3.4.2 Visuelle Musterbildung

3.4.2 Visuelle Musterbildung

In der psychologischen und neurowissenschaftlichen Literatur wird zwischen der visuellen Wahrnehmung von Mustern und der von Objekten nicht einheitlich unterschieden. Häufig wird die Musterstrukturierung als vorbereitender Prozess der Objektbildung gesehen. Oder die visuelle Objektbildung wird mit der Integration von Objektbedeutung verbunden. Im Gegensatz zu Ansätzen der Wahrnehmung realer oder fiktiver Gegenstandsmerkmale wird in der Zeichentheorie und in der Kartographie dieser „Bedeutungsaspekt“ durch den theoretischen Ansatz der „triadischen Zeichenrelation“ der Semiotik sinnvoll eingeordnet (vgl. Morris 1972; Freitag 1971; Koch et al. 2002). So wird die Syntaktik als ein Bereich der bedeutungsunabhängigen Modellierung von graphischen Elementen und Merkmalen verstanden. Für die Semantik wird die Beziehung von syntaktischen Zeichenstrukturen zum bezeichneten Gegenstand bzw. zur Zeichenbedeutung vorausgesetzt, was insgesamt eine eindeutige Trennung von „graphischer Zeichensubstanz“ und „Zeichenbedeutung“ impliziert (Tainz 2001). In der psychologischen und neurowissenschaftlichen Literatur wird zwischen der visuellen Wahrnehmung von Mustern und von Objekten nicht einheitlich unterschieden.
Im Gesichtsfeld oder im gesamten Kartenraum werden in der Regel graphische Elemente (Flächen, Linien, Punkte) oder zusammengesetzte Konstrukte unterschiedlicher Ausprägung optisch angeboten. Die georäumliche Musterbildung besteht darin, entweder spontan, aufgrund von „optischen Auffälligkeiten“ oder aufgrund von Fragestellungen und Kommunikationszielen, die die Aufmerksamkeit auf bestimmte Reizkonstrukte richten, einzelne (Zeichen-) Elemente oder Elementmengen georäumlich visuell zu positionieren und gegebenenfalls selektiv aufgrund ihrer geometrischen und graphischen Relationen als zusammenhängende Muster zu extrahieren. Diese Musterbildung folgt sicherlich spontan entsprechend bestimmter Gestaltprinzipien, wird aber auch durch gezielte Aufmerksamkeitsfaktoren intern oder extern gesteuert. Eine interessante Frage ist dabei, inwieweit spontane, gestaltgestützte Wahrnehmungsverläufe durch Aufmerksamkeit beeinflusste Wahrnehmungsverläufe behindern, also gegebenenfalls als „visuelle Barriere“ bei der Musterbildung in Erscheinung treten? Bei der Definition von Mustern und Zeichen (Objekten) wurde auf zwei unterschiedliche Prozessformen der Wahrnehmung in kartographischen Szenerien hingewiesen (vgl. Kapitel 3.2.3): Die georäumliche Musterbildung besteht darin, Zeichen visuell zu positionieren und selektiv aufgrund ihrer geometrischen und graphischen Relationen als zusammenhängende Einheiten zu extrahieren.
  • Als erste Form wird eine durchgehend visuelle Differenzierung (Separierung, Extraktion) kartographischer Objekte als Zeichen- bzw. Figurationselementen mit individueller Lageposition vorgenommen. Dabei werden die Elemente entdeckt, kategorial unterschieden, in ihren Positionen und Bedeutungen eingeordnet und gegebenenfalls aufgrund ihrer Lagerelationen und Klassenzugehörigkeit gedanklich verknüpft.
  • Als zweite Form wird der Prozesse der Visualisierung und Informationsverarbeitung ab den 1980er Jahren, vor allem durch den Theorieansatz der graphischen Variablen nach Jacques Bertin (1974), erheblich beeinflusst. Im Zentrum der visuellen Extraktion stehen danach nicht die einzelnen georäumlichen Elemente, Objekte oder Zeichen in der Karte, sondern deren strukturelle Verbindung zu georäumlichen Mustern mit differenzierten Aussagen zur Verbreitung, Entwicklung und Beeinflussung im Raum sowie ihre gedankliche Repräsentation als „thematisch modellierte Umwelt“ im Mittelpunkt der Informationsgewinnung.
Einzelzeichen in kartographischen Präsentationen haben, wie oben angedeutet wurde, zum einen die semantische Funktion von Bedeutungsträgern und zum anderen die syntaktische Funktion als graphische Elemente zur Musterbildung. Natürlich repräsentieren diese graphischen Elemente neben ihrer syntaktischen Funktion auch entsprechende Bedeutungen (z.B. „Waldfläche“, „Industriestandort“, „Straßenabschnitt“), nur reduziert sich dieser semantische Aspekt häufig auf die Aussage einer Klassenzugehörigkeit, nach der aufgrund von Relationseigenschaften im Klassenverbund georäumliche Verbreitungen, Verknüpfungen u. ä. abgeleitet werden. Zeichen haben zum einen die semantische Funktion von Bedeutungsträgern und zum anderen die syntaktische Funktion als graphische Elemente zur Musterbildung.
3.4.2.1 Konturenbildung und Reizlokalisierung
Damit graphische Elemente oder bedeutungstragende Zeichen überhaupt wahrgenommen werden können bzw. zur Musterbildung Verwendung finden, müssen grundlegende graphische bzw. visuelle Bedingungen erfüllt sein. Mark Schira (2004) hat in seiner Dissertation als Einleitung sehr schön beschrieben, welche Merkmale zur visuellen Trennung von Objekten und zu ihrer Lokalisation im Raum geeignet sind: Bewegung, Textur, Farbe und Kontur sind elementare Merkmale zur visuellen Identifizierung und Lokalisierung von Objekten in der Realität.

„Wenn sich ein Primat schnell durch die Baumwipfel bewegt, bewegen sich auch die Abbilder der umgebenden Objekte auf seiner Netzhaut. Die Geschwindigkeit und Richtung dieser Bewegung hängen von der Entfernung und relativen Position der Objekte zum wahrnehmenden Tier ab. … Neben Bewegung stellt die Oberflächenbeschaffenheit oder Textur ein weiteres Objekt kennzeichnendes Merkmal dar. Eine Schlange, die unbewegt im Gewirr von Ästen und Blättern lauert, fügt sich zwar perfekt in ihre Umgebung ein, unterscheidet sich aber von einem Ast durch die Textur ihrer Oberfläche. Ein weiteres Merkmal für die Identifikation von Objekten ist die Farbe. Der Farbumschwung einer reifenden Frucht von grün zu rot ist, hinsichtlich der Änderung im Frequenzspektrum des reflektierten Lichtes, nicht so deutlich, wie es uns erscheint. Es ist vielmehr unser visuelles System, das darauf eingestellt ist, dieses überlebenswichtige Merkmal zu entdecken. Die Entdeckung und Integration von Konturen ist für die oben aufgeführten Aufgaben von zentraler Bedeutung. Konturen können also definiert sein durch Farbe, Bewegung oder Textur. Sie können real vorhanden oder auch nur wahrscheinlich oder vermutetet sein.“

Die Faktoren der Wahrnehmung, die hier von Schira aufgeführt sind, haben nicht nur in der bewegten Realität einen herausragenden Stellenwert, sondern bilden auch bei der Wahrnehmung in visuellen Medien wichtige Hinweisreize zur Aufnahme und Unterscheidung von bildlichen oder graphischen Musterelementen. Wie gezeigt wurde, kommt Farben, einschließlich Grautönen und Texturen, im Prozess der visuellen Wahrnehmung auch im Bereich der Kartographie ein hoher Stellenwert zu, entsprechend umfangreich zeigen sich die Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet (vgl. auch Kap. 2 und Kap. 3.2.3). Bewegungen, durch die der Netzhaut ein sich kontinuierlich verändernder Hintergrund, gegebenenfalls mit separaten Verläufen von im Vordergrund platzierten Objekten (Musterelementen) angeboten wird, sind so in normalen georäumlichen bzw. kartographischen Präsentationen nicht zu erwarten. Allerdings ergeben sich auch durch Augen-, Kopf- und Körperbewegungen gewisse Veränderungen auf der Netzhaut, die u.a. durch Sakkadennachführungen und durch Konstanzleistungen nivelliert werden müssen. Was nicht zum Tragen kommt, sind Musterverschiebungen zwischen Wahrnehmungsebenen, die den Kontrast zwischen Elementen verstärken könnten. Durch Bewegungen wird der Netzhaut ein sich kontinuierlich verändernder Hintergrund, gegebenenfalls mit separaten Verläufen von im Vordergrund platzierten Objekten angeboten.
Besonders herausgestellt sind bei Schira Prozesse und Mechanismus der Konturenwahrnehmung. In Übergangsbereichen von Flächen mit unterschiedlichen visuellen Eigenschaften werden Konturen gebildet, die die Flächen gegeneinander abgrenzen, sie ggf. als Figuren von der Umgebung abheben und die eine Formenbildung ermöglichen. Nach Schira (2004) sind V1 und V2 die größten und am besten untersuchten Areale des visuellen Kortex, die in den Neurowissenschaften bisher untersucht wurden, wonach sich in diesen beiden Arealen verschiedenes Verhalten bei der Konturenbildung unterscheiden lässt (vgl. dazu auch die Ausführungen zur Spezialisierung von Aufgaben von Zellen; Kap. 3.4.1): Besonders herausgestellt wird der Mechanismus der Konturenbildung, der in Übergangsbereichen Flächen gegeneinander abgrenzt, sie als Figuren von der Umgebung abhebt und eine Formenbildung ermöglicht.
  • Aktionspotentialraten eines V1-Neurons auf einer Kante wird durch parallel verlaufende Linien, die außerhalb des rezeptiven Feldes liegen, verstärkt (Kapadia et al. 2000).
  • Jede Kontur „gehört“ zu Objekten, die sie trennt. Bei einem hellen Quadrat auf dunklem Hintergrund werden die vier Kanten dem Quadrat, welches den Hintergrund verdeckt, zugeordnet.
  • Isolierte Figuren unterscheiden sich aufgrund des veränderten Aktionspotenzialen der Areale V1 und V2 von einer Region mit anderen Eigenschaften und werden als Figur vor einem Hintergrund wahrgenommen.
  • Bei zwei Figuren (z. B. farbige, quadratische Flächen), bei der die eine die andere zum Teil überdeckt, wird die überdeckte Figur nicht als verbleibende Restfläche, sondern zusammen mit dem überdeckten Flächenanteil als vollständige Figur wahrgenommen. Damit „vermutet“ das visuelle System eine sich fortsetzende oder abschließende Kontur der verdeckten Figur (illusorische oder verdeckte Konturen vgl. Lee et al. 2001; von der Heydt et al. 1989).
Diese Beispiele neuronaler Aktivitäten im visuellen Kortex bilden den Nachweis relevanter Funktionen von Konturen oder Kanten für die Unterscheidung von Figuren oder Musterelementen und haben in der aktuellen Forschungssituation der Neurowissenschaften vor allem das Ziel, eine zunehmende Spezialisierung der Aktivitäten der Areale V2 gegenüber V1 nachzuweisen. Hinzu kommt, dass sich neue Erkenntnisse im Sinn der Gestaltpsychologie ergeben haben (s.u.), nach denen der Aufbau von Reizkonstrukten durch das Geschehen in ihren Umgebungen beeinflusst wird und sich nicht nur aus einzelnen separaten Elementen bildet (Schira 2004). Das bedeutet auch, dass bei der Konturenbildung die Aktivitäten von V1-Neuronen nicht nur von den Aktivitäten in ihren rezeptiven Feldern abhängig sind, sondern auch davon, in welchem Zusammenhang diese zum Gesamtbild stehen, also zu Aktivitäten der Umgebung (Lamme et al. 2000; Rossi et al. 2001). Mit den Beispielen werden neuronale Aktivitäten im visuellen Kortex zum Nachweis relevanter Funktionen von Konturen oder Kanten für die Unterscheidung von Figuren oder Musterelementen aufgezeigt.
Damit soll u.a. erklärt werden, dass schon für elementare visuelle Vorgänge, wie der Musterbildung, differenzierte und konstruktive neuronale Prozesse erforderlich sind, obwohl mit diesen Erkenntnissen kaum die Mechanismen, die durch Aufmerksamkeit und Kontextwissen beeinflusst oder gesteuert werden, ausreichend dargestellt werden können. Besonders deutlich wird diese Situation auch dadurch, dass allein schon die perzeptive Lokalisation oder gedankliche Positionierung von Reizen im Gesichtsfeld zu umfangreichen Forschungsaktivitäten führt, um beispielsweise nachzuweisen, wie genau die Lokalisation ist oder durch welchen Lokalisationstypen Positionierungen im Wahrnehmungsvorgang beeinflusst werden (vgl. Dickmann et al. 2015). Für die Musterbildung sind konstruktive neuronale Prozesse erforderlich, die zusätzlich durch Aufmerksamkeit und Kontextwissen beeinflusst oder gesteuert werden.
Unter anderem klassifizieren Uddin (2006) und Bocianski (2010) drei unterschiedliche Typen visuell räumlicher Lokalisation (vgl. Abb. 34.5). Dabei wird mit okulomotorischer Lokalisation das Ausführen einer Sakkade zur wahrgenommenen Zielreizposition verstanden. Aufgrund ihrer tendenziellen Unterschreitung („undershoots“) von bis zu 10 Prozent der Zielreiz-Abweichung (Exzentrizität) müssen sogenannte Korrektursakkaden berücksichtigt werden (Aidsebaomo et al. 1992). Bei räumlich ausgedehnten Objekten bewegt sich der Landepunkt zum wahrgenommenen Zentrum des Objektes (vgl. z.B. Wishawanath et al. 2000). Die visuelle Lokalisierung von Elementen eines Musters im Gesichtsfeld ist mit Zielreiz-Abweichungen verbunden, die durch Korrektursakkaden ausgeglichen werden.

32.7 Machsche Streifen

Abb. 34.5 Formen visuell räumlicher Lokalisationen (nach Uddin 2006 u. Bocianski 2010)

Ein weiterer Lokalisationstyp betrifft das relative Urteil, das die Relation zu anderen Objekten erfasst. Müsseler et al. (1999) vermuten, dass vom System, das die sakkadischen Augenbewegungen kontrolliert, auch das relative Wahrnehmungsurteil mit beeinflusst wird und damit eine Zielreizabweichung möglich ist. Sensomotorische bzw. visuomotorische Merkmale wirken demnach auf das subjektiv wahrgenommene Ergebnis (Perzept) ein. Dieser Zusammenhang ist nicht notwendig von der tatsächlichen Ausführung einer Sakkade abhängig, da Aufmerksamkeitsverlagerungen ausreichen, um Bewegungsprogramme festzulegen (vgl. Müsseler et al. 2004). Es wird vermutet, dass vom System, das die sakkadischen Augenbewegungen kontrolliert, auch das relative Wahrnehmungsurteil mit beeinflusst wird und damit eine Zielreizabweichung möglich ist.
Inwieweit diese unterschiedlichen Typen visueller Lokalisation tatsächlich die Musterbildung in Karten beeinflussen, ist in der Kartographie erst in der letzten Zeit untersucht worden (vgl. Dickmann et al. 2015). Ein großer Bereich der Lokalisationsforschung konzentriert sich auf Leseverhalten bzw. Leseschwächen, z.B. bei Kindern. Es ist allerdings nicht ausgeschlossen, dass z.B. die Extraktion von Nachbarschaftsbeziehungen oder Entscheidungen bei der Feldbildung von Elementen verfälscht oder zumindest gestört und damit Ergebnisse der Musterbildung beeinflusst werden. Inwieweit diese unterschiedlichen Typen visueller Lokalisation tatsächlich die Musterbildung in Karten beeinflussen, ist erst in der letzten Zeit untersucht worden.
3.4.2.2 Wahrnehmungsorganisation bei der Musterbildung
Allgemein anerkannt ist der Sachverhalt, dass sich der Organismus beim visuellen Ordnen von Elementen zu Mustern oder Objekten an bestimmte Organisationsprinzipien hält. Diese Prinzipien wurden zuerst in der sogenannten Gestaltpsychologie als „Gestaltgesetze der Wahrnehmungsorganisation“ definiert und differenziert (vgl. Metzger 1975 und Kap. 3.1.4.2). Danach werden aufgrund bestimmter optischer Relationseigenschaften Elemente spontan visuell-gedankliche zu Einheiten zusammengefasst. Der Organismus hält sich beim visuellen Ordnen von Elementen an bestimmte Organisationsprinzipien, die in der Gestaltpsychologie als „Gestaltgesetze “ definiert wurden.
Frank Heidmann hat diesen Mechanismen für die kartographische Wahrnehmung als Beziehung zwischen Figur und Grund erläutert (2001b, S. 330): „Dabei ist der entscheidende dynamische Prozess die Aufgliederung des Blickfeldes in zwei fundamentale Bestandteile, Figur und Grund. Sehr früh in der visuellen Wahrnehmung wird das Blickfeld in einen Hintergrund und davor befindliche Figuren eingeteilt. Die Figuren kommen durch ein Prinzip der gleichförmigen Verbindung zustande: Verbundene Regionen mit gleichförmigen visuellen Merkmalen wie Helligkeit, Farbe, Textur, Bewegung werden zu einer visuellen Einheit zusammengefasst. Der Hintergrund (Grund) verläuft hinter den Figuren.“ Sehr früh wird in der visuellen Wahrnehmung das Blickfeld in einen Hintergrund und in davor befindliche Figuren eingeteilt.
Folgende wichtigen Beziehungseigenschaften, die das Blickfeld in Konfigurationen aufgliedern, lassen sich anhand einfacher Beispiele demonstrieren:

32.6 Kontinuität

Kontinuität: miteinander verbundene Bildelemente werden im Allgemeinen als Teil derselben Figur gesehen,

32.7 räumliche Nähe

räumliche Nähe: räumlich näher beieinander liegende Elemente werden zu einer Gruppe zusammengefasst und erscheinen als zusammengehörig,

Ähnlichkeit: gleiche oder ähnliche Elemente werden zu einer Gruppe zusammengefasst,

gemeinsames Schicksal: Elemente, die sich in die gleiche Richtung bewegen, erscheinen als zusammengehörig;

Geschlossenheit: Bildelemente werden gruppiert, die einen geschlossenen Umriss bilden,

gute Fortsetzung: bei einem gleichförmigen Verlauf einer Linien wird angenommen. dass diese auch in einem Liniengewirr bis zu ihrem Ende verfolgt wird; oder: zwei geschwungene Linien werden gradlinig verfolgt, auch wenn sie sich überkreuzen, nicht aber in der Richtung, in der sie mit zwei Spitzen aneinander stoßen;

Symmetrie: symmetrisch gleich geformte oder angeordnete Gestalten oder Elemente, die sich zum Beispiel gegenüberliegen, werden als Einheiten wahrgenommen, die Bereiche, die dazwischen liegen, bilden den visuellen Hintergrund.
Mit diesen dargestellten Zusammenhängen visueller Konfigurationen sind Erscheinungen der Musterbildung erläutert, die ausgewählt und begrenzt sind und beispielhaft auf Präsentationen hinweisen, die im Wesentlichen nicht ursächlich erklärend eingeordnet werden können. Diskussionen über den Stellenwert gestaltpsychologischer Prinzipien für Psychologie oder Neurowissenschaften werden noch immer aktuell geführt (vgl. z.B. die Lehrbücher Anderson 2007; Goldstein 2007). Selbst in der philosophischen, epistemologischen und geschichtswissenschaftlichen Literatur ist eine entsprechend thematisierte Diskussion zu beobachten und dies mit Ausrichtung auf psychologisch-philosophische Fragestellungen (vgl. z.B. Piaget 1968; Toccafondi 2015). Über den Stellenwert gestaltpsychologischer Prinzipien für Psychologie oder Neurowissenschaften wird noch immer aktuell diskutiert.
Für die Musterbildung in kartographischen Präsentationen lassen sich häufig Beispiele in aktuellen Karten finden, deren visuell-kognitive Verarbeitung Prinzipien der Gestaltwahrnehmung folgt (zu philosophischen Fragen der Musterbildung und -erkennung in Karten vgl. Sick 2003). Bei der Bildung von visuellen Zusammenhängen, die z.B. bei der Exploration von Mustererscheinungen („Verteilung von Waldflächen in Mittelgebirgen“) oder georäumlichen Trends („Zunahme der Bevölkerungsdichte in Umgebung von Großstädten“) eine Rolle spielen, stehen vor allem explizit abgebildete Objektelemente zur Auswahl, die häufig nach Zufälligkeiten im Wahrnehmungsraum verteilt sind bzw. die aus realen Grundrissen bestehen. Erklärungen zum Vorkommen und zur Wirkung möglichen Gestaltprinzipien müssen dabei allerdings eher vage ausfallen. Auf der anderen Seite kann vermutet werden, dass bei fachlich anspruchsvollen Karten ganz bestimmte Gestaltprinzipien berücksichtigt werden, womit gewährleitet ist, dass beispielweise die Trennung von Figur und Hintergrund oder die Bildung georäumliche Zusammenhänge bei Elementen einer Klasse nach entsprechenden Gestaltprinzipien der Musterbildung erfolgt. Diese Ordnungsprinzipien haben also bei der Modellierung kartographischer Präsentationen durchaus eine positive bzw. fördernde Funktion, es existiert aber keine nachvollziehbare und überprüfbare Erklärungsbasis für die visuell-kognitive Verarbeitung der dann optisch in der Karte angebotenen Gestaltfigurationen Es kann vermutet werden, dass bei fachlich anspruchsvollen Karten bestimmte Gestaltprinzipien berücksichtigt werden, so dass beispielweise die Trennung von Figur und Hintergrund oder die Bildung georäumliche Zusammenhänge bei Elementen einer Klasse nach entsprechenden Gestaltprinzipien erfolgt.