面孔部件相似性判断研究，本文主要内容关键词为：相似性论文,部件论文,面孔论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
分类号 B842.1
1 前言
相似性判断是很多认知活动的基础，记忆、分类、决策、问题解决和推理等认知过程都涉及到相似性判断(安蓉，阴国恩，冯虹，2007)。分类的原型理论和样例理论都是以相似性为基础，原型理论认为人们根据目标样例与原型的相似性判断样例的类标签，而样例理论则认为人们根据样例与已知类别内的所有样例的相似性来判断目标样例的类标签(阴国恩，安蓉，郑金香，2005)。
面孔包含的信息很丰富，既有年龄、性别、身份、情绪等生物性信息，又有面孔主体注视的方向、他人的意图等社会性信息(Tanaka,2001)。因此知觉面孔的能力对于个体来说很重要。日常生活中经常需要人们判断面孔间的相似性，例如根据身份证上的照片判断持证人是否本人等等。以往关于面孔相似性的研究主要关注如何测量面孔间的整体相似性(Scheuchenpflug,1999; Tredoux,2002; Bailenson,Iyengar,Yee,Collins,2008)，但是在面孔相似性的判断中，人们是基于部件相似性进行判断，还是基于整体相似性进行判断；不同面孔部件在相似性判断中的作用大小是否一样；部件与部件之间有没有相互影响，这些都是面孔相似性研究中尚未解决的问题。
分类的规则观和解释观通常默认的一个基本假设是人们在分类中依据的类别标准有清晰的明确的界限(阴国恩等，2005)，以往关于相似性的研究也是以此假设为基础。但人类的心理是具有模糊性的，类别判断是一种基于相似性的模糊决策的过程，因此用模糊数学的方法研究分类活动中的相似性判断更符合实际。Zadeh于1965年首次提出了模糊集合的概念，来解决这类模糊性问题，本研究即是尝试用基于模糊集合的多级估量法研究分类活动中的相似性判断问题。
面孔属于自然类别，而自然类别具有“家族相似性”(family resemblance)的特征。所谓家族相似性，是指一个家族成员的容貌都有一些相似，但彼此相似的情况又不一样。这种家族相似性很像特征的集合，家族成员都会有某些家族特征，有的人多一些，有的人少一些，没有全部成员都必须有的共同特征，所有自然类别的成员是由相互重叠的特征的网络联系在一起的(张阔，阴国恩，王敬欣，2006)。几乎所有的分类和类别表征理论都把家族相似性作为潜在的出发点(Krascrum Andrews,1998)。以往构建的家族相似性结构中每个样例与原型只有1个特征不同，不同样例与原型有差异的特征又是不同的(Yamauchi,Love,Markman,2002; Chin－Parker,Ross,2004；阴国恩，李勇，2007)，例如样例共有4个目标特征，则样例1与原型在特征1上不同，其他特征相同；样例2与原型在特征2上不同，其他特征相同，以此类推，构建6个项目，这6个项目间的相似性即为家族相似性。这种家族相似性结构的特点是样例的特征符合二值逻辑，即特征值只有2个。但自然类别中样例的特征很少只有2个值，例如人们的眼睛的大小，嘴巴的大小，耳朵的形状等特征值就有很多，因此本研究采用另外一种与自然类别中的家族相似性结构更一致的Morph变形方法来构建家族相似性面孔，并以此研究部件相似性与整体相似性的关系。
2 实验1 部件样例与部件原型相似性判断研究
2.1 研究方法
2.1.1 被试
来自天津某大学的15名在校研究生参加了本实验(平均年龄24.3岁，其中5名男生，10名女生)。
2.1.2 实验材料
最初的实验材料由2张面孔原型组成，这2张面孔中各包含6种部件，即耳朵、脸型、眼睛、嘴巴、眉毛和鼻子；其中鼻子和眉毛不是本研究关注的关键部件，在本研究中只作为控制部件，因此这2张面孔原型中的眉毛和鼻子没有差异，而其他4种部件有差异。为了保证这4种部件间的差异程度一致，由50名在校大学生(22名男生，28名女生)采用7点量表对两个原型中每种部件间的差异程度进行评定，7个等级分别为“差异非常小”，“差异小”，“差异较小”，“中等差异”，“差异较大”，“差异大”，“差异非常大”；分别对应着数字1到7。评定结果表明，4种部件间的差异都不显著(耳朵：M＝5.160，SD＝1.113；脸型：M＝5.240，SD＝0.981；眼睛：M＝5.220，SD＝1.345；嘴巴：M＝5.740，SD＝1.575；F(3，147)＝2.674，p＞0.05)。
Morph变形技术是研究面孔知觉常用的方法之一(Benson,1994; Kircher,David,2003; Bailenson et al.,2008)，为了构建家族相似性结构，本研究以每种部件的原型1和原型2分别为来源图与目标图，采用Magic Morph(V1.95)图片处理软件进行变形，两个原型经过8个中间过渡样例达到相互转换，因此每种部件一共有10个样例，其中第1个样例与第10个样例分别为两个原型，其他样例都是两个原型间的中间过渡形态。因此相对于原型1来说，这10个样例的变形百分比分别为0％，11.1％，22.2％，33.3％，44.4％，55.6％，66.7％，77.8％，88.9％，100％；而相对于原型2来说，这10个样例的变形百分比刚好与原型1的变形百分比互补(即某个样例对原型1的变形百分比加上对原型2的变形百分比和为100％)；4种部件一共产生40个样例。
2.1.3 仪器
采用14英寸的HP笔记本电脑呈现刺激，分辨率为1024×768像素。刺激图片大小为174×246像素，被试眼睛到屏幕的距离为70cm。
2.1.4 实验程序
首先在屏幕中间呈现一个红色的十字注视点，呈现时间为500ms；注视点消失后呈现相似性判断界面，屏幕上方为两个部件原型，中间部分即为需要被试做判断的部件样例，被试的任务是判断部件样例与其中一个原型的相似程度，两张原型呈现的位置及判断的顺序在被试间平衡，被试判断相似性后点击屏幕上“提交进入下一张图片”；接着判断界面消失，呈现掩蔽图片500ms；掩蔽图片消失后呈现下一个试次的注视点。实验包括练习阶段和正式实验两部分，练习阶段中每种部件呈现2个试次，共8个试次，随机呈现。正式实验中每个部件的判断为一个组块，每个组块有10个试次，共4个组块，组块和试次都是随机呈现。
2.2 结果
相似性等级一共有5种，分别为“非常相似”、“比较相似”、“一般”、“比较不相似”和“非常不相似”，对这5种相似程度的赋值分别为1，0.75，0.5，0.25和0。相似性判断的自信程度分为两类：赞同和反对，每个类别中又有3种程度：“坚决”、“基本”和“少许”。因此相似性判断的自信程度分为6种：“坚决赞同”、“基本赞同”、“少许赞同”、“少许反对”、“基本反对”和“坚决反对”，对这6种自信度的赋值分别为1，0.83，0.67，0.33，0.17和0。
采用以下公式计算部件样例对部件原型的隶属度：
2.2.1 各部件样例对原型1和原型2的隶属度
各部件样例对部件原型1和部件原型2的隶属度见图1。
2.3 讨论
实验1考察了部件样例与部件原型的相似性判断，结果发现，随着部件样例与部件原型变形百分比的增大，部件样例的主观隶属度逐渐减小，4种部件的隶属度的增大和缩小趋势是一致的；并且部件样例的变形百分比与主观隶属度间并非线性关系，是3次函数关系。但日常生活中人们遇到更多的情况是判断部件样例与整体原型中对应部件的相似性(如判断一个眼睛样例是否为张三的眼睛)，而整体原型中包含有其他无关部件，这些无关部件对部件样例与整体原型中的对应部件的相似性判断有什么样的影响，这是实验2要探讨的问题。
3 实验2 部件样例与整体原型中对应部件相似性判断研究
实验2的目的是探讨面孔知觉中部件样例与整体原型中对应部件的相似性(如眼睛样例与整体原型中的眼睛的相似性，此时整体原型中的眼睛部件为对应部件)；考察原型中其他部件对部件样例与整体原型中对应部件的相似性判断的影响。
3.1 研究方法
3.1.1 被试
同实验1。
3.1.2 实验材料
同实验1。
3.1.3 仪器和程序
同实验1，但是被试的任务是判断各部件样例与面孔原型中对应部件的相似程度。
3.2 结果
部件样例对整体原型中对应部件的隶属度计算方法同实验1。
3.2.1 各部件样例对整体原型中对应部件的隶属度
实验1中的部件样例与实验2中的部件样例完全一样，但是实验1中的原型为部件，而实验2中的原型为整体，为了探究原型中其他部件对对应部件相似性判断的影响，本研究考察了部件样例对整体原型中对应部件的隶属度。部件样例对整体原型中对应部件的平均隶属度如图3所示。
图3 各部件样例对整体原型中对应部件的隶属度
3.2.2 部件变形百分比与部件样例隶属度的关系
部件变形水平与部件对整体原型中对应部件的隶属度的关系如图4。
进一步统计分析发现，变形水平与隶属函数之间的关系用3次函数拟合时解释率是最高的(对耳朵、脸型、眼睛和嘴巴4种部件的具体拟合函数分别为：
3.2.3 部件对部件原型的隶属度与部件对整体原型中对应部件的隶属度的相关分析
将被试在实验1中部件隶属度与实验2中部件隶属度进行配对t检验，结果如表1。
对两次相似性判断的隶属度进行t检验，结果表明，被试在这两次判断中，脸型样例与嘴巴样例的隶属度值都有显著性差异，脸型样例对整体原型中脸型部件的隶属度低于对部件原型的隶属度；而嘴巴样例对整体原型中嘴巴部件的隶属度显著高于对部件原型的隶属度。
3.3 讨论
实验2探讨部件样例与整体原型中对应部件的相似性，主要关注部件样例与整体原型中对应部件的物理相似性与心理相似性的关系，及原型中其他部件对部件样例与整体原型中对应部件相似性判断的影响。实验结果表明，随着部件样例变形百分比的增大，部件样例对整体原型中对应部件的主观隶属度逐渐减小，4种部件的隶属度的增大和缩小趋势是一致的；并且部件样例的变形百分比与主观隶属度间并非线性关系，是3次函数关系。为了探讨整体原型中其他部件对部件样例与整体原型中对应部件的相似性判断的影响，研究者将实验1中部件样例对部件原型的隶属度与实验2中部件样例对整体原型中对应部件的隶属度做了配对t检验，结果表明，被试在这两次相似判断中，脸型样例和嘴巴样例的隶属度值都存在显著差异，脸型样例对整体原型的隶属度低于对部件原型的隶属度；而嘴巴样例对整体原型的隶属度显著高于对部件原型的隶属度。这表明整体原型中其他部件降低了脸型样例的相似性；增加了嘴巴样例的相似性。
4 总讨论
4.1 面孔部件物理相似性与心理相似性的关系
以往对相似性的研究通常默认的一个基本假设是人们在相似性判断中依据的类别标准有清晰的明确的界限，两个对象间的相似性只能属于相似性等级中的一个。但以往研究(马谋超，1994)和经验都表明人类的心理是具有模糊性的，人们进行相似性判断时的标准是模糊的，用模糊集合为理论基础研究相似性判断更加符合实际(阴国恩等，2005)。多级估量法是心理学研究中应用较广的以模糊集合为理论基础的方法之一，本研究即是尝试用多级估量法研究分类活动中的相似性判断问题。
自然类别的一个显著特点是具有家族相似性，为了构建更自然的家族相似性的类别，本研究采用Morph变形构建类别样例。实验1与实验2的部件样例完全相同，都是部件原型经过Morph变形后产生的，各部件样例的Morph变形百分比反映了其与部件原型的物理相似性，Morph变形百分比越大，表明部件样例与部件原型的物理相似性越小。
实验1探讨部件样例与部件原型的物理相似性与心理相似性的关系；实验2探讨部件样例与整体原型中对应部件的物理相似性与心理相似性的关系，考察整体原型中其他部件对部件样例与整体原型中对应部件的相似性判断的影响。从图1与图3可以看出，部件样例对部件原型的隶属度值及部件样例对整体原型中对应部件的隶属度值都是随着样例与原型Morph变形百分比的增大而减小；并且部件样例对原型1的隶属度值与对原型2的隶属度值之和约等于1。部件样例与原型的变形百分比反映了这二者间的物理相似性，而主观隶属度则反映了这二者间的心理相似性。对原型1来说，各部件的第一个样例变形百分比为0％，即第一个样例与原型1(或原型l中的对应部件)完全相同，物理相似性为1；而从图1与图3可以看出，各个部件的首个样例对原型1的隶属度均未达到0.8，因此部件与原型的物理相似性与心理相似性存在差异。图2与图4中的曲线都表明，变形百分比与主观隶属度间并非线性关系，而是3次函数关系；图2与图4中曲线的模式非常相似，表明部件与原型的物理相似性与心理相似性的这种关系有一定的稳定性。以耳朵样例为例，对图2与图4的进一步观察发现，变形百分比分别为0.0％，11.1％，22.2％时，隶属度只从0.691下降到0.633：而当变形百分比为33.3％，44.4％，55.6％，66.7％时，主观隶属度分别为0.597，0.479，0.417，0.332，下降趋势比较大，在图2与图4中表现为与此对应的曲线的斜率较大；当变形百分比为77.8％，88.9％，100.0％时，主观隶属度只从0.285下降到0.232。对其他部件样例的观察也发现了相似的趋势，因此样例与原型的变形百分比较小时，主观隶属度的差异并不大。费希纳(Fechner)在韦伯(Weber)工作的基础上，提出了传统心理物理学中著名的心理物理函数关系—费希纳定律，认为心理量和物理量之间并非简单的线性关系，而是呈对数关系，心理量的增长慢于物理量的增长(郭秀艳，2004)；而史蒂文斯(Stevens)提出的史蒂文斯定律认为心理量和物理量之间的共变关系，应该是一个幂函数关系。虽然对于心理量与物理量之间的具体函数关系仍有争议，但心理物理学的研究已经表明心理量与物理量之间并非线性关系，本研究的结果也支持了这一结论，也表明隶属度衡量被试的主观心理量更符合实际。
4.2 部件与整体原型中对应部件相似性判断中其他部件对目标部件的影响
日常生活中有时需要人们判断样例与整体原型中对应部件的相似性，而整体原型中包含有其他无关部件，为了考察原型中其他部件对部件样例与整体原型中对应部件的相似性判断的影响，实验2中的原型变为整体原型，让被试判断部件样例与整体原型的相似性。实验2的结果表明部件样例与整体原型中对应部件的相似性与实验1中部件样例与部件原型的相似性趋势一致，都是随着变形百分比的增大，主观隶属度值减小。对各部件这两次隶属度值进行配对t检验发现，被试在这两次相似判断中，脸型样例和嘴巴样例的隶属度值都存在显著差异，脸型样例对整体原型中的脸型的隶属度低于对部件原型的隶属度；而嘴巴样例对整体原型中嘴巴的隶属度显著高于对部件原型的隶属度。这表明整体原型中其他部件降低了脸型样例的相似性；增加了嘴巴样例的相似性。
5 结论
本研究得出的结论是：(1)部件样例与原型的物理相似性与心理相似性间是3次函数关系；(2)原型中其他部件会影响部件样例与整体原型中对应部件的相似性判断，整体原型中其他部件降低了耳朵、脸型、眼睛等部件样例对整体原型中对应部件的隶属度，而提高了嘴巴样例对整体原型中嘴巴部件的隶属度。
收稿日期：2012－7－12
标签：脸型论文;