Searching for salient objects on cartographic backgrounds used in online map services: An experimental study based on eye movement analysis
Αναζητώντας προεξέχοντα αντικείμενα σε χαρτογραφικά υπόβαθρα διαδικτυακών χαρτογραφικών υπηρεσιών: Εκπόνηση πειραματικής μελέτης μέσω ανάλυσης οφθαλμικών κινήσεων
Διπλωματική εργασία
Συγγραφέας
Λιάσκος, Δημήτριος
Ημερομηνία
2023-07-20Επιβλέπων
Krassanakis, VassiliosΛέξεις-κλειδιά
Cartography ; Visual perception ; Online map cartographic backgrounds ; Eye movement tracking and analysis ; Grayscale statistical heatmapsΠερίληψη
Our current understanding of the perceptual and cognitive processes involved in map reading remains incomplete. A map serves as a symbolic depiction of various aspects of the physical world and its corresponding characteristics. Despite its abstract nature, a map can still be a visually complex stimulus. When investigating map-related phenomena, experimental research draws upon established techniques from psychology and neuroscience, fields dedicated to studying human behavior and the workings of the human brain. The current empirical study focuses on examining and modeling aspects of visual perception related to the cartographic backgrounds utilized in popular online services. More specifically, the research involves designing and conducting a cartographic experiment that incorporates the use of eye tracking technology for recording and analyzing eye movements. The experiment's main goal is to identify characteristic values for key indices used in eye movement analysis, as well as to highlight salient areas of interest of the examined visual stimuli (maps). These indices are derived from two fundamental types of eye movements: fixations and saccades. Furthermore, the data collected in the experiment is utilized to generate cumulative grayscale statistical heatmaps, which provide an overall visualization of attentional behavior patterns, simultaneously highlighting the areas of interest of visual attention. The cartographic experiment engaged a group of 30 participants who were asked to freely observe 75 visual scenes featuring cartographic backgrounds sourced from five popular online services: Google Maps, Wikimedia, Bing Maps, ESRI, and OpenStreetMap. The visual scenes encompassed map backgrounds representing three distinct zoom levels: 12z, 14z, and 16z. Additionally, for each zoom level, five different Greek cities were selected, resulting in a total of 15 unique cities included in the visual scenes. It's important to note that the participants were not given any specific tasks and were simply instructed to observe the scenes. The objective of determining standard indices for describing the visual perception on cartographic backgrounds, along with the application of techniques to assess overall observational behaviors, enables comparisons to be made between different visual scenes. Analyzing these indices and observational behaviors, insights can be gained regarding the unique characteristics and challenges associated with the map reading process. Furthermore, modeling visual perception using data obtained from experimental studies and employing objective methodologies can provide valuable inputs for artificial intelligence systems. These inputs aim to predict the behavioral responses of map readers. This aspect is crucial for two main purposes: Firstly, for the objective evaluation of different options for cartographic representation, allowing for informed comparisons and secondly, for the development of user-oriented maps tailored to specific needs and preferences. The indices calculated present a uniform result, indicating that the visual exploration requires the same amount of attention and cognitive load for each visual stimulus. However, grayscale statistical heatmaps have proven that the behavioral patterns tend to differ, not only for every zoom level, but also for each distinct online map service too. Comparing the prominent features of the same geographical area for each service, salient objects differentiate in each visual stimulus.
Περίληψη
Η τρέχουσα γνώση μας για τις αντιληπτικές και γνωσιακές διεργασίες που συμπεριλαμβάνονται στην ανάγνωση χαρτών παραμένει ανεπαρκής. Ο χάρτης λειτουργεί ως μια συμβολική απεικόνιση διάφορων απόψεων του φυσικού κόσμου και των αντίστοιχων χαρακτηριστικών του. Παρά την αφηρημένη φύση του, ένας χάρτης μπορεί ακόμη να είναι ένα οπτικά περίπλοκο ερέθισμα. Όταν μελετούμε φαινόμενα που σχετίζονται με τους χάρτες, η πειραματική έρευνα βασίζεται σε καθιερωμένες τεχνικές από την ψυχολογία και τη νευροεπιστήμη, τα πεδία που ασχολούνται με τη μελέτη της ανθρώπινης συμπεριφοράς και της λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου. Η παρούσα εμπειρική μελέτη επικεντρώνεται στην εξέταση και μοντελοποίηση πτυχών της οπτικής αντίληψης που σχετίζονται με τα χαρτογραφικά υπόβαθρα που χρησιμοποιούνται σε δημοφιλείς διαδικτυακές υπηρεσίες. Συγκεκριμένα, η έρευνα περιλαμβάνει τον σχεδιασμό και τη διεξαγωγή ενός χαρτογραφικού πειράματος που ενσωματώνει τη χρήση τεχνολογίας παρακολούθησης οφθαλμικών κινήσεων για την καταγραφή και ανάλυση τους. Ο κύριος στόχος του πειράματος είναι ο προσδιορισμός χαρακτηριστικών τιμών για βασικούς δείκτες που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση των κινήσεων των ματιών, καθώς και η ανάδειξη προεξεχόντων περιοχών ενδιαφέροντος των εξεταζόμενων οπτικών ερεθισμάτων (χαρτών). Οι δείκτες προέρχονται από δύο βασικούς τύπους οφθαλμικών κινήσεων: τις προσηλώσεις και τις σακκαδικές κινήσεις. Επιπλέον, τα δεδομένα που συλλέγονται κατά την πειραματική διαδικασία χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία στατιστικών θερμικών χαρτών, οι οποίοι παρέχουν μια συνολική οπτικοποίηση των προτύπων συμπεριφοράς προσοχής αναδεικνύοντας ταυτόχρονα τις περιοχές ενδιαφέροντος της οπτικής προσοχής. Το χαρτογραφικό πείραμα περιλαμβάνει 30 συμμετέχοντες, στους οποίους ζητείται να παρατηρήσουν ελεύθερα 75 οπτικές σκηνές που περιλαμβάνουν χαρτογραφικά υπόβαθρα από πέντε δημοφιλείς διαδικτυακές υπηρεσίες: Google Maps, Wikimedia, Bing Maps, ESRI και OpenStreetMap. Οι οπτικές σκηνές αντιστοιχούν σε χαρτογραφικά υπόβαθρα που αναπαριστούν τρία διαφορετικά επίπεδα μεγέθυνσης: 12z, 14z και 16z. Επιπλέον, για κάθε επίπεδο μεγέθυνσης, επιλέγονται πέντε διαφορετικές ελληνικές πόλεις, με αποτέλεσμα να περιλαμβάνονται συνολικά 15 διαφορετικές πόλεις στις οπτικές σκηνές. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι συμμετέχοντες δεν λαμβάνουν μέρος σε κάποια συγκεκριμένη εργασία χάρτη και απλώς τους ζητείται να παρατηρήσουν τις οπτικές σκηνές. Ο στόχος του προσδιορισμού τυπικών δεικτών για την περιγραφή της οπτικής αντίληψης σε χαρτογραφικά υπόβαθρα, μαζί με την εφαρμογή τεχνικών για την αξιολόγηση της συνολικής συμπεριφοράς κατά τη διάρκεια της παρατήρησης, επιτρέπει τη σύγκριση μεταξύ διαφορετικών οπτικών σκηνών. Αναλύοντας αυτούς τους δείκτες και τις συμπεριφορές παρατήρησης, αποκτούνται πληροφορίες σχετικά με τα μοναδικά χαρακτηριστικά και προκλήσεις που συνδέονται με τη διαδικασία ανάγνωσης χαρτών. Επιπλέον, η μοντελοποίηση της οπτικής αντίληψης χρησιμοποιώντας δεδομένα που προέρχονται από πειραματικές μελέτες και η χρήση αντικειμενικών μεθοδολογιών μπορούν να παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες για τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης. Αυτές οι πληροφορίες στοχεύουν στην πρόβλεψη των αποκρίσεων των αναγνωστών χαρτών. Αυτή η πτυχή είναι κρίσιμη για δύο κύριους σκοπούς: Πρώτον, για την αντικειμενική αξιολόγηση διαφορετικών επιλογών για την χαρτογραφική αναπαράσταση, επιτρέποντας ενημερωμένες συγκρίσεις, και δεύτερον, για την ανάπτυξη χαρτών προσαρμοσμένων στις ανάγκες και τις προτιμήσεις των χρηστών. Οι δείκτες που υπολογίστηκαν παρουσιάζουν ένα ομοιόμορφο αποτέλεσμα, υποδεικνύοντας ότι η οπτική παρατήρηση απαιτεί το ίδιο επίπεδο προσοχής και γνωσιακού φόρτου για κάθε οπτικό ερέθισμα. Ωστόσο, οι στατιστικοί θερμικοί χάρτες δείχνουν ότι τα μοτίβα συμπεριφοράς τείνουν να διαφέρουν, όχι μόνο για κάθε επίπεδο μεγέθυνσης, αλλά και για κάθε ξεχωριστή διαδικτυακή υπηρεσία χαρτών. Συγκρίνοντας τα προεξέχοντα αντικείμενα της ίδιας γεωγραφικής περιοχής, φαίνεται να διαφοροποιούνται σε κάθε οπτικό ερέθισμα.