物体在人视网膜上的投影是二维的，也就是说人眼睛看到的影像是二维的，但我们却能感知到周围的三维环境，这离不开大脑对三维物体的想象。

不论自然或是人造的物体都是三维的，我们想当然的认为“看见”似乎是发生在一瞬间、毫不费力的动作，就能马上形成完美的视觉影像。实际上，我们的大脑无时无刻不在建构我们对外界的理解。

在我们与周围物体的交互中，除了在大脑中识别和构建外，很多情况需要我们对它的空间表征进行操作和转换，比如我们在头脑中想象物体的旋转。

旋转在我们日常生活中也是很常见的，例如大多数人都见过的益智玩具—魔方，不少人能够轻松地将魔方复原，魔方的复原过程就涉及头脑中对于视觉表象的操作。

在开始论述我的研究之前，不妨先借助魔方来思考这样一个问题，常见的三阶魔方有6个面，那么我们在大脑中去想象魔方不同面的旋转会不会有效率上的差异呢？

假设有一个中心固定的魔方让我们任选一个面去转动它，那么从几何结构的转换上来讲是没有区别的，即魔方的一层绕轴转动90°。

但是当这个过程发生在大脑想象中的时候，是否会如同几何结构的转换一样不存在差别，还是会受到方位、重力、生活经验等等外在因素的影响。

一方面来看想象的形成受生活经验的影响，另一方面想象的一个重要的特点，想象可以突破结构的限制，比如在想象魔方还原的时候可以跳过每一步旋转过程而通过颜色的对应关系直接想象出魔方还原后的样子。

从魔方的问题我们可以看出，在现实中对物体的操作与在想象中对物体表象的操作是不同的，这就涉及空间认知领域的经典课题心理旋转。

为了探究这个问题，研究从影响心理旋转的因素之一旋转轴的角度出发进行了一系列实验。研究的第一部分是相关理论的叙述，内容主要涉及表象和表象操作的基本理论。

心理旋转的过程和完成心理旋转任务中不同策略的采用，还有影响心理旋转的因素和基本的研究方法，从整体上梳理了心理旋转研究中的热点问题。

第二部分为问题提出部分，通过对经典范式中垂直轴优势的分析提出刺激的相对位置影响旋转的实验假设。第三部分为实验部分，实验一从不同旋转轴和不同相对位置入手分析了二者对心理旋转的影响。

实验二采用了旋转轴判断实验，将实验一中没有考虑的旋转轴判断过程进行了探究。第四部分，则是根据前两个实验的结果对研究进行分析讨论，并总结了研究中的不足与创新，提出了研究展望。

被忽视的因素—图形的相对位置

在以往的心理旋转研究中，虽然发现了不同旋转轴下的差异，但是没有考察相对位置对反应过程的影响，研究引入了刺激呈现相对位置这一影响因素，研究从相对位置角度入手考察了造成心理旋转任务中重力轴优势的原因。

研究设置了相对位置和旋转轴两个变量，比较不限定相对位置时不同旋转轴下的心理旋转是否存在差异。实验选取了Z轴、P轴、X轴三个不同旋转轴，两个刺激图形的相对位置选取水平、倾斜、竖直三种状态，对应三种不同旋转轴。

这样每种旋转轴下都有与之对应垂直的相对位置，可以明确地比较二者垂直与不垂直状态下的差异。

从两个实验的数据发现，在心理旋转任务中，不论是在旋转轴判断过程还是几何图形的旋转过程，不同的旋转轴都不是造成差异的原因。

在考虑刺激图形相对位置的情况下，不同旋转轴下的心理旋转不存在差异。实验一中在固定相对位置的情况下，例如图形左右水平呈现，那么与之垂直的旋转轴即竖直轴下的旋转反应时会显著短与其他旋转轴下的旋转。

由于常见的心理旋转范式就是采用左右呈现的方式，重力轴与竖直轴重合，竖直轴的优势作用就被误认为是重力导致的，其实这都是与刺激图形呈现的相对位置有关。

旋转轴间的差异不是生活经验造成

在涉及旋转轴差异方面的研究多以竖直轴和水平轴的比较为主，研究在竖直轴和水平轴的基础上又增加了倾斜轴下的旋转，来验证生活经验对心理旋转的影响。

我们知道在日常生活中绕竖直轴的旋转相比于绕水平的旋转会更为常见，但倾斜轴下的旋转在生活中却是比较少见的。因此如果不同旋转轴下的旋转差异是由生活经验造成的，那么三者的效率关系应该是竖直轴大于水平轴大于倾斜轴。

在研究中，实验材料采用了三个不同的几何体，这是由于几何体的主要特征会对图形的识别产生重要影响，实验设置的三个几何体自身的主要轴特征分别与旋转时的旋转轴接近平行、呈一定角度倾斜和接近垂直。

这样三种几何体统一实验可以排除几何体自身形状对实验的影响。实验结果没有在倾斜轴上看到更长的反应时或者更低的正确率，由此说明生活经验并不是造成旋转轴间差异的原因。

旋转轴对心理旋转不同阶段影响不同

多旋转轴下心理旋转任务比单一旋转轴下心理旋转任务增加了对旋转轴判断阶段，为了有效地避免两个阶段之间的相互干扰。

研究把两个阶段做了拆分，分别进行实验，实验一给予被试旋转轴的指示，这样就省去了旋转轴的判断阶段。实验二则是设计了一个旋转轴判断范式，并创建了一套用于研究旋转轴判断的几何图形，研究了转轴判断阶段中相对位置和旋转轴的交互作用。

但这种垂直情况造成的差异并没有出现在正确率中，这说明垂直情况造成的优势效应只作用于整个心理旋转任务中的旋转阶段，对影响正确率的物体识别和比对阶段没有影响。

将多旋转轴下的心理旋转任务的两个部分分开测试是必要的，实验二的结果说明旋转轴与图形间的交互作用对心理旋转任务的两个阶段的影响是不同的。

与实验一正确率没有差异不同，在旋转轴的判断阶段中，二者垂直情况造成优势作用不仅影响着旋转轴判断的反应时，还影响着旋转轴判断的正确率。这与几何体再认阶段不受影响不同，旋转轴的判断受图形呈现的相对位置影响。

相对位置与旋转轴交互作用的原因分析

心理旋转过程通常被划分为三个阶段：搜索阶段、转换比较阶段、确认阶段。旋转轴与相对位置的交互作用只影响到转换比较阶段，在转换和比较阶段中两个图形中相互对应的线段进行旋转转换，变换和比较操作逐步应用于两个图形中。

转换的每一步之后都会进行比较，以确定这两个特征现在是否一致，这个逐步变换和比较过程持续进行，直到进行了必要次数的转换，以使两个图形的内部表示达到充分一致。

心理旋转任务中所采用的策略分为旋转策略和非旋转策略两类，因此需要对两类策略分别进行分析。

首先是旋转策略下，双刺激任务中左侧刺激图形要首先进行旋转然后平移至右侧图形进行比对。若旋转和平移分别是单独进行的，那么不同旋转轴下的心理旋转反应时应不存在差异。

但水平呈现的双刺激任务在处理绕竖直轴的旋转时存在一种让旋转和平移同时进行的捷径：不在左侧图形中旋转，而在两个刺激

图形中间构造一条旋转轴，这样左侧图形便可以通过绕该转轴旋转而直接匹配到右侧图形，省掉了平移过程，从而造成反应时的缩短。

但对于绕水平轴的旋转，左侧的刺激并不能通过在左右图形之间构造旋转轴的方法来进行旋转，因此需要将左侧的刺激先绕水平轴旋转后再与右侧刺激比较，这就需要更长的反应时。

在非旋转策略下，左侧图形所包含的几何特征要与右侧图形进行对比。在绕竖直轴旋转时，左侧的特征是与右侧图形特征一一水平对应的。但在绕水平轴旋转时，左侧图形的特征是与右侧图形特征交叉对应的。

这就增加了比对的难度，水平对应的比对时间肯定要快于交叉对应的比对时间。因此无论采用旋转策略和非旋转策略，水平呈现的双刺激心理旋转任务绕竖直轴的反应时都小于绕水平轴的反应时。

对转换过程的分析可以发现即使在心理旋转任务中采取不同策略，相对位置与旋转轴垂直时的相对关系都可以让两个刺激图形间的转换更加直接，从而使整个转换过程更加高效。

因此当旋转轴与相对位置垂直时，眼动与特征点的运动达到一致，而眼动对于知觉的形成起着重要的机能性作用，这种一致性会极大促进大脑中旋转过程的形成。当然还可能存在其他造成该效应的因素，需要后续的研究进行更深入的探讨。