Vizuální sledování neboli eye tracking je percepční proces sledování vizuálního podnětu po
trajektorii a zahrnuje komplexní mechanismy pro koordinaci činnosti vizuálního systému.
Vyšetřování zahrnuje měření buď bodu pohledu („kam se díváme“) nebo pohybu oka vzhledem k hlavě. Sledovač očí je zařízení pro měření polohy očí a pohybů očí. Sledovače očí se používají ve výzkumu vizuálního systému, v psychologii, v kognitivní lingvistice a v produktovém designu. Existuje celá řada metod pro měření pohybů očí. Nejoblíbenější varianta využívá videosnímky, ze kterých se získává pozice očí. Jiné metody využívají vyhledávací cívky nebo jsou založeny na elektrooklogramu.
V roce 1800 byly provedeny studie očních pohybů pomocí přímého pozorování.
V roce 1879 v Paříži Louis Émile Javal poznamenal, že čtení nezahrnuje plynulé přejíždění očí podél textu, jak se dříve předpokládalo, ale řadu krátkých zastavení (zvaných fixace) a rychlých sakád. Toto pozorování vyvolalo důležité otázky o čtení, které byly zkoumány v průběhu 20. století: Na kterých slovech se oči zastaví? Na jak dlouho? Kdy se vrátí zpět k již viděným slovům?
Příklad fixací a sakád nad textem. To je typický vzorec pohybů očí při čtení. Oči se nikdy nepohybují plynule nad nehybným textem.
Huey sestrojil něco, co by mohlo být prvním očním stopařem, používal jakousi kontaktní čočku s otvorem pro zornici. Čočka byla připojena k hliníkovému ukazovátku, které se pohybovalo v reakci na pohyby oka. Huey studoval a kvantifikoval regrese (pouze malá část sackádů jsou regrese) a ukázal, že pouze část slov ve větě byla skutečně fixována.
První neintervenční sledovače očí postavil George Buswell v Chicagu, používal paprsky světla, které se odrážely na oku, a pak je zaznamenával na film. Buswell prováděl systematické studie čtení a prohlížení obrázků.
V padesátých letech, Alfred L. Yarbus udělal důležitý oční sledování výzkumu a jeho kniha 1967 je jedním z nejvíce citované oční sledování publikace vůbec. Například ukázal úkol zadaný do předmětu má velmi velký vliv na toto téma oční pohyby. Napsal také o vztahu mezi fixace a zájem:
Tato studie od Yarbuse (1967) je často označována jako důkaz toho, jak úkol daný člověku ovlivňuje pohyby jeho očí.
V sedmdesátých letech se rapidně rozšířil výzkum sledování očí, zejména výzkum čtení. Dobrý přehled o výzkumu v tomto období podává Rayner.
V roce 1980 Just a Carpenter zformulovali vlivnou hypotézu Strong eye-mind Hypothesis, hypotézu, že „neexistuje žádná citelná prodleva mezi tím, co je fixováno, a tím, co je zpracováno“. Pokud je tato hypotéza správná, pak když se subjekt podívá na slovo nebo objekt, také přemýšlí o (procesu kognitivně), a to přesně tak dlouho, jako zaznamenaná fixace. Hypotéza je dnes příliš často považována za samozřejmou začínajícími výzkumníky očního stopaře.
Během osmdesátých let byla hypotéza oko-mysl často zpochybňována ve světle skryté pozornosti, pozornosti k něčemu, na co se člověk nedívá, což lidé často dělají. Pokud je skrytá pozornost běžná během nahrávání sledování očí, výsledná dráha skenování a fixační vzory by často neukazovaly, kde byla naše pozornost, ale pouze kam se oko dívalo, a tak sledování očí by nenaznačovalo kognitivní zpracování.
Podle Hoffmana je současná shoda v tom, že zraková pozornost je vždy mírně (100 až 250 ms) před okem. Jakmile se však pozornost přesune do nové polohy, oči ji budou chtít následovat.
Konkrétní kognitivní procesy stále nemůžeme odvodit přímo z fixace na konkrétní objekt ve scéně. Například fixace na obličej na obrázku může naznačovat rozpoznání, zalíbení, nechuť, zmatek atd. Proto je sledování očí často spojeno s dalšími metodikami, jako jsou introspektivní verbální protokoly.
Technologie a techniky
Nejrozšířenějším současným designem jsou videotrackery. Kamera se zaměřuje na jedno nebo obě oči a zaznamenává jejich pohyb, když se divák dívá na nějaký druh podnětu. Většina moderních eye-trackerů používá kontrast k lokalizaci středu zornice a používá infračervené a blízké infračervené nekolomované světlo k vytvoření odrazu rohovky (CR). Vektor mezi těmito dvěma rysy lze použít k výpočtu průniku pohledu s povrchem po jednoduché kalibraci pro jednotlivce.
Nastavení sledování očí se velmi liší; některé jsou umístěny na hlavě, některé vyžadují, aby hlava byla stabilní (například s opěrkou brady) a některé fungují vzdáleně a automaticky sledují hlavu během pohybu. Většina z nich používá vzorkovací frekvenci alespoň 30 Hz. Ačkoli je nejběžnější 50/60 Hz, dnes mnoho videotrackerů běží na 240, 350 nebo dokonce 1000/1250 Hz, což je potřeba pro zachycení detailů velmi rychlých pohybů očí během čtení nebo během studií neurologie.
Pohyby očí se obvykle dělí na fixace a sakády, kdy se pohled oka v určité poloze zastaví, respektive kdy se přesune do jiné polohy. Výsledná řada fixací a sakádů se nazývá skenová dráha. Většina informací z oka je zpřístupněna během fixace, ale ne během sakády.[Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text] Centrální jeden nebo dva stupně zorného úhlu (fovea) poskytují podstatnou část vizuálních informací; vstup z větších excentricit (periferie) je méně informativní. Z toho vyplývá, že umístění fixací podél skenové dráhy ukazují, jaké informace loci o podnětu byly zpracovány během sledování oka. V průměru fixace trvají kolem 200 ms během čtení jazykového textu a 350 ms během sledování scény. Příprava sakády k novému cíli trvá kolem 200 milisekund.[Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text]
Scanpaths jsou užitečné pro analýzu kognitivního záměru, zájmu a salience. Další biologické faktory (některé tak jednoduché jako pohlaví) mohou také ovlivnit scanpath. Eye tracking v HCI typicky zkoumá scanpath pro účely použitelnosti, nebo jako způsob zadávání v gaze-contingent displays, také známý jako gaze-based interfaces.
Kromě statistické analýzy je často užitečné poskytnout vizuální znázornění výsledků sledování očí. Nejjednodušší metodou je vytvoření videa ze zkušební relace sledování očí pohledem účastníka, který je nad ním překryt. To umožňuje efektivně vidět očima spotřebitele během interakce s cílovým médiem. Příklady takových videí naleznete v části externí odkazy. Jiná metoda graficky znázorňuje skenovací cestu jednoho účastníka během daného časového intervalu.
Obrázek na obrázku 2 zobrazuje každou fixaci a pohyb očí účastníka během vyhledávání na virtuálním regálovém displeji snídaňových cereálií, analyzovaných a vykreslených pomocí komerčního softwarového balíčku. Každá barva představuje jednu sekundu doby prohlížení, což umožňuje klientovi určit pořadí, v jakém jsou produkty zobrazeny. Grafika, jako je tato, se používá jako důkaz specifických trendů ve vizuálním chování.
Podobná metoda sčítá údaje o zraku více účastníků v daném časovém intervalu jako tepelnou mapu. Tepelná mapa znázorněná na obrázku 3 byla vytvořena komerčním softwarovým balíčkem a ukazuje hustotu fixace oka pro několik účastníků překrytou původním podnětem, v tomto případě obálkou časopisu. Červené a oranžové skvrny představují oblasti s vysokou hustotou fixace oka. To umožňuje klientovi zkoumat, které oblasti obecně přitahují pozornost spotřebitele. Všechny tyto metody jsou často používány ve spojení a začleněny do tradičních marketingových výzkumných opatření, aby bylo dosaženo komplexního zkoumání komerční hodnoty.
V posledních letech vyvolala zvýšená sofistikovanost a dostupnost technologií pro sledování zraku velký zájem v komerčním sektoru. Aplikace zahrnují použitelnost webových stránek, reklamu, sponzorství, design balíčků a automobilové inženýrství. Obecně platí, že komerční studie sledování zraku fungují tak, že prezentují cílový podnět vzorku spotřebitelů, zatímco k záznamu činnosti oka se používá zařízení pro sledování zraku. Příklady cílových podnětů mohou zahrnovat webové stránky, televizní programy, sportovní události, filmy, reklamy, časopisy, noviny, balíčky, regálové displeje, spotřebitelské systémy (bankomaty, pokladní systémy, kiosky) a software. Výsledná data mohou být statisticky analyzována a graficky vykreslena, aby poskytly důkazy o specifických vizuálních vzorcích. Zkoumáním fixací, sakádů, rozšíření zornic, mrkání a řady dalších chování mohou výzkumníci určit mnoho o účinnosti daného média nebo produktu. Zatímco některé společnosti tento typ výzkumu dokončují interně, existuje mnoho soukromých společností, které nabízejí služby a analýzy sledování očí.
Nejvýznamnějším oborem komerčního výzkumu sledování zraku je použitelnost webu. Zatímco tradiční techniky použitelnosti jsou často poměrně mocné při poskytování informací o klikacích a rolovacích vzorcích, sledování zraku nabízí možnost analyzovat interakci uživatele mezi kliknutím. To poskytuje cenný přehled o tom, které funkce jsou nejvíce poutavé, které funkce způsobují zmatek a které jsou ignorovány úplně. Konkrétně sledování zraku lze použít k posouzení efektivity vyhledávání, značky, online reklamy, použitelnosti navigace, celkového designu a mnoha dalších komponent webu. Analýzy se mohou kromě hlavního klientského webu zaměřit i na prototyp nebo konkurenční web.
Sledování očí se běžně používá v různých reklamních médiích. Reklamy, tištěné reklamy, online reklamy a sponzorované programy přispívají k analýze pomocí současné technologie sledování očí. Analýzy se zaměřují na viditelnost cílového produktu nebo loga v kontextu časopisu, novin, webových stránek nebo televizní události. To výzkumníkům umožňuje velmi podrobně posoudit, jak často se vzorek spotřebitelů fixuje na cílové logo, produkt nebo reklamu. Tímto způsobem může inzerent kvantifikovat úspěch dané kampaně z hlediska skutečné vizuální pozornosti.
Eye tracking poskytuje návrhářům balíčků možnost zkoumat vizuální chování spotřebitele při interakci s cílovým balíčkem. To může být použito k analýze rozlišovací schopnosti, atraktivity a tendence balíčku, který má být vybrán k nákupu. Eye tracking je často využíván, když je cílový produkt ve fázi prototypu. Prototypy jsou testovány proti sobě a konkurentům, aby se zjistilo, které konkrétní prvky jsou spojeny s vysokou viditelností a přitažlivostí.
Jedna z nejslibnějších aplikací výzkumu sledování zraku je v oblasti automobilového designu. V současné době probíhá výzkum integrace kamer pro sledování zraku do automobilů. Cílem tohoto úsilí je poskytnout vozidlu schopnost vyhodnocovat v reálném čase vizuální chování řidiče. Národní úřad pro bezpečnost silničního provozu (NHTSA) odhaduje, že ospalost je primárním příčinným faktorem u 100 000 policejně hlášených nehod ročně. Jiná studie NHTSA uvádí, že 80% srážek se odehraje do tří sekund od rozptýlení. Vybavením automobilů schopností sledovat ospalost, nepozornost a kognitivní zapojení by se mohla dramaticky zvýšit bezpečnost řízení. Lexus tvrdí, že v roce 2006 vybavil svůj LS 460 prvním systémem sledování řidiče, který poskytuje varování, pokud řidič sklopí oko ze silnice.
Od roku 2005 se v komunikačních systémech pro zdravotně postižené používá Eye tracking umožňující uživateli mluvit, posílat poštu, surfovat na webu a tak pouze s očima jako nástrojem. Ovládání očí funguje i v případě, že uživatel má nedobrovolný pohyb v důsledku CP nebo jiného postižení, ti, kteří nosí brýle nebo mnoho dalších vlastností, které omezují účinnost starších systémů pro ovládání očí.
Výzkum: Časopisy, konference, publikace
Vzhledem k široké škále oblastí použití existuje jen málo běžných výzkumných časopisů nebo konferencí pro výzkum očních pohybů. Výsledky výzkumu očních pohybů často končí ve velmi odlišných kanálech. Existuje však řada opakujících se výzkumných konferencí.
ECEM – Evropská konference o očních pohybech, pololetní
SWAET – skandinávský workshop o aplikovaném očním sledování, výroční
Vize ve vozidlech, pololetní
ETRA – Eyetracking Research and Applications, pololetní
COGAIN – Communication by Gaze Interaction, výroční
Oční trackery měří rotaci oka jedním z několika způsobů, ale v zásadě spadají do tří kategorií.
Jeden typ používá nástavec na oko, například speciální kontaktní čočku se zabudovaným zrcadlem nebo senzor magnetického pole, a pohyb nástavce se měří s předpokladem, že při otáčení oka výrazně neklouže. Měření s těsně přiléhajícími kontaktními čočkami poskytují mimořádně citlivé záznamy pohybu oka a magnetické vyhledávací cívky jsou metodou volby pro výzkumníky studující dynamiku a základní fyziologii pohybů oka.
Druhá široká kategorie používá nějakou bezkontaktní, optickou metodu pro měření pohybu očí. Světlo, typicky infračervené, se odráží od oka a je snímáno videokamerou nebo jiným speciálně konstruovaným optickým senzorem. Informace je pak analyzována, aby se získala rotace oka ze změn v odrazech. Video založené sledovače očí typicky používají odraz rohovky (první Purkinův obraz) a střed zornice jako rysy pro sledování v čase. Citlivější typ sledovače očí, dual-Purkinje sledovač očí, používá odrazy zepředu rohovky (první Purkinův obraz) a zezadu čočky (čtvrtý Purkinův obraz) jako rysy pro sledování. Ještě citlivější metodou sledování je zobrazení rysů zevnitř oka, jako jsou sítnicové cévy, a sledování těchto rysů při rotaci oka. Optické metody, zejména ty založené na videozáznamu, jsou široce používány pro sledování pohledu a jsou upřednostňovány pro neinvazivní a nenákladné.
Třetí kategorie používá elektrické potenciály měřené kontaktními elektrodami umístěnými v blízkosti očí. Nejběžnější variantou tohoto postupu je elektrooklogram (EOG) a je založen na skutečnosti, že oko má stálý elektrický potenciál, přičemž rohovka je v poměru k sítnici pozitivní. Tento potenciál však není konstantní a jeho variace způsobuje, že EOG je poněkud nespolehlivý pro měření pomalých pohybů očí a pevných pozic pohledu. EOG je nejužitečnější pro měření rychlých, sakadických pohybů očí spojených s posuny pohledu a je metodou volby pro měření REM během spánku.
Sledování očí vs. sledování pohledů
Oční trackery nutně měří rotaci oka vzhledem k měřicímu systému. Pokud je měřicí systém namontován na hlavu, jako u EOG, pak se měří úhly v hlavě. Pokud je měřicí systém namontován na stůl, jako u sklerálních vyhledávacích cívek nebo stolních kamerových („vzdálených“) systémů, pak se měří úhly pohledu.
V mnoha aplikacích je pozice hlavy fixována pomocí kousací tyče, podpěry čela nebo něčeho podobného, takže pozice očí a pohled jsou stejné. V jiných případech se hlava může volně pohybovat a pohyby hlavy se měří pomocí systémů, jako jsou magnetické nebo videostopaře.
U čelních trackerů se ke směru pohledu přidá poloha a směr hlavy, aby se určil směr pohledu. U stolních systémů, jako jsou vyhledávací cívky, se směr hlavy odečte od směru pohledu, aby se určila poloha oka v hlavě.
Do studií mechanismů a dynamiky otáčení očí se zapojilo mnoho výzkumů, ale cílem sledování očí je nejčastěji odhadnout směr pohledu. Uživatele může zajímat, jaké rysy obrazu například oko přitahují. Je důležité si uvědomit, že sledování očí neposkytuje absolutní směr pohledu, ale může pouze měřit změny směru pohledu. Aby bylo možné přesně zjistit, na co se subjekt dívá, je nutný určitý kalibrační postup, při kterém se subjekt dívá na bod nebo řadu bodů, zatímco sledování očí zaznamenává hodnotu, která odpovídá každé pozici pohledu. (Ani ty techniky, které sledují rysy sítnice, nemohou poskytnout přesný směr pohledu, protože neexistuje žádný specifický anatomický rys, který by označoval přesný bod, kde se zraková osa setkává se sítnicí, pokud skutečně existuje takový jediný, stabilní bod.) Přesná a spolehlivá kalibrace je nezbytná pro získání platných a opakovatelných údajů o pohybu očí, což může být významná výzva pro neverbální subjekty nebo pro ty, kteří mají nestabilní pohled.
Každá metoda sledování očí má své výhody i nevýhody a výběr systému sledování očí závisí na zvážení nákladů a použití. Existuje kompromis mezi náklady a citlivostí, kdy nejcitlivější systémy stojí mnoho desítek tisíc dolarů a vyžadují značné odborné znalosti, aby správně fungovaly. Pokroky v počítačových a videotechnologiích vedly k vývoji relativně levných systémů, které jsou užitečné pro mnoho aplikací a poměrně snadno se používají. Interpretace výsledků však stále vyžaduje určitou úroveň odborných znalostí, protože špatně nastavený nebo špatně nastavený systém může produkovat divoce chybná data.