de su imagen retiniana. Y, el tamaño de la imagen retiniana normalmente determina la extensión del patrón de actividad neuronal que la actividad neuronal de la retina genera finalmente en la corteza visual primaria , área V1 o área de Brodmann 17. Esta área cortical alberga un "mapa" distorsionado pero espacialmente isomórfico de la retina (véase Retinotopía ). Esta relación neurológica fue confirmada recientemente por Murray, Boyaci y Kersten (2006) mediante imágenes de resonancia magnética funcional .

La imagen retiniana no se percibe ni se siente. Es decir, los psicólogos experimentales rechazaron hace mucho tiempo cualquier idea de que las personas "sientan" un estímulo próximo como la imagen retiniana. Como Gogel (1969, 1997) ha enfatizado repetidamente, no hay ninguna "sensación" que pueda llamarse "tamaño de la imagen retiniana percibida", R′ .

También se rechaza la idea popular de que el "tamaño percibido" de un objeto resulta de un "escalado del tamaño retiniano"; un proceso ilógico que de alguna manera "magnifica" el "tamaño retiniano" muy pequeño para producir el tamaño lineal percibido mucho mayor del objeto visto S′ .

En cambio, la extensión física de la retina R normalmente determina la magnitud del ángulo visual percibido θ′ . Pero, como ya se ha señalado, otros factores pueden intervenir para modificar ligeramente θ′ en un objeto que forma una imagen retiniana de tamaño constante (y, por lo tanto, crear una ilusión de ángulo visual). De hecho, el principal descubrimiento de Murray et al. (2006) se refiere a esta relación flexible entre R y θ′ , como se describe a continuación.

Ilusiones de ángulo visual y área V1

Los observadores de Murray et al. (2006) vieron una imagen plana con dos discos que abarcaban el mismo ángulo visual θ y formaban imágenes retinianas del mismo tamaño ( R ), pero el tamaño angular percibido, θ′ , para un disco era mayor que θ′ para el otro (aproximadamente un 17% mayor) debido a diferencias en sus patrones de fondo. Además, en el área cortical V1, los tamaños de los patrones de actividad relacionados con los discos eran desiguales, a pesar de que las imágenes retinianas eran del mismo tamaño. La diferencia entre estos "tamaños corticales" en el área V1 para los discos ilusorios era esencialmente la misma que la diferencia producida por dos discos no ilusorios cuyos tamaños de imagen retiniana diferían, por ejemplo, en un 17%.

Los investigadores señalaron que sus hallazgos discrepan drásticamente de los modelos hipotéticos de eventos neuronales que se proponen en casi todas las teorías actuales de la percepción espacial visual.

Murray, et al. (2006) también señalaron que el patrón de ilusión plana que utilizaron puede representar otras ilusiones clásicas de "tamaño", como la ilusión de Ponzo y, así como, la ilusión de la luna , que es una ilusión de ángulo visual para la mayoría de los observadores, (McCready, 1965, 1986, Restle 1970, Plug & Ross, 1989, p.  21, Ross & Plug, 2002).

Un metaanálisis detallado de los resultados de Murray et al. (2006) está disponible en McCready (2007, Apéndice B).

La paradoja tamaño-distancia

La hipótesis clásica de invariancia tamaño-distancia

Las teorías convencionales sobre la percepción del tamaño y la distancia, presentes en los libros de texto, no hacen referencia al ángulo visual percibido (por ejemplo, Gregory, 1963, 1970, 1998, 2008), e incluso algunos investigadores niegan su existencia (Kaufman y Kaufman, 2002). Esta idea de que uno no percibe las diferentes direcciones en las que se encuentran los objetos con respecto a sí mismo constituye la base de la denominada "hipótesis de invariancia tamaño-distancia" (HID).

Esa antigua lógica (geometría) del SDIH se ilustra típicamente mediante un diagrama similar a la Figura 2, pero sustituyendo el ángulo visual físico θ por el ángulo visual percibido θ′ . La ecuación para el SDIH es, por lo tanto,

S′/D′=broncearse⁡θ{\displaystyle S'/D'=\tan \theta \,}

Aquí, S′ se suele denominar "tamaño percibido" o "tamaño aparente"; más precisamente, es el tamaño lineal percibido, medido en metros.

Cuando se reordena como S′ = D′ tan θ , la ecuación expresa la ley de Emmert .

Sin embargo, al menos desde 1962, los investigadores han señalado que muchas ilusiones clásicas de "tamaño" y distancia no pueden describirse ni explicarse utilizando la hipótesis de la ilusión de tamaño-distancia (SDIH), por lo que se necesita una nueva hipótesis (Boring, 1962; Gruber, 1956; McCready, 1965; Baird, 1970; Ono, 1970). Por ejemplo, consideremos la simple ilusión de Ebbinghaus.

Ejemplo: la ilusión de Ebbinghaus

Los dos círculos naranjas son exactamente del mismo tamaño; sin embargo, el de la izquierda parece más pequeño.

Los dos círculos centrales tienen el mismo tamaño lineal S y la misma distancia de visualización D , por lo que abarcan el mismo ángulo visual θ y forman imágenes retinianas de igual tamaño. Sin embargo, el inferior parece más grande que el superior.

Según la hipótesis SDIH, "parece más grande" solo puede significar que S′ es mayor, y dado que el ángulo físico θ es el mismo para ambos, la hipótesis SDIH exige que D′ sea mayor para el círculo inferior que para el superior. Sin embargo, para la mayoría de los observadores, ambos círculos parecen desiguales, aunque se encuentren a la misma distancia (en la misma página).

Esta discrepancia común entre los datos publicados y la hipótesis SDIH se conoce como la "paradoja tamaño-distancia" (Gruber, 1956, Ono, et al. 1974).

La "paradoja" desaparece por completo, sin embargo, cuando la ilusión se describe, en cambio, como una ilusión de ángulo visual: es decir, el ángulo visual percibido θ′ es mayor para el círculo inferior que para el círculo superior: es como si su imagen retiniana fuera mayor. Así, según la "nueva" hipótesis de invariancia perceptiva, ( S′ / D′ = tan θ′ ), con θ′ mayor para el círculo inferior, y con D′ correctamente igual para ambos círculos, entonces S′ se vuelve mayor para el inferior en la misma proporción en que θ′ es mayor. Es decir, la razón por la que el círculo inferior parece tener un tamaño lineal mayor en la página es porque parece tener un tamaño angular mayor que el superior.

Explicar las ilusiones ópticas de ángulo sigue siendo difícil.

La nueva hipótesis que incluye θ′ junto con S′ describe la ilusión de Ebbinghaus y muchas otras ilusiones clásicas de "tamaño" de forma más completa y lógica que la popular hipótesis SDIH. Sin embargo, aún queda por explicar por qué se produce la ilusión básica del ángulo visual en cada ejemplo.

Describir las pocas explicaciones existentes para las ilusiones de ángulo visual está fuera del alcance de esta entrada. Las teorías más recientes se han presentado principalmente en artículos sobre la ilusión lunar (Baird et al., 1990, Enright, 1989a, 1989b, Hershenson, 1982, 1989b, Higashiyama, 1992, McCready 1986, 1999–2007, Plug & Ross, 1989, Reed, 1989, Roscoe, 1989, y especialmente en dos libros sobre la "ilusión lunar" (Hershenson, 1989; Ross & Plug, 2002) que dejan bastante claro que los científicos de la visión aún no se han puesto de acuerdo sobre ninguna teoría particular de las ilusiones de ángulo visual.

También existe la ilusión del ángulo visual menos conocida, pero evidentemente la más grande, de la micropsia oculomotora ( micropsia de convergencia ) para la cual se están considerando varias explicaciones diferentes (McCready, 1965, 2007, Ono, 1970, Komoda y Ono, 1974, Ono, et al. 1974, Enright, 1987b, 1989a, 1989b).

Esta es una lista parcial de ilusiones de "tamaño y distancia" que, para la mayoría de los observadores, comienzan como ilusiones de ángulo visual (ilusiones de tamaño angular).

Notas

  1. ↑ En algunas teorías, el ojo ciclópeo está, en efecto, aproximadamente a medio camino entre donde uno siente que están ubicados sus ojos en la imagen corporal de su cabeza (Ono, 1970, Ono, Mapp y Howard, 2002). Otras teorías definen el lugar desde donde uno siente que está viendo el mundo como el egocentro visual (Roelofs, 19xx, McCready, 1964, 1965, Sakuma y Pfaff, 1979) que, entre los observadores, varía, en efecto, desde aproximadamente el punto medio entre los ojos hasta al menos tan atrás como el centro de la cabeza, aproximadamente 4 pulgadas detrás de los ojos, aproximadamente a medio camino entre las dos orejas, en el eje para rotaciones horizontales de la cabeza.
  2. ↑ Las experiencias subjetivas de las direcciones visuales fueron investigadas exhaustivamente por Ewald Hering (1942/1879) y por Hermann von Helmholtz (1962/1910), quienes distinguieron entre las direcciones oculocéntricas percibidas y las direcciones egocéntricas percibidas. Ellos, y otros teóricos, han señalado que la dirección egocéntrica de un punto observado (d'B y d'A en este caso) está determinada por un proceso que necesariamente combina la posición de la imagen del punto en la retina con información sobre la posición del ojo con respecto a la cabeza (y el cuerpo).

Referencias

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