Eye Tracking - Grundlagen und Anwendngsmöglichkeiten am Beispiel von ausgewählten Online-Reisebuchungsdienstleistern

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1 Medien Robert Sega / Peter Stark Eye Tracking - Grundlagen und Anwendngsmöglichkeiten am Beispiel von ausgewählten Online-Reisebuchungsdienstleistern Studienarbeit

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3 Eye-Tracking - Grundlagen und Anwendungsmöglichkeiten am Beispiel von ausgewählten Online- Reisebuchungsdienstleistern Robert Sega & Peter Stark Große Studienarbeit Studiengang Informationswirtschaft Hochschule der Medien, Stuttgart Bearbeitungszeitraum: bis Stuttgart, den 31. Juli 2006

4 2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... 2 Abbildungsverzeichnis... 5 Tabellenverzeichnis... 8 Abkürzungsverzeichnis Einführung Einleitung Grundlagen des visuellen Systems Anatomie des Auges Kinematik von Augenbewegungen Das dominante Auge Augenbewegungen Arten von Augenbewegungen Augen- und Blickbewegungen Parameter der Augen- und Blickbewegungen Parameter der Sakkaden Parameter der Fixationen Parameter der Aufeinanderfolge von Fixationen und Sakkaden Blickregistrierungsverfahren Geschichtliche Entwicklung der Blickbewegungsregistrierung Anforderungen an Systeme zur Registrierung von Augenbewegungen Erfassungstypen von Augenbewegungen Subjektive Erfassung Getrennte Erfassung horizontaler und vertikaler Bewegungen Videobasierte Erfassung und Bildbearbeitung Kalibration Ablauf der Blickmessung - Step-by-Step Alternative Methoden zur Erfassung der Blickbewegung Restricted-Focus-Viewer Site-Converting Attention-Tracking Klassische Blickmessung vs. Attention-Tracking Anwendungsmöglichkeiten des Eye-Trackings... 70

5 3 4.1 Neurologie und Psychologie Aufmerksamkeit Visuelle Suche Visuelle Wahrnehmung von Bildern Problemlösung Neurophysiologische Untersuchungen Lesen Diagnose von Krankheiten Blinzeln Arbeitswissenschaft und Technik Luftfahrt Autofahrt Visuelle Überwachung und Kontrolle Werbewirtschaft Werbegestaltung: Produktgestaltung Produktpositionierung Werbeplatzierung Computerwissenschaften Augenbasierte Interaktion Blickabhängige Monitore Usability Computer Supported Collaborative Work (CSCW) Praktischer Teil Typische Szenarien für Blickbewegungsuntersuchungen im Themenumfeld Web-Usability Analyse der räumlichen Gestaltung und Wahrnehmung von Elementen Untersuchung der Aufmerksamkeitsverteilung Evaluation der Navigations- und Inhaltsstruktur Bestimmung der Komplexität von Webseiten Technische Ausstattung des Usability Labors an der HdM Einleitung Tobii 1750 Eye-Tracker ClearView Tobii Eye-Tracker Server (TET-S) Subject PC Auswertungsnotebook Laborkameras Beispieluntersuchungen Vorgehensweise Bestimmung der zu untersuchenden Online-Reisebüros... 93

6 Identifikation und Auswahl der Nutzergruppen Auswahl der Probanden Ablauf der Untersuchungen Experiment Ausblick Literaturverzeichnis Anhang

7 5 Abbildungsverzeichnis Abbildung 2: Horizontalschnitt durch das rechte menschliche Auge (aus Grüsser & Grüsser.Cornehls, 1985, S. 179) Abbildung 3: Verteilung von Stäbchen und Zapfen auf der Retina (aus Block, 2002, S. 71) Abbildung 4: Visuelles Modell zur Beschreibung der drei Freiheitsgrade eines optischen Systems im Raum (aus Teiwes, 1991, S. 19) Abbildung 5: (links)augenmuskulatur & (rechts) Bewegungsrichtung (Roche Lexikon Medizin, 1999, aus Schneider & Kurt, 2000, S. 38) Abbildung 6: Visuelle Empfindlichkeiten dreier Versuchspersonen vor, während und nach einer Sakkade (aus Rötting, 2001, S. 16) Abbildung 7: Die main-sequence der Sakkaden (Fischer, 1999, aus Rötting, 2001, S. 97) Abbildung 8: Fixationsdichte bei einer visuellen Suche (Hoffman et al., 1998, aus Rötting, 2001, S. 123) Abbildung 9: vorgeschlagene Prozedur zur Bestimmung von Richtungsänderungen von Sakkaden (Abbildung nach Goldberg & Kotval, 1998, aus Rötting, 2001, S. 134). backtracks sind fett, side steps normal gekennzeichnet. Der entsprechende Winkelbereich ist durch einen Halbkreis dargestellt Abbildung 10: Anzahl der Richtungsänderungen im Blickpfad in Abhängigkeit der vertikalen Höhe des Stimulusmaterial Abbildung nach Mackworth, 1976, aus Rötting, 2001, S. 135) Abbildung 11: Bildung einer konvexen Hüllfläche. Abbildung nach Goldberg & Kotval, 1998, aus Rötting, 2001, S. 136) Abbildung 12: Random Modus (aus Rötting, 2001, S. 144) Abbildung 13: Straified Random Modus (aus Rötting, 2001, S. 144) Abbildung 14: Statistically Dependent Modus (aus Rötting, 2001, S. 144) Abbildung 1: Übersicht über die Entwicklung der Messmethodik für Augenbewegungen (aus Teiwes, 1991, S. 49) Abbildung 22: Schematische Darstellung des EOG (aus Ilg, 2003, S. 17) Abbildung 23: Entstehung des EOG bei Änderung der Blickrichtung (Zipp, 1988, aus Rötting, 2001, S. 43). (b) Platzierung der EOG-Elektroden. Die Elektroden A und a, B und b zeichnen vertikale Bewegungen auf. Die Elektroden C und c, D und d zeichnen horizontale Bewegungen auf. Die (nicht sichtbare) Erdungselektrode ist in der Regel hinter dem Ohr platziert (Schandry, 1989, aus Rötting, 2001, S. 43) Abbildung 24: Platzierung der Elektroden beim EOG (aus Teiwes, 1991, S. 55) Abbildung 25: (a) Modelldarstellung einer Kontaktlinsenspule auf dem menschlichen Auge. (b) Foto einer Kontaktlinsenspule an der Augenoberfläche. ((a) und (b) aus Ilg, 2003, S. 24). (c) Käfig mit einem 3- dimensionalen Spulensystem (aus Duchowski, 2003, S. 5) Abbildung 26: Abbildung 28: Prinzip des Limbusverfahrens (Young, 1975, aus Teiwes, 1991, S. 54) Abbildung 27: Der Bright Pupil Effekt (aus Zhai et al., 1999, S. 5)... 59

8 6 Abbildung 28: Der Dark Pupill Effekt (aus Zhai et al., 1999, S. 6) Abbildung 29: Entstehung und Verschiebung des Corneareflexes bei Rotation des Auges (aus Rötting, 2001, S. 48) Abbildung 30: Beispiel eines Corneareflexes. Das Auge wurde dabei durch eine infrarote Lichtquelle bestrahlt (LC Technolodies, 2003, aus Duchowski, 2003, S. 59) Abbildung 31: Kopfbasiertes Eye-Tracking Apparatur inkl. Steuerungseinheit (aus Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. (DLR), 2006) Abbildung 32: Versuchsperson an einem Infrarot-Okulographen angeschlossen (aus Ilg, 2003, S. 18) Abbildung 33: Kalibration vor und während einer Blickmessung. Ein gerastertes Gitter von Punkten, die am Bildschirm angezeigt werden (Bild rechts) dient dazu, die Augenpositionen (Bild links) auf Punkte am Bildschirm (Bild rechts) zu beziehen (aus Scheier & Heinsen, 2003, S. 157) Abbildung 34: Beispiel für Attention-Tracking: Klickmuster auf Webseiten (aus Scheier & Heinsen, 2003, S. 165) Abbildung 15: Der Scheinwerfer der Aufmerksamkeit. Objekte innerhalb des Scheinwerfers werden vertieft verarbeitet; Objekte außerhalb des Scheinwerfers werden ignoriert (aus Scheier, 2006, S. 6) Abbildung 16: Kanizsa-Bilder: Das Quadrat (links) und das Dreieck (rechts) erscheinen heller als ihre Umgebung. Tatsächlich sind nur vier (links) bzw. drei (rechts) Kreisteile zu sehen (aus Völpel, 2004, S. 29) Abbildung 17: Aufmerksamkeitsverteilung am Beispiel von Bausch & Lomb (aus Tetra Pak GmbH & Co., 2006, S. 6) Abbildung 18: Aufzeichnung des Einkaufsverhaltens und Messung der Blickbewegung mit Hilfe eines Headmounted Eye Trackers (aus Eye Square GmbH, 2006) Abbildung 19: Regal Testing mit Hilfe eines Headmounted Eye Trackers (aus Eye Square GmbH, 2006) Abbildung 20: Virtuelle Darstellung von Regalkonzepten in einem Shop (aus Eye Square GmbH, 2006) Abbildung 21: Auswertung der Messdaten (aus Eye Square GmbH, 2006) Abbildung 35: Usability Labor der HdM Stuttgart. Technische Ausstattung und räumliche Anordnung der einzelnen Elemente (Möbel, Eye-Tracker, etc.) Abbildung 36: Tobii 1750 Eye Tracker auf einem Tisch (aus Tobii Technology, 2004, S. 6) Abbildung 37: Tobii 1750 Eye Tracker an einem Monitorarm befestigt (aus Tobii Technology, 2004, S. 6) Abbildung 38: Auswahl an Online-Reisebüros, die wir unter Berücksichtigung der in Kapitel 5.2 beschriebenen Szenarien experimentell untersuchen Abbildung 39: Segmentierung des privaten Reisemarktes nach Personengruppen Abbildung 40: Bestimmung und farbliche Hervorhebung der AOIs für die Startseite von Travel.ch. Darüber hinaus beinhaltet diese Abbildung -für jedes AOIdie durchschnittliche prozentuale und zeitliche kumulierte Fixationsdauer Abbildung 41: statistische Auswertung der kumulierten Blickverteilung für die Startseite von Travel.ch

9 7 Abbildung 42: Hotspot-Analyse für die Startseite von Travel.ch. Die Blickdichte beschreibt, wie viel visuelle Aufmerksamkeit bestimmte Seitenelemente erhalten. Rote (verlaufend auf gelb und grün) Bereiche werden häufiger betrachtet als die gelben und grünen Bereiche Abbildung 43: Blickpfad von Testperson 1 auf der Startseite von Travel.ch; die grünen Kreise beziehen sich jeweils auf das ganze AOI und beinhalten die Betrachtungsreihenfolge. Diese Abbildung wurde um zwei Tabellen ergänzt. Die links positionierte Tabelle beschreibt für jede Blickpfad- Nummer den dazugehörigen AOI-Bereich sowie die dazugehörende Verweildauer. Die rechts positionierte Tabelle hingegen beinhaltet (für alle AOIs auf der Startseite von Travel.ch) die kumulierte Verweildauer sowie die Anzahl der Refixationen pro AOI Abbildung 44: Bestimmung und farbliche Hervorhebung der AOIs für die Startseite von Terracus.de. Darüber hinaus beinhaltet diese Abbildung -für jedes AOIdie durchschnittliche prozentuale und zeitliche kumulierte Fixationsdauer Abbildung 45: statistische Auswertung der kumulierten Blickverteilung für die Startseite von Terracus.de Abbildung 46: Hotspot-Analyse für die Startseite von Terracus.de. Die Blickdichte beschreibt, wie viel visuelle Aufmerksamkeit bestimmte Seitenelemente erhalten. Rote (verlaufend auf gelb und grün) Bereiche werden häufiger betrachtet als die gelben und grünen Bereiche Abbildung 47: Blickpfad von Testperson 1 auf der Startseite von Travel.ch; die grünen Kreise beziehen sich jeweils auf das ganze AOI und beinhalten die Betrachtungsreihenfolge. Diese Abbildung wurde um zwei Tabellen ergänzt. Die links positionierte Tabelle beschreibt für jede Blickpfad- Nummer den dazugehörigen AOI-Bereich sowie die dazugehörende Verweildauer. Die rechts positionierte Tabelle hingegen beinhaltet (für alle AOIs auf der Startseite von Travel.ch) die kumulierte Verweildauer sowie die Anzahl der Refixationen pro AOI Abbildung 48: Bestimmung und farbliche Hervorhebung der AOIs für die Startseite von Expedia.de. Darüber hinaus beinhaltet diese Abbildung -für jedes AOIdie durchschnittliche prozentuale und zeitliche kumulierte Fixationsdauer Abbildung 49: statistische Auswertung der kumulierten Blickverteilung für die Startseite von Expedia.de Abbildung 50: Hotspot-Analyse für die Startseite von Expedia.de. Die Blickdichte beschreibt, wie viel visuelle Aufmerksamkeit bestimmte Seitenelemente erhalten. Rote (verlaufend auf gelb und grün) Bereiche werden häufiger betrachtet als die gelben und grünen Bereiche Abbildung 51: Blickpfad von Testperson 1 auf der Startseite von Travel.ch; die grünen Kreise beziehen sich jeweils auf das ganze AOI und beinhalten die Betrachtungsreihenfolge. Diese Abbildung wurde um zwei Tabellen ergänzt. Die links positionierte Tabelle beschreibt für jede Blickpfad- Nummer den dazugehörigen AOI-Bereich sowie die dazugehörende Verweildauer. Die rechts positionierte Tabelle hingegen beinhaltet (für alle AOIs auf der Startseite von Expedia.de) die kumulierte Verweildauer sowie die Anzahl der Refixationen pro AOI Abbildung 52: Bestimmung und farbliche Hervorhebung der AOIs für die Startseite von Aidu.de. Darüber hinaus beinhaltet diese Abbildung -für jedes AOI- die durchschnittliche prozentuale und zeitliche kumulierte Fixationsdauer

10 8 Abbildung 53: statistische Auswertung der kumulierten Blickverteilung für die Startseite von Aidu.de Abbildung 54: Hotspot-Analyse für die Startseite von Aidu.de. Die Blickdichte beschreibt, wie viel visuelle Aufmerksamkeit bestimmte Seitenelemente erhalten. Rote (verlaufend auf gelb und grün) Bereiche werden häufiger betrachtet als die gelben und grünen Bereiche Abbildung 55: Blickpfad von Testperson 1 auf der Startseite von Travel.ch; die grünen Kreise beziehen sich jeweils auf das ganze AOI und beinhalten die Betrachtungsreihenfolge. Diese Abbildung wurde um zwei Tabellen ergänzt. Die links positionierte Tabelle beschreibt für jede Blickpfad- Nummer den dazugehörigen AOI-Bereich sowie die dazugehörende Verweildauer. Die rechts positionierte Tabelle hingegen beinhaltet (für alle AOIs auf der Startseite von Aidu.de) die kumulierte Verweildauer sowie die Anzahl der Refixationen pro AOI Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Die verschiedenen Augenmuskeln und ihre jeweiligen Bewegungsfunktionen (aus Mayer, 2006) Tabelle 2: Parameter zur Bestimmung der Anzahl der Sakkaden Tabelle 3: Parameter zur Bestimmung der Sakkaden pro Zeiteinheit Tabelle 4: Parameter zur Bestimmung der Sakkadendauer Tabelle 5: Parameter: zur Bestimmung der kumulierten Übergangszeit Tabelle 6: Parameter zur Bestimmung der Sakkadenlatenz Tabelle 7: Parameter zur Bestimmung der: Sakkadenweite /-höhe/-länge Tabelle 8: Parameter zur Bestimmung der Sakkadengeschwindigkeit Tabelle 9: Parameter zur Bestimmung der Fixationsanzahl Tabelle 10: Parameter zur Bestimmung der relativen Fixationshäufigkeit von Objekten bzw. Regionen Tabelle 11: Parameter zur Bestimmung der gesamten Fixationsmenge Tabelle 12: Parameter zur Bestimmung der Anzahl der Refixationen auf ein Objekt Tabelle 13: Parameter zur Bestimmung des prozentualen Personenanteils, die eine Objekt bzw. eine Region fixieren Tabelle 14: Parameter zur Bestimmung der Fixationen pro Zeiteinheit Tabelle 15: Parameter zur Bestimmung der mittleren Fixationszeit Tabelle 16: Parameter zur Bestimmung der Fixationsdauer Tabelle 17: Parameter zur Bestimmung der kumulierten Fixationsdauer Tabelle 18: Parameter zur Bestimmung des Fixationsortes Tabelle 19: Parameter zur Bestimmung der Fixationsdichte Tabelle 20: Parameter zur Bestimmung des Ortes der ersten Fixation Tabelle 21: Parameter zur Bestimmung der zeitlichen und örtlichen Fixationsdauer Tabelle 22: Parameter zur Bestimmung der Suchzeit Tabelle 23: Parameter zur Bestimmung der Blickpfaddauer... 38

11 9 Tabelle 24: Parameter zur Bestimmung der Blickpfadlänge Tabelle 25: Parameter zur Bestimmung der Richtungsänderung Tabelle 26: Parameter zur Bildung einer konvexen Hüllfläche Tabelle 27: Parameter zur Bestimmung der Übergangshäufigkeit Tabelle 28: Parameter zur Bestimmung der Übergangsdichte Tabelle 29: Parameter zur statistischen Analyse der Übergangshäufigkeiten Tabelle 30: Parameter zur Bildung von Markov Matrizen Tabelle 31: Übersicht über die Verwendbarkeit von Parametern der Augen- und Blickbewegungen für die Analyse der Bedingungen der Mensch-Maschine- Interaktion (aus Rötting, 2001, S. 188) Tabelle 33: Allgemeiner Vergleich: klassische Blickmessung vs. Attention- Tracking (aus Scheier & Heinsen, 2003, S. 165) Tabelle 34: Vergleich: klassische Blickmessung vs. Attention-Tracking unter Bezugnahme von Anwendungsaspekten (aus Usability-Competence-Site, 2006) Tabelle 32: Analyse des Einkaufsverhaltens und der Aufmerksamkeit von Kunden in realen und virtuellen Shops (Eye Square GmbH, 2006) Tabelle 35: Technische Produktdaten des Tobii 1750 Eye-Trackers (aus Tobii Technology, 2004, S. 5) Tabelle 36: Übersicht über die Untersuchbarkeit verschiedener Stimuli bei gleichzeitig synchronisierter Datenaufzeichnung (aus Tobii Technology, 2003, S. 7) Tabelle 37: Übersicht über die Untersuchbarkeit verschiedener Inhaltstypen von Webseiten (Tobii Technology, 2006, S ) Tabelle 38: Überblick über die spezifischen Nutzereigenschaften. Diese jeweiligen Inhalte dieser Tabelle haben exemplarischen Charakter und erheben nicht den Anspruch auf Vollständigkeit Tabelle 39: Merkmale der teilnehmenden Probanden Tabelle 40: Erhebung der Bekanntheit im Hinblick auf die zu untersuchenden Webseiten... 95

12 10 Abkürzungsverzeichnis AOI ARD ASP ca. CCD CSCW D.h. Diss. DLR Area of Interest Arbeitsgemeinschaft der öffentlich-rechtlichen Rundfunkanstalten der Bundesrepublik Deutschland Active Server Pages circa Charge-coupled Device Computer Supported Collaborative Work Das heißt Dissertation Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt E-Commerce electronic Commerce Ed. engl. EOG etc. h HCI HdM Hrsg. HTML IAO GHz i.d.r. I-Frames IROR MFG ms Editor englisch Elektro-Okulografie und so weiter (lat.: et cetera) hours (englisch: Stunde) Human Computer Interaction Hochschule der Medien Herausgeber Hypertext Markup Language Fraunhofer Institut für Arbeitswissenschaft und Organisation Gigahertz in der Regel Das I steht für intra coded picture Infrarot-Okulografie Medien- und Filmgesellschaft Millisekunden

13 11 MS NIR-LEDs o.a. PC PDF pp. s sog. TCP/IP Microsoft Near Infra-Red Light-Emitting Diodes ohne Angabe Personal Computer Portable Document Format Pages Sekunde so genannt Transmission Control Protocol/Internet Protocol Techn. Univ. Technische Universität TET-S TFT u.a. URL USB usw. WWW XP z.b. ZDF Tobii Eye-Tracker-Server Thin Film Transistor unter anderem Uniform Recource Locator Universal Serial Bus und so weiter World Wide Web experience zum Beispiel Zweites Deutsches Fernsehen