Vizuálne sledovanie alebo sledovanie očí je percepčný proces sledovania vizuálneho podnetu pozdĺž
a zahŕňa komplexné mechanizmy koordinácie činnosti zrakového systému
Vyšetrovanie zahŕňa buď meranie bodu pohľadu („kam sa pozeráme“), alebo pohyb oka vzhľadom na hlavu. Zariadenie na sledovanie očí je zariadenie na meranie polohy očí a ich pohybu. Zariadenia na sledovanie očí sa používajú pri výskume zrakového systému, v psychológii, v kognitívnej lingvistike a pri navrhovaní výrobkov. Existuje niekoľko metód na meranie pohybov očí. Najobľúbenejší variant využíva videozáznamy, z ktorých sa extrahuje poloha očí. Iné metódy používajú vyhľadávacie cievky alebo sú založené na elektrookulograme.
V 19. storočí sa štúdie očných pohybov vykonávali na základe priameho pozorovania.
V roku 1879 Louis Émile Javal v Paríži zistil, že pri čítaní nejde o plynulé prechádzanie očami po texte, ako sa predtým predpokladalo, ale o sériu krátkych zastavení (tzv. fixácií) a rýchlych sakád. Toto pozorovanie nastolilo dôležité otázky o čítaní, ktoré sa skúmali v priebehu 20. storočia: Na ktorých slovách sa oči zastavujú? Na ako dlho? Kedy sa vracia späť k už videným slovám?
Príklad fixácií a sakád nad textom. Ide o typický vzorec očných pohybov počas čítania. Oči sa nikdy nepohybujú plynule nad nehybným textom.
Huey zostrojil pravdepodobne prvý sledovač očí, ktorý používal akúsi kontaktnú šošovku s otvorom pre zrenicu. Šošovka bola pripojená k hliníkovému ukazovateľu, ktorý sa pohyboval v závislosti od pohybu oka. Huey skúmal a kvantifikoval regresie (len malá časť sakád sú regresie) a ukázal, že len časť slov vo vete bola skutočne fixovaná.
Prvé neinvazívne sledovače očí zostrojil George Buswell v Chicagu, pričom použil svetelné lúče, ktoré sa odrážali od oka, a potom ich zaznamenával na film. Buswell robil systematické štúdie čítania a sledovania obrázkov.
V 50. rokoch 20. storočia uskutočnil Alfred L. Yarbus dôležitý výskum sledovania očí a jeho kniha z roku 1967 je jednou z najcitovanejších publikácií o sledovaní očí vôbec. Ukázal napríklad, že úloha zadaná subjektu má veľmi veľký vplyv na pohyby očí subjektu. Písal aj o vzťahu medzi fixáciami a záujmom:
Táto štúdia Yarbusa (1967) sa často uvádza ako dôkaz o tom, ako úloha zadaná človeku ovplyvňuje jeho očné pohyby.
V 70. rokoch 20. storočia sa výskum sledovania očí rýchlo rozšíril, najmä výskum čítania. Dobrý prehľad výskumu v tomto období podáva Rayner.
V roku 1980 Just a Carpenter sformulovali vplyvnú hypotézu silnej zrakovej mysle, hypotézu, podľa ktorej „medzi tým, čo je fixované, a tým, čo je spracované, nie je výrazný časový odstup“. Ak je táto hypotéza správna, potom keď sa subjekt pozerá na slovo alebo objekt, tiež o ňom premýšľa (kognitívne ho spracováva), a to presne tak dlho, ako trvá zaznamenaná fixácia. Túto hypotézu dnes začínajúci výskumníci v oblasti sledovania očí príliš často považujú za samozrejmosť.
V 80. rokoch 20. storočia bola hypotéza o očiach a mysli často spochybňovaná v súvislosti so skrytou pozornosťou, teda pozornosťou na niečo, na čo sa človek nepozerá, čo ľudia často robia. Ak je skrytá pozornosť bežná počas záznamov sledovania očí, výsledná dráha snímania a vzorce fixácie by často neukazovali, kde bola naša pozornosť, ale len to, kam sa oko pozeralo, a tak by sledovanie očí nenaznačovalo kognitívne spracovanie.
Podľa Hoffmana sa v súčasnosti prijíma názor, že vizuálna pozornosť je vždy mierne (100 až 250 ms) pred okom. Len čo sa však pozornosť presunie na novú pozíciu, oči ju budú chcieť nasledovať.
Z fixácie na konkrétny objekt v scéne ešte stále nemôžeme priamo odvodiť špecifické kognitívne procesy. Napríklad fixácia na tvár na obrázku môže znamenať rozpoznanie, sympatie, nesympatie, zmätok atď. Preto sa sledovanie očí často spája s inými metodikami, ako sú napríklad introspektívne verbálne protokoly.
Technológie a techniky
V súčasnosti sa najčastejšie používajú videozáznamové zariadenia na sledovanie očí. Kamera sa zameriava na jedno alebo obe oči a zaznamenáva ich pohyb, keď sa divák pozerá na nejaký podnet. Väčšina moderných sledovačov očí využíva kontrast na lokalizáciu stredu zreničky a na vytvorenie rohovkového odrazu (CR) používa infračervené a blízke infračervené neslnečné svetlo. Vektor medzi týmito dvoma funkciami sa môže použiť na výpočet priesečníka pohľadu s povrchom po jednoduchej kalibrácii pre jednotlivca.
Zariadenia na sledovanie očí sa veľmi líšia; niektoré sú namontované na hlave, iné vyžadujú stabilnú hlavu (napríklad s podbradníkom) a niektoré fungujú na diaľku a automaticky sledujú hlavu počas pohybu. Väčšina používa vzorkovaciu frekvenciu aspoň 30 Hz. Hoci sa najčastejšie používa frekvencia 50/60 Hz, v súčasnosti mnohé zariadenia na sledovanie očí založené na videu pracujú s frekvenciou 240, 350 alebo dokonca 1000/1250 Hz, ktorá je potrebná na zachytenie detailov veľmi rýchlych pohybov očí počas čítania alebo pri neurologických štúdiách.
Pohyby očí sa zvyčajne delia na fixácie a sakády, keď sa pohľad očí zastaví v určitej polohe a keď sa presunie do inej polohy. Výsledná séria fixácií a sakád sa nazýva skenovacia dráha. Väčšina informácií z oka je k dispozícii počas fixácie, ale nie počas sakády [Ako odkazovať a prepojiť na zhrnutie alebo text] Centrálny jeden alebo dva stupne zorného uhla (fovea) poskytujú väčšinu vizuálnych informácií; vstup z väčších excentricít (periférie) je menej informatívny. Preto miesta fixácií pozdĺž skenovacej dráhy ukazujú, aké informačné lokality na podnete boli spracované počas sledovania očí. Fixácie trvajú v priemere približne 200 ms počas čítania jazykového textu a 350 ms počas sledovania scény. Príprava sakády smerom k novému cieľu trvá približne 200 milisekúnd [Ako odkazovať a odkazovať na zhrnutie alebo text].
Scanpaths sú užitočné na analýzu kognitívneho zámeru, záujmu a významu. Na skenovaciu dráhu môžu mať vplyv aj iné biologické faktory (niektoré tak jednoduché ako pohlavie). Sledovanie očí v HCI zvyčajne skúma dráhu skenovania na účely použiteľnosti alebo ako metódu vstupu v zobrazeniach podmienených pohľadom, známych aj ako rozhrania založené na pohľade.
Okrem štatistickej analýzy je často užitočné poskytnúť vizuálne zobrazenie výsledkov sledovania očí. Najjednoduchšou metódou je vytvoriť video z testovania sledovania očí, na ktorom je prekrytý pohľad účastníka. To umožňuje efektívne vidieť očami spotrebiteľa počas interakcie s cieľovým médiom. Príklady takýchto videí nájdete v časti externých odkazov. Iná metóda graficky znázorňuje dráhu skenovania jedného účastníka počas daného časového intervalu.
Obrázok na obrázku 2 zobrazuje každú fixáciu a pohyb očí účastníka počas hľadania na virtuálnom regáli s raňajkovými cereáliami, analyzované a vykreslené pomocou komerčného softvérového balíka. Každá farba predstavuje jednu sekundu sledovania, čo umožňuje klientovi určiť poradie, v akom sú výrobky videné. Takéto grafy sa používajú ako dôkaz špecifických trendov vo vizuálnom správaní.
Podobná metóda sumarizuje údaje o očiach viacerých účastníkov počas daného časového intervalu ako tepelnú mapu. Teplotná mapa znázornená na obrázku 3 bola vytvorená komerčným softvérovým balíkom a zobrazuje hustotu fixácií očí niekoľkých účastníkov preloženú na pôvodný podnet, v tomto prípade obálku časopisu. Červené a oranžové body predstavujú oblasti s vysokou hustotou očných fixácií. To umožňuje klientovi preskúmať, ktoré oblasti vo všeobecnosti priťahujú pozornosť spotrebiteľa. Všetky tieto metódy sa často používajú v spojení a sú začlenené do tradičných opatrení marketingového výskumu, aby sa vytvoril komplexný prieskum komerčnej hodnoty.
V posledných rokoch zvýšená sofistikovanosť a dostupnosť technológií sledovania očí vyvolala veľký záujem v komerčnom sektore. Aplikácie zahŕňajú použiteľnosť webu, reklamu, sponzoring, dizajn obalov a automobilové inžinierstvo. Vo všeobecnosti komerčné štúdie sledovania očí fungujú tak, že vzorke spotrebiteľov sa predloží cieľový podnet, zatiaľ čo sa na zaznamenávanie aktivity očí používa zariadenie na sledovanie očí. Príkladmi cieľových podnetov môžu byť webové stránky, televízne programy, športové podujatia, filmy, reklamy, časopisy, noviny, obaly, regálové displeje, spotrebiteľské systémy (bankomaty, pokladničné systémy, kiosky) a softvér. Výsledné údaje možno štatisticky analyzovať a graficky znázorniť, aby sa poskytli dôkazy o špecifických vizuálnych vzoroch. Skúmaním fixácií, sakád, rozšírenia zreničiek, žmurkania a rôznych iných prejavov správania môžu výskumníci zistiť veľa o účinnosti daného média alebo výrobku. Zatiaľ čo niektoré spoločnosti vykonávajú tento typ výskumu interne, existuje mnoho súkromných spoločností, ktoré ponúkajú služby a analýzu sledovania očí.
Najvýznamnejšou oblasťou komerčného výskumu sledovania očí je použiteľnosť webu. Zatiaľ čo tradičné techniky použiteľnosti sú často dosť účinné pri poskytovaní informácií o vzoroch klikania a posúvania, sledovanie očí ponúka možnosť analyzovať interakciu používateľa medzi kliknutiami. To poskytuje cenné informácie o tom, ktoré funkcie sú pre oči najpríťažlivejšie, ktoré funkcie spôsobujú zmätok a ktoré sú úplne ignorované. Konkrétne sa sledovanie očí môže použiť na posúdenie účinnosti vyhľadávania, značky, online reklamy, použiteľnosti navigácie, celkového dizajnu a mnohých ďalších zložiek webu. Analýzy sa okrem hlavnej stránky klienta môžu zamerať aj na prototyp alebo konkurenčnú stránku.
Sledovanie očí sa bežne používa v rôznych reklamných médiách. Reklamy, tlačové reklamy, online reklamy a sponzorované programy sa dajú analyzovať pomocou súčasnej technológie sledovania očí. Analýzy sa zameriavajú na viditeľnosť cieľového produktu alebo loga v kontexte časopisu, novín, webovej stránky alebo televízneho podujatia. To umožňuje výskumníkom veľmi podrobne posúdiť, ako často sa vzorka spotrebiteľov zameriava na cieľové logo, výrobok alebo reklamu. Zadávateľ reklamy tak môže kvantifikovať úspešnosť danej kampane z hľadiska skutočnej vizuálnej pozornosti.
Sledovanie očí poskytuje dizajnérom obalov možnosť preskúmať vizuálne správanie spotrebiteľa pri interakcii s cieľovým obalom. To sa môže použiť na analýzu odlišnosti, príťažlivosti a tendencie výberu obalu na nákup. Sledovanie očí sa často využíva, keď je cieľový výrobok vo fáze prototypu. Prototypy sa testujú navzájom a s konkurenciou s cieľom preskúmať, ktoré konkrétne prvky sú spojené s vysokou viditeľnosťou a príťažlivosťou.
Jedno z najsľubnejších využití výskumu sledovania očí je v oblasti automobilového dizajnu. V súčasnosti prebieha výskum zameraný na integráciu kamier na sledovanie očí do automobilov. Cieľom tohto úsilia je poskytnúť vozidlu schopnosť vyhodnocovať v reálnom čase vizuálne správanie vodiča. Národný úrad pre bezpečnosť cestnej premávky (NHTSA) odhaduje, že ospalosť je hlavným príčinným faktorom 100 000 nehôd, ktoré ročne nahlási polícia. Z ďalšej štúdie NHTSA vyplýva, že 80 % kolízií sa odohrá do troch sekúnd po odpútaní pozornosti. Vybavením automobilov schopnosťou monitorovať ospalosť, nepozornosť a kognitívne zapojenie by sa mohla výrazne zvýšiť bezpečnosť jazdy. Lexus tvrdí, že v roku 2006 vybavil svoj model LS 460 prvým systémom monitorovania vodiča, ktorý poskytuje varovanie, ak vodič spúšťa zrak z cesty.
Od roku 2005 sa sledovanie očí používa v komunikačných systémoch pre zdravotne postihnutých, ktoré umožňujú používateľovi hovoriť, posielať poštu, surfovať po internete a podobne len pomocou očí. Kontrola očí funguje aj vtedy, keď má používateľ mimovoľné pohyby v dôsledku CP alebo iného postihnutia, keď nosí okuliare alebo má mnoho iných vlastností, ktoré obmedzujú účinnosť starších systémov kontroly očí.
Výskum: Časopisy, konferencie, publikácie
Vzhľadom na širokú škálu oblastí použitia existuje len málo spoločných výskumných časopisov alebo konferencií pre výskum sledovania očí. Výsledky výskumu očných pohybov často končia vo veľmi odlišných kanáloch. Existuje však niekoľko opakujúcich sa výskumných konferencií.
ECEM – Európska konferencia o očných pohyboch, ktorá sa koná každé dva roky
SWAET – škandinávsky workshop o aplikovanom sledovaní očí, výročný
Vízia vo vozidlách, dvakrát ročne
ETRA – Eyetracking Research and Applications, dvojročník
COGAIN – Communication by Gaze Interaction, ročné
Zariadenia na sledovanie očí merajú otáčanie oka jedným z viacerých spôsobov, ale v zásade patria do troch kategórií.
Jeden typ využíva nástavec na oku, napríklad špeciálnu kontaktnú šošovku so zabudovaným zrkadlom alebo snímačom magnetického poľa, a pohyb nástavca sa meria za predpokladu, že sa pri otáčaní oka výrazne neposúva. Merania s tesne priliehajúcimi kontaktnými šošovkami poskytli mimoriadne citlivé záznamy pohybu oka a magnetické vyhľadávacie cievky sú metódou, ktorú si vyberajú výskumníci skúmajúci dynamiku a základnú fyziológiu pohybov oka.
Druhá široká kategória používa na meranie pohybu očí bezkontaktnú optickú metódu. Svetlo, zvyčajne infračervené, sa odráža od oka a sníma sa videokamerou alebo iným špeciálne navrhnutým optickým snímačom. Tieto informácie sa potom analyzujú s cieľom získať informácie o pohybe oka na základe zmien v odrazoch. Zariadenia na sledovanie očí založené na videu zvyčajne používajú odraz rohovky (prvý Purkyňov obraz) a stred zreničky ako prvky na sledovanie v čase. Citlivejší typ sledovača očí, duálny Purkyňov sledovač očí, používa ako prvky na sledovanie odrazy z prednej časti rohovky (prvý Purkyňov obraz) a zadnej časti šošovky (štvrtý Purkyňov obraz). Ešte citlivejšou metódou sledovania je zobrazenie prvkov z vnútra oka, ako sú cievy sietnice, a sledovanie týchto prvkov pri otáčaní oka. Optické metódy, najmä tie, ktoré sú založené na videozázname, sa široko používajú na sledovanie pohľadu a sú obľúbené, pretože sú neinvazívne a lacné.
Tretia kategória využíva elektrické potenciály merané pomocou kontaktných elektród umiestnených v blízkosti očí. Najbežnejším variantom je elektrookulogram (EOG), ktorý je založený na skutočnosti, že oko má stály elektrický potenciál, pričom rohovka je pozitívna vzhľadom na sietnicu. Tento potenciál však nie je konštantný a jeho kolísanie spôsobuje, že EOG je trochu nespoľahlivý na meranie pomalých pohybov očí a pevných pozícií pohľadu. EOG je najužitočnejší na meranie rýchlych, sakadických pohybov očí spojených so zmenami pohľadu a je metódou voľby na meranie REM počas spánku.
Sledovanie očí vs. sledovanie pohľadu
Zariadenia na sledovanie očí nevyhnutne merajú natočenie oka vzhľadom na merací systém. Ak je merací systém namontovaný na hlave, ako je to pri EOG, merajú sa uhly oko – hlava. Ak je merací systém namontovaný na stole, ako je to pri sklerálnych vyhľadávacích cievkach alebo kamerových systémoch namontovaných na stole („vzdialených“), merajú sa uhly pohľadu.
V mnohých aplikáciách sa poloha hlavy fixuje pomocou skusnej tyče, podpery na čelo alebo niečoho podobného, aby poloha očí a pohľadu bola rovnaká. V iných prípadoch sa hlava môže voľne pohybovať a pohyby hlavy sa merajú pomocou systémov, ako sú magnetické alebo video sledovače hlavy.
V prípade sledovacích zariadení na hlave sa poloha a smer hlavy pridávajú k smeru oka v hlave, aby sa určil smer pohľadu. Pri systémoch namontovaných na stole, ako sú vyhľadávacie cievky, sa smer hlavy odčíta od smeru pohľadu, aby sa určila poloha oka v hlave.
Štúdiám mechanizmov a dynamiky otáčania očí sa venuje veľké množstvo výskumov, ale cieľom sledovania očí je najčastejšie odhadnúť smer pohľadu. Používateľov môže zaujímať napríklad to, aké vlastnosti obrazu priťahujú oko. Je dôležité uvedomiť si, že sledovanie očí neposkytuje absolútny smer pohľadu, ale môže merať len zmeny smeru pohľadu. Aby sme presne vedeli, na čo sa subjekt pozerá, je potrebný určitý kalibračný postup, pri ktorom sa subjekt pozerá na bod alebo sériu bodov, zatiaľ čo zariadenie na sledovanie očí zaznamenáva hodnotu, ktorá zodpovedá každej polohe pohľadu. (Dokonca ani techniky, ktoré sledujú vlastnosti sietnice, nemôžu poskytnúť presný smer pohľadu, pretože neexistuje žiadna špecifická anatomická vlastnosť, ktorá by označovala presný bod, kde sa zraková os stretáva so sietnicou, ak takýto jediný stabilný bod skutočne existuje.) Presná a spoľahlivá kalibrácia je nevyhnutná na získanie platných a opakovateľných údajov o pohyboch očí, čo môže byť v prípade neverbálnych subjektov alebo subjektov s nestabilným pohľadom značný problém.
Každá metóda sledovania očí má svoje výhody a nevýhody a výber systému sledovania očí závisí od nákladov a použitia. Existuje kompromis medzi cenou a citlivosťou, pričom najcitlivejšie systémy stoja mnoho desiatok tisíc dolárov a na ich správnu prevádzku sú potrebné značné odborné znalosti. Pokrok v počítačovej a video technológii viedol k vývoju relatívne lacných systémov, ktoré sú užitočné pre mnohé aplikácie a pomerne ľahko sa používajú. Interpretácia výsledkov si však stále vyžaduje určitú úroveň odborných znalostí, pretože nesprávne nastavený alebo zle kalibrovaný systém môže poskytnúť veľmi chybné údaje.