Visuelle Kontrolle der Lokomotion - Chatziastros, Astros; Justus Liebig University Giessen (My University, 2003)
In diesen experimentellen Arbeiten wird die Frage behandelt, wie die Fortbewegung kontrolliert wird: Durch welche visuelle Information gelingt es uns kollisionsfrei durch die Umwelt zu bewegen? Was ermöglicht es uns beim Autofahren auf der Fahrbahn zu bleiben? Dazu setzt sich diese Arbeit kritisch mit Theorien zur visuellen Kontrolle der Lokomotion auseinander, in erster Linie mit der Theorie des optischen Fluss, und Theorien, nach denen Fahrbahnbegrenzungen für das Führen eines Fahrzeugs maßgeblich sind. Diese Dissertation geht über die Untersuchung der Wahrnehmungskompetenz des Menschen hinaus, und beschäftigt sich nicht nur mit der Frage, welche visuellen und potentiell dienlichen Variablen wahrgenommen werden können, sondern ob sich solche prinzipiell wahrnehmbaren visuellen Größen auch tatsächlich im Verhalten niederschlagen. In den meisten Untersuchungen wurden dazu Simulationen (virtuelle Umgebungen) benutzt, in denen die Probanden einfache Fahraufgaben absolvieren mussten. Durch die kontrollierte Manipulation einzelner visueller Variablen in einem solchen closed-loop Aufbau, war es möglich, einige für die Fahraufgabe verhaltensrelevante visuelle Größen zu identifizieren. In den Bienentunnel genannten Untersuchungen wird gezeigt, dass Menschen die Geschwindigkeit der Umgebung nutzen, um Distanzen zu schätzen und erfolgreich durch enge Passagen zu fahren ein Verhalten, das vergleichbar ist mit der Zentrierungsreaktion von Honigbienen. Darüber hinaus können sich Fahrer auch an den Mustern der Umgebung (Ortsfrequenz des Stimulus) orientieren, wenn diese prägnant vorliegen. Vertiefend wurde mit Mitteln der Psychophysik der Frage nachgegangen, ob Menschen in der Lage sind Geschwindigkeit als solche wahrzunehmen, oder ob die wahrgenommene Geschwindigkeit von der Kontrastfrequenz des Stimulus beeinflusst wird. Die Ergebnisse weisen auf eine Dissoziation zwischen der Fähigkeit Geschwindigkeiten zu unterscheiden (Kontrastfrequenzunabhängig) und der wahrgenommenen Geschwindigkeit (von der Kontrastfrequenz beeinflusst), wobei gerade zwischen der individuellen Unterscheidungsleistung und der jeweiligen Fahrleistung ein systematischer Zusammenhang vorzuliegen scheint. Als weitere Evidenz für die Verwendung des optischen Flusses werden Experimente berichtet, in denen durch ein bewegtes Schneefeld die Fahrtrichtung systematisch gestört werden konnte. Die Ergebnisse liegen in Einklang mit solchen Modellen, die eine Vektorsubtraktion verwenden, um aus dem optischen Fluss die Bewegungsrichtung zu extrahieren. Der Zusammenhang dieser Befunde zur Illusion der induzierten Bewegung und zu einer induzierten Blickrichtungsänderung wird diskutiert und empirisch überprüft. Es wird zum ersten Mal experimentell gezeigt, dass eine Tendenz besteht, dahin zu fahren, wohin man schaut. Eine (eigentlich funktionale) Blickrichtungs-Fahrtrichtungs-Kopplung, die nicht vollständig unterdrückt werden kann, stellt wahrscheinlich die Ursache für diese oft zitierte, aber bislang anekdotische Beobachtung dar.

In this experimental work, we investigate the question, how locomotion iscontrolled. What is the visual information we use to move within theenvironment at the same time avoiding collisions? What enables us to stay on the road during driving? That requires having a critical look at theories about the visual control of locomotion, primarily at the theory of optic flow and theories, which emphasize the role of lane boundaries for vehicle guidance. This dissertation goes beyond the investigation of perceptual competence. It doesn t deal merely with the question, which visual and potentially useful variables humans are able to perceive, but also whether such perceptible visual cues are of any relevance to the human behaviour. In most experiments, the participants had to solve a simple steering task in a driving simulation (virtual environments). By controlled manipulation of single visual variables in this closed-loop setting, we were able to identify some visual cues that are relevant to the steering task. In the so-called beetunnel experiment we show that humans use velocity information to estimate distance to the environment and to drive successfully through narrow corridors. This behaviour resembles the centering response, which has been originally observed in honeybees. Furthermore, drivers are also influenced by the pattern of the environment (spatial frequency), at least when the patterns are salient. In extension to this, we investigated with psychophysical methods, whether humans are able to perceive velocity per se, or whether the perceived velocity is influenced by the temporal frequency of the stimulus. The results point to a dissociation between ability to discriminate speed (independent of temporal frequency) and the perceived speed (influenced by temporal frequency). In addition, individual velocitydiscrimination performance shows a correlation with the observed performance in the steering task. Further evidence for the use of optic flow information comes from experiments, in which a laterally moving snowfield systematically influenced the driving direction. The results of these experiments are in accordance with theoretical models, which implement vector subtraction methods to determine the heading direction from optic flow. A possible relation of these finding to the phenomenon of induced motion and an induced change of gaze direction is discussed and examined experimentally. Finally, we provide first experimental evidence for a tendency to drive towards the direction of gaze. A (essentially functional) gaze-steering-coupling, which cannot be suppressed entirely, seems to be the reason for this up to now anecdotal observation.
Visual control of locomotion
Keywords: Autofahren; Bewegungswahrnehmung; Optischer Fluss; Augenbewegungen; Psychomotorische Leistung; automobile driving; motion perception; optic flow; eye movements; psychomotor performance; ddc:150