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Perceiving Complex Objects: A Comparison of the Visual and the Haptic Modalities

MPS-Authors
http://pubman.mpdl.mpg.de/cone/persons/resource/persons83925

Gaissert,  N
Department Human Perception, Cognition and Action, Max Planck Institute for Biological Cybernetics, Max Planck Society;

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Citation

Gaissert, N. (2011). Perceiving Complex Objects: A Comparison of the Visual and the Haptic Modalities.


Cite as: http://hdl.handle.net/11858/00-001M-0000-0013-BCF6-9
Abstract
Das wichtigste Werkzeug des Menschen sind seine Hände. Obwohl dieses Sprichwort schon sehr alt ist, ist nur wenig darüber bekannt, wie und was der Mensch wahrnimmt, wenn er Objekte in die Hand nimmt und betastet. Wie wird die ertastete Form eines Objektes im Gehirn abgespeichert? Ist die haptische Repräsentation ähnlich zu der, der visuellen Wahrnehmung? Entsteht sogar eine multisensorische, und somit gemeinsame, Repräsentation? Diese fundamentalen Fragen bilden den Hintergrund der vorliegenden Dissertation. Die hier dargestellten Experimente zeigen, dass der Mensch sehr ähnliche perzeptuelle Räume generiert, wenn komplexe Formen eines parametrisch definierten Objektraumes visuell oder haptisch exploriert werden. Um dies zu zeigen, wurde zuerst ein dreidimensionaler Objektraum muschelähnlicher Objekte generiert, welche in drei Formparametern variieren. Versuchspersonen wurden in den visuellen Versuchen Fotos oder virtuelle Rekonstruktionen der Objekte gezeigt, während in den haptischen Versuchen 3D Plastikmodelle der Objekte, generiert mit einem 3D Drucker, mit verbundenen Augen betastet wurden. In einer ersten Reihe von Experimenten bewerteten die Versuchspersonen die Ähnlichkeit zweier, nacheinander gezeigter, Objekte. Mit diesen Ähnlichkeitsbewertungen und mit Hilfe des Verfahrens der multidimensionalen Skalierung wurden die perzeptuellen Räume beider Modalitäten visualisiert. Überraschenderweise konnten die Versuchspersonen die Topologie des Objektraumes korrekt nachbilden, unabhängig davon, ob sie die Objekte gesehen oder betastet hatten. Weiterhin zeigten die Ergebnisse, dass der visuelle und der haptische perzeptuelle Raum fast identisch waren. Als nächstes wurden drei Kategorisierungsexperimente durchgeführt. Obwohl Kategorisierung allein durch den Tastsinn eher eine ungewöhnliche Aufgabe ist, konnte sie genauso gut gelöst werden, wie wenn die Versuchspersonen die Objekte sehen konnten. Anschließend wurden die perzeptuellen Räume beider Modalitäten mit den Ergebnissen der Kategorisierungsexperimente verglichen. Für alle Kategorisierungsexperimente und für beide Modalitäten war die wahrgenommene Ähnlichkeit zwischen Objekten einer Kategorie höher, als die Ähnlichkeit zweier Objekte aus unterschiedlichen Kategorien. Das heißt, dass, sowohl visuell als auch haptisch, Objekte in einer Kategorie zusammengruppiert wurden, die als sehr ähnlich wahrgenommen wurden. Um zu untersuchen, inwieweit die auf den computergenerierten Objekten basierenden Ergebnisse auf natürliche Objekte übertragbar sind, wurde eine Sammlung von Muscheln und Salzwasserschnecken erstellt. Mit diesen wurden, wie oben beschrieben, Ähnlichkeitsbewertungen durchgeführt und mittels multidimensionaler Skalierung die perzeptuellen Räume visualisiert. Wiederum waren der visuelle und der haptische perzeptuelle Raum fast identisch. Interessanterweise konnte man in beiden Räumen eine Gruppenbildung erkennen, weshalb auch hier drei Kategorisierungsexperimente durchgeführt wurden. Obwohl die Muscheln in einer Vielzahl an Objektmerkmalen variierten, z.B. Form, Farbe, Muster etc., konnten die Versuchspersonen diese Aufgabe ohne Mühe lösen, auch wenn sie die Objekte nur betasten durften. Zusätzlich konnte die Gruppenbildung, die schon in den perzeptuellen Räumen erkennbar war, die Kategorisierungsergebnisse richtig vorhersagen. Zusammengenommen weisen diese Ergebnisse darauf hin, dass die visuelle und die haptische Repräsentation von Objekten sehr eng miteinander verknüpft sein müssen. Zusätzlich liefern die Experimente Hinweise darauf, dass die gleichen Prozesse genutzt werden, wenn Ähnlichkeiten zwischen Objekten wahrgenommen werden, oder Objekte kategorisiert werden, egal ob die Objekte visuell oder haptisch exploriert werden.