Eye-Tracking in Usability-Studien. Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH

Eye-Tracking in Usability-Studien Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH

Inhalt Einführung und Funktionsweise Theoretischer Hintergrund Anwendungsgebiete Ausblick Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 2

Ergoneers Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 3

Ergoneers Simulationand Labsolutions Sensors Hardware (e.g. Dikablis Eye- Tracking) Tool- and Full Service Provider for Ergonomic and Behavioral research D-Lab Process- Software Consulting In-house and On-site

1. Einführung und Funktionsweise Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 5

Blickbewegungsmessung Was ist Eye-Tracking? Eye-Tracking (zu dt. Blickerfassung) ist das Aufzeichnen der hauptsächlich aus Fixationen (Punkte, die man genau betrachtet) und Sakkaden (schnellen Augenbewegungen) bestehenden Blickbewegungen einer Person. Als Eye-Tracker werden Geräte und Systeme bezeichnet, welche die Aufzeichnung vornehmen und eine Analyse der Blickbewegungen ermöglichen. Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 6

Blickbewegungsmessung Klassifizierung Interaktiv Bewertung Eye-Tracking Anwendungen Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 7

Blickbewegungsmessung Klassifizierung Head-Mounted Remote Eye-Tracking Systeme Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 8

Eye Tracking aktuell Head-Mounted Dikablis Glasses Tobii Glasses SMI Glasses ASL Glasses Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 9

Eye Tracking aktuell Remote Tobii X2-60 facelab SmartEye Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 10

Eye Tracking Funktionsweise Umgebungskamera Augenkamera Blickvideo Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 11

2. Theoretischer Hintergrund Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 12

Eye-Tracking Internationale Standards EN ISO 15007-1 ISO/TS 15007-2 Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 13

Eye-Tracking Internationale Standards EN ISO 15007-1 Definiert Begriffe und Kennwerte zur Bewertung von Blickverhalten im Fahrzeug Für die Bewertung von Fahrerassistenz- und Infotainmentsystemenen Kann auch für allgemeine Bewertung von Fahrerblickverhalten verwendet werden Nicht für die Bewertung von Head-Up Displays (mangelnde Genauigkeit) ISO/TS 15007-2 Gibt Hinweise bzgl. Equipment und Prozedur, die in der praktischen Anwendung verwendet werden können Gibt Anweisungen zur Interpretation der Kennwerte Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 14

Begriffsdefinitionen (EN ISO 15007-1) Fixation: Ausrichtung der Augen, so dass das Bild des fixierten Zieles für eine bestimmte Zeit auf die Fovea fällt (die Mitte der Netzhaut, die für das zentral scharfe Sehen zuständig ist) Sakkade: kurze Bewegung der Augen zwischen den Fixationen Blickfolgebewegung: ruhige, kontinuierliche Bewegung der Augen, die einem sich bewegenden Objekt oder Signal folgen/ verfolgen Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 15

Begriffsdefinitionen (EN ISO 15007-1) Blick: Beibehaltung des Blickfeldes innerhalb eines Interessengebietes, begrenzt durch den Umfang des Interessengebietes, das ggf. von mehr als einer Fixation und Sakkade zu und von ihm umfasst wird. Seine Dauer wird als Blickdauer gemessen. Interessensgebiet (AOI Area of Interest): vorbestimmtes Gebiet innerhalb der visuellen Szenerie, z. B. ein Rückspiegel Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 16

Beispiel zum Blickwechsel: Fahrszene zentrales Display - Fahrszene A = Fahrszene B= zentrales Display Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 17

Dauer der Ablenkung Übergangszeit für Blickübergang Blickdauer Verweildauer Übergangszeit für Blickübergang Fahrszene A Zentrales Display B F2 S2 F3 S3 F4 S4 F5 S5 F6 Zeit Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 18

Begriffe (EN ISO 15007-1) Blickdauer: Zeitspanne, beginnend mit dem Zeitpunkt, von dem an sich der Blick auf ein Ziel (z. B. den Innenspiegel) hin bewegt, bis zu dem Moment, zu dem er sich wieder davon abwendet Dauer der Ablenkung: Zeitspanne der Blickdauer in Verbindung mit dem Blickwechsel weg von einem Ziel zu einem anderen Ziel (z.b. Verkehrsblindzeit ) Verweildauer: Summe der aufeinander folgenden Fixationen und Sakkadendauern eines Ziels während eines einzelnen Blickes Übergangszeiten: Erhöhte Übergangszeiten sind ein Zeichen für eine reduzierte Möglichkeit der Informationsaufnahme Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 19

Areas of Interest = AOI 1 = AOI 2 = AOI 3 Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 20

AOI based metrics number of glances count of glances to an area of interest (or set of related Areas of Interest) during a condition, task, subtask or sub-subtask. Unit [glances] EXAMPLE: 9 glances total glance time summation of all glance durations to an area of interest (or set of related Areas of Interest) during a condition, task, subtask or sub-subtask Total glance time = (glance duration1, glance duration2,..., glance duration n) unit [s] EXAMPLE: 17,88 s mean glance duration mean duration of all glance durations to an area of interest (or set of related Areas of Interest) during a condition, task, subtask or sub-subtask Mean glance duration = (Total Glance Time)/(Number of glances) during a condition, task or subtask; unit [s] EXAMPLE: 1,28 s Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 21

Interpretation der Kennwerte Hinweis When drawing conclusions about visual behaviour and driver workload, users should examine multiple visual metrics. Beispiel 1 Glance frequency and mean glance duration may be traded off within a fixed sample interval. That is, very long glance durations (indicative of high workload demand) may be associated with fewer rather than more glances. Thus it is important to consider the two measures together, especially if the sample interval is fixed rather than allowed to reflect task completion time. Beispiel 2 When comparing the speed gauge in a head up display (HUD) with a conventional speedometer in the instrumental cluster one may find that subjects have a higher number of glances and a higher glance frequency to the speed gauge in the HUD than to the speedometer in the instrumental cluster. When only taking into account those two metrics this might lead to the conclusion that the HUD is more distracting. When also taking into account that the mean glance duration to the HUD is shorter than to the instrumental cluster and that the total glance time to both areas of interest for the same time interval is the same one will draw the conclusion that subjects control their speed more often with the HUD without being more distracted which leads to an increase in safety. Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 22

AOI based metrics glance rate number of glances per unit of time with which the glance is in an area of interest (or set of related Areas of Interest) during a condition, task, subtask or sub-subtask, where each glance is separated by at least one glance to a different area of interest Glance rate = (Number of glances)/(duration of condition, task, subtask or sub-subtask); unit [1/s] EXAMPLE: 0,53 1/s Area of Interest glance ratio ratio representing the percent of time glances are within an area of interest (or set of related Areas of Interest) during a condition, task, subtask or sub-subtask Area of Interest attention ratio = (glance duration1, glance duration2,..., glance duration n)/ ( duration of condition, task, subtask or sub-subtask) * 100%; unit [%] EXAMPLE: 53,47 % maximum glance duration the longest glance duration to an area of interest (or set of related Areas of Interest) during a condition, task, subtask or sub-subtask Maximum glance duration = max [glance duration1, glance duration2,..., glance duration n]; unit [s] EXAMPLE: 2,12 s Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 23

Arten der Auswertung Manuelle Auswertung: Zählen der Frames, Zeitstempel notieren Automatisierte Auswertung mit Markern: AOIs einzeichnen, Rechner automatisiert auswerten lassen Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 24

Blickdatenvisualisierung z.b. HeatMap Visualisierung der Blickhäufigkeiten und Verweildauern Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 25

3. Anwendungsgebiete Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 26

Anwendungsfelder Architecture/Buildings/ Exhibitions Medical Science Usability/Ergonomics Marketing Research Point of Sales Sports Psychology Driving Science Aeronautic Science Virtual Environments Factory Planning and Design Control Rooms Design Clinics Behavioural Science Source: BMW.de Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 27

Blickbewegungsmessung - Beispiele Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 28

Anwendungsbeispiel Konzeptvergleich Abgesetzter Controller Touchscreen Touchscreen Abgesetzter Controller

Ergebnisse - Blickkennwerte Task Duration Total Glance Time Number of Glances

Ergebnisse - Blickkennwerte Mean Glance Duration AOI Glance Ratio

Bedienkonzeptvergleich Ofenbedienung A Mechanischer Toggler B Sensor Touch Interface C Drehknöpfe & Touch D Drehknopf & Highend Knopf E Aktuelle Lösung (Sensor Touch Elemente: rot / Mechanische Elemente: blau)

Aufnahme von Blickverhalten und Bedienleistung beim Durchführen von vorgegebenen Aufgaben; z.b. Lufttemperatur auf 180C, Dauer 45 min., Endzeitpunkt: 19 Uhr Bedienleistung: Bediendauer Blickdaten: Blickverteilung, Eye Catcher, Blindbedienbarkeit Subjektive Bewertung durch AttrakDiff Fragebogen

Hedonic Quality (stimulating) Ergebnisse - AttrakDiff 7 5 3 to selforientated 3. 2. 1. selforientated D E neutral C A desired B actionoriented 1. 2. 3. B C A D 1. 2. unnecessary to actionoriented 1 3 5 7 E 3. Pragmatic Quality (functional, useful)

Ergebnisse - Bedienleistung Mi#lere Aufgabendauer Sekunden 450 400 350 300 250 200 150 2min 37sek + 2min 21sek 3min 40sek 4min 16sek 4min 47sek 100 50 0 157,63 141,70 220,78 256,73 287,75 Variante A Variante B Variante C Variante D Variante E Varianten A und B können signifikant schneller bedient werden als D und E

Ergebnisse - Blindbedienbarkeit Mi#lere Anzahl an Blickwechseln zwischen Display und Bedienelement bei Einstellen von Temperatur und Dauer Anzahl der Wechsel 45 40 35 30 25 20 15 10 5 17,53 25,47 18,20 17,29 21,80 0 Variante A A Variante B B Variante C C Variante D D Variante E E Eye-Tracking zeigt, dass Variante B ohne haptische Rückmeldung schlecht blindbedienbar ist

Ergebnisse - Blickverteilung Prozentualer Blickanteil auf Display und Bedienelement beim Einstellen von Temperatur und Dauer Percentage 100 80 60 40 20 16,00 21,16 16,00 12,45 13,51 80,69 72,76 79,33 81,85 79,69 0 A B C D E Variante A Variante B Variante C Variante D Variante E Display InteracBon Bedienelement Device Eye-Tracking zeigt, dass der Sensor Touch Devices ohne haptische Rückmeldung von Variante B die Aufmerksamkeit in Richtung Eingabeelement verlagert

Ergebnisse - Zusammenfassung + + + A + B C D AttrakDiff: Variante B ist die am meisten gewünschte, C und A sind am zweitbeliebtesten, D erreicht hohe hedonische Qualität ist aber nicht gut zu bedienen Bediendauer: kürzeste Bediendauern mit der Pfeil-Navigation (Varianten A + B) Blickwechsel: erhöht beim Sensor Touch Interface von Variante B (nicht blindbedienbar) Aber: aufgrund der single task Situation hat dies keinen negativen Einfluss auf die Bedienleistung Variante B ist die beste Lösung (und nebenbei in der Herstellung am günstigsten)

Weitere Verbesserungen Bedienelement zum Aktivieren der Listenauswahl aus Designgründen unterhalb des Displays angebracht Probanden haben dies nicht erwartet und haben das Bedienelement deswegen dort nicht gefunden Bedienelement muss nach rechts unter die Pfeil-Navigation verschoben werden

Evaluation eines haptischen Touchpads Für die Infotainmentbedienung im Fahrzeug Fragestellung: Erleichtert ein haptisches Touchpad die Bedienung eines Infotainmentsystems im Fahrzeug?

Funktionsweise Radio Menu Touchpad

Weitere Verbesserungen 1:01 0,39 1,17 0:43 0,32 0,99 23 31 Bediendauer Spurabweichung Mittlere Blickdauer Anzahl Blicke HapticTouchpad Touchpad Haptisches Touchpad führt zur weniger und kürzeren Blicken weg von der Fahraufgabe, weniger Einfluss auf die Fahraufgabe und kürzeren Bediendauern

4. Ausblick Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 47

Ausblick Genereller Trend in Richtung Entwicklung und Bewertung im VR Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 48

Ausblick Integration von Eye-Tracking in Head-Mounted Displays Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH 49

Funktionsweise Computer Motion Tracking Software Motion Capturing Cameras Rechner der die VR Welt zeigt und Objekte highlighted wenn sie angeblickt werden Position & Orientierung Orientierung HMD Bild Computer mit VR Software HMD Bild grabben x- and y-fixationskoordinaten in HMD Bildschirmkoordinaten Eye-Cam Video(s) Computer mit D-Lab Eye-Tracking VR Software Monitor, der das virtuelle Bild samt Fixationskreuz zeigt 50 Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH

Demovideo Dr. Martin Gründl, Ergoneers GmbH

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!