Morphing技术下维、汉大学生面孔倒置效应的实验研究

董晓娟 闻素霞

（新疆师范大学教育科学学院，乌鲁木齐，830017）

Morphing技术下维、汉大学生面孔倒置效应的实验研究

董晓娟 闻素霞

（新疆师范大学教育科学学院，乌鲁木齐，830017）

本研究采用Morphing技术处理面孔材料，让62名维、汉大学生对一系列民族渐变的面孔图片进行族别判断，以考察维汉大学生面孔识别的倒置效应。结果显示（1）Morphing材料的呈现方向对被试识别本族与异族面孔的认知反应有影响。当图片由本族面孔开始时，要求被试进行“目标图片更像异族面孔”的判断时，被试做出的反应会在图片连续变化中较早的图片上；而当图片由异族面孔开始，要求被试进行“目标图片更像本族面孔”的判断时时，被试做出的反应会在较晚的图片上，明显的表现出了本族效应。（2）当图片由本族面孔开始时，被试在正立面孔图片连续变化中比倒立面孔图片连续变化中做出的反应停留在较早的图片上；而当图片由异族面孔开始时，被试在正立面孔图片连续变化中比倒立面孔图片连续变化中做出的反应停留在较晚的图片上。

面孔识别；Morphing技术；倒置效应

1、引言

面孔对人类的生存具有重要意义。面孔可携带种族、性别、年龄、个体吸引力、社会地位及情绪状态等多种社会信息。面孔识别是对面孔这一包含复杂社会信息的视觉刺激进行识别，同时也是对面孔所传递的信息进行加工的知觉过程。对面孔信息的正确认识有助于人们的社会交往和环境适应,在人类生活中占据重要地位[1]。

人们天生就很容易在各类物体中快速识别出人类的面孔，但是对于不同种族的面孔识别有差异。个体对本族面孔总是比不熟悉的异族面孔有更好的再认。这一现象被称为本族效应（own-race effect），又称本族偏差（own-race bias），异族效应（other-race effect），跨种族效应（cross-race effect）[2]。在日常生活中，经常可以听到这样的描述“外国（族）人看上去长得都一个模样”这便是本族效应的具体表现[3]。

另一方面，在呈现倒置的面孔时，人类的认知加工就会受到影响。实际上，人类对正立面孔识别相对于其他物体存在着优势，然而面孔倒置的时候，因角度的影响，再认成绩不仅明显低于正立面孔成绩，甚至正立与倒立面孔再认成绩的差异远大于普通物体正立与倒立时再认成绩的差异[4][5][6]。这种现象称为面孔倒置效应(face inversion effect FIE)。

Yin(1969)最早对面孔倒置效应进行了研究,他比较了被试者对普通物体(如房子、飞机)和面孔的再认成绩,发现正立时面孔再认成绩较好,倒置时所有刺激再认成绩均下降,但是正立面孔和倒置面孔的再认成绩差异最大。

对于面孔倒置效应的内在机制的探讨,研究者并未达成一致意见,提出了各种理论假说[7]。图式理论认为,人们对倒置面孔接触较少,没有建立关于倒置面孔的图式,使得识别和再认倒置面孔的成绩下降。多维空间理论[8](Valentine,1991)认为,面孔可以用一个多维空间的坐标点来表示,在这一坐标空间中,正立面孔多且集中在原点附近,倒置面孔少且分散在周围,人们很难在这个多维空间中寻找到倒置目标面孔,从而表现出倒置效应。

本族效应作为一种特殊的社会认知现象，受到面孔材料本身的特点（如表情，面孔倒置等）也会对本族偏向也产生影响。Rhodes等人（1989）以不同朝向(正置/倒置)的面孔作为实验材料，发现相比异族面孔，被试对本族面孔的识别具有更强的倒置效应，即对于正立面孔识别的成绩与反应时显著好于对倒立面孔的识别。

计算机技术与图像技术的进步使得对面孔材料的加工也在不断发展。从以往采用人脸的抽象图形（如原型图片等）作为实验材料到逐渐开始采用自然人脸的面孔图片进行研究，研究者也可根据研究目的的要求，将面孔图片经photoshop、morph等软件进行处理，即在对面孔图像进行特征提取和分类之前进行预处理，使用Morphing技术来研究面孔始于10世纪50年代，现在这一技术已得到广泛的应用。Morphing是指将一给定的源数字图像（与目标图像具有相同形状）自然流畅地变换到目标数字图像（与源图像具有相同形状）。在这种自然渐变的过程中，中间帧具有源数字图像与目标图像的双重特征。使用Morphing技术时，通常需要操作者指定源处理对象和目标处理对象之间特征的对应关系，这种特征对应关系也可由动画系统自动算得。我们称Morphing为形状渐变或形状过渡。在结合Morphing技术对异族效应的研究中[16][17]，该技术将被试本族的面孔与异族的面孔集合起来，然后通过电脑以类似于电影的方式来呈现由一个民族面孔变成另一个民族面孔的过程[9][10][11]。

因此，本研究试图通过运用Morphing技术研究维、汉大学生面孔倒置效应，本研究预测：（1）当图片由本族面孔开始时，被试会做出的反应会在图片连续变化中较早的图片上；而当图片由异族面孔开始时，被试做出的反应会在较晚的图片上，明显的表现出了本族效应。（2）当图片由本族面孔开始时，被试在正立面孔图片连续变化中比倒立面孔图片连续变化中做出的反应停留在较早的图片上；而当图片由异族面孔开始时，被试在正立面孔图片连续变化中比倒立面孔图片连续变化中做出的反应停留在较晚的图片上。

2.研究方法

2.1 被试

本研究随机选取新疆师范大学62名大学生（汉族32名，维吾尔族30名）为被试，所有被试的视力或矫正视力正常，参加完实验后给予一定报酬。

2.2 实验设计

2（被试：汉族、维族）×2（图片方向：正立、倒立）×2（面孔图片渐变类型：维汉渐变、汉维渐变）混合实验设计，其中被试变量为被试间设计，图片方向变量和面孔图片渐变类型均为被试内设计。因变量为被试按键停止的位置，即对民族特征变化的反应值，用被试对民族特征变化反应的百分比表示。

2.3 实验材料和仪器

实验材料经Morph Man V.4Trial软件，将其中一张本族面孔图片与之性别相对应的一张异族面孔图片结合从而实现Morphing的标准化，即处理出一系列两个不同民族面孔之间变化程度相同的面孔图片。首先以一张维吾尔族面孔图片作为处理的原始面孔，然后在汉族面孔图片中选出一张作为目标面孔图片，为产生精确的Morphing图像，照片间的排列使用了120以上个参照点，这些参照点位于面孔五官、颧骨以及跟踪整个头部轮廓这样的标记点处，以便使照片的内部面孔特征大小一致。然后以相同的变化程度为依据，生成一系列不同的合成后的面孔图片[12]。

本实验中采用的图片变化率为5%，即相邻两张面孔的民族特征变化程度为5%。例如：原始面孔是一张维吾尔族的男性面孔图片，目标面孔为一张汉族的男性面孔图片，根据这两张面孔图片处理出19张特征渐变的面孔图片，即处理出的第一张面孔包含95%的维吾尔族特征与5%的汉族特征，第二张面孔包含90%的维吾尔族特征与10%的汉族特征，处理出的第十一张面孔包含45%的维吾尔族特征与55%的汉族特征。一组民族特征渐变的面孔图片由一个民族的原始面孔图片开始，到另一个民族的目标面孔结束，中间包含19张特征等距渐变的处理面孔，加原始面孔共21张面孔图片。为了产生电影的效果，21张面孔照片依次呈现，每张呈现1s，共呈现21s。按便携电脑上的空格键可在任意时间停止电影的放映。

每名被试均看到4种Morphing电影：从正立维吾尔族面孔到正立汉族面孔；从倒立维吾尔族面孔到倒立汉族面孔；从正立汉族面孔到正立维吾尔族面孔；从倒立汉族面孔到倒立维吾尔族面孔。本实验中有20组面孔(男女各半)渐变正立图片，并增加每组面孔渐变的倒立版本，共产生420张正立面孔刺激图片，420张倒立面孔刺激图片。40组面孔(男女各半)渐变图片，两两民族随机结合进行面孔图片民族特征渐变处理，共产生840张面孔刺激图片。

实验设备采用联想G480笔记本电脑呈现实验材料，屏幕分辨率为1366×768像素，被试的所有任务都在联想G480笔记本电脑上完成。

2.4 实验程序

进入实验阶段，告知被试要看一系列的民族特征渐变的面孔图片。首先在显示屏中央呈现一个民族（维吾尔族或汉族）的原始面孔，要求被试认真观察面孔的民族特征，当被试自认为看清楚图片上面孔的民族特征后，按空格键即进入连续呈现Morphing后的民族特征渐变图片，被试认为呈现的图片中面孔所含有的民族特征已经由先前的民族转变为另一个民族的时候，按键做出反应。实验自动进入下一组刺激。

正式实验之前，先让被试做一个预实验，程序与正式实验相同，旨在让被试充分了解实验操作，能按指导语正确进行实验。实验由4个小节组成，每节呈现10组民族特征渐变面孔图片，即210张面孔刺激图片。每小节之间让被试休息3分钟。

3.结果

本研究参考已有的研究文献，选择分析指标为被试对民族特征变化反应值的百分比。研究所有数据用spss16.0进行统计分析处理。被试在两种Morphing条件下对两种图片方向的反应值如表1所示。

表1 在两种M orphi ng条件下对两种图片方向的反应值（M±SD）

由表1可知，当Morphing材料由本族面孔开始时，并且要求被试进行“目标图片更像异族面孔”的判断时，被试做出的反应会在图片连续变化中较早的图片上，也就是说只需要较少的本族面孔的像素就可以做出判断。

当Morphing材料由异族面孔开始时，并且要求被试进行“目标图片更像本族面孔”的判断时，被试做出的反应会在图片连续变化中较晚的图片上，也就是被试需要更多的本族面孔的像素才能做出判断，明显的表现出了本族效应。

对被试的反应值进行方差分析。被试类型主效应显著，F(1,60)=5.62，p=0.023；图片类型主效应不显著，F(1,60)=2.96，p=0.086；被试类型和图片类型交互作用显著，F(1,60)=28.51，p=0.00。对被试在不同面孔图片水平上进行简单效应检验发现：被试对维汉方向的面孔图片的反应值差异显著，F (1,30)=7.93，p=0.005；被试对汉维方向的面孔图片的反应值差异显著，F(1,30)=33.17，p=0.00。图片类型、图片方向和被试类型交互作用显著，对被试在面孔类型的不同水平图片方向上进行简单简单效应分析，汉族被试在汉维渐变面孔上，不同图片方向反应值差异显著，F(1,30)=10.69，p=0.001，汉族被试在维汉渐变面孔上，不同图片方向反应值差异显著，F(1,30)=13.53，p=0.00，维吾尔被试在汉维渐变面孔上，不同图片方向反应值差异显著，F (1,30)=11.93，p=0.001，维吾尔被试在维汉渐变面孔上，不同图片方向反应值差异显著，F(1,30)=11. 93，p=0.005。其他效应均不显著。

4.讨论

本研究发现，Morphing材料的呈现方向对被试识别本族与异族面孔的认知反应有影响。当图片由本族面孔变化到异族面孔，被试对图片进行“目标图片更像异族面孔”的判断时，所有被试只需要较少的本族面孔的像素就可以做出判断，而当图片由异族面孔变化到本族面孔，要求被试进行“目标图片更像本族面孔”的判断时，被试则需要更多的本族面孔的像素才能做出判断。

根据多维空间理论，由于本族被试对于异族面孔缺乏对异族面孔的维度知识，在心理空间中异族面孔的集中程度较大，缺乏独特性效应，对异族面孔民族特征变化的差异反应较为迟缓，所以在异族面孔渐变为本族面孔时，做判断需要更多的本族面孔像素。但对于本族面孔渐变为异族面孔，因为对于本族面孔有着丰富的维度知识，所以在心理空间中本族面孔的集中程度较小，具有独特性效应，所以对本族面孔民族特征的变化较为敏感，因而做判断时需要较少的本族面孔像素。

本实验采用Morphing技术通过一系列民族渐变的的面孔来考察本族面孔与异族面孔在心理空间中的集中程度，即面孔的独特性。在实验中如果原始面孔是一张维吾尔族面孔，结束面孔是一张汉族面孔，中间过渡出一系列既有维吾尔族特征又有汉族特征的面孔图片，让被试对面孔民族特征的变化做出反应，如果被试是维吾尔族，则对于维吾尔族面孔在心理空间中的集中程度小，独特性大，对维吾尔族面孔的民族特征更敏感，所以需要较少的维吾尔族面孔像素就可以进行判断。

Lun和Shlomo(2008)[13]在研究中指出，由于人们对本族面孔有更多的接触经验，在心理空间中就有理想的知觉维度，形成一个中心，本族面孔就分布在这个中心周围，集中程度较小；而人们对异族面孔的接触经验较少，所以异族面孔在心理空间中就没有理想的知觉维度，因此异族面孔分布在一个更同质的空间里，集中程度较大，缺乏独特性效应，因此很难分辨出异族面孔的细微变化。本研究同样发现：被试对本族面孔民族特征变化的反应值较小，而对异族面孔民族特征变化的反应值较大，即对本族面孔的变化较为敏感，而对异族面孔的变化则不太敏感。说明本族面孔的特征围绕着心理空间的中心位置分布，集中程度较小，独特性较强，因此对本族面孔特征的变化较为敏感；而异族面孔离中心位置较远，且分布在一个更加紧密、同质的区域里，集中程度较大，独特性较弱，所以对异族面孔特征的变化不敏感。

Yin（1969）发现人们对正立面孔的识别成绩要好于倒立面孔的识别成绩。她将面孔图、房子图片、飞机图片等旋转180度让被试观看并在第二阶段再认，结果表明人们对正立面孔的再认好于对倒立面孔的再认。她认为这种面孔倒立效应是因为人们对面孔的加工是一种整体加工，当面孔倒立时，面孔的整体性被破坏，因此对倒立面孔的识别成绩差。Rhodes，Brake，Taylor和Tan（1989）发现本族面孔比异族面孔表现出更大的倒立效应。他们要求亚洲被试与高加索被试再认一些正立的和倒立的亚洲面孔和高加索面孔，结果发现，被试在再认本族面孔时表现出更大的倒立效应，因此，他们推测人们对本族面孔的加工更多依赖于整体信息。而且，通过1个小时的训练让被试对异族面孔更熟悉，被试对异族面孔也表现出更大的倒立效应，也即对异族面孔也采用整体加工的方式（McKone，Brewer，MacPherson等，2007）

本研究发现，当图片由本族面孔开始时，被试在正立面孔图片连续变化中比倒立面孔图片连续变化中做出的反应停留在较早的图片上。图片倒置破坏了面孔的整体性，而对于本族面孔的加工更多依赖于整体信息，所以对于正立的本族面孔识别快于倒立的本族面孔。根据多维空间理论，被试对于本族面孔有较多的接触经验，在多维空间的坐标空间中,本族图片分布在原点周围，集中程度较小，且正立面孔多集中在原点附近,倒置面孔少且分散在周围，因此在对面孔图片进行族别判断时，被试能够较快识别出正立图片的族别变化，而对于倒立图片的识别相对较慢。

而当图片由异族面孔开始时，被试在正立面孔图片连续变化中比倒立面孔图片连续变化中做出的反应停留在较晚的图片上。由多维空间理论可知，被试对于异族面孔缺乏对异族面孔的维度知识，在心理空间中异族面孔离中心位置较远，且分布在一个更加紧密、同质的区域里，集中程度较大，对异族面孔民族特征变化的差异反应较为迟缓。

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