加利福尼亞州死亡谷——十幾名學生和科學家分散在名為火爐溪的區域,他們看起來像戴著軟帽的電子人,在巨石上亂爬。他們用放大鏡檢查岩石,放大鏡夾在戴著微型攝像頭和紅外燈的眼鏡上,然後用錘子敲下碎片。
一位經驗豐富的地質學家可以從這裡的地形證據中梳理出驚天動地的衝突歷史。例如,陡峭的灰色斜坡上的斷裂表明斷層正在作用,使地貌斷裂。現在這些攝像頭的目的是觀察研究人員的目光如何掃視這個場景,以瞭解經驗豐富的頭腦如何無意識地掃描世界,尋找指向發現的線索。希望有一天科學家能夠利用虛擬現實顯示器來訓練新手,模擬感興趣的環境。
羅切斯特大學的認知科學家羅伯特·A·雅各布斯說:“我們對如何教育人們掌握事實瞭解很多,但我們幾乎不瞭解如何教育人們獲得感知技能,除了大量的重複,這可能非常耗時且昂貴。” “如果能夠開發出更有效的培訓程式,那就太好了。” 這樣的研究也可以遠遠超出地質學,深入研究偵探如何分析犯罪現場或士兵如何尋找偽裝目標。
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為了在死亡谷(美國大陸最乾燥、最熱和最低的地方)教授地質學專業知識,關鍵是一種可穿戴的眼動追蹤裝置,可以監測人們在自然環境中觀察什麼。它由安裝在眼鏡框上的兩個輕型攝像機組成——一個指向人眼所見,另一個指向人的右眼——藉助一個小的紅外 LED 燈(向眼睛照射一道隱形光束)跟蹤其運動。揹包中的兩個攝像機記錄資料,然後眼動追蹤程式稍後處理這些資料。
來自羅切斯特大學的新手和經驗豐富的地質學家每天外出使用眼動追蹤器約四次,為期兩週的加利福尼亞實地考察之旅,他們從舊金山出發,沿著聖安地列斯斷層穿過優勝美地國家公園附近的內華達山脈雪山,到達美國最惡劣的地區。“死亡谷是一個很棒的地方,在那裡你可以真正親眼目睹活躍的地質現象——塑造地球地殼的力量,”另一位羅切斯特科學家,地球物理學家約翰·A·塔杜諾說。“大多數人認為死亡谷是一個大坑,因為它低於海平面,這在它的中心地帶是事實,但緊鄰的是一座 11,000 英尺高的山。”
大自然不喜歡如此靠近的巨大海拔差異;侵蝕往往會使事物變得均勻。“我們今天擁有一個山谷這一事實暗示了維持這種差異的活躍過程,”塔杜諾解釋說。“我們希望看到學生們自己得出這樣的結論。”
與幾乎所有實地考察旅行一樣,也出現了意想不到的麻煩,例如第一天吞噬死亡谷的沙塵暴,它將小組送到了惠特尼山(美國本土 48 個州中的最高點)雪線處的露營地。沙漠在其他方面也很麻煩——太陽從眼睛上的反光會混淆眼動追蹤軟體,這就是為什麼實驗人員戴上難看的寬邊遮陽帽的原因。即便如此,軟體在攝像機記錄的影片幀中約有 10% 到 15% 的時間會丟失凝視軌跡,這是一個未來演算法可能會解決的問題。
除了眼動追蹤器外,研究人員還使用機器人操作的攝像機拍攝了數百張該區域的高解析度照片,這些照片稍後將被拼接在一起,用於在巨大的環繞螢幕上顯示全景影像。“我們希望驗證實地考察的學生地質學家和那些被這些虛擬環境包圍的學生地質學家以相同的方式觀察地層,這樣我們就可以使用模擬來訓練新手進行數十次虛擬實地考察,從而減少旅行和裝置的成本,以便更好地利用實際旅行,”羅切斯特理工學院的成像科學家米切爾·R·羅森說。
那些發現的閃光時刻是研究人員現在正在尋求記錄的東西。在長谷火山口,塔杜諾向學生們詢問他們所看到的熔岩流和周圍地貌的曲線,直到他們意識到自己正站在一個休眠的超級火山中,該火山大約長 20 英里,寬 11 英里,被雪覆蓋。“在那一刻我真的很興奮,”學生夏農·莫斯回憶道。“我看到了我們身處的這個圈子,它就突然出現在我腦海裡。” 一個轉瞬即逝的時刻現在被眼動追蹤器捕捉到了。