Morphing技術下維、漢大學生面孔倒置效應的實驗研究

董曉娟 聞素霞

（新疆師范大學教育科學學院，烏魯木齊，830017）

Morphing技術下維、漢大學生面孔倒置效應的實驗研究

董曉娟 聞素霞

（新疆師范大學教育科學學院，烏魯木齊，830017）

本研究采用Morphing技術處理面孔材料，讓62名維、漢大學生對一系列民族漸變的面孔圖片進行族別判斷，以考察維漢大學生面孔識別的倒置效應。結果顯示（1）Morphing材料的呈現方向對被試識別本族與異族面孔的認知反應有影響。當圖片由本族面孔開始時，要求被試進行“目標圖片更像異族面孔”的判斷時，被試做出的反應會在圖片連續變化中較早的圖片上；而當圖片由異族面孔開始，要求被試進行“目標圖片更像本族面孔”的判斷時時，被試做出的反應會在較晚的圖片上，明顯的表現出了本族效應。（2）當圖片由本族面孔開始時，被試在正立面孔圖片連續變化中比倒立面孔圖片連續變化中做出的反應停留在較早的圖片上；而當圖片由異族面孔開始時，被試在正立面孔圖片連續變化中比倒立面孔圖片連續變化中做出的反應停留在較晚的圖片上。

面孔識別；Morphing技術；倒置效應

1、引言

面孔對人類的生存具有重要意義。面孔可攜帶種族、性別、年齡、個體吸引力、社會地位及情緒狀態等多種社會信息。面孔識別是對面孔這一包含復雜社會信息的視覺刺激進行識別，同時也是對面孔所傳遞的信息進行加工的知覺過程。對面孔信息的正確認識有助于人們的社會交往和環境適應,在人類生活中占據重要地位[1]。

人們天生就很容易在各類物體中快速識別出人類的面孔，但是對于不同種族的面孔識別有差異。個體對本族面孔總是比不熟悉的異族面孔有更好的再認。這一現象被稱為本族效應（own-race effect），又稱本族偏差（own-race bias），異族效應（other-race effect），跨種族效應（cross-race effect）[2]。在日常生活中，經常可以聽到這樣的描述“外國（族）人看上去長得都一個模樣”這便是本族效應的具體表現[3]。

另一方面，在呈現倒置的面孔時，人類的認知加工就會受到影響。實際上，人類對正立面孔識別相對于其他物體存在著優勢，然而面孔倒置的時候，因角度的影響，再認成績不僅明顯低于正立面孔成績，甚至正立與倒立面孔再認成績的差異遠大于普通物體正立與倒立時再認成績的差異[4][5][6]。這種現象稱為面孔倒置效應(face inversion effect FIE)。

Yin(1969)最早對面孔倒置效應進行了研究,他比較了被試者對普通物體(如房子、飛機)和面孔的再認成績,發現正立時面孔再認成績較好,倒置時所有刺激再認成績均下降,但是正立面孔和倒置面孔的再認成績差異最大。

對于面孔倒置效應的內在機制的探討,研究者并未達成一致意見,提出了各種理論假說[7]。圖式理論認為,人們對倒置面孔接觸較少,沒有建立關于倒置面孔的圖式,使得識別和再認倒置面孔的成績下降。多維空間理論[8](Valentine,1991)認為,面孔可以用一個多維空間的坐標點來表示,在這一坐標空間中,正立面孔多且集中在原點附近,倒置面孔少且分散在周圍,人們很難在這個多維空間中尋找到倒置目標面孔,從而表現出倒置效應。

本族效應作為一種特殊的社會認知現象，受到面孔材料本身的特點（如表情，面孔倒置等）也會對本族偏向也產生影響。Rhodes等人（1989）以不同朝向(正置/倒置)的面孔作為實驗材料，發現相比異族面孔，被試對本族面孔的識別具有更強的倒置效應，即對于正立面孔識別的成績與反應時顯著好于對倒立面孔的識別。

計算機技術與圖像技術的進步使得對面孔材料的加工也在不斷發展。從以往采用人臉的抽象圖形（如原型圖片等）作為實驗材料到逐漸開始采用自然人臉的面孔圖片進行研究，研究者也可根據研究目的的要求，將面孔圖片經photoshop、morph等軟件進行處理，即在對面孔圖像進行特征提取和分類之前進行預處理，使用Morphing技術來研究面孔始于10世紀50年代，現在這一技術已得到廣泛的應用。Morphing是指將一給定的源數字圖像（與目標圖像具有相同形狀）自然流暢地變換到目標數字圖像（與源圖像具有相同形狀）。在這種自然漸變的過程中，中間幀具有源數字圖像與目標圖像的雙重特征。使用Morphing技術時，通常需要操作者指定源處理對象和目標處理對象之間特征的對應關系，這種特征對應關系也可由動畫系統自動算得。我們稱Morphing為形狀漸變或形狀過渡。在結合Morphing技術對異族效應的研究中[16][17]，該技術將被試本族的面孔與異族的面孔集合起來，然后通過電腦以類似于電影的方式來呈現由一個民族面孔變成另一個民族面孔的過程[9][10][11]。

因此，本研究試圖通過運用Morphing技術研究維、漢大學生面孔倒置效應，本研究預測：（1）當圖片由本族面孔開始時，被試會做出的反應會在圖片連續變化中較早的圖片上；而當圖片由異族面孔開始時，被試做出的反應會在較晚的圖片上，明顯的表現出了本族效應。（2）當圖片由本族面孔開始時，被試在正立面孔圖片連續變化中比倒立面孔圖片連續變化中做出的反應停留在較早的圖片上；而當圖片由異族面孔開始時，被試在正立面孔圖片連續變化中比倒立面孔圖片連續變化中做出的反應停留在較晚的圖片上。

2.研究方法

2.1 被試

本研究隨機選取新疆師范大學62名大學生（漢族32名，維吾爾族30名）為被試，所有被試的視力或矯正視力正常，參加完實驗后給予一定報酬。

2.2 實驗設計

2（被試：漢族、維族）×2（圖片方向：正立、倒立）×2（面孔圖片漸變類型：維漢漸變、漢維漸變）混合實驗設計，其中被試變量為被試間設計，圖片方向變量和面孔圖片漸變類型均為被試內設計。因變量為被試按鍵停止的位置，即對民族特征變化的反應值，用被試對民族特征變化反應的百分比表示。

2.3 實驗材料和儀器

實驗材料經Morph Man V.4Trial軟件，將其中一張本族面孔圖片與之性別相對應的一張異族面孔圖片結合從而實現Morphing的標準化，即處理出一系列兩個不同民族面孔之間變化程度相同的面孔圖片。首先以一張維吾爾族面孔圖片作為處理的原始面孔，然后在漢族面孔圖片中選出一張作為目標面孔圖片，為產生精確的Morphing圖像，照片間的排列使用了120以上個參照點，這些參照點位于面孔五官、顴骨以及跟蹤整個頭部輪廓這樣的標記點處，以便使照片的內部面孔特征大小一致。然后以相同的變化程度為依據，生成一系列不同的合成后的面孔圖片[12]。

本實驗中采用的圖片變化率為5%，即相鄰兩張面孔的民族特征變化程度為5%。例如：原始面孔是一張維吾爾族的男性面孔圖片，目標面孔為一張漢族的男性面孔圖片，根據這兩張面孔圖片處理出19張特征漸變的面孔圖片，即處理出的第一張面孔包含95%的維吾爾族特征與5%的漢族特征，第二張面孔包含90%的維吾爾族特征與10%的漢族特征，處理出的第十一張面孔包含45%的維吾爾族特征與55%的漢族特征。一組民族特征漸變的面孔圖片由一個民族的原始面孔圖片開始，到另一個民族的目標面孔結束，中間包含19張特征等距漸變的處理面孔，加原始面孔共21張面孔圖片。為了產生電影的效果，21張面孔照片依次呈現，每張呈現1s，共呈現21s。按便攜電腦上的空格鍵可在任意時間停止電影的放映。

每名被試均看到4種Morphing電影：從正立維吾爾族面孔到正立漢族面孔；從倒立維吾爾族面孔到倒立漢族面孔；從正立漢族面孔到正立維吾爾族面孔；從倒立漢族面孔到倒立維吾爾族面孔。本實驗中有20組面孔(男女各半)漸變正立圖片，并增加每組面孔漸變的倒立版本，共產生420張正立面孔刺激圖片，420張倒立面孔刺激圖片。40組面孔(男女各半)漸變圖片，兩兩民族隨機結合進行面孔圖片民族特征漸變處理，共產生840張面孔刺激圖片。

實驗設備采用聯想G480筆記本電腦呈現實驗材料，屏幕分辨率為1366×768像素，被試的所有任務都在聯想G480筆記本電腦上完成。

2.4 實驗程序

進入實驗階段，告知被試要看一系列的民族特征漸變的面孔圖片。首先在顯示屏中央呈現一個民族（維吾爾族或漢族）的原始面孔，要求被試認真觀察面孔的民族特征，當被試自認為看清楚圖片上面孔的民族特征后，按空格鍵即進入連續呈現Morphing后的民族特征漸變圖片，被試認為呈現的圖片中面孔所含有的民族特征已經由先前的民族轉變為另一個民族的時候，按鍵做出反應。實驗自動進入下一組刺激。

正式實驗之前，先讓被試做一個預實驗，程序與正式實驗相同，旨在讓被試充分了解實驗操作，能按指導語正確進行實驗。實驗由4個小節組成，每節呈現10組民族特征漸變面孔圖片，即210張面孔刺激圖片。每小節之間讓被試休息3分鐘。

3.結果

本研究參考已有的研究文獻，選擇分析指標為被試對民族特征變化反應值的百分比。研究所有數據用spss16.0進行統計分析處理。被試在兩種Morphing條件下對兩種圖片方向的反應值如表1所示。

表1 在兩種M orphi ng條件下對兩種圖片方向的反應值（M±SD）

由表1可知，當Morphing材料由本族面孔開始時，并且要求被試進行“目標圖片更像異族面孔”的判斷時，被試做出的反應會在圖片連續變化中較早的圖片上，也就是說只需要較少的本族面孔的像素就可以做出判斷。

當Morphing材料由異族面孔開始時，并且要求被試進行“目標圖片更像本族面孔”的判斷時，被試做出的反應會在圖片連續變化中較晚的圖片上，也就是被試需要更多的本族面孔的像素才能做出判斷，明顯的表現出了本族效應。

對被試的反應值進行方差分析。被試類型主效應顯著，F(1,60)=5.62，p=0.023；圖片類型主效應不顯著，F(1,60)=2.96，p=0.086；被試類型和圖片類型交互作用顯著，F(1,60)=28.51，p=0.00。對被試在不同面孔圖片水平上進行簡單效應檢驗發現：被試對維漢方向的面孔圖片的反應值差異顯著，F (1,30)=7.93，p=0.005；被試對漢維方向的面孔圖片的反應值差異顯著，F(1,30)=33.17，p=0.00。圖片類型、圖片方向和被試類型交互作用顯著，對被試在面孔類型的不同水平圖片方向上進行簡單簡單效應分析，漢族被試在漢維漸變面孔上，不同圖片方向反應值差異顯著，F(1,30)=10.69，p=0.001，漢族被試在維漢漸變面孔上，不同圖片方向反應值差異顯著，F(1,30)=13.53，p=0.00，維吾爾被試在漢維漸變面孔上，不同圖片方向反應值差異顯著，F (1,30)=11.93，p=0.001，維吾爾被試在維漢漸變面孔上，不同圖片方向反應值差異顯著，F(1,30)=11. 93，p=0.005。其他效應均不顯著。

4.討論

本研究發現，Morphing材料的呈現方向對被試識別本族與異族面孔的認知反應有影響。當圖片由本族面孔變化到異族面孔，被試對圖片進行“目標圖片更像異族面孔”的判斷時，所有被試只需要較少的本族面孔的像素就可以做出判斷，而當圖片由異族面孔變化到本族面孔，要求被試進行“目標圖片更像本族面孔”的判斷時，被試則需要更多的本族面孔的像素才能做出判斷。

根據多維空間理論，由于本族被試對于異族面孔缺乏對異族面孔的維度知識，在心理空間中異族面孔的集中程度較大，缺乏獨特性效應，對異族面孔民族特征變化的差異反應較為遲緩，所以在異族面孔漸變為本族面孔時，做判斷需要更多的本族面孔像素。但對于本族面孔漸變為異族面孔，因為對于本族面孔有著豐富的維度知識，所以在心理空間中本族面孔的集中程度較小，具有獨特性效應，所以對本族面孔民族特征的變化較為敏感，因而做判斷時需要較少的本族面孔像素。

本實驗采用Morphing技術通過一系列民族漸變的的面孔來考察本族面孔與異族面孔在心理空間中的集中程度，即面孔的獨特性。在實驗中如果原始面孔是一張維吾爾族面孔，結束面孔是一張漢族面孔，中間過渡出一系列既有維吾爾族特征又有漢族特征的面孔圖片，讓被試對面孔民族特征的變化做出反應，如果被試是維吾爾族，則對于維吾爾族面孔在心理空間中的集中程度小，獨特性大，對維吾爾族面孔的民族特征更敏感，所以需要較少的維吾爾族面孔像素就可以進行判斷。

Lun和Shlomo(2008)[13]在研究中指出，由于人們對本族面孔有更多的接觸經驗，在心理空間中就有理想的知覺維度，形成一個中心，本族面孔就分布在這個中心周圍，集中程度較??；而人們對異族面孔的接觸經驗較少，所以異族面孔在心理空間中就沒有理想的知覺維度，因此異族面孔分布在一個更同質的空間里，集中程度較大，缺乏獨特性效應，因此很難分辨出異族面孔的細微變化。本研究同樣發現：被試對本族面孔民族特征變化的反應值較小，而對異族面孔民族特征變化的反應值較大，即對本族面孔的變化較為敏感，而對異族面孔的變化則不太敏感。說明本族面孔的特征圍繞著心理空間的中心位置分布，集中程度較小，獨特性較強，因此對本族面孔特征的變化較為敏感；而異族面孔離中心位置較遠，且分布在一個更加緊密、同質的區域里，集中程度較大，獨特性較弱，所以對異族面孔特征的變化不敏感。

Yin（1969）發現人們對正立面孔的識別成績要好于倒立面孔的識別成績。她將面孔圖、房子圖片、飛機圖片等旋轉180度讓被試觀看并在第二階段再認，結果表明人們對正立面孔的再認好于對倒立面孔的再認。她認為這種面孔倒立效應是因為人們對面孔的加工是一種整體加工，當面孔倒立時，面孔的整體性被破壞，因此對倒立面孔的識別成績差。Rhodes，Brake，Taylor和Tan（1989）發現本族面孔比異族面孔表現出更大的倒立效應。他們要求亞洲被試與高加索被試再認一些正立的和倒立的亞洲面孔和高加索面孔，結果發現，被試在再認本族面孔時表現出更大的倒立效應，因此，他們推測人們對本族面孔的加工更多依賴于整體信息。而且，通過1個小時的訓練讓被試對異族面孔更熟悉，被試對異族面孔也表現出更大的倒立效應，也即對異族面孔也采用整體加工的方式（McKone，Brewer，MacPherson等，2007）

本研究發現，當圖片由本族面孔開始時，被試在正立面孔圖片連續變化中比倒立面孔圖片連續變化中做出的反應停留在較早的圖片上。圖片倒置破壞了面孔的整體性，而對于本族面孔的加工更多依賴于整體信息，所以對于正立的本族面孔識別快于倒立的本族面孔。根據多維空間理論，被試對于本族面孔有較多的接觸經驗，在多維空間的坐標空間中,本族圖片分布在原點周圍，集中程度較小，且正立面孔多集中在原點附近,倒置面孔少且分散在周圍，因此在對面孔圖片進行族別判斷時，被試能夠較快識別出正立圖片的族別變化，而對于倒立圖片的識別相對較慢。

而當圖片由異族面孔開始時，被試在正立面孔圖片連續變化中比倒立面孔圖片連續變化中做出的反應停留在較晚的圖片上。由多維空間理論可知，被試對于異族面孔缺乏對異族面孔的維度知識，在心理空間中異族面孔離中心位置較遠，且分布在一個更加緊密、同質的區域里，集中程度較大，對異族面孔民族特征變化的差異反應較為遲緩。

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