篮球运动员不同视野范围的视觉搜索优势及眼动特征

付全 冯丽伟

摘 要：考察篮球运动员在不同视野范围内和有无线索条件下的视觉搜索优势及眼动特征。结果发现：与新手相比，专业组篮球运动员在完成视觉搜索任务时，在正确率较高的基础上，具有明显的速度优势，这种优势并非无条件地表现在中央视野或外周视野，而只在有线索提示的情况下才表现出来；外周视野受线索影响显著，有线索时被试搜索速度增加明显；在有线索条件下，专业组篮球运动员的注视点数目显著少于新手，平均注视时间长于新手；专业组篮球运动员在完成外周视野任务时平均眼跳幅度增加明显，平均眼跳速度显著快于新手。结果表明：专业组篮球运动员的视觉搜索优势主要体现在对线索的利用能力上及在外周视野搜索过程上的眼动优势。

关键词： 篮球运动员；视觉搜索；眼动

中图分类号： G 804.8 文章编号：1009-783X（2014）04-0371-05 文献标志码： A

Abstract：In order to examine the differences between basketball players and novice in visual search and eye movements，four sorts of search tasks were designed and the subjects were asked to perform the search tasks of targets，which appeared at central visual field or peripheral visual field with or without cues.The results showed that basketball players were faster than the novices in the search task only with cues.The peripheral visual field was influenced significantly by cues and the participants performed fast in task with cues.In the task with cues，the basketball players numbers of fixation were significantly less than the novices，while the average fixation duration were longer than the novices.The average saccades size of basketball players were significantly longer than the novices and the average saccades velocity were faster than the novices in peripheral visual field.The results indicated that basketball players abilities of using advanced visual cues and eye movements were superior to the novices.

Keywords：basketball player；visual search；eye movements

在对抗性项目中，运动员面临诸多复杂的、开放的运动情境，需要在短时间内作出正确的决策和行动。与新手相比，优秀运动员在情境任务的决策能力上表现出明显的速度和准确性优势。这种专家优势的特征是什么，机制是什么，以及如何进行训练是教练员和体育科研人员一直感兴趣的重要问题。对专家优势的研究是理解运动技能如何获得的重要窗口[1]。通过区分专家和新手的关键特质，有利于优秀运动员的选材，有利于教练员和运动员确定何种训练能有效促进专项知觉技能的提高[2]。20世纪70年代以来，大量研究者在“专家—新手”范式下对专家运动员的决策优势进行了探讨。研究证实，视力对运动员有重要作用，专家之所以能在短时间内作出准确的判断和决策，是因为他们具有更好的视觉物理系统，即硬件系统。评估这个系统的指标包括视野范围、视觉敏锐度、知觉深度、颜色辨别力等。由此引发的相关研究，形成了专家优势的“硬件”说；然而，也有研究证实，视觉能力及相应的视觉训练对运动成绩的提高确有影响，但似乎和运动技能水平没有高度相关。由于研究结果的分歧，而且缺乏更多实证研究的支持，越来越多的研究方向转向感知信息加工方面，形成了专家优势的“软件”说。他们认为由于多年的精细化、针对性训练，专家在头脑中构建了复杂的知识结构，能够对复杂运动模式进行更有效的编码、再认和编译[3]；专家比新手能够更有效地利用早期线索获得对手动作变化的信息，能够采用更高效的视觉搜索策略[4]。

在软件与硬件差异的争论中，视野范围与不同视野范围的信息加工能力成为新的可能的突破点。视野范围通常分为中央视野和外周视野，被认为是评估专家与新手感知技能“硬件”的有效指标。外周视野既能感受外部事件的信息并进行空间定位，又对自身进行信息定位[3]。研究证实，在控制人的动作行为方面，这2条通路的作用是不同的。Yantis等[5]和Jonides等[6]认为当被试需注意对象在外周视野时，中央视野的注视被认为是一个更自动化的过程，这时来自中央视野的信号更难影响来自外周视野的信号或是改变被试此时的注视焦点。当运动场景中同时出现重要的对象时，运动员会在中央视野和外周视野执行一个双重功能。也有学者认为，专家的技能优势并非来自中央视觉而是来自外周视野的信息加工能力[7]。在篮球运动中，外周视野的作用显得尤为重要，进攻队员间的传切、掩护、策应、突破分球等战术配合不仅需要密切注意防守队员的位置和移动，同时需要准确把握同伴的相关信息；防守队员间的协防、补防、抢断等同样需要广阔的外周视野。篮球运动员的广阔视野范围和高效的信息加工能力无疑是优秀运动员的重要条件；然而，高水平运动员快速、准确的判断和决策是因为更广阔的外周视野呢，还是因为外周视野有更强的信息加工能力？有研究表明，优秀运动员具有优越的视觉信息加工能力，具有恰当的视觉搜索策略和线索利用能力，以及简洁、有效的眼动模式[8]；但这种优势究竟是表现在中央视野，还是外周视野尚不清楚，仍缺少实证研究。考察运动员不同视野范围的信息加工能力研究的主要困难有2个方面：一是刺激呈现视野范围的有效控制。当人注视一个物体时，中央视野是一个非常狭小的范围，确保刺激呈现在中央视野或外周视野，需要精确的实验设备和条件控制。二是实验任务的确定。模拟运动情境的实验任务难以在中央视野范围内完整呈现，需要设计简化，但有与运动情境任务的搜索机制相似的实验任务。

近年来，有研究者开始尝试进行专家-新手在不同视野范围内的信息加工特征和影响因素研究[9]，但研究报告中未见对实验任务视野范围的明确界定和控制。对于篮球运动员视野范围上的优势表现在外周视野还是中央视野，是表现在一般的视觉搜索任务上，还是表现在有线索提示的搜索任务上还不清楚，需要更精细的任务设计和实验控制才能回答这一问题。本研究拟通过设计不同条件下的视觉搜索任务，结合眼动追踪的方法，从视野范围和线索利用的角度对不同水平篮球运动员的信息加工能力进行深入考察。

1 方法

1.1 被试

研究选取某体育院校篮球代表队的19名篮球运动员（平均训练年限10.68年，平均年龄21.02岁，均为一级或相应水平运动员，本研究中定义为专业组）和19名体育院校非球类专项大学生，修完36学时的篮球普修课（平均年龄20.89岁，本研究中定义为新手组），所有被试的视力或矫正视力正常，均为右利手。

1.2 实验材料及仪器

篮球运动员在比赛中需要对同伴、对手、球及相关的比赛信息进行快速识别，并与头脑中已有的同伴、对手或比赛经验等信息进行快速匹配，从而作出各种决策，高水平运动员可能会形成某种模式或利用相关线索提高信息加工的速度。为能够实现视野范围的有效控制及实验任务与运动情境视觉搜索机制相似的任务，我们设计了图形识别和匹配搜索任务。材料和任务具体如下。

刺激材料为8个图形构成的图片，图形具有不同的形状，在图片的不同位置上随机分布。图片分为大、小2种，如图1所示：大图片为13°视角（视角为被试距离刺激呈现屏幕60 cm处，图片边缘与眼睛的夹角），共64张；小图片为1°视角，共64张。所有图片均通过Photoshop制作完成，制作和实验呈现图片的计算机分辨率均为1024×768。

实验采用德国SMI公司生产的iView X RED 250 眼动仪，采样率250赫兹，呈现刺激的显示屏大小为22英寸。实验程序用E-prime编制完成。

1.3 实验任务与程序

实验任务：在屏幕的中央随机出现一个目标图形（8种图形中的1个），200 ms后出现靶子图片（大或小），要求被试在靶子图片中迅速找出刚刚出现的目标图形，并准确地按下对应的数字键盘，如图1所示。例如，目标图形是“□”，在靶子图片中出现在左上方，被试就按数字键盘“7”。实验任务分为2种：一种是无线索提示的任务，即目标图形出现后靶子图片直接出现；另一种是有线索提示的任务，即目标图形出现后，会在靶子图片相应位置出现一个200 ms的“*”提示，表示该图形将在提示位置出现，然后再呈现靶子图片。

实验程序：被试坐在眼睛距离屏幕60 cm处。在明确指导语并完成练习（20次）后，进行眼动实验校准。实验开始时，注视点“+”在屏幕中央呈现500 ms，目标图形呈现200 ms，之后为200 ms的线索或白屏，然后出现靶子图片。被试在靶子图片中搜索到之前出现的目标图形后，即快速按下数字键盘区的相应数字键。按键后图片消失，灰屏1 500 ms后开始下一试次，如图2所示。

1.4 实验设计

实验为2×2×2的混合设计。组间变量为组别（专业组、新手组）；组内变量为视野范围（1°视角的中央视野，13°视角的外周视野区）和线索（有线索，无线索）。因变量为被试按键反应的反应时和正确率。研究考察的眼动指标包括注视点、平均注视时间、平均眼跳幅度和平均眼跳速度。

2 结果

2.1 专业组较新手组在行为数据上的优势

专业组和新手组在中央视野、外周视野和有无线索的条件下，完成搜索任务的反应时如图3所示，正确率见表1。可以看出，在所有条件下专业组的反应时均短于新手组，反应正确率均高于或等于新手组。这表明实验任务在行为结果上可以有效区分不同篮球水平的运动员。

将实验结果进行重复测量的方差分析，结果显示：组别主效应显著，F（1，36）=5.416，P=0.026；视野范围主效应显著，F（1，36）=44.71，P=0.000；视野范围和组别的交互作用不显著，F（1，36）=0.757，P=0.390；线索主效应显著，F（1，36）=260.63，P=0.000；线索和组别的交互作用显著，F（1，36）=3.928，P=0.042。简单效应分析表明：在有线索条件下专业组的搜索速度显著快于新手组；视野范围和线索的交互作显著，F（1，36）=86.142，P= 0.000。外周视野受线索影响显著，有线索时被试搜索速度增加明显；视野范围、线索和组别的交互作用不显著，F（1，36）=0.784，P=0.382。

结果表明：在搜索任务有线索时，专业组和新手组均能利用线索有效缩短反应时间，但专业组利用线索的能力更强，无论刺激呈现在中央视野还是外周视野，反应时间均显著短于新手组。

2.2 专业组和新手组的眼动差异

为进一步分析眼动过程对视觉搜索的影响，分别对被试完成搜索任务过程中的注视点数目、平均注视时间、平均眼跳幅度和平均眼跳速度等指标进行考察，结果见表2～表5。

3 讨论

3.1 专业组篮球运动员的视觉搜索优势

研究结果表明：与新手相比，专业组篮球运动员在完成视觉搜索任务时，在正确率较高的基础上，具有明显的速度优势。这种优势并非无条件地表现在中央视野或外周视野，而只在有线索提示的情况下才表现出来，且无论在中央视野还是在外周视野，专业组运动员的表现均优于新手组。方差分析的结果表明：在本实验的图形识别和匹配搜索任务中，专业组篮球运动员较新手组在行为数据上表现出了可靠的优势。专家的优势为什么会表现为对线索的依赖呢？本研究中线索在靶子前200 ms出现，加快了篮球运动员和新手搜索目标图形的速度，但线索对篮球运动员的影响更显著，即在有线索时篮球运动员能更好地利用线索提高反应速度。由此，我们推论专业组篮球运动员对线索的利用能力高于新手。这可能是由于专业组篮球运动员长时间的专业训练使他们对线索信息更敏感，并能够快速建立一种利用线索捕获目标的反应模式，从而大大提高反应速度和正确率。

视野范围影响运动员的视觉搜索速度，但对专业组和新手组的影响趋势是一致的，即在中央视野的搜索速度较快，在外周视野的搜索速度较慢。线索和视野范围的交互作用分析表明，被试对外周视野呈现的搜索任务可以通过线索的利用而显著提高完成速度。说明线索对外周视野的影响更明显。本研究中，中央视野的任务图片呈现在1°视角范围内，被试利用中央视区完成搜索任务无需大范围的注意转移，因此，速度较快；外周视野的任务图片呈现13°视角范围内，紧靠中央视区无法一次获得更多图片信息，在更大范围内搜索目标图片需要更多的主动性的注意转移，并可能需要某种注意策略的参与，因此，需要更长的时间。

可见，线索对专业组和新手组的视觉搜索过程产生了显著影响。由此看来，专业运动员并不必然在某个视野范围内表现出优势，而是通过某种条件表现出差异，即专家对线索的利用能力更强。以往研究和经验表明区别不同水平运动员的重要标志是能否提早利用对手的动作过程和身体姿态等信息预测后续动作。专家利用线索的优势效应已经在很多运动项目中得到证实[10-12]。Tyldesley等通过记录眼动信息，证明专家的行为更趋建设性和一致性，并有更好的预判能力[13]。而在网球、羽毛球、足球运动中，这种优势尤其体现在关键动作出现之前[3]。篮球是同场对抗类的集体项目，运动员需要在复杂的运动情境中作出快速、合理的动作；因此，对早期线索的利用也是区分不同水平篮球运动员的关键指标。篮球运动员对运动情景中早期线索的利用能力与其运动经验有着直接联系；但在本研究中，任务呈现和线索的形式均为抽象化的，没有运动情境，运动员不能依靠以往的训练和比赛经验完成实验任务。抽象的任务和线索使实验控制更为精细，实验结果的可靠差异表明专业组篮球运动员对线索信息的利用具有概括化的能力，这种跨情境的线索利用能力很可能是专家运动员的稳定特质。这种品质有利于运动员在面临不同比赛情境、不同对手时作出快速、合理的行动。

3.2 专业组篮球运动员的眼动特征

专家运动员为何能较好利用早期线索呢？有学者认为，专家可以利用高度具体化的动作信息，并将注意集中于特定的线索[14]。近年来，精细的眼动追踪设备已广泛应用于检测专家和新手视觉搜索行为的不同。这类研究主要对静态的片段进行实验室研究，这使得我们能够对网球或篮球这类运动项目进行有效分析[15]。已有研究表明，专家比新手有更优越的视觉搜索策略，有更长的注视时间，关注丰富且最重要的信息；但是，也有一些研究结果与之相矛盾，他们认为当专家和新手的搜索策略没有那么明显的时候，感知技能水平不同也可引起知觉预测的不同[3]。在研究搜索策略的过程中，研究者发现专家利用外周视觉可以专注于提取更有质量的信息并进行有效加工。本研究眼动实验结果的方差分析表明：在注视点数目上，组别效应及组别和线索的交互作用显著，表明专业组篮球运动员在有线索条件下表现出了显著的注视点少的特征；平均注视时间长于新手，且在有线索条件下具有高度显著性。这与王小春等的研究结果一致[16]。在外周视野的搜索任务中，专业组篮球运动员和新手在无线索条件下，注视点数目显著增加，而在有线索条件下，平均注视时间显著高于新手，这可能是专业组篮球运动员视觉搜索策略在眼动上的一个重要特征。这种特征在有线索和外周视野上表现明显。这表明越是高水平的运动员越重视对线索的利用，且能够通过高效的眼动模式快速获取正确的信息。Eriksen[17]提出了注意资源的空间分布是从焦点到外周连续递减，即“透镜”模型。通过对目标图形呈现位置的控制，发现视野位置对专业篮球运动员和新手的目标搜索都有显著影响，搜索呈现在外周视野上的目标的时间明显较长。反映了反应时与注意焦点距离的关系，证实了“透镜”模型的有效性。专业组的优势在于能有效地控制注意分配，这种注视点较少，平均注视时间较长的特征为视觉搜索任务的完成提供了保障，在一定程度上形成了完成搜索任务的注意特征和注视策略。专业组篮球运动员的这种特征和策略具有一定的稳定性，有利于目标信息的提取。在眼跳幅度和眼跳速度上，专业组在完成外周视野任务时平均眼跳幅度增加明显，平均眼跳速度显著快于新手。充分表明了专业组篮球运动员在更大范围内搜索目标时的眼动特征。这符合篮球运动的基本特征，也是篮球运动员长期训练的结果。

可见，专业组篮球运动员的视觉搜索过程更具经济性，搜索速度更快、幅度更大、效率更高，并且相较新手而言，专业组在外周视野和有线索的条件下表现出的优势更明显。以上眼动特征为解释专业组篮球运动员在视觉搜索任务上的优势提供了有效支撑，有助于我们更好地理解专家在具体比赛情境中的优秀表现。

4 结论

在中央视野和外周视野范围内，专业组篮球运动员的优势均体现在对线索的利用上；专业组对线索的利用能力表现出了概括化特征。

在外周视野内，专业组篮球运动员利用线索完成搜索任务时表现出了注视点少、平均注视时间长、眼跳幅度大和眼跳速度快的特点。

参考文献：

[1]Mann D T，Williams A M，Ward P，et al.Perceptual-cognitive expertise in sport：a meta-analysis[J].Journal of Sport and Exercise Psychology，2007（29）：457-478.

[2]Ando，Soichi Kida，Noiriyuki Oda，et al.Retention of practice effects on simple reaction time for peripheral and central visual fields[J].Perceptual & Motor Skills，2004，98（3）：897-909.

[3]Williams A M，Grant A.Training perceptual skill in sport[J].International Journal of Sport Psychology，1999（30）：194-220.

[4]Williams A M，Davids K.Visual search strategy，selective attention，and expertise in soccer[J].Research Quarterly for Exercise and Sport，1998（69）：111-128.

[5]Yantis S，Jonides J.Abrupt visual onsets and selective attention：Voluntary versus automatic allocation[J].Journal of Experimental Psychology：Human Perception and Performance，1990（16）：121-134

[6]Müller H J，Rabbitt P M A.Reflexive and voluntary orienting of visual attention：Time course of activation and resistance to interruption [J].Journal of Experimental Psychology：Human Perception and Performance，1989（15）：315-330.

[7]Bard C，Goulet C.Relationship between Perceptual Strategies and Response Adequacy in Sport Situation[J].International Journal of Sport Psychology，1994（25）：266-281.

[8]孙延林，白学军.运动情境中运动员的视觉搜索行为[J].天津体育学院学报，2009，24（2）：111-115.

[9]廖彦罡，张学民，葛春林.不同水平排球运动员对视野中央和外周信息加工的眼动规律[J].西安体育学院学报，2011，28（1）：102-106.

[10]张学民，廖彦罡，葛春林.排球运动员在运动情境任务中眼动特征的研究[J].体育科学，2008，28（6）：57-61.

[11]王洪彪.羽毛球练习者知觉动作技能认知加工特征研究[D].上海：上海体育学院，2009.

[12]王文静.不同水平网球运动员在落点判断过程中的眼动特征研究[D].西安：西安体育学院，2012.

[13]Tyldesley D A，et al.Skill level and eye movement patterns in a sport orientated reaction time task[M].Cologne：Hoffman，1982：290-296.

[14]Ward P，Williams A M.Perceptual and Cognitive Skill Development in Soccer：The Multidimensional Nature of Expert Performance[J].Journal of Sport and Exercise Psychology，2003（25）：93-111.

[15]Singer R N，Janelle C M.Determining sport expertise：from genes to supremes[J].International Journal of sport psychology，1999（30）：117-150.

[16]王小春.基于视觉线索遮蔽条件下的网球专家空间知觉预判-来自眼动与ERP的证据[J].体育科学，2013，24（2）：38-46.

[17]Eriksen C W.Zoom lens model of attention in visual field，right handed college students[J].Perception & Psychophysics，1986，40（4）：225-240.