Οφθαλμικές κινήσεις και δραστηριότητα κέρσορα κατά την εκπόνηση εργασιών οπτικής αναζήτησης σε χάρτες

Βλάχου, Αργυρώ

Eye movements and cursor activity during the execution of visual search tasks on maps

Διπλωματική εργασία

Author

Βλάχου, Αργυρώ

Date

2024-10-10

Advisor

Krassanakis, Vassilios

Διπλωματική Εργασία (8.458Mb)

Keywords

Οπτική αναζήτηση ; Oπτική αντίληψη και προσοχή ; Kαταγραφή και ανάλυση οφθαλμικών κινήσεων ; Kαταγραφή και ανάλυση κινήσεων κέρσορα ; Στατιστικοί θερμικοί χάρτες ; Δείκτες σύγκρισης ομοιότητας

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει την απόκριση χρηστών κατά την εκπόνηση εργασιών οπτικής αναζήτησης σε χάρτες, μέσω της παράλληλης καταγραφής των οφθαλμικών κινήσεων και της δραστηριότητας κέρσορα. Η έρευνα πραγματεύεται την επίδραση διαφορετικών παραμέτρων κατά τον σχεδιασμό χαρτογραφικών προϊόντων και τη σύγκριση της αποτελεσματικότητας της καταγραφής κινήσεων κέρσορα σε σχέση με την καταγραφή οφθαλμικών κινήσεων, ως μέθοδο αξιολόγησης της οπτικής αντίληψης. Πιο συγκεκριμένα, υλοποιήθηκε ένα χαρτογραφικό πείραμα, που βασίστηκε σε οπτικά ερεθίσματα που δημιουργήθηκαν στο πλαίσιο προηγούμενης μελέτης απομακρυσμένης καταγραφής των κινήσεων κέρσορα (Παππά, 2021), με τη διαφορά ότι πραγματοποιήθηκε παράλληλη καταγραφή, τόσο των κινήσεων του κέρσορα όσο και των οφθαλμών. Στόχος του πειράματος είναι η διερεύνηση βασικών δεικτών που αφορούν της κινήσεις των ματιών (αριθμός και διάρκεια προσηλώσεων, εύρος σακκαδικών κινήσεων), η ανάλυση των χρόνων αντίδρασης και της αποτελεσματικότητας των αποκρίσεων βάσει κέρσορα και τελικά η αξιολόγηση της ταύτισης των δεδομένων που καταγράφηκαν από τις δύο διαφορετικές μεθόδους. Το πείραμα πραγματοποιήθηκε για 55 συμμετέχοντες, από τους οποίους ζητήθηκε η εύρεση συγκεκριμένων συμβόλων-στόχων ανάμεσα σε 15 περισπαστές για 48 οπτικές σκηνές. Οι οπτικές σκηνές παρουσιάζουν διαφορές που σχετίζονται με τη θέση του στόχου (στο κέντρο, στην περιφέρεια, απουσία στόχου), τα σχήματα των συμβόλων (κύκλος, ρόμβος, τρίγωνο, τετράγωνο) και το χαρτογραφικό υπόβαθρο (τέσσερα υπόβαθρα διαφορετικών επιπέδων λεπτομέρειας). Μέσω της ανάλυσης των διαφόρων δεικτών, παρατηρούνται συμπεριφορές κατά την αναζήτηση και αναγνωρίζονται τάσεις που σχετίζονται με τα χαρακτηριστικά του εκάστοτε οπτικού ερεθίσματος. Για κάθε μέθοδο καταγραφής δημιουργήθηκαν αντίστοιχοι στατιστικοί θερμικοί χάρτες, οι οποίοι χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό διαφόρων δεικτών ομοιότητας (Jaccard index, Dice Similarity Coefficient, MSE) και την εφαρμογή του δείκτη GraphGazeD, στοιχεία τα οποία συνέβαλλαν στην μελέτη της συσχέτισής τους. Οι δείκτες που υπολογίστηκαν δείχνουν ότι η θέση του συμβόλου-στόχου είναι ο κύριος παράγοντας που επηρεάζει την οπτική αναζήτηση, καθώς η τοποθέτησή του στο κέντρο διευκολύνει τον συμμετέχοντα και έχει ως αποτέλεσμα μικρότερους χρόνους αντίδρασης και μεγαλύτερα ποσοστά επιτυχίας, ενώ αντίθετα η απουσία στόχου κάνει περιπλοκότερη τη διαδικασία. Συγκρίνοντας τους θερμικούς χάρτες οφθαλμικών κινήσεων και κινήσεων κέρσορα, προέκυψαν μεγάλα ποσοστά ομοιότητας στην ύπαρξη συμβόλου-στόχου (~60-70%), γεγονός που ενθαρρύνει την χρήση της καταγραφής δραστηριότητας κέρσορα αντί της αντίστοιχής των ματιών για τη μελέτη της οπτικής αντίληψης σε ορισμένες περιπτώσεις. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε σύγκριση των χρόνων αντίδρασης που καταγράφηκαν στο πείραμα με τους αντίστοιχους χρόνους από απομακρυσμένο πείραμα καταγραφής κινήσεων κέρσορα, αναδεικνύοντας τις διαφορές μεταξύ των δύο μεθόδων.

Abstract

The current diploma thesis examines user responses during visual search tasks on maps, through the simultaneous recording of eye movements and cursor activity. This research investigates the impact of different parameters on cartographic product design and compares the effectiveness of mouse movement tracking to eye movement tracking as a method for evaluating visual perception. Specifically, a cartographic experiment was conducted, based on visual stimuli created in the context of a previous remote mouse tracking study, with the main difference being that this time, both cursor movements and eye movements were recorded. The aim of the experiment is to study key indices related to eye movements (fixation number and duration, saccade amplitude), to analyze reaction times and response effectiveness based on cursor data, and ultimately to evaluate the correlation between the data recorded by the two different methods. A total of 55 people participated in the experiment. They were asked to find specific target symbols among 15 distractors in 48 visual scenes. The visual scenes differ based on the target's position (at the center, on the periphery, target-absent), the shape of the symbols (circle, rhombus, triangle, square), and the cartographic background (four backgrounds of varying detail levels). Through the analysis of various indices, behaviors during the search are observed, and trends related to the characteristics of each visual stimulus are identified. For each recording method, corresponding grayscale statistical heatmaps were created, which were used to calculate various similarity indices (Jaccard index, Dice Similarity Coefficient, MSE) and the application of the GraphGazeD metric, which contributed to the study of their correlation. The computed indices show that the position of the target symbol is the main factor affecting visual search, as its placement in the center is more comfortable to the participant, resulting in shorter reaction times and higher success rates, whereas the absence of a target complicates the process. Comparing the heat maps of eye movements and cursor movements revealed high similarity rates in the presence of a target symbol (~60-70%), which encourages the use of mouse tracking instead of eye tracking, for studying visual perception in certain cases. Additionally, a comparison between the reaction times recorded in this experiment and the corresponding times calculated in the remote mouse tracking experiment, highlights the differences between the two methods.