Atenção visual e segmentação de textura⁽¹⁾

 

 

César Galera^I,2; Michael von Grünau^II

^IUniversidade de São Paulo
^IIConcórdia University

Endereço para correspondência

 

 

A maioria dos modelos explicativos da visão humana concorda com a existência de dois modos distintos no processamento da informação visual. Um, com capacidade ilimitada, atuaria simultaneamente, em paralelo, sobre todo o campo visual. Outro, com capacidade reduzida, atuaria de maneira seqüencial sobre os objetos ou sobre áreas restritas do campo. Algumas características destes tipos de processamento têm sido estudadas em tarefas nas quais o sujeito deve dizer se um estímulo, o alvo, está presente ou não, entre um número variável de outros estímulos, os distratores. A ausência do efeito do número de distratores (N) sobre o tempo de reação (TR) indica que uma resposta pôde ser dada com base em informações obtidas a partir de uma análise realizada de maneira automática, simultaneamente sobre todo o campo visual. O aumento significativo do TR em função de N, por outro lado, é tomado como evidência de um processo de busca realizado de maneira seqüencial, em que os estímulos devem receber atenção focalizada (Neisser, 1967; Treisman e Gelade, 1980; Treisman, 1988; Wolfe, Cave e Franzel, 1989). A magnitude do aumento do TR em função de N, dada pelo coeficiente angular da função que relaciona oTRaN , é considerada uma estimativa da eficácia com que a busca visual é realizada (Duncan e Humphreys, 1989).

Qual a natureza das operações realizadas em paralelo? Qual a saída, o produto, das operações realizadas simultaneamente sobre todo o campo visual? Pode-se supor que um estímulo, antes de ser identificado, deve ser isolado dos outros estímulos presentes no campo visual (Neisser, 1967). A maioria dos estudiosos da percepção considera que este processo ocorre de forma automática e em paralelo sobre todos os estímulos presentes no campo (Treisman, 1982). Os estudos de segmentação de textura sugerem que um padrão visual é decomposto em componentes que partilham propriedades físicas simples, tais como, cor, brilho, tamanho e, principalmente, orientação de seus elementos (Beck, 1983). Texturas cujos elementos diferem nessas propriedades são segmentadas pré-atentivamente, enquanto a segmentação de texturas cujos elementos diferem na forma como suas propriedades foram combinadas exige atenção focalizada. Por exemplo, é muito mais fácil detectar uma borda entre duas regiões se uma delas for preenchida com Ts inclinados e a outra for preenchida por Ts verticais do que detectar uma borda entre regiões formadas por Ts e Ls (Beck, 1967). De acordo com Beck (1983), a segmentação é um processo de organização perceptiva cujas leis atuam em pelo menos três níveis do processamento da informação visual. No primeiro nível, o processo de organização tem como função agrupar as características visuais em figuras ou elementos de texturas. Num segundo nível, sua função é agregar esses elementos em regiões de textura, num processo definido pelos psicólogos da gestalt como agrupamento por similaridade. Este processo de agrupamento por similaridade pode ser descrito como um processo de segmentação "baseado nas diferenças entre estímulos ou como um processo associativo baseado na semelhança entre estímulos" (p 301).

Vários estudos que utilizam a tarefa de busca visual interpretam o efeito do número de estímulos sobre o TR em termos da segmentação ou agrupamento entre estímulos (ver, por exemplo, Humphreys, Quinlan e Riddoch, 1989). De acordo com Duncan e Humphreys (1989), a eficácia da busca visual depende da força do agrupamento entre alvo e distratores e entre os próprios distratores. Situações nas quais o alvo é similar aos distratores e estes são homogêneos, ou similares entre si, produzirão agrupamento forte entre os próprios distratores e entre estes e o alvo. Neste caso, a segmentação inicial do campo visual não será suficiente para isolar o alvo dos distratores com os quais se agrupa. A exigência de novas segmentações em escalas mais restritas faz com que o tempo necessário para a detecção do alvo aumente em função do número de distratores com os quais este se confunde. Por outro lado, quando o alvo é pouco similar aos distratores e estes formam agrupamentos fortes entre si, o alvo é segmentado com facilidade. No modelo proposto por Grossberg, Mingolla e Ross (1994), a busca visual também é precedida pela organização do campo visual em grupos de estímulos que partilham características em comum entre si e com o alvo. De maneira geral, as exigências discriminativas da tarefa determinam o tamanho dos agrupamentos e a necessidade de novos reagrupamentos e, conseqüentemente, a eficácia com que a busca é realizada.

Embora os resultados das tarefas de busca visual e os resultados das tarefas de segmentação de textura sejam interpretados em termos de processamento pré-atentivo ou paralelo, Wolfe (1992) mostra que a segmentação da textura sem esforço e a busca visual em paralelo não são necessariamente a mesma coisa. Se alguns estímulos detectáveis em paralelo nas tarefas de busca visual também permitem a segmentação sem esforço, outros, que segmentam com facilidade, exigem busca serial, e vice-versa. De acordo com Wolfe, o processamento paralelo nas tarefas de busca visual pode ser considerado sob dois aspectos: em termos de processamento guiado pelos estímulos (botton-up) e em termos de estratégias cognitivas de busca (top-down). O processamento guiado pelos estímulos chama a atenção, de maneira automática, para itens isolados ou para bordas formadas por grupos de itens. Este aspecto do processamento préatentivo seria o mesmo nas tarefas de busca visual e nas tarefas de segmentação de textura ou de agrupamento por similaridade.

Neste estudo, investigamos o processo de segmentação envolvido numa tarefa de busca visual na qual os estímulos relevantes, o alvo e os distratores, foram distribuídos entre elementos de textura, irrelevantes para a tarefa. A idéia básica é que os estímulos relevantes seriam segmentados e então submetidos a um processo de análise mais detalhado, capaz de revelar a presença do alvo. Um processo de segmentação realizado em paralelo, e antes que os estímulos relevantes possam ser analisados, deve contribuir com o TR de forma independente da contribuição do número de estímulos relevantes.

Esta hipótese foi investigada numa situação na qual os estímulos relevantes eram letras T formadas por segmentos verticais e horizontais (os distratores eram Ts na posição normal e o alvo era um T na horizontal), enquanto os elementos da textura eram Ts inclinados 45 graus (Galera, 1997 ⁽³⁾, Experimento 1). Os resultados são parcialmente consistentes com a hipótese de segmentação em paralelo dos estímulos relevantes. O TR é afetado de maneira significativa pelos três fatores experimentais manipulados: número de estímulos relevantes, presença da textura e presença do alvo. As interações entre número de estímulos relevantes e presença do alvo, e entre presença do alvo e presença da textura também são significativas, mas o efeito da textura sobre o TR mostrou-se independente do efeito do número de estímulos relevantes. A independência entre os efeitos da textura e do número de estímulos sobre o TR está de acordo com a hipótese inicial, segundo a qual os estímulos relevantes seriam inicialmente segmentados e depois submetidos a um processo de busca. Esta segmentação ocorreria em função das diferenças entre estímulos relevantes e elementos da textura. Como resultado desta primeira segmentação, os estímulos relevantes seriam agrupados por similaridade e, em seguida, segmentados novamente em função da presença do alvo ou submetidos a um processo de análise serial realizado sob o foco da atenção. No entanto, ocorrem dois problemas com esta interpretação. O primeiro diz respeito à interação entre presença da textura e a presença do alvo e o segundo diz respeito à relação de igualdade entre os processo de segmentação e de detecção do alvo.

A interação entre textura e presença do alvo apresenta algumas dificuldades para os modelos de agrupamentos recursivos em geral (Grossberg et ai, 1994). Se o alvo é encontrado depois que os estímulos relevantes são segmentados num estágio de processamento em paralelo, por que o efeito da textura é menor quando o alvo está presente (88 ms) do que quando está ausente (127 ms)? Pashler e Badgio (1985) interpretam uma interação semelhante, entre qualidade do display e presença do alvo, como uma evidência de que esses fatores atuam em estágios relacionados à decisão. Nossos resultados, no entanto, sugerem que, se a presença da textura e do alvo afetam um mesmo estágio de processamento, é possível que esse estágio seja aquele em que ocorre a segmentação dos estímulos relevantes presentes no campo. Se o processo de segmentação e a detecção do alvo fossem discretos e seqüenciais, isto é, se a procura do alvo só fosse iniciada depois que os estímulos relevantes tivessem sido segmentados, o efeito da textura deveria ter sido o mesmo nas provas com e sem alvo; o efeito da textura deveria ter sido independente do número de estímulos relevantes e também da presença do alvo, o que não ocorreu. A interação entre presença da textura e do alvo permite supor que a detecção do alvo teve início antes que a segmentação dos estímulos relevantes se tenha completado; a segmentação dos estímulos relevantes e a detecção do alvo podem ter ocorrido, pelo menos em parte, simultaneamente. É claro que muitas outras interpretações da interação entre presença da textura e do alvo são possíveis. Por exemplo, a detecção do alvo pode, de fato, ocorrer apenas depois que os estímulos relevantes foram segmentados. Neste caso, o efeito da textura sobre o TR das provas sem alvo expressaria o tempo gasto num processo de análise mais detalhado até que uma resposta "alvo ausente" pudesse ser emitida. Mas, esta análise também deveria ser realizada em paralelo, pois o efeito da textura nas provas sem alvo também independe do número de estímulos relevantes presentes no campo. Pode-se supor que na presença da textura os estímulos relevantes seriam agrupados por similaridade e, em seguida, segmentados novamente em função da presença do alvo. Mas, esta suposição coloca-nos o segundo problema presente nos modelos de segmentação recursiva: o da igualdade dos processos envolvidos na segmentação e na detecção do alvo. Os resultados apresentados na Figura 2 mostram que o TR aumenta em função do número de estímulos relevantes e o efeito da textura independe do número de estímulos relevantes, o que sugere que a segmentação e a detecção do alvo são operações realizadas em diferentes estágios de processamento.

 

 

 

 

De maneira geral, os resultados obtidos anteriormente (Galera, 1997) sugerem que a segmentação dos estímulos relevantes para a tarefa de busca visual pode ser realizada em paralelo, de forma espacialmente distribuída, e levanta a possibilidade de que a detecção do alvo possa ser simultânea ao processo de segmentação. De acordo com esta suposição, uma resposta de "alvo presente" poderia ser dada tão logo o alvo fosse detectado, mas uma resposta de "alvo ausente" deveria esperar até que o agrupamento formado pelos estímulos relevantes fosse nítido o suficiente ou que se atingisse um critério para a emissão de tal resposta.

Neste experimento, investigamos a tarefa de busca visual numa situação na qual os estímulos relevantes tinham uma relação de similaridade fixa entre si e foram distribuídos entre elementos de textura, com os quais tinham diferentes níveis de similaridade. A eficácia com que um alvo é detectado é determinada por muitos fatores experimentais, entre eles a similaridade entre alvo e distratores, e entre os próprios distratores (Duncan e Humphreys, 1989). Supunha-se que o efeito da textura sobre o TR fosse proporcional à diferença entre seus elementos e os estímulos relevantes. Quanto maior essa diferença, esperaria-se que mais rapidamente os estímulos relevantes fossem segregados. Além das condições com elementos de textura com diferentes graus de similaridade em relação ao alvo, introduzimos três outras condições: uma na qual apenas os estímulos relevantes foram apresentados (Sem textura), uma com elementos de textura formados por um padrão xadrez (Forma) e uma na qual os elementos de textura tinham a mesma forma que o distrator, mas em cor diferente (Cor).

 

MÉTODO

Sujeitos

Quatro sujeitos voluntários, estudantes e estagiários do Laboratório de Ergonomia, inocentes quanto aos objetivos do estudo, e os dois autores participaram deste Experimento.

Material e Estímulos

Os estímulos empregados (Figura 1) eram formados por oito pequenos quadrados negros de 6 x 6 mm (0,6 x 0,6 graus) distribuídos numa matriz imaginária de 4 x 4 caselas. A similaridade entre alvo, distratores e elementos de textura foi definida em termos do número de quadrados negros com posições diferentes em dois estímulos. O alvo diferia dos distratores na posição de apenas um dos quadrados. Nas condições experimentais, a similaridade entre o alvo e os elementos da textura variou de dois a cinco quadrados. Na condição Cor os elementos de textura eram iguais aos distratores, mas eram apresentados em cinza claro (aproximadamente 20 cd/m2). Na condição Forma, os elementos de textura eram formados por um padrão xadrez. Na condição de controle Sem textura, os elementos de textura não estavam presentes. Os estímulos foram apresentados em preto sobre fundo branco na tela de um microcomputador Macintosh controlado pelo utilitário VSearch (Enns, Ochs e Rensink, 1990), que também computou e registrou o tempo decorrido entre a apresentação dos estímulos e o início da resposta, o TR. Os estímulos relevantes foram apresentados entre elementos de textura que ocupava as caselas de uma matriz de 6 x 5. A área total ocupada pelos estímulos era de 19 x 15 graus do ângulo visual.

Procedimento

Cada sujeito passou por sete blocos de provas, quatro dedicados aos diferentes graus de similaridade entre o alvo e os estímulos de fundo (d2, d3, d4 e d5), e três dedicados a condições de controle (Cor, Forma e Sem Textura). Em cada bloco, foram manipulados o número de estímulos relevantes (2,4 e 8) e o tipo de prova (alvo presente ou ausente). O número e o tipo de prova variaram aleatoriamente de prova para prova. Em cada bloco, foram realizadas 20 provas, em cada um dos seis tratamentos resultantes da combinação dos níveis de número de estímulos relevantes com a presença do alvo. A primeira prova de cada bloco foi precedida da apresentação de um sinal de aviso (*), por 500 ms. Nas provas seguintes, um sinal apresentado depois da resposta do sujeito informava-o da precisão de sua resposta (um "+" ou um "-") e permanecia na tela por 2.000 ms, como ponto de fixação para a próxima prova. A apresentação dos estímulos na tela dava início à contagem do tempo, em ms, que era interrompida pela resposta do sujeito. Os estímulos permaneciam na tela até que uma resposta fosse dada. O sujeito permanecia sentado, com os olhos a aproximadamente 57 cm da tela do microcomputador, com os dedos sobre as teclas "A" e "L" do teclado, pelas quais eram dadas as respostas de alvo ausente ou presente. Metade dos sujeitos deu respostas de alvo ausente com o indicador da mão direita e respostas de alvo presente com o indicador da mão esquerda. No início da sessão, os sujeitos eram instruídos a responder o mais rapidamente possível, sem cometer erros.

 

RESULTADOS

As médias dos TRs obtidos nas condições de controle são apresentadas na Figura 2. Os resultados dessas duas condições foram analisados separadamente.

Condições de Controle

Os TRs obtidos nas três situações de controle foram submetidos a uma análise de variância com medidas repetidas nos fatores textura (Cor, Forma e Sem Textura), número de estímulos (2, 4 e 8) e presença do alvo (presente ou ausente). O TR foi afetado de maneira significativa pelo número de estímulos, F(2,10) = 76,76, pO, 0001, e pela presença do alvo F(l,5) = 93,07, p 0,0001, mas não pela presença dos elementos de textura, F. A única interação significativa ocorreu entre número de estímulos e presença do alvo, F(2,10) = 56,07, p 0,0001.

Nas três condições estudadas as taxas de busca, estimadas pelo coeficiente angular das funções que relacionam o número de estímulos relevantes ao TR, indicam que o alvo foi detectado depois de um processo de busca serial, dependente da atenção, de estímulo para estímulo. A razão entre as taxas de busca, estimadas para provas sem alvo e com alvo, ao redor de 2,5:1 nas três condições, indicam que a busca é interrompida na presença do alvo.

Os elementos da textura foram praticamente eliminados do processo de busca atentiva sem um custo significativo para o sistema. Embora não existam diferenças significativas entre as três condições investigadas, devemos observar que os termos constantes das funções TR da provas sem alvo aumentaram em 39 e 17 ms nas condições de Cor e Forma em relação aos valores obtidos nas provas Sem Textura. Nas provas com alvo, o termo constante das funções TR também tende a aumentar (82 ms na condição Cor, e 87 ms na condição Forma).

Condições Experimentais

Os TRs médios, obtidos com quatro níveis de similaridade entre o alvo e os elementos de textura, foram submetidos a uma análise de variância com medidas repetidas nos fatores similaridade (2, 3, 4 e 5), número de estímulos relevantes no campo (2,4 e 8) e presença do alvo (presente, ausente). O TR foi afetado pela similaridade, F(3,15) = 3,59, p = .039, pelo número de estímulos presentes no display, F(2,10) = 36,00, p .0001, e pela presença do alvo, F( 1,5) = 58,43, p = .001. O TR também foi afetado pelas interações entre similaridade e número, F(6,30) = 3,76, p = .007, entre número e presença do alvo, F(2,10) = 47,95, p 0001, e pela interação tripla entre similaridade, número e presença do alvo, F(6,30) = 2,71, p = .032.

A interação entre o número de estímulos e a presença do alvo, evidente nas diferenças entre as taxas de busca obtidas para respostas nas provas sem alvo e com alvo, sugerem uma estratégia de busca muito cautelosa nas provas sem alvo. Uma razão de 2:1 entre as taxas de busca para provas sem alvo e com alvo é considerada uma indicação de processamento serial interrompido na presença do alvo (Sternberg, 1969; Treisman e Gelade,1980). Nossos resultados apresentam uma taxa em torno de 4:1 nas condições d2, d4 e d5, e uma taxa aproximada de 10:1 na condição d3, sugerindo que os sujeitos podem ter adotado uma estratégia de rechecagem dos estímulos relevantes nas provas sem alvo. A interação entre similaridade e número de estímulos relevantes, exemplificada pelas diferentes inclinações das curvas obtidas nas diferentes condições apresentadas na Figura 3, sugerem que a presença da textura afetou a estratégia de busca e que esse efeito foi diferente em função da presença do alvo, o que é confirmado pela interação tripla entre similaridade, número de estímulos relevantes e presença do alvo sobre o TR.

 

 

Embora o aumento médio do TR em função do número de estímulos relevantes tenha sido menor do que aqueles obtidos na situação de controle, as taxas de busca obtidas nas provas sem alvo ainda são características de um processo de busca serial, dependente da atenção focalizada em estímulos individuais. Nas provas com alvo a situação é diferente, pois, exceto na condição d4, as outras taxas de busca obtidas são características de processamento paralelo, d3, ou de processamento de busca guiada, d2 e d5. A sugestão de um processo de busca guiada, no entanto, deve ser tomada com cautela, uma vez que não foram utilizados estímulos que diferem em características visuais primitivas, e sim estímulos complexos definidos por diferentes graus de similaridade (Wolfe, 1992).

Os efeitos da textura não são lineares, nem diretamente proporcionais à similaridade entre estímulos relevantes e elementos de textura. A presença da textura provocou um aumento expressivo no termo constante das funções TR e uma diminuição igualmente marcante no coeficiente angular dessas funções. De maneira geral, considera-se que o coeficiente angular é uma estimativa do tempo despendido na análise serial atentiva a que estímulos ou regiões do campo visual são submetidos. O termo constante da função TR tem sido identificado com o tempo de processamento que independe da análise serial dos estímulos, seja por antecedê-la, seja por vir depois dela (Treisman e Gelade, 1980; Duncan e Humphreys, 1989, Wolfe, 1994). Em nosso caso, o aumento nos termos constantes das funções TR foi compensado por uma diminuição dos coeficientes angulares dessas funções. Pode-se supor, então, que o aumento do processamento pré-atentivo diminuiu ou facilitou, as exigências feitas ao estágio de processamento serial atentivo. A natureza desse processamento préatentivo não é evidente, mas pode-se supor que seja equivalente ao que ocorre em alguns fenômenos de agrupamento ou de emergência da profundidade em estereogramas de pontos randômicos, que podem demorar até segundos para serem percebidos, mas, quando surgem, saltam aos olhos (Treisman, 1988).

 

DISCUSSÃO

O objetivo deste estudo foi investigar o processo de segmentação numa tarefa de busca visual. A idéia básica é que os estímulos relevantes são segmentados ou agrupados numa operação realizada em paralelo, simultaneamente sobre todo o campo visual. O tempo gasto nesse processo de agrupamento préatentivo deve contribuir com o TR de forma independente do tempo gasto em processos realizados de maneira serial sobre áreas restritas do campo que, teoricamente, dependem da focalização da atenção em estímulos isolados ou áreas restritas do campo. Resultados obtidos com estímulos relevantes e elementos de textura formados por segmentos com diferentes inclinações podem permitir o agrupamento em paralelo, embora existam evidências de que a inclinação, por si, não seja suficiente para que a segmentação ocorra em paralelo (Galera, 1997).

De maneira geral, uma primeira interpretação dos resultados obtidos neste estudo sugere que a busca visual também pode ser restrita apenas aos estímulos relevantes, em situações nas quais estes diferem dos elementos de textura na cor e em aspectos mais gerais da forma. A segregação de estímulos com estas características (Cor e Forma) foi realizada sem um custo significativo para o sistema. Embora o aumento do TR nas situações de controle em que os elementos de textura estavam presentes não tenha sido significativo, devemos observar que essa tendência restringiu-se praticamente ao termo constante das funções TR, o que estaria de acordo com um processo de segmentação em paralelo. De forma diferente, a presença da textura, nas condições em que os elementos de textura tinham alguma relação de similaridade com os estímulos relevantes, alterou de forma significativa a estratégia de busca.

Os estudos sobre segmentação de textura têm mostrado que estímulos que partilham características visuais não segmentam com facilidade (Beck, 1983, Sagi e Julesz, 1985). Os resultados obtidos nas condições de controle Forma mostram que mesmo estímulos que diferem apenas na forma como suas características foram combinadas podem ser segmentados em paralelo. No entanto, este processo não ocorre quando estímulos relevantes e elementos de textura apresentam diferentes relações de similaridade.

 

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Endereço para correspondência:
Av. Bandeirantes, 3900
Ribeirão Preto-SP. - Cep. 14040-901

 

 

(1) Apoio financeiro CNPq - processo 522624/95-2, CCint-USP. O experimento foi conduzido por Michel von Grünau
(2) Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras da USP - Ribeirão Preto.
(3) GALERA, C. (1997) Agrupamento por similaridade e busca visual. Manuscrito submetido à publicação