Morphing技術(shù)下維、漢大學(xué)生面孔倒置效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究

董曉娟 聞素霞

（新疆師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊，830017）

Morphing技術(shù)下維、漢大學(xué)生面孔倒置效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究

董曉娟 聞素霞

（新疆師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊，830017）

本研究采用Morphing技術(shù)處理面孔材料，讓62名維、漢大學(xué)生對(duì)一系列民族漸變的面孔圖片進(jìn)行族別判斷，以考察維漢大學(xué)生面孔識(shí)別的倒置效應(yīng)。結(jié)果顯示（1）Morphing材料的呈現(xiàn)方向?qū)Ρ辉囎R(shí)別本族與異族面孔的認(rèn)知反應(yīng)有影響。當(dāng)圖片由本族面孔開(kāi)始時(shí)，要求被試進(jìn)行“目標(biāo)圖片更像異族面孔”的判斷時(shí)，被試做出的反應(yīng)會(huì)在圖片連續(xù)變化中較早的圖片上；而當(dāng)圖片由異族面孔開(kāi)始，要求被試進(jìn)行“目標(biāo)圖片更像本族面孔”的判斷時(shí)時(shí)，被試做出的反應(yīng)會(huì)在較晚的圖片上，明顯的表現(xiàn)出了本族效應(yīng)。（2）當(dāng)圖片由本族面孔開(kāi)始時(shí)，被試在正立面孔圖片連續(xù)變化中比倒立面孔圖片連續(xù)變化中做出的反應(yīng)停留在較早的圖片上；而當(dāng)圖片由異族面孔開(kāi)始時(shí)，被試在正立面孔圖片連續(xù)變化中比倒立面孔圖片連續(xù)變化中做出的反應(yīng)停留在較晚的圖片上。

面孔識(shí)別；Morphing技術(shù)；倒置效應(yīng)

1、引言

面孔對(duì)人類的生存具有重要意義。面孔可攜帶種族、性別、年齡、個(gè)體吸引力、社會(huì)地位及情緒狀態(tài)等多種社會(huì)信息。面孔識(shí)別是對(duì)面孔這一包含復(fù)雜社會(huì)信息的視覺(jué)刺激進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)也是對(duì)面孔所傳遞的信息進(jìn)行加工的知覺(jué)過(guò)程。對(duì)面孔信息的正確認(rèn)識(shí)有助于人們的社會(huì)交往和環(huán)境適應(yīng),在人類生活中占據(jù)重要地位[1]。

人們天生就很容易在各類物體中快速識(shí)別出人類的面孔，但是對(duì)于不同種族的面孔識(shí)別有差異。個(gè)體對(duì)本族面孔總是比不熟悉的異族面孔有更好的再認(rèn)。這一現(xiàn)象被稱為本族效應(yīng)（own-race effect），又稱本族偏差（own-race bias），異族效應(yīng)（other-race effect），跨種族效應(yīng)（cross-race effect）[2]。在日常生活中，經(jīng)常可以聽(tīng)到這樣的描述“外國(guó)（族）人看上去長(zhǎng)得都一個(gè)模樣”這便是本族效應(yīng)的具體表現(xiàn)[3]。

另一方面，在呈現(xiàn)倒置的面孔時(shí)，人類的認(rèn)知加工就會(huì)受到影響。實(shí)際上，人類對(duì)正立面孔識(shí)別相對(duì)于其他物體存在著優(yōu)勢(shì)，然而面孔倒置的時(shí)候，因角度的影響，再認(rèn)成績(jī)不僅明顯低于正立面孔成績(jī)，甚至正立與倒立面孔再認(rèn)成績(jī)的差異遠(yuǎn)大于普通物體正立與倒立時(shí)再認(rèn)成績(jī)的差異[4][5][6]。這種現(xiàn)象稱為面孔倒置效應(yīng)(face inversion effect FIE)。

Yin(1969)最早對(duì)面孔倒置效應(yīng)進(jìn)行了研究,他比較了被試者對(duì)普通物體(如房子、飛機(jī))和面孔的再認(rèn)成績(jī),發(fā)現(xiàn)正立時(shí)面孔再認(rèn)成績(jī)較好,倒置時(shí)所有刺激再認(rèn)成績(jī)均下降,但是正立面孔和倒置面孔的再認(rèn)成績(jī)差異最大。

對(duì)于面孔倒置效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)制的探討,研究者并未達(dá)成一致意見(jiàn),提出了各種理論假說(shuō)[7]。圖式理論認(rèn)為,人們對(duì)倒置面孔接觸較少,沒(méi)有建立關(guān)于倒置面孔的圖式,使得識(shí)別和再認(rèn)倒置面孔的成績(jī)下降。多維空間理論[8](Valentine,1991)認(rèn)為,面孔可以用一個(gè)多維空間的坐標(biāo)點(diǎn)來(lái)表示,在這一坐標(biāo)空間中,正立面孔多且集中在原點(diǎn)附近,倒置面孔少且分散在周圍,人們很難在這個(gè)多維空間中尋找到倒置目標(biāo)面孔,從而表現(xiàn)出倒置效應(yīng)。

本族效應(yīng)作為一種特殊的社會(huì)認(rèn)知現(xiàn)象，受到面孔材料本身的特點(diǎn)（如表情，面孔倒置等）也會(huì)對(duì)本族偏向也產(chǎn)生影響。Rhodes等人（1989）以不同朝向(正置/倒置)的面孔作為實(shí)驗(yàn)材料，發(fā)現(xiàn)相比異族面孔，被試對(duì)本族面孔的識(shí)別具有更強(qiáng)的倒置效應(yīng)，即對(duì)于正立面孔識(shí)別的成績(jī)與反應(yīng)時(shí)顯著好于對(duì)倒立面孔的識(shí)別。

計(jì)算機(jī)技術(shù)與圖像技術(shù)的進(jìn)步使得對(duì)面孔材料的加工也在不斷發(fā)展。從以往采用人臉的抽象圖形（如原型圖片等）作為實(shí)驗(yàn)材料到逐漸開(kāi)始采用自然人臉的面孔圖片進(jìn)行研究，研究者也可根據(jù)研究目的的要求，將面孔圖片經(jīng)photoshop、morph等軟件進(jìn)行處理，即在對(duì)面孔圖像進(jìn)行特征提取和分類之前進(jìn)行預(yù)處理，使用Morphing技術(shù)來(lái)研究面孔始于10世紀(jì)50年代，現(xiàn)在這一技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用。Morphing是指將一給定的源數(shù)字圖像（與目標(biāo)圖像具有相同形狀）自然流暢地變換到目標(biāo)數(shù)字圖像（與源圖像具有相同形狀）。在這種自然漸變的過(guò)程中，中間幀具有源數(shù)字圖像與目標(biāo)圖像的雙重特征。使用Morphing技術(shù)時(shí)，通常需要操作者指定源處理對(duì)象和目標(biāo)處理對(duì)象之間特征的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種特征對(duì)應(yīng)關(guān)系也可由動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)自動(dòng)算得。我們稱Morphing為形狀漸變或形狀過(guò)渡。在結(jié)合Morphing技術(shù)對(duì)異族效應(yīng)的研究中[16][17]，該技術(shù)將被試本族的面孔與異族的面孔集合起來(lái)，然后通過(guò)電腦以類似于電影的方式來(lái)呈現(xiàn)由一個(gè)民族面孔變成另一個(gè)民族面孔的過(guò)程[9][10][11]。

因此，本研究試圖通過(guò)運(yùn)用Morphing技術(shù)研究維、漢大學(xué)生面孔倒置效應(yīng)，本研究預(yù)測(cè)：（1）當(dāng)圖片由本族面孔開(kāi)始時(shí)，被試會(huì)做出的反應(yīng)會(huì)在圖片連續(xù)變化中較早的圖片上；而當(dāng)圖片由異族面孔開(kāi)始時(shí)，被試做出的反應(yīng)會(huì)在較晚的圖片上，明顯的表現(xiàn)出了本族效應(yīng)。（2）當(dāng)圖片由本族面孔開(kāi)始時(shí)，被試在正立面孔圖片連續(xù)變化中比倒立面孔圖片連續(xù)變化中做出的反應(yīng)停留在較早的圖片上；而當(dāng)圖片由異族面孔開(kāi)始時(shí)，被試在正立面孔圖片連續(xù)變化中比倒立面孔圖片連續(xù)變化中做出的反應(yīng)停留在較晚的圖片上。

2.研究方法

2.1 被試

本研究隨機(jī)選取新疆師范大學(xué)62名大學(xué)生（漢族32名，維吾爾族30名）為被試，所有被試的視力或矯正視力正常，參加完實(shí)驗(yàn)后給予一定報(bào)酬。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2（被試：漢族、維族）×2（圖片方向：正立、倒立）×2（面孔圖片漸變類型：維漢漸變、漢維漸變）混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中被試變量為被試間設(shè)計(jì)，圖片方向變量和面孔圖片漸變類型均為被試內(nèi)設(shè)計(jì)。因變量為被試按鍵停止的位置，即對(duì)民族特征變化的反應(yīng)值，用被試對(duì)民族特征變化反應(yīng)的百分比表示。

2.3 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)材料經(jīng)Morph Man V.4Trial軟件，將其中一張本族面孔圖片與之性別相對(duì)應(yīng)的一張異族面孔圖片結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)Morphing的標(biāo)準(zhǔn)化，即處理出一系列兩個(gè)不同民族面孔之間變化程度相同的面孔圖片。首先以一張維吾爾族面孔圖片作為處理的原始面孔，然后在漢族面孔圖片中選出一張作為目標(biāo)面孔圖片，為產(chǎn)生精確的Morphing圖像，照片間的排列使用了120以上個(gè)參照點(diǎn)，這些參照點(diǎn)位于面孔五官、顴骨以及跟蹤整個(gè)頭部輪廓這樣的標(biāo)記點(diǎn)處，以便使照片的內(nèi)部面孔特征大小一致。然后以相同的變化程度為依據(jù)，生成一系列不同的合成后的面孔圖片[12]。

本實(shí)驗(yàn)中采用的圖片變化率為5%，即相鄰兩張面孔的民族特征變化程度為5%。例如：原始面孔是一張維吾爾族的男性面孔圖片，目標(biāo)面孔為一張漢族的男性面孔圖片，根據(jù)這兩張面孔圖片處理出19張?zhí)卣鳚u變的面孔圖片，即處理出的第一張面孔包含95%的維吾爾族特征與5%的漢族特征，第二張面孔包含90%的維吾爾族特征與10%的漢族特征，處理出的第十一張面孔包含45%的維吾爾族特征與55%的漢族特征。一組民族特征漸變的面孔圖片由一個(gè)民族的原始面孔圖片開(kāi)始，到另一個(gè)民族的目標(biāo)面孔結(jié)束，中間包含19張?zhí)卣鞯染酀u變的處理面孔，加原始面孔共21張面孔圖片。為了產(chǎn)生電影的效果，21張面孔照片依次呈現(xiàn)，每張呈現(xiàn)1s，共呈現(xiàn)21s。按便攜電腦上的空格鍵可在任意時(shí)間停止電影的放映。

每名被試均看到4種Morphing電影：從正立維吾爾族面孔到正立漢族面孔；從倒立維吾爾族面孔到倒立漢族面孔；從正立漢族面孔到正立維吾爾族面孔；從倒立漢族面孔到倒立維吾爾族面孔。本實(shí)驗(yàn)中有20組面孔(男女各半)漸變正立圖片，并增加每組面孔漸變的倒立版本，共產(chǎn)生420張正立面孔刺激圖片，420張倒立面孔刺激圖片。40組面孔(男女各半)漸變圖片，兩兩民族隨機(jī)結(jié)合進(jìn)行面孔圖片民族特征漸變處理，共產(chǎn)生840張面孔刺激圖片。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用聯(lián)想G480筆記本電腦呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)材料，屏幕分辨率為1366×768像素，被試的所有任務(wù)都在聯(lián)想G480筆記本電腦上完成。

2.4 實(shí)驗(yàn)程序

進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段，告知被試要看一系列的民族特征漸變的面孔圖片。首先在顯示屏中央呈現(xiàn)一個(gè)民族（維吾爾族或漢族）的原始面孔，要求被試認(rèn)真觀察面孔的民族特征，當(dāng)被試自認(rèn)為看清楚圖片上面孔的民族特征后，按空格鍵即進(jìn)入連續(xù)呈現(xiàn)Morphing后的民族特征漸變圖片，被試認(rèn)為呈現(xiàn)的圖片中面孔所含有的民族特征已經(jīng)由先前的民族轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)民族的時(shí)候，按鍵做出反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)自動(dòng)進(jìn)入下一組刺激。

正式實(shí)驗(yàn)之前，先讓被試做一個(gè)預(yù)實(shí)驗(yàn)，程序與正式實(shí)驗(yàn)相同，旨在讓被試充分了解實(shí)驗(yàn)操作，能按指導(dǎo)語(yǔ)正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)由4個(gè)小節(jié)組成，每節(jié)呈現(xiàn)10組民族特征漸變面孔圖片，即210張面孔刺激圖片。每小節(jié)之間讓被試休息3分鐘。

3.結(jié)果

本研究參考已有的研究文獻(xiàn)，選擇分析指標(biāo)為被試對(duì)民族特征變化反應(yīng)值的百分比。研究所有數(shù)據(jù)用spss16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理。被試在兩種Morphing條件下對(duì)兩種圖片方向的反應(yīng)值如表1所示。

表1 在兩種M orphi ng條件下對(duì)兩種圖片方向的反應(yīng)值（M±SD）

由表1可知，當(dāng)Morphing材料由本族面孔開(kāi)始時(shí)，并且要求被試進(jìn)行“目標(biāo)圖片更像異族面孔”的判斷時(shí)，被試做出的反應(yīng)會(huì)在圖片連續(xù)變化中較早的圖片上，也就是說(shuō)只需要較少的本族面孔的像素就可以做出判斷。

當(dāng)Morphing材料由異族面孔開(kāi)始時(shí)，并且要求被試進(jìn)行“目標(biāo)圖片更像本族面孔”的判斷時(shí)，被試做出的反應(yīng)會(huì)在圖片連續(xù)變化中較晚的圖片上，也就是被試需要更多的本族面孔的像素才能做出判斷，明顯的表現(xiàn)出了本族效應(yīng)。

對(duì)被試的反應(yīng)值進(jìn)行方差分析。被試類型主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(1,60)=5.62，p=0.023；圖片類型主效應(yīng)不顯著，F(xiàn)(1,60)=2.96，p=0.086；被試類型和圖片類型交互作用顯著，F(xiàn)(1,60)=28.51，p=0.00。對(duì)被試在不同面孔圖片水平上進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：被試對(duì)維漢方向的面孔圖片的反應(yīng)值差異顯著，F(xiàn) (1,30)=7.93，p=0.005；被試對(duì)漢維方向的面孔圖片的反應(yīng)值差異顯著，F(xiàn)(1,30)=33.17，p=0.00。圖片類型、圖片方向和被試類型交互作用顯著，對(duì)被試在面孔類型的不同水平圖片方向上進(jìn)行簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單效應(yīng)分析，漢族被試在漢維漸變面孔上，不同圖片方向反應(yīng)值差異顯著，F(xiàn)(1,30)=10.69，p=0.001，漢族被試在維漢漸變面孔上，不同圖片方向反應(yīng)值差異顯著，F(xiàn)(1,30)=13.53，p=0.00，維吾爾被試在漢維漸變面孔上，不同圖片方向反應(yīng)值差異顯著，F(xiàn) (1,30)=11.93，p=0.001，維吾爾被試在維漢漸變面孔上，不同圖片方向反應(yīng)值差異顯著，F(xiàn)(1,30)=11. 93，p=0.005。其他效應(yīng)均不顯著。

4.討論

本研究發(fā)現(xiàn)，Morphing材料的呈現(xiàn)方向?qū)Ρ辉囎R(shí)別本族與異族面孔的認(rèn)知反應(yīng)有影響。當(dāng)圖片由本族面孔變化到異族面孔，被試對(duì)圖片進(jìn)行“目標(biāo)圖片更像異族面孔”的判斷時(shí)，所有被試只需要較少的本族面孔的像素就可以做出判斷，而當(dāng)圖片由異族面孔變化到本族面孔，要求被試進(jìn)行“目標(biāo)圖片更像本族面孔”的判斷時(shí)，被試則需要更多的本族面孔的像素才能做出判斷。

根據(jù)多維空間理論，由于本族被試對(duì)于異族面孔缺乏對(duì)異族面孔的維度知識(shí)，在心理空間中異族面孔的集中程度較大，缺乏獨(dú)特性效應(yīng)，對(duì)異族面孔民族特征變化的差異反應(yīng)較為遲緩，所以在異族面孔漸變?yōu)楸咀迕婵讜r(shí)，做判斷需要更多的本族面孔像素。但對(duì)于本族面孔漸變?yōu)楫愖迕婵?，因?yàn)閷?duì)于本族面孔有著豐富的維度知識(shí)，所以在心理空間中本族面孔的集中程度較小，具有獨(dú)特性效應(yīng)，所以對(duì)本族面孔民族特征的變化較為敏感，因而做判斷時(shí)需要較少的本族面孔像素。

本實(shí)驗(yàn)采用Morphing技術(shù)通過(guò)一系列民族漸變的的面孔來(lái)考察本族面孔與異族面孔在心理空間中的集中程度，即面孔的獨(dú)特性。在實(shí)驗(yàn)中如果原始面孔是一張維吾爾族面孔，結(jié)束面孔是一張漢族面孔，中間過(guò)渡出一系列既有維吾爾族特征又有漢族特征的面孔圖片，讓被試對(duì)面孔民族特征的變化做出反應(yīng)，如果被試是維吾爾族，則對(duì)于維吾爾族面孔在心理空間中的集中程度小，獨(dú)特性大，對(duì)維吾爾族面孔的民族特征更敏感，所以需要較少的維吾爾族面孔像素就可以進(jìn)行判斷。

Lun和Shlomo(2008)[13]在研究中指出，由于人們對(duì)本族面孔有更多的接觸經(jīng)驗(yàn)，在心理空間中就有理想的知覺(jué)維度，形成一個(gè)中心，本族面孔就分布在這個(gè)中心周圍，集中程度較?。欢藗儗?duì)異族面孔的接觸經(jīng)驗(yàn)較少，所以異族面孔在心理空間中就沒(méi)有理想的知覺(jué)維度，因此異族面孔分布在一個(gè)更同質(zhì)的空間里，集中程度較大，缺乏獨(dú)特性效應(yīng)，因此很難分辨出異族面孔的細(xì)微變化。本研究同樣發(fā)現(xiàn)：被試對(duì)本族面孔民族特征變化的反應(yīng)值較小，而對(duì)異族面孔民族特征變化的反應(yīng)值較大，即對(duì)本族面孔的變化較為敏感，而對(duì)異族面孔的變化則不太敏感。說(shuō)明本族面孔的特征圍繞著心理空間的中心位置分布，集中程度較小，獨(dú)特性較強(qiáng)，因此對(duì)本族面孔特征的變化較為敏感；而異族面孔離中心位置較遠(yuǎn)，且分布在一個(gè)更加緊密、同質(zhì)的區(qū)域里，集中程度較大，獨(dú)特性較弱，所以對(duì)異族面孔特征的變化不敏感。

Yin（1969）發(fā)現(xiàn)人們對(duì)正立面孔的識(shí)別成績(jī)要好于倒立面孔的識(shí)別成績(jī)。她將面孔圖、房子圖片、飛機(jī)圖片等旋轉(zhuǎn)180度讓被試觀看并在第二階段再認(rèn)，結(jié)果表明人們對(duì)正立面孔的再認(rèn)好于對(duì)倒立面孔的再認(rèn)。她認(rèn)為這種面孔倒立效應(yīng)是因?yàn)槿藗儗?duì)面孔的加工是一種整體加工，當(dāng)面孔倒立時(shí)，面孔的整體性被破壞，因此對(duì)倒立面孔的識(shí)別成績(jī)差。Rhodes，Brake，Taylor和Tan（1989）發(fā)現(xiàn)本族面孔比異族面孔表現(xiàn)出更大的倒立效應(yīng)。他們要求亞洲被試與高加索被試再認(rèn)一些正立的和倒立的亞洲面孔和高加索面孔，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被試在再認(rèn)本族面孔時(shí)表現(xiàn)出更大的倒立效應(yīng)，因此，他們推測(cè)人們對(duì)本族面孔的加工更多依賴于整體信息。而且，通過(guò)1個(gè)小時(shí)的訓(xùn)練讓被試對(duì)異族面孔更熟悉，被試對(duì)異族面孔也表現(xiàn)出更大的倒立效應(yīng)，也即對(duì)異族面孔也采用整體加工的方式（McKone，Brewer，MacPherson等，2007）

本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圖片由本族面孔開(kāi)始時(shí)，被試在正立面孔圖片連續(xù)變化中比倒立面孔圖片連續(xù)變化中做出的反應(yīng)停留在較早的圖片上。圖片倒置破壞了面孔的整體性，而對(duì)于本族面孔的加工更多依賴于整體信息，所以對(duì)于正立的本族面孔識(shí)別快于倒立的本族面孔。根據(jù)多維空間理論，被試對(duì)于本族面孔有較多的接觸經(jīng)驗(yàn)，在多維空間的坐標(biāo)空間中,本族圖片分布在原點(diǎn)周圍，集中程度較小，且正立面孔多集中在原點(diǎn)附近,倒置面孔少且分散在周圍，因此在對(duì)面孔圖片進(jìn)行族別判斷時(shí)，被試能夠較快識(shí)別出正立圖片的族別變化，而對(duì)于倒立圖片的識(shí)別相對(duì)較慢。

而當(dāng)圖片由異族面孔開(kāi)始時(shí)，被試在正立面孔圖片連續(xù)變化中比倒立面孔圖片連續(xù)變化中做出的反應(yīng)停留在較晚的圖片上。由多維空間理論可知，被試對(duì)于異族面孔缺乏對(duì)異族面孔的維度知識(shí)，在心理空間中異族面孔離中心位置較遠(yuǎn)，且分布在一個(gè)更加緊密、同質(zhì)的區(qū)域里，集中程度較大，對(duì)異族面孔民族特征變化的差異反應(yīng)較為遲緩。

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