Hochschule RheinMain Wiesbaden Fachseminar Prof. Dr.-Ing. Karl-Otto Linn WS 2009 / Eye Tracking

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1 Hochschule RheinMain Wiesbaden Fachseminar Prof. Dr.-Ing. Karl-Otto Linn WS 2009 / 2010 Eye Tracking Melanie Lawani Allgemeine Informatik (B. Sc.) 7.Semester Matr.-Nr melanie.lawani@gmx.de 1

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Was ist Eye Tracking? Augenbewegungen Faktoren, die Eye Tracking beeinflussen Technik früher und heute Funktionsprinzip Auswertung Graphische Darstellung Verwenden von Eye Tracking Was kann ein Eye-Tracking-System leisten? Was kann ein Eye-Tracking-System nicht leisten? Anwendungsgebiete Einsatz in der Medizin Einsatz in der Psychologie Einsatz in der Marktforschung Einsatz in der Informatik Einsatz in der Simulation Einsatz in der Mensch-Maschine-Interaktion Fazit Quellen Literatur Bilder

3 1. Einleitung Diese Ausarbeitung soll einen Einblick in das Thema Eye Tracking ermöglichen. Nach einer Einführung und den Begriffserklärungen wird näher auf die Funktionsweise und die Auswertung von Eye-Trackern eingegangen. Des Weiteren wird die Leistungsfähigkeit von Eye-Trackern betrachtet und es werden einige Einsatzmöglichkeiten erläutert. Zum Schluss folgt eine kritische Betrachtung bezüglich der Leistungsfähigkeit und der Einsatzmöglichkeiten des Eye Trackings. 2. Was ist Eye Tracking? Eye Tracking bedeutet Blickbewegungsregistrierung. Beim Eye Tracking werden die verschiedenen Augenbewegungen einer Person durch technische Hilfsmittel aufgezeichnet und bezüglich unterschiedlicher Fragestellungen ausgewertet. 3. Augenbewegungen Man unterscheidet beim Eye Tracking hauptsächlich die drei folgenden Augenbewegungen: Fixationen, Saccaden und die Veränderung des Pupillendurchmessers. Unter Fixation versteht man die genaue Betrachtung, also die Fixierung, eines Punktes. So kann z.b. festgestellt werden, welchem Teil einer Webseite eine Person besondere Beachtung schenkt. Schnelle Augenbewegungen, also Sprünge von einer Fixation zur anderen, werden als Saccaden bezeichnet. Sie zeigen den Blickverlauf einer Person. Des Weiteren kann durch die Veränderung des Pupillendurchmessers die Erregung einer Person festgestellt werden. 4. Faktoren, die Eye Tracking beeinflussen Die Form und Ausprägung der Augenbewegungen werden durch verschiedene Faktoren beeinflusst. Man unterscheidet dabei zwischen den biologischen Faktoren, den individuellen Faktoren und der Qualität des visuellen Gegenstandes. Die biologischen Faktoren spielen eine wesentliche Rolle. Handelt es sich bei der Testperson z.b. um einen älteren oder jüngeren Menschen? Ist die Testperson müde, steht sie unter Drogeneinfluss oder hat sie einen erhöhten Koffeinspiegel? All diese Fragen müssen beim Ergebnis des Eye Trackings berücksichtigt werden. Die Gewohnheiten einer Person, deren Fähigkeiten und ihr Interesse an dem Beobachteten zählen zu den individuellen Faktoren. Außerdem ist die Qualität des visuellen Gegenstandes von enormer Bedeutung. Handelt es sich z.b. um eine komplexe graphische Darstellung, ist die Betrachtungszeit länger, als bei 3

4 einer einfacheren Darstellung. Auch der Schwierigkeitsgrad eines Textes gehört zu dieser Kategorie der Beeinflussungsfaktoren. 5. Technik früher und heute Früher erforderte das Aufzeichnen der Augenbewegungen unhandliche Apparaturen, die der Testperson auf den Kopf oder vor das Gesicht geschnallt wurden (siehe Abbildung 1). Dadurch war die Person in ihrer Bewegung sehr eingeschränkt, was zu einer unnatürlichen Testsituation führte. Heute gibt es verschiedene komfortablere Aufzeichnungsmethoden. Eine Möglichkeit ist die Auszeichnung der Augenbewegungen durch eine Kamera, die in einer Art Headset - oder einer Brille integriert ist (siehe Abbildung 2). Bei einer anderen Methode ist es möglich die Eye-Tracking-Hardware direkt am Beobachtungsmonitor zu installieren. Die Aufzeichnung der Augenbewegungen funktioniert dann durch Infrarot-Technik ohne Berührung mit der Testperson. Diese Möglichkeit schafft eine sehr natürliche Testatmosphäre für die Person, ist jedoch etwas ungenauer als die Aufzeichnung mit einem Headset. Abbildung 1, Quelle: Abbildung 2, Quelle: 4

5 6. Funktionsprinzip Zuerst muss das Eye-Tracking-Gerät am Monitor befestigt bzw. die Eye-Tracking- Konstruktion aufgesetzt werden. Anschließend wird der vom jeweiligen Gerät ausgehende schwache Infrarotstrahl auf die Augen gerichtet und kalibriert. Der Infrarotstrahl fällt durch die Pupille auf die Netzhaut und wird wieder reflektiert (siehe Abbildung 3). Eine Videokamera zeichnet dann das Bild der Augen auf. Dabei werden sowohl die Pupillen als auch die Reflexpunkte des infraroten Lichts auf der Hornhaut aufgezeichnet. Abbildung 3, Quelle: 7. Auswertung Zur jeweiligen Hardware gehört eine passende Software. Diese errechnet dann aus dem relativen Abstand von Pupillen und Hornhautreflex die Augenbewegungen. Aus diesen Daten lassen sich exakte Fixationsfolgen, Saccadenbewegungen, Pupillendurchmesser und Betrachtungszeiträume rekonstruieren und analysieren Graphische Darstellung Die Ergebnisse der Analyse werden zur besseren Visualisierung häufig graphisch Dargestellt. Dabei werden die Fixationen als Kreis dargestellt. Je länger ein Punkt betrachtet wurde, desto größer wird der Radius des Kreises. Saccarden werden als Verbindungslinien zwischen den Kreisen dargestellt (siehe Abbildung 4). Die Ergebnisse können außerdem noch durch eine Art Wärmebild dargestellt werden, bei dem farblich gekennzeichnet ist, welchen Bildbereichen der Proband die meiste Aufmerksamkeit geschenkt hat (siehe Abbildung 5). Weitere Auswertungen bezüglich der Pupillengröße können erfolgen. So können sich weitende Pupillen z.b. zeigen, dass die Testperson etwas Unerwartetes gesehen hat. 5

6 Abbildung 4, Quelle: Abbildung 5, Quelle: 8. Verwenden von Eye Tracking Bevor man Eye Tracking verwendet sollte man kritisch hinterfragen, was ein Eye-Tracking- System leisten kann und was nicht. Außerdem sollte man sich darüber im Klaren sein, was man mit Eye Tracking erreichen bzw. beweisen möchte Was kann ein Eye-Tracking-System leisten? Mit Hilfe von Eye Tracking kann nachgewiesen werden, dass auf den Bildschirm geschaut wird, etwa beim Laden einer Webseite. Durch die Analyse der Anzahl und Dauer von Fixationen und Saccaden ist es möglich zu zeigen, ob ein Nutzer einen Text liest oder ob er eine Seite nur überfliegt. Außerdem kann durch die graphische Darstellung herausgefunden werden, welche Bildschirmbereiche besonders beachtet werden. Weiterhin gibt die Veränderung des Pupillendurchmessers Aufschluss darüber, ob die Testperson unbekannte bzw. irrelevante oder erwartete Begriffe und Bereiche erfasst hat, nach denen sie Ausschau gehalten hat. An Hand der gewonnenen Daten lassen sich Strategien sowie die Art und Weise der Anwendung verschiedener Nutzer miteinander vergleichen. 6

7 8.2. Was kann ein Eye-Tracking-System nicht leisten? Man kann nicht nachweisen, ob eine Person das Gesehene wirklich bewusst wahrnimmt, denn es ist möglich Dinge mit dem Blick zu fixieren und sich in Gedanken mit etwas anderem zu beschäftigen. Hingegen ist es genauso möglich, etwas nicht zu fixieren, aber trotzdem im Augenwinkel wahrzunehmen. Außerdem wird das Sehen zu erheblichen Teilen vom Gehirn gesteuert. So wird von einer Person z.b. unbewusst an die Stelle geschaut, an der vom Gehirn etwas Neues erwartet wird. Die Methode des Eye Tracking ist zudem auf eine quantitative Funktion beschränkt, d.h. nur die Feststellung, dass die Testperson bei einer Webseite z.b. zuerst die Kopfzeile betrachtet, lässt noch keine qualitativen Rückschlüsse zu, warum dies der Fall ist. 9. Anwendungsgebiete Eye Tracking findet in den verschiedensten Gebieten Anwendung. Hautsächlich jedoch in der Medizin, der Informatik und der Marktforschung. Doch auch im Gebiet der Mensch-Maschine-Interaktion gewinnt Eye Tracking immer mehr an Bedeutung. In den folgenden Abschnitten werden einige Einsatzmöglichkeiten genauer erläutert Einsatz in der Medizin Anwendung findet das Eye Tracking in der Medizin z.b. beim Lasern der Augen bei Fehlsichtigkeit. Da das Auge immer kleine unwillkürliche Bewegungen macht, ist es wichtig von einem Eye-Tracker zu prüfen, dass der Laser die Hornhaut auch an der geplanten Stelle behandelt. Vom Eye-Tracker wird die Augenbewegung überwacht, sodass der Laser nachgeführt- oder gegebenenfalls abgeschaltet wird bis das Auge wieder die richtige Position hat Einsatz in der Psychologie In der Psychologie begrenzt sich der Einsatz von Eye Tracking vor allem auf die Bildwahrnehmung und die Bewegungswahrnehmung sowie für die Trainingsanalyse um den Lernfortschritt von Patienten festzustellen Einsatz in der Marktforschung In der Marktforschung wird Eye Tracking verwendet, um Werbung und Verpackungen zu analysieren. Werbung kann so z.b. auf Internetseiten gezielt in bestimmten Bereichen positioniert werden, die von Nutzern nachweislich oft betrachtet werden. 7

8 9.4. Einsatz in der Informatik In der Informatik wird Eye Tracking bei Usability-Tests zur Qualitätssicherung verwendet. So sollen in Tests z.b. Fehler und Schwachstellen im Design und in der Navigation aufgedeckt werden. Zu diesen Zwecken werden Tests durchgeführt, in denen Eye Tracking zum Einsatz kommt. Häufig werden die Testpersonen zusätzlich gebeten laut zu denken, also auszusprechen, welche Absichten sie haben und welches Ziel sie gerade verfolgen Einsatz in der Simulation Simulationen gewinnen im Einsatz für Eye-Tracker immer mehr an Bedeutung. So z.b. in Fahrsimulationen und virtuellen Umgebungen. Auch könnten 3D-Spiele in Zukunft Eye Tracking nutzen Einsatz in der Mensch-Maschine-Interaktion Im Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion können Eye-Tracker als Augenmaus zur Computersteuerung für körperlich beeinträchtigte Menschen dienen. Dabei repräsentiert meist der Cursorpunkt den Blickpunkt. Eine Interaktion wird dann durch eine Fixation auf ein Objekt ausgelöst. 10. Fazit Eye Tracking erfasst nur die bewusste-, nicht jedoch die gesamte Wahrnehmung. Deshalb sollte man genau abwägen, in welchem Bereich es sinnvoll ist, Eye Tracking einzusetzen. Im Bereich der Marktforschung sollte Eye Tracking meiner Meinung nach eher kritisch betrachtet werden, da mit Eye Tracking keine Ergebnisse erzielt werden können, die für die Marktforschung aussagekräftig genug sind. Vor allem wird sich der Mensch vermutlich den Strategien der Marktforschung anpassen und auch auf gezielt platzierte Werbung nicht mehr achten. In der Medizin hingegen halte ich Eye Tracking für notwendig und auch sinnvoll, denn es hilft Menschen vor Verletzungen zu schützen. Auch zur Unterstützung körperlich beeinträchtigter Menschen sollte Eye Tracking aus meiner Sicht weiterhin verwendet werden, da es zur Verbesserung ihrer Lebensqualität beiträgt. 11. Quellen Literatur Bilder Abbildung1: 8

9 Abbildung2: r file.tmp/eye_tracking.jpg Abbildung3: Abbildung4: Abbildung5: 9