空間認(rèn)知是指人們對(duì)物理空間或心理空間三維物體的大小、形狀、方位和距離的信息加工過(guò)程。研究認(rèn)知的基本特征和生理機(jī)制，并將研究成果應(yīng)用到工業(yè)設(shè)計(jì)中去，已經(jīng)取得了成效，促進(jìn)了工作效率的提高。

如今，認(rèn)知工效學(xué)界對(duì)空間認(rèn)知的研究主要分為對(duì)心理空間視覺(jué)和物理空間視覺(jué)的研究。心理空間視覺(jué)是指心理表象、心理掃描和心理旋轉(zhuǎn)等信息加工過(guò)程。這方面的研究國(guó)外在上世紀(jì)70年代初就已開(kāi)始，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，不僅進(jìn)行了基本特征和生理機(jī)制的分析，還注重了向?qū)嶋H應(yīng)用接軌；物理空間視覺(jué)方面研究的是影響三維物體認(rèn)知的客觀因素和深度視覺(jué)的神經(jīng)生理學(xué)基礎(chǔ)。

飛行中的空間認(rèn)知難在何處？

地面上，依靠地平線和參照物體的高度、寬度、明暗度等就可以判斷欲識(shí)別物體的大小、相對(duì)位置及運(yùn)動(dòng)情況。當(dāng)在空中沒(méi)有更多的參照信息時(shí)，人的空間視覺(jué)定向能力就顯得很重要了。

飛行中，各種儀表和舷窗幫助飛行員判斷飛機(jī)的位置。在地貌與天空的顏色及亮度差別很大時(shí)，即使出現(xiàn)應(yīng)激（人類和動(dòng)物在經(jīng)歷和體驗(yàn)?zāi)撤N過(guò)度情境時(shí)產(chǎn)生的一種心理生理狀態(tài)，又稱緊張），飛行員也容易做出反應(yīng)；當(dāng)在大海與天空間晝飛或夜航時(shí)，舷窗外參考線索太少，倒飛時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，飛行員會(huì)忘記自身狀態(tài)，產(chǎn)生飛行錯(cuò)覺(jué)，即使座艙中的儀表顯示了高度的變化，他仍然堅(jiān)信自己的感覺(jué)，直至飛機(jī)貼近海面。沿軌道飛行的航天器，艙外是漆黑的太空，外界可依賴的視覺(jué)信息更少。艙內(nèi)航天員依靠?jī)x表指示來(lái)判斷飛船的姿態(tài)；執(zhí)行出艙活動(dòng)時(shí)，空間認(rèn)知能力就顯得格外重要了。許多航天員在太空作業(yè)時(shí)，普遍存在著空間定向障礙和信息缺乏的感覺(jué)，不過(guò)這種癥狀在返回地面后不久就自行消失。由此可見(jiàn)，空間認(rèn)知能力是從事飛行職業(yè)所必備的，與飛行能力緊密相關(guān)，對(duì)飛行員和航天員進(jìn)行空間認(rèn)知能力的選拔與訓(xùn)練非常必要。

一般認(rèn)為，空間認(rèn)知能力包括準(zhǔn)確知覺(jué)外界的能力、對(duì)知覺(jué)到的客體進(jìn)行改造和修正的能力以及重建視覺(jué)經(jīng)驗(yàn)的能力。人的空間認(rèn)知能力是有個(gè)體差異的，受性別、個(gè)性、睡眠充分與否、身體姿勢(shì)、情感和意識(shí)等多種因素的影響，但在一定程度上可以通過(guò)適當(dāng)?shù)赜?xùn)練提高。

空間認(rèn)知的生理機(jī)制

生理心理學(xué)界對(duì)空間認(rèn)知的生理機(jī)制進(jìn)行了多層次的深入研究。由于人的視網(wǎng)膜是平面的，在平面視網(wǎng)膜的基礎(chǔ)上產(chǎn)生深度知覺(jué)（一般把物體距觀察者距離的知覺(jué)和立體知覺(jué)合稱為深度知覺(jué)），必須依靠人體自身和環(huán)境提供的各種深度線索。這些線索包括：眼肌調(diào)節(jié)的線索；憑過(guò)去經(jīng)驗(yàn)形成的單眼線索，如遮光、空氣透視、結(jié)構(gòu)級(jí)差和運(yùn)動(dòng)視差等；以及雙眼視差。

在自然環(huán)境中觀察一個(gè)物體時(shí)，由于兩只眼睛之間相距約65毫米，所以兩眼是從不同角度獲取信息的，在左眼和右眼視網(wǎng)膜上，分別感受著不完全相同的刺激，形成雙眼視差，這樣兩眼不相應(yīng)部位的視覺(jué)刺激以神經(jīng)沖動(dòng)的形式傳到大腦皮層，以尚不清楚的方式整合起來(lái)，產(chǎn)生一個(gè)單一的具有深度感的視覺(jué)像，便產(chǎn)生立體知覺(jué)（一般把物體各部位相對(duì)距離的知覺(jué)稱為立體知覺(jué)）。人對(duì)空間對(duì)象的立體感覺(jué)主要來(lái)自雙眼視差的橫向視差。1970年以前，對(duì)于中樞系統(tǒng)在深度視覺(jué)產(chǎn)生機(jī)制中起何作用還是一個(gè)不解之謎。1970年，科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩眼不同側(cè)的視網(wǎng)膜刺激必須有大腦兩半球的共同活動(dòng)才能引起雙眼融合和深度知覺(jué)。兩眼鼻側(cè)視網(wǎng)膜的神經(jīng)纖維在視交叉處交叉后進(jìn)入異側(cè)兩半球皮層；而兩眼顳側(cè)視網(wǎng)膜的神經(jīng)纖維并不交叉，它們各自進(jìn)入同側(cè)半球的大腦皮層。因此，腦割裂病人對(duì)正前方的對(duì)象既不能產(chǎn)生雙眼融合，也不能有深度視覺(jué)，他們只對(duì)視野中一側(cè)的刺激有深度知覺(jué)。

實(shí)際上，我們并不意識(shí)到自己是在用兩只眼睛進(jìn)行觀察，空間的物體似乎是由一只眼睛知覺(jué)到的，兩只眼睛的共同活動(dòng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的感覺(jué)器官的功能，這個(gè)假象的眼睛被叫做中央眼。這個(gè)中央眼負(fù)責(zé)知覺(jué)方向和距離，并對(duì)空間的物體進(jìn)行定位。中央眼的概念對(duì)于我們理解深度視覺(jué)的物理學(xué)原理和解釋立體視覺(jué)生理機(jī)制大有裨益。

通過(guò)生活經(jīng)驗(yàn)的積累，人們?cè)诜从惩饨缛S空間時(shí)形成了一個(gè)內(nèi)部的視覺(jué)表象空間體系，人們按照這個(gè)內(nèi)部表象體系的空間坐標(biāo)來(lái)調(diào)節(jié)自己在環(huán)境中的活動(dòng)，確定所知覺(jué)物體的空間方向并在心理上對(duì)物體的空間關(guān)系進(jìn)行操作。

空間認(rèn)知研究的應(yīng)用方興未艾

近二三十年來(lái)隨著美國(guó)和歐洲航天計(jì)劃的不斷深入，國(guó)際空間科學(xué)領(lǐng)域的研究也廣泛地開(kāi)展起來(lái)。通過(guò)分析人類認(rèn)識(shí)三維世界的生理學(xué)和心理學(xué)的機(jī)制，用空間認(rèn)知的概念和計(jì)算機(jī)技術(shù)建立起來(lái)的虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）系統(tǒng)在工業(yè)、商業(yè)、軍事領(lǐng)域方興未艾。航空航天領(lǐng)域內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在飛機(jī)制造、太空儀器修復(fù)訓(xùn)練和出艙活動(dòng)訓(xùn)練方面應(yīng)用前景也十分看好。因此空間認(rèn)知問(wèn)題逐漸成為認(rèn)知心理學(xué)界和工效學(xué)界注意的焦點(diǎn)并非意外。目前，空間表象的分析技術(shù)既是研究技能本質(zhì)的前提，又是研究認(rèn)知及人的心理空間與物理空間關(guān)系的一種有效手段。

空間認(rèn)知能力對(duì)于飛行員在應(yīng)激狀態(tài)下處理突發(fā)事件的靈活性很有幫助。雖然空間認(rèn)知能力的高低不同有先天的成分，但也可以通過(guò)后天的訓(xùn)練加以提高。這個(gè)能力的高低可以通過(guò)用各種測(cè)驗(yàn)和量表對(duì)飛行員打分后獲得。目前國(guó)內(nèi)還未出現(xiàn)一套適用于我國(guó)飛行員選拔的視覺(jué)空間能力調(diào)查量表。而國(guó)外在飛行員選拔方面，已經(jīng)制定了多套量表。

在美國(guó)約翰遜航天中心，科研人員為航天員在微重力環(huán)境下的訓(xùn)練開(kāi)發(fā)了一套儀器及相關(guān)程序，目的在于減緩航天運(yùn)動(dòng)病的發(fā)生。其理論依據(jù)就是如果心理旋轉(zhuǎn)對(duì)減緩在虛擬環(huán)境系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)病和提高訓(xùn)練成績(jī)很重要，那么心理旋轉(zhuǎn)測(cè)驗(yàn)可以使得航天員對(duì)因虛擬環(huán)境系統(tǒng)訓(xùn)練所引起的運(yùn)動(dòng)病變得不敏感，并增加其成功操作虛擬環(huán)境系統(tǒng)的可能性。

空間定向障礙是飛行員飛行中經(jīng)常遇到的情況。不過(guò)，有困難就會(huì)有解決困難的方法，現(xiàn)有的方法主要是通過(guò)研究影響空間認(rèn)知的主客觀因素，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的軟、硬件設(shè)備。再加以生物反饋的方式，模擬空間定向障礙，訓(xùn)練飛行員控制錯(cuò)誤的空間知覺(jué)，施以正確的操縱能力，降低應(yīng)激水平。目前已經(jīng)模擬的空間定向能力訓(xùn)練有儀表視覺(jué)空間定向能力訓(xùn)練和?？诊w行定向能力訓(xùn)練。我國(guó)開(kāi)展較早的空間視覺(jué)的研究主要集中在飛行錯(cuò)覺(jué)方面，研究涉及飛行錯(cuò)覺(jué)調(diào)查、飛行錯(cuò)覺(jué)發(fā)生機(jī)理、地面與空中模擬飛行錯(cuò)覺(jué)、心理生理訓(xùn)練、前庭功能與飛行錯(cuò)覺(jué)和飛行錯(cuò)覺(jué)的鑒定、預(yù)防及治療等。

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