視覺搜索 眾里尋他千百度

有這樣兩項(xiàng)任務(wù)，第一項(xiàng)是在圖1中找出形狀像“Q”的符號 。第二項(xiàng)是在圖2中找出形狀像“O”的符號 。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，上面兩項(xiàng)任務(wù)中我們能更快地從一堆”“O”里找到”“Q”，比在一堆”“Q”里面找”“O”的速度要快。這是因?yàn)槲覀內(nèi)菀卓吹接械模蝗菀鬃⒁獾綗o的。

從冰箱中找到牛奶，在辦公桌上找到車鑰匙，在停車場搜尋到自己的汽車，安檢人員通過機(jī)器檢查旅客的行李物品，醫(yī)生從病人的X光片中發(fā)現(xiàn)些許異常……在這些再平常不過的行為中，隱藏著一個(gè)并不平常的秘密——視覺搜索。我們每天都會接觸大量的視覺信息，為了避免信息超載，人們往往會優(yōu)先選擇對完成當(dāng)前任務(wù)具有重要作用的視覺信息。人們對視覺信息的選擇加工常常表現(xiàn)為視覺搜索活動(dòng)。視覺搜索活動(dòng)無處不在，每個(gè)人所從事的每一項(xiàng)活動(dòng)都離不開視覺搜索的參與。

何為視覺搜索

所謂視覺搜索，是指人類和動(dòng)物根據(jù)當(dāng)前任務(wù)的需要，依靠視覺有目的地在情境中進(jìn)行搜索，以找到某個(gè)目標(biāo)物的過程。

同很多其他學(xué)科發(fā)展的歷史一樣，視覺搜索的確切起源已難以追溯。100多年前，英國著名動(dòng)物學(xué)家愛德華·普爾頓就對與動(dòng)物捕食相關(guān)的視覺搜索活動(dòng)進(jìn)行了研究。對于動(dòng)物來說，視覺搜索尤為重要，因?yàn)樗鼈兊纳嬖诤艽蟪潭壬弦蕾囉谌绾潍@取食物和避免天敵的侵害，這些活動(dòng)都有賴于視覺搜索。

“二戰(zhàn)”期間，美國海軍希望能夠開發(fā)出一套行之有效的方法，以便在海上定位敵艦或找到己方失蹤人員。他們秘密組織了一批研究人員（主要是數(shù)學(xué)家）對視覺搜索的規(guī)律進(jìn)行研究；如今，視覺搜索的研究者中，除了數(shù)學(xué)家（運(yùn)籌學(xué)家）、工效學(xué)家和生物學(xué)家外，還包括心理學(xué)家、視覺科學(xué)家和神經(jīng)科學(xué)家等。

近年來，隨著計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們開始嘗試將人類的視覺搜索功能賦予機(jī)器，并制作完成了一些具有視覺搜索功能的設(shè)備，以服務(wù)于現(xiàn)實(shí)生活。例如，一些高端汽車裝配了能夠自動(dòng)探測行人的智能系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能。計(jì)算機(jī)輔助的視覺檢測技術(shù)，如面孔檢測、自動(dòng)化的食品檢測和醫(yī)學(xué)圖像檢測技術(shù)等新興技術(shù)，也已悄然興起。

視覺搜索的高效性

現(xiàn)實(shí)生活中的視覺搜索活動(dòng)往往是相當(dāng)高效的。用鑰匙打開房門，口渴時(shí)隨手拿起桌上的茶杯，發(fā)動(dòng)汽車……這些動(dòng)作的完成，都需要一定的視覺搜索活動(dòng)；由于搜索活動(dòng)如此高效，以至于我們幾乎意識不到搜索行為的存在。

不僅簡單任務(wù)中的視覺搜索如此高效，在一些較復(fù)雜任務(wù)中的視覺搜索也是相當(dāng)高效的。例如，當(dāng)我們要泡一杯茶時(shí)，需要先在廚房找到茶杯，然后再搜索到茶葉，找到飲水機(jī)，最后將熱水倒入已裝了茶葉的杯中。對我們來說，這一系列搜索行為幾乎是自動(dòng)完成的，即使是在不太熟悉的環(huán)境中，我們也能順利且迅速地完成上述活動(dòng)。

雖然視覺搜索活動(dòng)對人類來說輕而易舉并且十分高效，科學(xué)家們也模仿人類的視覺搜索能力發(fā)明了一些具有類似功能的設(shè)備；但對于今天的科學(xué)家和工程師來說，對人類視覺搜索的高效性進(jìn)行完整模擬仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)。

2006年，美國宇航局“星塵號”探測器的返回艙在猶他州沙漠成功著陸，它帶回了由飛船上的塵埃采集器成功捕獲到的彗星塵埃樣本。這是人類首次獲取彗星物質(zhì)和星際塵埃樣品，對它的分析研究可能會把人類對彗星以及整個(gè)太陽系歷史的認(rèn)識向前推進(jìn)一大步。科學(xué)家將這些塵埃樣品進(jìn)行掃描，總共得到了約35萬張數(shù)碼顯微照片。這些塵埃十分微小，直徑比一根頭發(fā)絲還細(xì)。辨別搜索任務(wù)之艱巨，工作量之大，可想而知。伯克利空間實(shí)驗(yàn)室最初打算使用計(jì)算機(jī)視覺探測來完成這個(gè)任務(wù)；但事實(shí)證明，這是不可能完成的任務(wù)：一方面，計(jì)算機(jī)算法的生成需要有關(guān)于圖像各成分的所有數(shù)據(jù)，而這對于第一次接觸彗星物質(zhì)圖像的人類來說是不可能達(dá)成的；另一方面，圖像中不僅僅有彗星塵埃，還包含很多不規(guī)則的無關(guān)物質(zhì)，它們極易與彗星塵埃混淆，以致讓人難以辨識。為此，美國航空航天局的專家們把這些數(shù)碼顯微照片提供給網(wǎng)絡(luò)志愿者，以便讓他們幫忙來共同尋找這些彗星塵埃。

視覺搜索為何如此高效

總的來說，我們主要利用兩類信息來實(shí)現(xiàn)高效的視覺搜索活動(dòng)，這兩類信息分別為自下而上的信息和自上而下的信息。

物體的突然出現(xiàn)或消失，或者具有鮮艷的顏色等獨(dú)特之處，或者處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等，這些都屬于自下而上的信息。人們在沒有明確任務(wù)的前提下，場景中具有這些信息的物體容易被最先搜索到。例如，當(dāng)我們在教室上課時(shí)，突然從窗外飛進(jìn)來的一只小鳥，就極易被我們發(fā)現(xiàn)；同樣，我們也能輕易地從人群中搜索到手拿一束紅玫瑰的人，能夠很容易地從停車場中搜索到行駛的車輛。許多商店會在門口等顯眼的地方安裝電子滾動(dòng)屏幕，也是為了吸引潛在的消費(fèi)者。

自上而下的信息主要包括場景的情境提示以及我們頭腦中的知識經(jīng)驗(yàn)等。

生活經(jīng)驗(yàn)使我們非常熟知各物體之間的空間位置關(guān)系。例如，茶杯放在廚房的櫥柜里，茶葉放在桌子上或抽屜里，飲水機(jī)放在某個(gè)靠墻的位置，等等。與此同時(shí)，我們也知道哪些物體往往會共同存在。例如，茶杯和茶壺常常一起出現(xiàn)，刀叉和盤子往往被放在一起，筆和書本往往出現(xiàn)在一起，等等。因此，當(dāng)需要某件物品時(shí)，我們通常能夠非常迅速地從復(fù)雜場景中找到它。這種由于熟悉場景布局而產(chǎn)生的對視覺搜索的促進(jìn)作用，在心理學(xué)上被稱為情境提示效應(yīng)。

在真實(shí)場景中，情境提示效應(yīng)對我們的視覺搜索具有重要作用。根據(jù)情境提示效應(yīng)所利用信息的類型，人們將情境提示效應(yīng)分為空間情境提示效應(yīng)、客體情境提示效應(yīng)和時(shí)間情境提示效應(yīng)。

當(dāng)我們在書房中尋找一支筆時(shí)，首先會去書桌上找，而不是去地上或書桌下尋找。這是因?yàn)椋粘Ｉ罱?jīng)驗(yàn)告訴我們，筆往往會出現(xiàn)在書桌上，而很少出現(xiàn)在地上或書桌下。這種由于各物品擺放的空間位置反復(fù)呈現(xiàn)，從而產(chǎn)生對我們搜索速度的促進(jìn)作用，被稱為空間情境提示效應(yīng)。在日常生活中，我們經(jīng)常會利用物體間的這種空間關(guān)系服務(wù)于我們的視覺搜索活動(dòng)。

類似地，當(dāng)我們搜索鼠標(biāo)時(shí)，一般會先從場景中搜索電腦，因?yàn)殡娔X相比鼠標(biāo)，體積更大更容易被看到，而且電腦往往會和鼠標(biāo)一起出現(xiàn)，只要找到電腦，一般來說，在它周圍就能發(fā)現(xiàn)鼠標(biāo)。這就是客體情境提示效應(yīng)。

在籃球、足球和排球等團(tuán)體運(yùn)動(dòng)中，球員的運(yùn)動(dòng)模式雖然沒有嚴(yán)格的規(guī)則，但也不是完全隨機(jī)無規(guī)律可循的。技術(shù)水平較高的球員往往能夠較為準(zhǔn)確地感知到其他球員的運(yùn)動(dòng)模式，并據(jù)此做出恰當(dāng)?shù)膽?yīng)對反應(yīng)，取得理想成績。人類能夠根據(jù)事物的發(fā)展?fàn)顩r推斷出事物的發(fā)展趨勢，這在很大程度是由于學(xué)習(xí)或經(jīng)驗(yàn)使得我們知道了一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)或事物在時(shí)間上是如何發(fā)展進(jìn)行的，這就是時(shí)間情境提示效應(yīng)。它也能指導(dǎo)我們?nèi)粘Ｉ钪械乃阉餍袨椤?/p>

實(shí)際上，在真實(shí)場景中所進(jìn)行的搜索活動(dòng)，很多情況下往往是三種情境提示效應(yīng)同時(shí)發(fā)揮作用，共同促進(jìn)我們的視覺搜索活動(dòng)順利進(jìn)行。例如，當(dāng)我們駕車行駛到一個(gè)繁忙的十字路口時(shí)，我們需要根據(jù)交通信號燈的顏色以及行人和另外幾條道路上的車輛狀況，做出繼續(xù)行駛還是停車等待的決定。此時(shí)，上述三種情境提示都會發(fā)揮作用。空間情境提示效應(yīng)指導(dǎo)我們直接去注意交通信號燈，而不是道路兩旁的建筑物；客體情境提示效應(yīng)告訴我們，在人行道上的主要是行人，而不太可能有車輛，主干道上則會有各種車輛；時(shí)間情境提示效應(yīng)會使我們正確估計(jì)其他車輛以及行人在時(shí)間上相對于我們自己會怎樣運(yùn)動(dòng)。

情境提示效應(yīng)除指導(dǎo)我們?nèi)ツ睦锼阉髂繕?biāo)之外，還能根據(jù)任務(wù)要求提示我們從真實(shí)場景中搜索什么。例如，當(dāng)我們在大街上遇到一位多年沒聯(lián)系過的朋友時(shí)，應(yīng)該根據(jù)什么來推斷其經(jīng)濟(jì)狀況呢？這種場景下，我們主要通過看他的服飾進(jìn)行判斷。在另一種場景下，比如第一次去某人家里，剛進(jìn)門時(shí)我們會通過觀察客廳的裝修情況以及房內(nèi)物品等來評估。此時(shí)，主人的衣著就居于次要地位了。

當(dāng)然，除了情境提示效應(yīng)能指導(dǎo)我們在真實(shí)場景中首先去看什么、到哪里看之外，我們頭腦中的知識經(jīng)驗(yàn)以及對物體的熟悉性等，對幫助我們順利完成視覺搜索也是非常重要的。

例如，當(dāng)研究人員要求觀察者從一盤國際象棋棋局里搜索到某個(gè)特定棋子時(shí)，象棋高手要比新手的速度更快。這是因?yàn)椋嘘P(guān)國際象棋的知識能促進(jìn)人們根據(jù)棋局更快地搜索到目標(biāo)。而且搜索我們比較熟悉的物體，要比搜索一個(gè)完全陌生的物體要迅速。

高效視覺搜索有啥用

視覺搜索無處不在，而且其在現(xiàn)實(shí)生活中又是非常高效的。因此，我們應(yīng)充分利用視覺搜索的這種高效性服務(wù)于我們的工作與生活。

首先，視覺搜索高效性的一些規(guī)律可用來指導(dǎo)相關(guān)行業(yè)的視覺信息設(shè)計(jì)，如網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、室內(nèi)設(shè)計(jì)商品陳列等。

一方面，我們?nèi)菀紫热プ⒁馇榫持猩时容^鮮艷或正在運(yùn)動(dòng)著的物體。因此，在制作網(wǎng)頁時(shí)，我們需要把重要的信息用鮮艷的顏色標(biāo)出，還可以把題目等設(shè)置成滾動(dòng)形式。在另外一些場合，則需要我們利用這一特點(diǎn)來杜絕某些現(xiàn)象，比如當(dāng)駕車行駛在一條繁華的道路上時(shí)，我們要提醒自己專注于道路狀況和交通信號燈等信息，而不要被道路兩旁建筑物上的大型顯示屏的內(nèi)容所分神。

另一方面，當(dāng)某物體出現(xiàn)在其慣常的位置或場景中時(shí)，我們能比較快地認(rèn)出它。因此，若想保證下次使用時(shí)能迅速找到該物品，我們就應(yīng)當(dāng)使用完后及時(shí)將其放回原處；同時(shí)，我們也應(yīng)養(yǎng)成將物品分類管理的好習(xí)慣。

其次，視覺搜索的相關(guān)規(guī)律也可用于一些專業(yè)技能的培訓(xùn)方面，如醫(yī)院放射科醫(yī)師、駕駛員、安檢人員等的專業(yè)技能培訓(xùn)，這些都包含有關(guān)提高視覺搜索效率的訓(xùn)練。

【責(zé)任編輯】趙 菲