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眼動測試方法啟蒙篇:為什么,是什么首 頁 >>人性化設計>>文章列表

——給看客,正整理眼動方法的,和所有想看進階篇的同學

寫在前面:

眼動測試因其強大的功能,在互聯網用戶研究工作中應用頗豐。但此貨本身較復雜,且周期不短,因此要用好還真是門學問。本系列(暫分1啟蒙、2進階、和3高級三部曲)將集中討論測試設計和分析方法,由于我正經接觸眼動時間也不長,所以本著討論的宗旨,拋磚引玉。鑒于各公司選用的眼動儀可能差異較大,不會展開討論操作細則。

《啟蒙篇》要解決的問題簡單,但哲學——為什么?是什么?

特別感謝:萍姐再次大圖主演,溢哥栗子傾情出演

 

第一個大問題:

為什么要追蹤眼睛的運動呢?這里我們要先回到出發點——注意,然后順著理清注意à眼動à注視追蹤這條脈絡。

注意——出發點:

網站或客戶端產品的重要目的是傳達信息、引導用戶操作,所以能否讓用戶快速方便地注意到、并理解頁面上重要的內容,無疑是評價產品界面好壞的一個重要指標。我們不停地問自己:這個網頁/軟件的頁面布局合理嗎,符合我們的目標嗎?此處,借用楊溢哥的一個經典栗子:

如果頁面上只有一個元素,很簡單,用戶注意的焦點無疑就是這個元素(圖1):

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但事實上,頁面上元素常常很豐富(圖2),這時又該如何知道用戶都注意了什么呢?

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注視——注意的外顯特征:

遇到上面的問題時,你可能會想到通過考察用戶視線的落點(PORPoint of Regard),來判斷其注意的焦點。但并非視線每次落下都能算一次有意識的注意。研究顯示,一個人注意并獲取信息,主要是通過眼睛的“注視”(fixation)來實現的,即將眼睛的中央窩對準某一物體的時間超過100毫秒,在此期間,被注視的物體成像在中央窩上,才能獲得比較充分的加工,形成清晰的像。因此,考察用戶注視的對象也就知道其注意的內容了。

除注視外,眼睛還有兩種基本的運動方式:“眼跳”(saccade)和“追隨運動”(smooth pursuit)。眼跳,指的是注視點或者注視方向突然發生改變,這個過程中個體可以獲得時間和空間信息,但是幾乎不能形成比較清晰的像,也就不能獲得清晰的信息或進行認知加工。而追隨則是說,當被觀察物體與個體的眼睛存在相對運動時,個體會為了保證對這個物體的注視,眼球追隨其進行移動。三種眼動方式經常交錯在一起,目的均在于選擇信息,將要注意的刺激物置于像與中央窩區域,以形成清晰的像。有些地方還提到另外一種狀態,就是“眨眼”(blink)。

眼動追蹤——接近自然的觀測手段:

但,怎么才能知道用戶注視了哪兒呢?最直接的辦法無疑是——問。比如我問:你現在看什么?你回答:正在看你寫的這段話呢!搞定。但如果我想每時每刻都知道你在看什么,一直問恐怕不是一個好主意。我們需要一個沒那么煩人、且更真實的監測方式。

這就要用到“視線追蹤”(eye tracking)技術,也就是借用一些高科技手段,實時追蹤用戶的視線,從而了解用戶每時每刻都在看哪兒了。運用這一技術進行測試,自然就叫眼動測試了。

至此,有關“為什么”的問題成功解決。

第二個大問題:

眼動測試是什么呢?這里我們要關注的關鍵詞是:概念,原理,數據指標,應用情境。

概念:

眼動測試,就是通過視線追蹤技術,監測用戶在看特定目標時的眼睛運動和注視方向,并進行相關分析的過程。過程中需要用到眼動儀和相關軟件。

原理:

如果你剛開始了解眼動,且不是很需要了解眼動的原理,建議這個小標題中只看下面的第一段即可。但如果你想追究下,且對簡單的解剖學和簡單的光學物理不抵觸,建議都看,一起殺幾個腦細胞玩。

目前熱門的視線追蹤技術,主要是基于眼睛視頻分析(VOGVideo oculographic)的“非侵入式”技術,即用攝像機將眼睛運動錄下來再通過圖像分析判斷視線落點,且傳感器與用戶沒有直接接觸。有些采用此類技術的儀器可以允許用戶自由活動,如TobiiX60/120T60/120系列的裸機(圖3左),但有時也會通過一些方式限定用戶的活動范圍,比如要求用戶把下巴放在固定的支架上,以獲得更準確的數據(圖3右)。

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我們知道,用戶的視線在移,眼球也在轉動,所以要推算出用戶的視線方向,就得在眼睛圖像中找到某種在眼球轉動時也保持不變的特征,并計算其與瞳孔中心(其中心線即視線方向)間的向量關系。

視線追蹤技術中廣泛運用的方法叫做“瞳孔—角膜反射方法”(the pupil center cornea reflection technique),其所利用的眼動過程中保持不變的特征,是眼球角膜外表面上的普爾欽斑(Purkinje image)——眼球角膜上的一個亮光點,由進入瞳孔的光線在角膜外表面上反射(corneal reflection)而產生(圖4)。

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由于攝像機的位置固定、屏幕(光源)的位置固定、眼球中心位置不變(假設眼球為球狀,且頭部不動),普爾欽斑的絕對位置并不隨眼球的轉動而變化(其實,頭部的小幅度運動也能通過角膜反射計算出來)。但其相對于瞳孔和眼球的位置則是在不斷變化的——比如,當你盯著攝像頭時,普爾欽斑就在你瞳孔之間;而當你抬起頭時,普爾欽斑就在你的瞳孔下方。這樣一來,只要實時定位眼睛圖像上的瞳孔、和普爾欽斑的位置,計算出角膜反射向量,便能利用幾何模型,估算得到用戶的視線方向(圖5)。再基于前期定標過程(即讓用戶注視電腦屏幕上特定的點)中所建立的用戶眼睛特征與電腦屏幕呈現內容之間的關系,儀器就能判斷出用戶究竟在看屏幕上的什么內容了(圖6)。

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定位瞳孔中心的位置是視線追蹤技術中的關鍵一步,但一個問題是,相比于虹膜與眼白之間的極其明顯的分界線來說,瞳孔和虹膜之間的分界線并沒那么清晰,特別是咱黑眼睛黃皮膚。因此,研究者為了提高這一步的精準度,又設計了“亮、暗瞳差分方案”,即:交替用不同方位的光源向人眼發出近紅外線,然后在每兩幀相鄰的圖像中,分別獲取用戶明亮的瞳孔(bright pupil,亮瞳)和暗淡的瞳孔(dark pupil,暗瞳),進行疊加差分,從而更清晰地“摳”出瞳孔,再計算瞳孔的質心和形狀等參數(圖7)。

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究竟拍到的是“亮瞳”還是“暗瞳”,這取決于攝像頭是否與光源共線。如果攝像頭與光源在同一條線上,則攝像頭拍到的瞳孔是被光照亮的,也就是“亮瞳”。這和拍照時,相機閃光燈直對著拍攝對象時照片上會出現“紅眼”的原理是類似的(忍不住想提一下,百科說紅眼是因為閃光燈使瞳孔暫時變大,其實有點扯,首先不相關,其次瞳孔在強光下會變小,不然豈不被閃瞎了眼)。如果二者不共線,則拍到的就是正常的“暗瞳”了。所以,支持亮暗瞳追蹤的眼動儀上都有兩套位置不同的近紅外光源。

之所以要用近紅外線,是因為人眼無法察覺到,不至于晃眼,影響用戶。這些光束很弱,只要研究者按照眼動儀說明書上指示的距離安排用戶就坐(比如離眼動儀60cm以上),用戶即便在工作的眼動儀前待8個小時也不會有放射性危險。

與上述“非侵入式”技術相對應的視線追蹤技術,則需要用戶與測試設備上的傳感器直接接觸。比如早期的眼動測試會在測試者的眼睛里塞進一個類似硬質隱形眼鏡的東西,監測隨著眼睛運動而不斷變化的磁場,從而知道你在看什么地方,或者在測試者的眼睛周圍貼上電極,監測電位變化。這些方法聽著有點懾人,操作起來也麻煩,但獲取的數據比較準確。

那么,普通的商用眼動測試究竟能有多精確呢?這就得看測試用眼動儀的具體參數了。分空間和時間兩個維度:空間上的相關參數有精確度、漂移和屏幕尺寸,時間上的參數是采樣率(延時)。比如:Tobii X120的精確度是0.5度,隨時間的漂移在0.3度內,如果以用戶距離屏幕60cm計算的話,則偏移量約在0.13mm;其采樣率為120Hz,則延時在17ms,因為每隔兩幀才能算一次瞳孔。但有研究者發現,實際測試中的位置偏差要比這里算出來的值大很多,可能與用戶移動頭部、或定標問題有關。如果用tobii這一系列做閱讀測試的話,很可能無法準確定位用戶到底在看界面上的哪一行字。因此在作分析時,要避免太相信結果中所給出的注視點。

同時在做測試時,也應盡量遵守實驗規范。現在的商用眼動儀一般都能對頭動進行補償計算,但是,即便眼動儀允許用戶自由活動,也有一個規定的頭動范圍,比如Tobii X60T60型號的頭動范圍在44×22×30cm(長寬高),而X120T120的頻率高、允許的頭動范圍更小,為30×22×30cm(長寬高),測試時應保證用戶的頭動幅度在此范圍內。而在定標時,則應允許用戶在規定范圍內的移動頭部,在定標階段將頭動納入考慮。

數據指標:

做完一次眼動測試后,我們會得到什么呢?

測試后輸出的數據中包括用戶在界面上的各個注視點的空間和時間信息,以及用戶的瞳孔尺寸變化信息(表征用戶的喚醒程度)。同時,軟件還會自動生成眼動熱點圖(heatmap)、視線軌跡圖(gazeplot)、集簇圖(cluster)、蜂群回放(bee swarm)等等,提供直觀的結果。前面說過,注視是將眼睛的中央窩對準某一物體的時間超過100毫秒,是評估用戶注意情況的重要指標。

基本的注視點統計指標包括:注視時長(fixation duration)、和注視點數目(fixaiton count),均可以作為因變量來研究各個頁面區域、或感興趣區域(AOIarea of interest)、或實驗條件的影響。同時,如果對用戶的注視軌跡(gaze path)進行編碼,也可以分析軌跡規律。

至于眼動測試的具體設計和數據分析方法,將在《進階篇》中討論。

應用情境:

眼動測試的應用范圍很廣,在互聯網領域可用于為以下調研問題提供參考:

  • 配合實驗或可用性測試,考察產品的可用性問題(比如:界面布局是否合理,重要元素是否突出)
  • 研究不同用戶群在產品界面上的瀏覽、操作習慣
  • 對比不同的界面設計方案
  • 其他

(未完待續,如果有錯誤,歡迎指正)

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