Применение айтрекеров для юзабилити-исследований ПО в GNU Linux (Анастасия Маркина, OSSDEVCONF-2017)

Короткая ссылка: 20170923A

Докладчик: Анастасия Маркина

Представлен анализ технологии окулографии с учетом физиологических и психологических особенностей человека, а также возможные пути использования современных окулографических устройств (айтрекеров) для отслеживания направления взгляда пользователей Linux-систем.
Обсуждаются особенности и степень работоспособности программных и аппаратных реализаций.
Приводится схема эксперимента, использованная авторами для исследований взаимодействия пользователя с графическими приложениями в GNU/Linux. Выведены ограничения использования, особенности анализа результатов на основе интерпретации визуальной информации.

Видео

on youtube

Посмотрели доклад? Понравился? Напишите комментарий! Не согласны? Тем более напишите.

Презентация

Thesis

Особенности окулографических исследований

Окулография или айтрекинг — это анализ движения взгляда пользователя, зон визуальной фокализации, на которых концентрируется взгляд, а в более узком смысле — определение точки пересечения оптической оси глазного яблока и наблюдаемого на экране объекта. В отличие от других методик UI-тестирования, в этом случае испытуемые не комментируют свои действия. Поскольку окулографические исследования позволяют избежать искажений, вызванных вербализацией, они достаточно актуальны при исследовании эргономики графических приложений.

В устройстве современных айтрекеров обычно используются цифровые камеры, которые снимают с высокой частотой кадров глаза пользователя и регистрируют их движения. Айтрекер монтируется на голову испытуемого, либо располагается в поле зрения стационарно и автоматически отслеживает движения головы.

Можно выделить следующие направления применения айтрекера в задачах оценки эффективности человеко-машинного взаимодействия:

определение причин UX-проблем, связанных с заметностью элементов, точками фокуса внимания, ментальной нагрузкой и отвлечением внимания;
определение особенностей поведения пользователей: стратегий визуального поиска, паттернов чтения и сканирования;
сравнение нескольких дизайнерских решений (в сочетании с другими видами тестирования: анкетированием, биометрической оценкой и др.).

Возможности применения в GNU/Linux

Разработчики, желающие выполнить тестирование ПО для GNU/\-Linux с помощью айтрекера, имеют несколько вариантов действий. Наиболее бюджетный вариант — использование программного решения. Несколько свободных проектов (различной степени завершённости и кроссплатформенности) реализуют распознавание лица и глаз пользователя с помощью веб-камеры: eviacam, TrackEye, WebGazer.js. Хотя их можно использовать для отслеживания направления взгляда^[1], на результат существенно влияют такие ограничения веб-камеры, как частота кадров, эффективная точность позиционирования взгляда (вдвое меньше разрешения камеры), ограничения в распознавании поворота головы. На противоположном конце шкалы находятся профессиональные айтрекеры, рассчитанные на исследовательские лаборатории с большим бюджетом. Некоторые из них являются Linux-совместимыми (предоставляют драйвера либо позволяют получать данные по сети). Однако существует компромиссное решение — использование их аналогов, ориентированных на сферу развлечений, которые позволяют добиться точности, достаточной для решения ряда исследовательских задач^[2]^[3]

Айтрекеры этой последней категории, производимые компанией Tobii, использовали совместно с GNU/Linux и авторы настоящей работы.

Айтрекеры Tobii делятся на дорогостоящую профессиональную серию Tobii Pro и устройства потребительского сегмента, для которых производитель изначально разработал два вида SDK: низкоуровневый кроссплатформенный Gaze SDK и более простой в применении EyeX SDK. Авторами опробованы два айтрекера, Tobii REX (совместимый с Gaze) и Tobii EyeX. Оба айтрекера — компактные устройства, размещаемые непосредственно под дисплеем ноутбука либо ПК и подключаемые к интерфейсу USB 3.

К сожалению, Gaze SDK объявлен устаревшим, и компания Tobii энергично занимается избавлением пользователей от возможности какого-либо доступа к его кросс-платформенным вариантам в результате таинственного разочарования в собственном ПО. Взамен Gaze SDK Tobii предлагает новый вариант, Core SDK 2017 г. выпуска, в котором заявлена совместимость с~GNU/Linux и MacOS. Однако на текущий момент распространяются только его Windows-версии.

В результате, на текущий момент единственной работоспособной схемой отслеживания взгляда Linux-пользователей является следующая. В состав рабочего места входят два компьютера: ПК1, работающий под управлением MS Windows нужной версии, и ПК2 с Linux и ПО для тестирования. Айтрекер закрепляется на корпусе ПК2 так, чтобы распознать лицо оператора, но электрическое подключение айтрекера выполняется к разъему USB3 ПК1. На ПК1 выполняется калибровка и приём данных, а пользователь находится перед ПК2 и выполняет тестовые задания. Возможны две разновидности данной схемы:

применяются два ноутбука — например, поставленные «встык», как показано на рис. слева. Схема предусматривает два посадочных места: экспериментатора, и подопытного, выполняющего тестовые задания.
ПК1 подключен к сети в режиме сервера, и может не иметь дисплея (headless mode). Изображение с ПК1 через клиент удалённого доступа поступает в отдельное графическое окно, отображаемое на дисплее ПК2.

Заметим, что очевидное решение с помещением MS Windows в виртуальную машину является проблематичным из-за требований Tobii к версии и пропускной способности шины USB.

Специфика интерпретации результатов

Результатом работы айтрекера является массив координат, соответствующих положению взгляда в различные моменты времени. При его интерпретации необходимо учитывать разницу между периферическим и центральным зрением. Центральное зрение предоставляет информацию о мелких деталях изображения, но охватывает достаточно малую часть поля зрения. В результате информация поступает с помощью зрительной выборки, а периферическое зрение указывает центральному на следующую точку фокусировки взгляда^[4].

Фактически, взгляд перемещается быстрыми скачками (саккадами) с короткими паузами между ними (фиксациями). Так, при работе с текстом за одну саккаду считывается 7 -- 9 букв, а продолжительность фиксации составляет около 250 миллисекунд, но восприятие распространяется на вдвое большее число букв из-за участия периферического зрения^[5]

Применение айтрекеров для юзабилити-исследований ПО в GNU-Linux-Саккады при работе с текстом.png

При исследовании движений глаз анализируется только центральное зрение, а периферическое не учитывается. Поэтому при интерпретации результатов важно избегать «ошибки выжившего»: например, если взгляд часто фиксируется на каких-то элементах управления, это может быть свидетельством не их востребованности и удачного расположения, а временного сбоя когнитивных процессов, вызванного связанной с ними информационной перегрузкой.

В общем случае при проведении UX-исследований с использованием айтрекера учитывают такие параметры:

число фиксаций;
длительность каждой фиксации;
время до первой фиксации;
длительность первой фиксации;
общее число фиксаций;
сколько было фиксаций до посещения зоны интереса;
общее время фиксаций.

Наглядная визуализация результатов отслеживания взгляда предусматривает два варианта:

построение тепловой карты, подсвечивающей части рабочего окна программы в зависимости от интенсивности фиксации взгляда (разновидность — «туманная карта», скрывающая части изображения, не привлекавшие внимание пользователя);
построение карты перемещения взгляда во времени.

В обоих случаях это предполагает наложение соответствующей карты на изображение, с которым работал пользователь, либо на результат видеопротоколирования. При обработке в GNU/Linux для построения тепловых карт по координатам удобно использовать математические пакеты общего назначения (например octave), а в случае карты перемещения взгляда — ПО отрисовки графов (graphviz).

Примечания и ссылки

Про участие непрограммистов в проектах СПО

↑ Semmelmann K., Weigelt S. Online webcambased eye tracking in cognitive science: A first look // Behav. Res. 2017. [1]
↑ Titz J., Scholz A., Sedlmeier P. Comparing eye trackers by correlating their eyemetric data // Behav. Res. 2017. [2].
↑ Gibaldi A. et al. Evaluation of the Tobii EyeX Eye tracking controller and Matlab toolkit for research // Behav. Res. V. 49, 2017. P.923—946.
↑ Ludwig C.J.H., Davies J.R., Eckstein M.P. Foveal Analysis and Peripheral Selection during Active Visual Sampling. // Proc. of the National Academy of Sciences of the USA. V. 111(2), 2014. P. E291--E299.
↑ Goodman K.S. On Reading. / Portsmouth, NH: Heinemann, 1996. 152 p

Применение айтрекеров для юзабилити-исследований ПО в GNU Linux (Анастасия Маркина, OSSDEVCONF-2017)!.jpg

Plays:127 Comments:2

[1] Semmelmann K., Weigelt S. Online webcambased eye tracking in cognitive science: A first look // Behav. Res. 2017. [1]

[2] Titz J., Scholz A., Sedlmeier P. Comparing eye trackers by correlating their eyemetric data // Behav. Res. 2017. [2].

[3] Gibaldi A. et al. Evaluation of the Tobii EyeX Eye tracking controller and Matlab toolkit for research // Behav. Res. V. 49, 2017. P.923—946.

[4] Ludwig C.J.H., Davies J.R., Eckstein M.P. Foveal Analysis and Peripheral Selection during Active Visual Sampling. // Proc. of the National Academy of Sciences of the USA. V. 111(2), 2014. P. E291--E299.

[5] Goodman K.S. On Reading. / Portsmouth, NH: Heinemann, 1996. 152 p

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]