Visual control of locomotion By Brett R. Fajen
Hoofdstuk 2 Optic flow and the perception of self-motion
2.1 The optic flow field
Wanneer iemand door de omgeving beweegt, veranderd het licht patroon om de waarnemer op een
systematische manier; optic flow. Dit geeft informatie over de beweging door de wereld en de
structuur van de omgeving.
2.2 Heading direction and information in optic flow
Het uitgangspunt in de singulariteit in het optic flow field, dat in het geval van soepele, voorwaartse
voortbeweging door een statische omgeving het punt is van waaruit de optische beweging uitstraalt.
Deze eigenschap is bekend als de focus of expansion (FoE) en is van belang vanwege de afstemming
op de richting van de waarnemer. Dus bij het bekijken van de FoE weet de bewegende waarnemer in
welke richting hij beweegt.
2.3 Optic flow is used to control walking in humans
Gibson stelde dat optic flow ook gebruikt wordt bij voortbeweging. Wanneer je door een smalle
doorgang moet, kun je deze doorgang in lijn leggen met de FoE om er door te kunnen. Toch zijn
mensen in staat om naar een doel te lopen met afwezigheid van optic flow door de visuele richting
van het doelwit waar te nemen in een lichaamsgericht referentiekader. Uit onderzoek blijkt dat optic
flow en visuele richting in conflict zijn wanneer ze beide aanwezig zijn, maar dat optic flow
domineert.
2.4 Perceiving heading and path from optic flow
2.4.1 Heading perception during translational self-motion
De perceptie van de koersrichting in een egocentrisch referentiekader is aanzienlijk minder
nauwkeurig en onderhevig aan systematische vooroordelen. Uit onderzoek blijkt dat de koershoeken
overschat worden met 10o. Enkele onderzoekers zeiden dat deze verstoringen in koersperceptie
functioneel kunnen zijn. Kleine fouten rond rechtdoor worden perceptueel vergroot, wat een
nauwkeurige schatting mogelijk zou kunnen maken in het bereik van koersrichtingen dat het meest
relevant is voor de begeleiding van voortbeweging. Aan de andere kant, voor taken die betrekking
hebben op het begeleiden van voortbeweging ten opzichte van objecten in de wereld, is de
betekenis van dergelijke perceptuele vooroordelen onduidelijk. Het gebruik van optic flow om de
self-motion richting waar te nemen vereist niet per se een zichtbare FoE. De locatie van de FoE kan
ontdekt worden door het bemonsteren van een klein gebied van het optic flow field en het
trianguleren van twee of meer vectoren. Hierdoor zijn mensen in staat om hun weg in te schatten
met 2o.
De uitlijning van de FoE met de bewegingsrichting is niet afhankelijk van de spatiele structuur van de
omgeving. Kennis over de lay-out van de omgeving is niet nodig.
2.4.2 Heading perception in the presence of moving objects
Een factor die de perceptie van richting gebaseerd op optic flow lastig kan maken is de aanwezigheid
van objecten die onafhankelijk van ons bewegen. Deze objecten veroorzaken delen van het optic
flow field met beweging die tegenstrijdig is met de stationaire achtergrond. In het momentane
stromingsveld hebben de snelheidsvectoren die overeenkomen met een bewegend object
verschillende grootheden en wijzen ze in verschillende richtingen. Een mogelijkheid is dat het visuele
systeem bewegende objecten identificeert en segmenteert voordat de koers wordt geschat. Optic
flow van bewegende objecten kan worden verdisconteerd tijdens koerswaarneming, tenminste
wanneer die objecten correct worden gedetecteerd als bewegend. Aan de andere kant, in de meeste
onderzoeken naar koersafwijkingen als gevolg van bewegende objecten was het bewegende object
makkelijk te identificeren gebaseerd op relatieve beweging en dynamische occlusie. Zelfs de
toevoeging van kleurcontrast, binoculaire dispariteit of biologische beweging verminderd de bias
niet. Dit impliceert een ruimtelijk poolingsmechanisme dat beweging vanuit het hele gezichtsveld
bundelt, ongeacht of het overeenkomt met bewegende objecten of de stilstaande achtergrond.
, 2.6 Time-to-contact (TTC)
Optic flow bevat ook informatie over de nabijheid relatief aan objecten en oppervlakten. Het bevat
ook informatie over iemands tijdelijke nabijheid; de tijd die het duurt totdat de waarnemer contact
maakt met het ding waar ze naartoe bewegen. Afhankelijk van het doel vaan de waarnemer kan deze
informatie bruikbaar zijn voor het ontwijken van het object, het initieren van beweging om het doel
te vangen of zich schrap te zetten voor de impact. Dit kan omschreven worden in de formule
d
TTC = met d de afstand tot het object en v de benaderingssnelheid. Echter, afstand en
v
benaderingssnelheid hoeven niet vastgesteld te worden om de TTC waar te nemen. TTC kan ook
uitgedrukt worden in optische variabelen die onmiddellijk beschikbaar zijn voor de bewegende
waarnemer. Dit zijn namelijk de grootte van de optische hoek (θ) ingesloten door het benaderende
object en de mate van verandering van θ (θ̇ ). Wanneer de waarnemer naar het object beweegt
nemen θ en (θ̇ ) beide toe. De verhouding van θ tot zijn veranderingssnelheid (θ̇ ) benadert echter de
resterende tijd totdat de waarnemer in botsing komt met het object. Deze ratio (θ/θ̇ ) is bekend als
de optische variabele tau (τ) TTC ≈ τ =θ/ θ̇ . De bewegende waarnemer hoeft de grootte of
afstand van het object of de snelheid van de eigenbeweging niet te weten. Wanneer de bewegende
waarnemer op koers is om het object te passeren in plaats van er tegen te botsen, wordt de
resterende tijd tot passage (TTP) optisch bepaald door de verhouding van de hoekpositie van het
object ten opzichte van de richting van koers naar zijn veranderingssnelheid. Deze variabele wordt
global tau genoemd.
Hoofdstuk 3 Perception of spatial layout and affordances by an active observer
Bewegende waarnemers moeten ook de ruimtelijke lay-out van oppervlakten en objecten weten om
hun actie aan te sturen. Mensen kunnen onmiddellijk zien of ze over een object kunnen stappen of
niet. Dit is een radicaal idee omdat mensen er aan gewend zijn om dimensies te meten in feet, inches
of meters wat onafhankelijk is van de persoon die de meting doet. Onze percepties van de dimensies
van de wereld zijn intrinsieke eenheden die gedefinieerd worden door de dimensies van de
waarnemer.
3.1 Body-scaled and action-scaled information
Wanneer je naar een object kijkt, bijvoorbeeld een boom, wordt je visuele hoek van de boom in twee
kleinere hoeken verdeeld. Wanneer de grond vlak is en de horizon zichtbaar is, wordt de boom op
ooghoogte gescheiden. Zelfs als de horizon niet zichtbaar is, is informatie over de ooghoogte
beschikbaar door convergentie van parallelle hoeken, zwaartekracht horizontaal en de hoogte van de
FoE. De ratio van y A +B tot y B staat bekend als de horizon ratio en specificeert de hoogte van de
h
boom (h) als een proportie van de ooghoogte van de waarnemer (E); = y A +B / y B. Op deze manier
E
is de waarnemer in staat een dimensie van de wereld waar te nemen in eenheden gedefinieerd door
een dimensie van het lichaam. Dit is een klassiek voorbeeld van body-scaled information; de
beschikbaarheid van informatie die het mogelijk maakt voor waarnemers om de ruimtelijke lay-out in
intrinsieke eenheden waar te nemen. Dit schalen berust niet op kennis over de ooghoogte
opgeslagen in het geheugen van de waarnemer, deze kennis is overbodig want de informatie over de
hoogte van een voorwerp in de optic array is gegeven in ooghoogte eenheden.
Voor een voortbewegende waarnemer zijn de meest direct relevante statistieken voor diepte-
uitbreiding deze die niet gedefinieerd worden door de lichaamsafmetingen van de waarnemer, maar
eerder door variabelen van het actiesysteem. Informatie die dimensies in relatie tot eenheden van
het actiesysteem specificeert staat ook wel bekend als action-scaled information.
3.2 Affordances
Affordances; de kansen en mogelijkheden voor actie die door de omgeving worden geboden. Een
omgeving beschreven in termen van affordances wordt verdeeld in categorieën in plaats van
gemeten langs een continuüm. De grenzen voor deze categorieën, die gedefinieerd worden door
Hoofdstuk 2 Optic flow and the perception of self-motion
2.1 The optic flow field
Wanneer iemand door de omgeving beweegt, veranderd het licht patroon om de waarnemer op een
systematische manier; optic flow. Dit geeft informatie over de beweging door de wereld en de
structuur van de omgeving.
2.2 Heading direction and information in optic flow
Het uitgangspunt in de singulariteit in het optic flow field, dat in het geval van soepele, voorwaartse
voortbeweging door een statische omgeving het punt is van waaruit de optische beweging uitstraalt.
Deze eigenschap is bekend als de focus of expansion (FoE) en is van belang vanwege de afstemming
op de richting van de waarnemer. Dus bij het bekijken van de FoE weet de bewegende waarnemer in
welke richting hij beweegt.
2.3 Optic flow is used to control walking in humans
Gibson stelde dat optic flow ook gebruikt wordt bij voortbeweging. Wanneer je door een smalle
doorgang moet, kun je deze doorgang in lijn leggen met de FoE om er door te kunnen. Toch zijn
mensen in staat om naar een doel te lopen met afwezigheid van optic flow door de visuele richting
van het doelwit waar te nemen in een lichaamsgericht referentiekader. Uit onderzoek blijkt dat optic
flow en visuele richting in conflict zijn wanneer ze beide aanwezig zijn, maar dat optic flow
domineert.
2.4 Perceiving heading and path from optic flow
2.4.1 Heading perception during translational self-motion
De perceptie van de koersrichting in een egocentrisch referentiekader is aanzienlijk minder
nauwkeurig en onderhevig aan systematische vooroordelen. Uit onderzoek blijkt dat de koershoeken
overschat worden met 10o. Enkele onderzoekers zeiden dat deze verstoringen in koersperceptie
functioneel kunnen zijn. Kleine fouten rond rechtdoor worden perceptueel vergroot, wat een
nauwkeurige schatting mogelijk zou kunnen maken in het bereik van koersrichtingen dat het meest
relevant is voor de begeleiding van voortbeweging. Aan de andere kant, voor taken die betrekking
hebben op het begeleiden van voortbeweging ten opzichte van objecten in de wereld, is de
betekenis van dergelijke perceptuele vooroordelen onduidelijk. Het gebruik van optic flow om de
self-motion richting waar te nemen vereist niet per se een zichtbare FoE. De locatie van de FoE kan
ontdekt worden door het bemonsteren van een klein gebied van het optic flow field en het
trianguleren van twee of meer vectoren. Hierdoor zijn mensen in staat om hun weg in te schatten
met 2o.
De uitlijning van de FoE met de bewegingsrichting is niet afhankelijk van de spatiele structuur van de
omgeving. Kennis over de lay-out van de omgeving is niet nodig.
2.4.2 Heading perception in the presence of moving objects
Een factor die de perceptie van richting gebaseerd op optic flow lastig kan maken is de aanwezigheid
van objecten die onafhankelijk van ons bewegen. Deze objecten veroorzaken delen van het optic
flow field met beweging die tegenstrijdig is met de stationaire achtergrond. In het momentane
stromingsveld hebben de snelheidsvectoren die overeenkomen met een bewegend object
verschillende grootheden en wijzen ze in verschillende richtingen. Een mogelijkheid is dat het visuele
systeem bewegende objecten identificeert en segmenteert voordat de koers wordt geschat. Optic
flow van bewegende objecten kan worden verdisconteerd tijdens koerswaarneming, tenminste
wanneer die objecten correct worden gedetecteerd als bewegend. Aan de andere kant, in de meeste
onderzoeken naar koersafwijkingen als gevolg van bewegende objecten was het bewegende object
makkelijk te identificeren gebaseerd op relatieve beweging en dynamische occlusie. Zelfs de
toevoeging van kleurcontrast, binoculaire dispariteit of biologische beweging verminderd de bias
niet. Dit impliceert een ruimtelijk poolingsmechanisme dat beweging vanuit het hele gezichtsveld
bundelt, ongeacht of het overeenkomt met bewegende objecten of de stilstaande achtergrond.
, 2.6 Time-to-contact (TTC)
Optic flow bevat ook informatie over de nabijheid relatief aan objecten en oppervlakten. Het bevat
ook informatie over iemands tijdelijke nabijheid; de tijd die het duurt totdat de waarnemer contact
maakt met het ding waar ze naartoe bewegen. Afhankelijk van het doel vaan de waarnemer kan deze
informatie bruikbaar zijn voor het ontwijken van het object, het initieren van beweging om het doel
te vangen of zich schrap te zetten voor de impact. Dit kan omschreven worden in de formule
d
TTC = met d de afstand tot het object en v de benaderingssnelheid. Echter, afstand en
v
benaderingssnelheid hoeven niet vastgesteld te worden om de TTC waar te nemen. TTC kan ook
uitgedrukt worden in optische variabelen die onmiddellijk beschikbaar zijn voor de bewegende
waarnemer. Dit zijn namelijk de grootte van de optische hoek (θ) ingesloten door het benaderende
object en de mate van verandering van θ (θ̇ ). Wanneer de waarnemer naar het object beweegt
nemen θ en (θ̇ ) beide toe. De verhouding van θ tot zijn veranderingssnelheid (θ̇ ) benadert echter de
resterende tijd totdat de waarnemer in botsing komt met het object. Deze ratio (θ/θ̇ ) is bekend als
de optische variabele tau (τ) TTC ≈ τ =θ/ θ̇ . De bewegende waarnemer hoeft de grootte of
afstand van het object of de snelheid van de eigenbeweging niet te weten. Wanneer de bewegende
waarnemer op koers is om het object te passeren in plaats van er tegen te botsen, wordt de
resterende tijd tot passage (TTP) optisch bepaald door de verhouding van de hoekpositie van het
object ten opzichte van de richting van koers naar zijn veranderingssnelheid. Deze variabele wordt
global tau genoemd.
Hoofdstuk 3 Perception of spatial layout and affordances by an active observer
Bewegende waarnemers moeten ook de ruimtelijke lay-out van oppervlakten en objecten weten om
hun actie aan te sturen. Mensen kunnen onmiddellijk zien of ze over een object kunnen stappen of
niet. Dit is een radicaal idee omdat mensen er aan gewend zijn om dimensies te meten in feet, inches
of meters wat onafhankelijk is van de persoon die de meting doet. Onze percepties van de dimensies
van de wereld zijn intrinsieke eenheden die gedefinieerd worden door de dimensies van de
waarnemer.
3.1 Body-scaled and action-scaled information
Wanneer je naar een object kijkt, bijvoorbeeld een boom, wordt je visuele hoek van de boom in twee
kleinere hoeken verdeeld. Wanneer de grond vlak is en de horizon zichtbaar is, wordt de boom op
ooghoogte gescheiden. Zelfs als de horizon niet zichtbaar is, is informatie over de ooghoogte
beschikbaar door convergentie van parallelle hoeken, zwaartekracht horizontaal en de hoogte van de
FoE. De ratio van y A +B tot y B staat bekend als de horizon ratio en specificeert de hoogte van de
h
boom (h) als een proportie van de ooghoogte van de waarnemer (E); = y A +B / y B. Op deze manier
E
is de waarnemer in staat een dimensie van de wereld waar te nemen in eenheden gedefinieerd door
een dimensie van het lichaam. Dit is een klassiek voorbeeld van body-scaled information; de
beschikbaarheid van informatie die het mogelijk maakt voor waarnemers om de ruimtelijke lay-out in
intrinsieke eenheden waar te nemen. Dit schalen berust niet op kennis over de ooghoogte
opgeslagen in het geheugen van de waarnemer, deze kennis is overbodig want de informatie over de
hoogte van een voorwerp in de optic array is gegeven in ooghoogte eenheden.
Voor een voortbewegende waarnemer zijn de meest direct relevante statistieken voor diepte-
uitbreiding deze die niet gedefinieerd worden door de lichaamsafmetingen van de waarnemer, maar
eerder door variabelen van het actiesysteem. Informatie die dimensies in relatie tot eenheden van
het actiesysteem specificeert staat ook wel bekend als action-scaled information.
3.2 Affordances
Affordances; de kansen en mogelijkheden voor actie die door de omgeving worden geboden. Een
omgeving beschreven in termen van affordances wordt verdeeld in categorieën in plaats van
gemeten langs een continuüm. De grenzen voor deze categorieën, die gedefinieerd worden door
