Visual Computing at TU Darmstadt

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Depth Cue Theorie

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Untersysteme der Reaktion:

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Untersysteme der Wahrnehmung :

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Modulares 3-Stufenmodell der menschlichen Informationsverarbeitung:

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Die Photorezeptoren (welche auf der Retina platziert sind), bestehen aus:

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Skotopisches und Photopisches Sehen:

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Signalverarbeitung in der Retina (Vereinfacht):


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Hauptkomponente von Klangwahrnehmung (audition)

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Motorische Benutzerausgabe

Kann auf verschiedene Weisen angewandt werden:

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Wahrnehmung vs. Realität

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Raumwahrnehmung

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Wie funktioniert die Auswertung der Depth Cues ?

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Visual Computing

Depth Cue Theorie

Die Annahme der Depth Cue Theorie ist, dass die Raumwahrnehmung des visuellen Systems auf Hinweisreizen (sogenannten Depth Cues) basiert. Diese werden in drei Kategorien eingeteilt: 


1. Binokulare Depth Cues (mit zwei Augen)

  • Disparität / Parallaxe
  • Akkomodation (Krümmung der Augenlinsen)
  • Konvergenz (die Augen nach innen drehen)


2. Pictorial Depth Cues (mit einem Auge)

  • Linearperspektive
  • Verdeckung
  • Texturgradient
  • Fokus und Blur
  • Atmosphärische Tiefe
  • ...


3.Dynamische Depth Cues (Animation)

  • Bewegungsparallaxe
  • Kinetischer Tiefeneffekt
  • Interposition
  • Bewegung von Highlights

Visual Computing

Untersysteme der Reaktion:

Ausgabe (Reaktion / Action):

  • Stimmliches (Artikulations-) Untersystem für das Sprechen
  • Motorisches Untersystem für die körperliche Bewegung

Visual Computing

Untersysteme der Wahrnehmung :

Eingabe (Wahrnehmung / Perception):

  • Visuelles Untersystem für das Sehen (am besten erforscht)
  • Akustisches Untersystem für das Hören
  • Haptisches Untersystem für das Fühlen

Visual Computing

Modulares 3-Stufenmodell der menschlichen Informationsverarbeitung:

  • Wahrnehmung (Sensorik) von Eindrücken durch die Sinne
  • Entscheidungsfindung (Kognition) im Gehirn
  • Reaktion (Motorik) durch den Körper

Visual Computing

Die Photorezeptoren (welche auf der Retina platziert sind), bestehen aus:

  • Stäbchen
    • Hauptsächlich außerhalb der Fovea.
    • Das Empfindlichkeitsmaximum liegt bei 498 nm („grün“). 
  • Zapfen
    • Vor allem in der Fovea platziert. 
    • Es gibt drei Zapfentypen für Farbsehen. 
    • Das Empfindlichkeitsmaximum dieser Zapfen liegt bei 420 nm („blau“), 534 nm („grün“) und 564 nm („rot“).

Visual Computing

Skotopisches und Photopisches Sehen:

  • Nachtsehen (skotopisch): Dominanz der Stäbchen. 
  • Tagsehen (photopisch): Dominanz der Zapfen. 

Visual Computing

Signalverarbeitung in der Retina (Vereinfacht):


  • Horizontale Zellen: 
    • Kombination von mehreren Rezeptoren einer Region.
  • Amakrin-Zellen: 
    • Zeitliche Verarbeitung.
  • Bipolar-Zellen: 
    • Informationsfilter (Sammeln, Gewichten und Weiterleiten).
  • Ganglien-Zellen:
    • Integration Informationen (z. B. Kontrastwahrnehmung).

Visual Computing

Hauptkomponente von Klangwahrnehmung (audition)


  • Klangfarbe (timbre)
  • Tonlage (pitch)
  • Lautstärke (loudness)

Visual Computing

Motorische Benutzerausgabe

Kann auf verschiedene Weisen angewandt werden:

  • Diskret (Schalter / Buttons): Tastatur, Lesen von Magnetstreifenkarten, …


  • Kontinuierlich (Hebel / Handles): Maus, Lenkung, Geige, …

Visual Computing

Wahrnehmung vs. Realität

  • Das, was wir wahrnehmen, ist kein direktes Abbild der Realität, sondern entsteht durch Wahrnehmungsprozesse im Gehirn


  • Wahrnehmung steht mit Realität „nur“ in einer Best-Fit-Relation


  • Menschliche Wahrnehmung adapiert sich (z.B. bei Kopfstand wird Bild herumgedreht

Visual Computing

Raumwahrnehmung

  • Teile der Raumwahrnehmung:
    • Tiefenwahrnehmung
    • Entfernungs- und Distanzwahrnehmung
    • Ausrichtung des Körpers im Raum
  • Beteiligte Wahrnehmungssysteme:
    • Vestibuläres System (im Innenohr)
    • Haptisch-somatisches System (Tasten u. Berührung)
    • Auditives System (Gehör)
    • Propriozeptives System (Eigenwahrnehmung)
    • Visuelles System

Visual Computing

Wie funktioniert die Auswertung der Depth Cues ?

Unterschiedliche Depth Cues haben im Allgemeinen einen unterschiedliche Informationsgehalt. Dabei sind sie nicht redundant, sondern additiv. Durch ein kompliziertes Zusammenspiel (flexible Gewichtung, Dominanz eines Depth Cue) bildet sich das Gehirn ein Bild. Dabei bildet es sich allerdings kein tatsächliches 3D-Modell, sondern verwendet sie unterschiedlichen Cues für verschiedene Aufgaben. Diese können z. B. sein: 

  • Einschätzen von Objektgrößen
  • Einschätzen von Entfernungen
  • Verfolgung von Pfaden
  • Navigation
  • Einschätzen der Eigenbewegung
  • Abschätzung der Kollisionszeit

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