So verstehen Sie Texturen in Computergrafiken

Transkript

1 Visualisierung Textur und Form Detlef Krömker Uni Frankfurt, Graphische Datenverarbeitung Wolfgang Müller PH Weingarten, Mediendidaktik und Visualisierung Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 1 Überblick Wiederholung Textur Grundlagen: Textur Texturwahrnehmung Texturen in der Computergraphik Zusammenfassung Form Gestaltprinzipien Optische Täuschungen Zusammenfassung Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 2 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 1

2 Überblick Wiederholung Textur Grundlagen: Textur Texturwahrnehmung Texturen in der Computergraphik Zusammenfassung Form Gestaltprinzipien Optische Täuschungen Zusammenfassung Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 3 Beispiele für Texturen (Brodatz 1966) Reptilienhaut (D3) Kiesstrand (D23) Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 4 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 2

3 Beispiele für Texturen (Brodatz 1966) Seifenblasen Wasser Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 5 Definition Textur Teile des Gesichtfeldes, die der Mensch spontan als strukturiertes, jedoch noch einheitliches Gebiet wahrnimmt Eine visuelle Struktur ist ein durch das Auge vermittelter Sinneseindruck, also eine Gesichtsempfindung. Die Textur ist diejenige Gesichtsempfindung, durch die sich zwei aneinandergrenzende, strukturierte Teile des Gesichtsfeldes bei Beobachtung mit unbewegtem Auge spontan unterscheiden. (nach Englert 1993) Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 7 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 3

4 Texturattribute (I) Viele Hinweise für folgende dominante Attribute, die wir als charakteristische Eigenschaften von Texturen identifizieren Orientierung Gröbe/Größe Kontrast Aber: Welt der Texturen ist wesentlich reicher Weitere Dimensionen des Texturraums! Jedoch: Vorschläge für weitergehende beschreibende Attribute unterschiedlich Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 8 Texturattribute Tamura et.al. 1978: Gröbe (Coarseness) Contrast (Kontrast) Gerichtetheit (Directionality) Linienartigkeit (Line-Likeness) Regelmäßigkeit (Regularity) Rauhigkeit (Roughness)??? Müller, Hildbrand 1996: Rauhigkeit als taktiles und nicht visuelles Attribut! Rao und Lohse 1993 Orientientierung (hier: Gerichtetheit + Linienartigkeit) Complexity (hier: Gröbe + Kontrast + Rauhigkeit) Wiederholungsgrad (Repetitiveness) Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 9 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 4

5 Prä-attentive Wahrnehmung Texturwahrnehmung geschieht wie bei Farbe prä-attentiv und spontan auf einen Blick Keine Aufmerksamkeit notwendig, automatisch Verarbeitung in weniger als ms Keine freiwilligen Augenbewegungen Parallele Verarbeitung auf den frühen Stufen der visuellen Wahrnehmung, keine Kapazitätsbegrenzungen Keine Belastung kognitiver Prozesse (kognitive Prozesse erfordern mindestens ms) Präattentive Prozesse Entdeckung von Reizmerkmalen (Targets) Gruppierung, Erkennung von Texturgrenzen (Textur- Segmentierung) Texturklassifikation Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 10 Präattentive Wahrnehmung Entdeckung von Reizmerkmalen Targets (Attraktoren) mit unterschiedlichem Farbton können spontan von umgebenden Objekten (Distraktoren) unterschieden werden Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 12 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 5

6 Präattentive Wahrnehmung Entdeckung von Reizmerkmalen Targets mit unterschiedlicher Form können spontan unterschieden werden Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 13 Präattentive Wahrnehmung Entdeckung von Reizmerkmalen Targets, die sich in Farbton und Form von den Distraktoren unterscheiden, können nicht spontan erkannt werden Sequentielle Suche notwendig Grund: Verknüpfung von Attributen (Form und Farbton) Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 14 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 6

7 Präattentive Wahrnehmung Textursegmentierung Farbe und Form: Helligkeit überwiegt vor Form Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 15 Präattentive Wahrnehmung Textursegmentierung Farbe und Form: Farbton überwiegt vor Form Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 16 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 7

8 Präattentive Wahrnehmung Textursegmentierung Farbton und Helligkeit: Variierende Helligkeit stört die Segmentierung basierend auf Farbtönen Grenzen basierend auf Helligkeitsunterschieden können spontan erkannt werden Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 17 Textur und Form- und Distanzerkennung Textur ist ein wichtiges Attribut zur Erkennung von Distanz und Winkel Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 38 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 8

9 Texturierung in dr Computergraphik Texturierung Texturen erlauben das Erscheinungsbild von Objekten komplexer zu gestalten Die Oberfläche einer Wand (oder eines Spiegels oder Fensters) wird als planare Fläche modelliert Die Oberflächenstruktur (Bodenkachelung, Bild der Außenwelt hinter dem Fenster) wird durch eine 2D-Textur beschrieben Textur wird vergleichbar zum Tapezieren auf die Oberfläche aufgebracht Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 40 Arten von Texturen 2D-Texturen Funktionen, die Punkte der (s,t)-texturebene auf Oberflächenattribute abbilden Beispiel Oberflächenfarbe t ( s t) ( r, g, b) = Ctex, 3D-Texturen Festkörpertexturen Funktionen, die Punkte des (r,s,t)-texturraums auf Oberflächenattribute abbilden Verwendung beispielsweise bei Holz- und Marmortexturen Beispiel Oberflächenfarbe ( r, s t) ( r, g, b) = Ctex, s Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 41 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 9

10 Texturabbildungen bei 2D-Texturen Texture Mapping Abbildung von Texturen auf Oberfächenattribute eines 3D-Objektes ( s t) ( u, v) = Fmap, Rendering Finden von (x,y,z)-weltkkoordinaten, an denen ein Sehstrahl ein Objekt mit entsprechenden Oberflächenkoordinaten (u,v) schneidet ( x, y z) ( u, v) = Frender, Texture Mapping und Rendering Beim Rendering muss inverses Mapping-Problem gelöst werden Bekannten (x,y,z)-koordinaten der Flächenpunkte P müssen (u,v)- Objektkoordinaten zugeordnet werden Objektkoordinaten (u,v) müssen Texturkoordinaten (s,t) zugeordnet werden ( s, t) = Finv! map( u, v) Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 42 Texturabbildungen bei 2D-Texturen Texturabbildung (Texture Mapping) als 2-stufiger Prozess Abbildung des Texturraums (s,t) in den Objektraum (u,v) Abbildung des Objektraums (u,v) in Weltkoordinaten (x,y,z) s,t u,v x,y,z Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 43 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 10

11 Texturabbildungen bei 2D-Texturen Die Texturierung einer Fläche mit einer 2D-Textur lässt sich mathematisch durch die Hintereinanderausführung dieser beiden Abbildungen beschreiben: ( r, g, b) = C inv! 2D ( F ( F ( x, y z ) tex map render, Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 45 Texturabbildungen bei 3D-Texturen Texture Mapping Abbildung von Texturen auf Oberfächenattribute eines 3D-Objektes ( r, s t) ( x, y, z) = Fmap, Interpretation Der Körper wird aus dem (r,s,t)-texturkörper herausgeschnitzt Inverses Mapping Zuordnung von (r,s,t)-texturraumkkordinaten zu (x,y,z)- Flächenpunkten ( r, s, t) = F! ( x, y z) inv map, Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 46 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 11

12 Texturbeschreibung Diskrete Textur Rasterbild-Textur Farb-Textur: Raster von Farbwerten N-dimensionale diskrete Texturen werden als (N+3)- dimensionale Zahlenfelder gespeichert Ein (N+3)-dimensionales Zahlenfeld entspricht dabei einem N- dimensionalen Vektorfeld Beispiel Diskrete farbige 2D-Texturen der Breite n und Höhe m lassen sich so z.b. durch beschreiben, wobei C[i,j] ein Vektor mit drei Farbkomponenten ist und als Texel (TEXtur ELement) bezeichnet wird Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 47 Diskrete Texturen Vorteile Mit Hilfe von digitalen Photoapparaten, Scannern und Speichermedien nahezu unerschöpflicher Vorrat an Texturen Generieren komplexer 2D- Texturen für photorealistische Visualisierung schnell und einfach möglich Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 48 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 12

13 Diskrete Texturen Probleme Große Bilder mit hoher Auflösung (n,m) haben einen hohen Speicherbedarf Beim Vergrößern von Bildern treten Artefakte auf (Pixeleffekt) Fortsetzung (Aneinandersetzen, Vergrößern) von Texturen ist meist sehr kompliziert Der in den Bildern dargestellte Kontext (Sonnenstand, Schattenwurf,...) stimmt häufig nicht mit der geplanten Szene überein Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 49 Diskrete Texturen Probleme Beim Mapping auf beliebige Flächen treten Verzerrungen und infolgedessen auffällige Fehler auf Texturwerte Ctex (u,v) an beliebigen Positionen (u,v) müssen rekonstruiert (bei Bereichsüberschreitungen), interpoliert und gegebenenfalls gefiltert werden (maßstabsabhängig) Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 50 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 13

14 Prozedurale Texturen C tex (u,v) bzw. C tex (u,v,w) werden durch eine mathematische Formeln bzw. einen Algorithmus beschrieben Vorteile Minimaler Speicheraufwand Die Texturwerte können an jeder Stelle (u,v) bzw. (u,v,w) mit optimaler Genauigkeit berechnet werden Die Texturen sind im gesamten Raum definiert Problem Welche Formel beschreibt eine als Bild gegebene komplexe Textur? Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 51 Überblick Wiederholung Textur Grundlagen: Textur Texturwahrnehmung Texturen in der Computergraphik Form Gestaltprinzipien Optische Täuschungen Zusammenfassung Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 63 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 14

15 Überblick Wiederholung Textur Grundlagen: Textur Texturwahrnehmung Texturen in der Computergraphik Form Gestaltprinzipien Optische Täuschungen Zusammenfassung Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 64 Gestalt-Prinzipien Thurston 1986 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 65 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 15

16 Gestalt-Prinzipien Andere Bezeichnung Gestalt-Gesetze Aber: keine formalen Gesetze, keine absolute Gültigkeit, kein Beweis Thema Verschiedene Phänomene der höheren Wahrnehmung (im Gegensatz zum frühen Sehen) Organisatorische Prinzipien als grundlegende Prozesse der menschlichen visuellen Wahrnehmung Holistische Natur der menschlichen Wahrnehmung Das Ganze unterscheidet sich von der Summe seiner Teile. Grundlage Frankfurter Schule der Gestalt-Psychologie (seit 1912) Max Wertheimer, Kurt Koffka, Wolfgang Kohler,... Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 66 Gestalt-Prinzipien "There are wholes, the behaviour of which is not determined by that of their individual elements, but where the part processes are themselves determined by the intrinsic nature of the whole." (Wertheimer, nach Ellis, Sourcebook of Gestalt Psychology, London, 1955) Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 67 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 16

17 Gestalt-Prinzipien "Laws of Oranization in Perceptual Forms" (Wertheimer 1923) Prinzip der Nähe (Proximity) Prinzip der Ähnlichkeit (Similarity) Prinzip der stetigen Fortsetzung (Continuity) Prinzip der Konvexität (Geschlossenheit, Closure) Prinzip des Gemeinsamen Schicksals (Common Fate) Prinzip der Prägnanz Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 68 Gültigkeit der Gestalt-Prinzipien Die damaligen Erklärungen entsprechen nicht dem heutigen Wissensstand Prinzipien selbst sind jedoch nach wie vor gültig und Grundlage wichtiger Gestaltungsregeln Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 69 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 17

18 Prinzip der Nähe (Proximity) Näheres wird als zusammenhörig empfunden Eines der wirksamsten Prinzipien Einfachste und mächtigste Möglichkeit eine enge Beziehung zwischen Entitäten auszudrücken Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 70 Prinzip der Nähe (Proximity) Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 71 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 18

19 Prinzip der Nähe (Proximity) Spätere Erweiterung und Generalisierung: Prinzip der räumlichen Konzentration (Principle of Spatial Concentration, Slocum 83) Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 72 Prinzip der Ähnlichkeit Gleiches (oder fast gleiches) wird als zusammengehörig empfunden Farbe gruppiert stärker als Form Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 73 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 19

20 Prinzip der stetigen Fortsetzung (Continuity) Es werden eher einfache, regelmäßigere, glatte oder kontinuierliche Formen wahrgenommen im Gegensatz zu solchen mit abrupten Änderungen Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 74 Anwendung des Prinzips der stetigen Fortsetzung Anwendung des Prinzips der stetigen Fortsetzung in Blockdiagrammen Verbindungen zwischen Diagrammelementen werden einfacher erkannt, wenn die Linien kontinuierlich und glatt sind Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 75 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 20

21 Prinzip der Konvexität / Geschlossenheit Konvexe Formen werden bevorzugt wahrgenommen Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 76 Prinzip der Relativen Größe (Relative Size) Kleinere visuelle Komponenten werden eher als Objekte wahrgenommen Beispiel: Propeller vor weißem Grund Beachte: generell werden horizontale oder vertikale Strukturen gegenüber diagonalen häufiger als Objekte erkannt Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 78 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 21

22 Anwendung des Prinzips der Geschlossenheit Venn Diagram Elemente können zu A und C gehören, aber nicht zu A, B, und C Alle Elemente, die die sowohl zu B als auch zu C gehören, sind auch Elemente von D Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 79 Prinzip der Verbundenheit (Connectedness) Prinzip der Verbundenheit (Connectedness) Ergänzung von Palmer und Rock, 1994 Verbundenheit ist stärker als Nähe, Farbe, Größe, Form Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 81 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 22

23 Anwendung: Knoten-Kanten-Diagramme Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 82 Prinzip der Symmetrie (Symmetry) Detlef Krömker Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 83 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 23

24 Anwendung des Prinzips der Symmetrie Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 84 Prinzip des Gemeinsamen Schicksals Objekte, die sich gemeinsam bewegen, werden als zusammengehörig erkannt Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 85 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 24

25 Prägnanzstufen (Objective Set) Wahrnehmungsgemäße Gruppen zeichnen sich durch Regionen figürlicher Stabilität aus Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 86 Prägnanzstufen (Objective Set) Wahrnehmungsgemäße Gruppen zeichnen sich durch Regionen figürlicher Stabilität aus Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 87 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 25

26 Prägnanzstufen (Objective Set) Wahrnehmungsgemäße Gruppen zeichnen sich durch Regionen figürlicher Stabilität aus Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 88 Prägnanzprinzip Prägnanzprinzip (engl. Simplicity, Prägnanz) Nicht direkt von Wertheimer als Prinzip genannt, aber in Verbindung mit der Prinzip der guten Gestalt erwähnt "Of several geometrically possible organizations that one will actually occur which posesses the best, simplest, and most stable shape." (Koffka 1935) Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 89 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 26

27 Figur-Grund-Trennung Visuelles System unterscheidet Vordergrund (Objekte, Figuren) und Hintergrund bereits in den frühen Stufen der Wahrnehmung (Rubin 1915) Grundlage für die Objektidentifikation Viele Einzelelemente (geschlossene Konturen, Symmetrie, weiße Fläche als Hintergrund,...) tragen dazu bei Klare geometrische Strukturen sind nicht erforderlich Escher Rubin 1921 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 90 Figur-Grund-Trennung Turston 1986 Kanizsa Triangle Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 91 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 27

28 Finden von Konturen aus Mustern Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 92 Anwendung: Vektorfeldvisualisierung Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 94 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 28

29 Zusammenfassung Gestalt TAE CAT Folgerung aus den Erkenntnissen der Gestalt-Psychologie Wahrnehmung ist kein einfacher Bottom-Up-Prozess Auch grundlegende höhere Wahrnehmungsprozesse können situationsbedingt unterschiedliche Ergebnisse liefern Ansatz zur Zusammenfassung aller Gestalt-Prinzipien: Prinzip der Prägnanz Einfachste (mentale) Kodierung der erkannten Form wird bevorzugt Tendenz zur Einfachheit, Symmetrie, Regelmäßigkeit, Gesamtheit korrespondiert zur Welt der Physik Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 95 Paretialer und temporaler Strom Bildquelle: Paretial: Wo (Wo befindet sich Objekt, Wie ist es dimensioniert) Temporal: Was (Um was für ein Objekt handelt es sich) Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 98 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 29

30 Paretialer und temporaler Strom Paretial: Wo: V1-V2-V3-V5-V6 Tempoal: Was: V1-V2-V4 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 99 Stückweise Bildverarbeitung im paretialen Strom Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 100 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 30

31 Stückweise Bildverarbeitung im temporalen Strom: Mehrdeutige Bilder (Ambiguous Images) Die Interpretation mehrdeutiger Bilder kann durch visuelle aber nicht durch sprachliche Faktoren gesteuert werden [Leeper 1935, Sekuler und Blake 1994] Interpretation als Schwiegermutter bevorzugt Junge Frau oder Schwiegermutter? Interpretation als Abbild junger Frau bevorzugt Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 101 Optische Täuschungen Geometrische optische Täuschungen Thema der Forschung seit Beginn des 18. Jahrhunderts Täuschungen beeinflussen die Wahrnehmung, nicht das Denken Treten nicht in der Retina sonder erst auf den späteren Stufen der Wahrnehmung auf Beeinflussen Größe und Perspektive Beispiel: Müller-Lyer-Täuschung Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 102 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 31

32 Optische Täuschungen Beispiel: "Vertikalentäuschung" Beispiel: Ponzo-Täuschung Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 103 Optische Täuschungen Beispiel: Necker-Würfel Erklärung Automatische Suche nach Hinweisen für perspektivische Darstellungen Perspektivische Elemente bewirken separate Analyse und Interpretation des Bildes Korrespondiert zur Verwendung von Vorwissen über mögliche und häufige Konfigurationen Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 104 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 32

33 Optische Täuschungen Ebbinghaus Illusion Die Illusion von Hermann Ebbinghaus spielte eine große Rolle bei der Diskussion der dorsalen und ventralen visuellen Pathways. Franz VH, Scharnowski F, Gegenfurtner (2005) Illusion effects on grasping are temporally constant not dynamic. J Exp Psychol Hum Percept Perform. 31(6), Goodale & Milner (1992) Separate pathways for perception and action. Trends in Neuroscience, 15, Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 105 Optische Täuschungen Schattierung ist ebenfalls ein visueller Faktor, der optische Täuschungen hervorrufen kann Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 106 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 33

34 Adelson s Schachbrettillusion Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 107 Adelson s Schachbrettillusion 2 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 108 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 34

35 Bewegungswahrnehmung Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 109 Sensorische Phänomene 1 Krümmung durch diagonale Linien Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 110 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 35

36 Sensorische Phänomene 2 Krümmung durch diagonale Linien Hier die ultimative Pisa-Studie für die Uni Frankfurt ;-) Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 111 Sensorische Phänomene 3 Krümmung durch Helligkeitsverteilung Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 112 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 36

37 Sensorische Phänomene 4 falsche Größeneinschätzung durch Tiefenwirkung Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 113 Optische Illusion durch V5 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 114 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 37

38 Sensorische Phänomene in der Natur Mondphänomene: Kombination aus verschiedenen sensorischen Phänomenen Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 115 Sensorische Phänomene in der Natur Frau oder Mann im Mond? Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 116 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 38

39 Sensorische Phänomene in der Natur Mondberge oder -krater? Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 117 Mehrdeutige Bilder (Ambiguous Images) Die Interpretation mehrdeutiger Bilder kann durch visuelle aber nicht durch sprachliche Faktoren gesteuert werden [Leeper 1935, Sekuler und Blake 1994] Interpretation als Schwiegermutter bevorzugt Junge Frau oder Schwiegermutter? Interpretation als Abbild junger Frau bevorzugt Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 118 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 39

40 Kontext und Struktur Wenn einmal in einem Bild eine Struktur identifiziert wird, wird es schwierig, das Bild danach in anderer Weise zu interpretieren [Bruner und Potter 1964] Adapted from Victoria Interrante SIGGRAPH-98 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 119 Kontext und Struktur Wenn einmal in einem Bild eine Struktur identifiziert wird, wird es schwierig, das Bild danach in anderer Weise zu interpretieren [Bruner und Potter 1964] Adapted from Victoria Interrante SIGGRAPH-98 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 120 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 40

41 Kontext und Struktur Wenn einmal in einem Bild eine Struktur identifiziert wird, wird es schwierig, das Bild danach in anderer Weise zu interpretieren [Bruner und Potter 1964] Adapted from Victoria Interrante SIGGRAPH-98 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 121 Kognitive Faktoren: Kontext Objekterkennung ohne und mit Kontext Adapted from Victoria Interrante SIGGRAPH-98 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 122 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 41

42 Kognitive Faktoren: Erfahrung Erkennung von Objekten und Strukturen basiert auf Erfahrungen Adapted from Victoria Interrante SIGGRAPH-98 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 123 Kognitive Faktoren Tendenz, das zu sehen, was man vorher bereits gesehen hat Hollow Mask Illusion (Präferenz bekannter Formen) [Gregory] Tendenz, das zu sehen, was man sehen möchte Bei der Interpretation mehrdeutiger Bilder geben Schüler vor dem Mittagessen mehr Antworten mit Bezug auf Essen als nach dem Mittagessen [Sanford 1936] Tendenz, das zu sehen, was man erwartet zu sehen Häufiger Fehler von Radiologen: das Fehlen von Organen wird als "normal" diagnostiziert [Gale 1993] Adapted from Victoria Interrante SIGGRAPH-98 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 124 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 42

43 Gesichtserkennung Kognitive Faktoren: Erfahrung.. kann das Gesicht nicht mit Erfahrungswerten in Einklang gebracht werden resultiert visueller Stress. Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 125 Test Wählen Sie bitte eine der Karten! Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 126 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 43

44 Test Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 127 Test Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 128 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 44

45 Test Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 129 Test Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 130 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 45

46 Inattentional Blindness Erklärung des Zaubertricks: Sie haben sich nur auf Ihre Karte konzentriert => alle anderen visuellen Objekte (hier Karten) waren nicht in Ihrem Wahrnehmungsfokus. Plumpe Form der Inattentional Blindness, die aber zumindest beim ersten Mal funktioniert. ;-) Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 131 Inattentional Blindness Mack, Arien/Rock, Irvin (1998): Inattentional Blindness. Cambridge, Mass.: MIT Press. Simons, Daniel J./Chabris, Christopher F. (1999): Gorillas in our midst: sustained inattentional blindness for dynamic events, in: Perception, 28(9), pp Petter Johansson, Lars Hall und Sverker Sikström, Lund University Cognitive Science, Lund; Andreas Olsson, Department of Psychology, New York University, New York Veröffentlicht in Science, Vol. 310, 7. Oktober 2005, pp Adapted from Victoria Interrante SIGGRAPH-98 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 132 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 46

47 Kognitive Faktoren Die Tendenz, das zu sehen, was man erwartet zu sehen kann problematisch werden: 3 Zeugen, 3 verschiedene Aussagen Beeinflussung bei Zeugengegenüberstellungen Selbsterfüllende Weltbilder 23er-Phänomen Sündenbock-Phänomen Guter Schüler Schlechter Schüler - Phänomen Unfälle durch Übersehen von unerwarteten Objekten (z.b. Transrapid-Unglück, Miami-Unglück mit Elch auf Fahrbahn) Adapted from Victoria Interrante SIGGRAPH-98 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 133 Erfahrungssehen Tendenz, das zu sehen, was man vorher bereits gesehen hat Hollow Mask Illusion (Präferenz bekannter Formen) [Gregory] Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 134 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 47

48 Wunschsehen Tendenz, das zu sehen, was man sehen möchte Bei der Interpretation mehrdeutiger Bilder geben Schüler vor dem Mittagessen mehr Antworten mit Bezug auf Essen als nach dem Mittagessen [Sanford 1936] Adapted from Victoria Interrante SIGGRAPH-98 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 135 Erwartungssehen Tendenz, das zu sehen, was man erwartet zu sehen Häufiger Fehler von Radiologen: Röntgenbilder mit fehlenden Organen (z.b. Leber) oder andere unerwartete Röntgenbilder (siehe rechts) werden als "normal" diagnostiziert [Gale 1993] Beispiel: Röntgenbild des Magens einer israelischen Frau, die eine Gabel verschluckt hat. (Juli 2003). Quelle: Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 136 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 48

49 Zusammenfassung Textur Textur ist visuelle Variable Häufig noch ungenutztes Potenzial für die Visualisierung 3D-Wahrnehmung Perspektivische Elemente bewirken separate Analyse und Interpretation des Bildes Verwendung von Vorwissen über mögliche und häufige Konfigurationen Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 137 Danksagung Diese Vorlesung basiert auf Material von Prof. Dr. Colin Ware Prof. Dr. Ralf Dörner Prof. Dr. Detlef Krömker Prof. Dr. Wolfgang Müller Christopher Healey: Preattentive Processing, Victoria Interante, SIGGRAPH Course on Texture Modeling, 1998 Frankfurt, WS 2007/2008 Visualisierung - D. Krömker, W.Müller 138 (c) 2007 D. Krömker, W. Müller 49