Inhaltsverzeichnis

1.  Grundlagen  1

1.1.  Erklärung Eye-Tracking  1

1.2.  Motivation für Eye-Tracking  1

1.3.  Biologische Grundlagen  2

1.3.1.  Auge und Wahrnehmung  3

1.3.2.  Augenbewegungen  4

2.  Technische Entwicklung  8

2.1.  Geschichte des Eye-Tracking  8

2.2.  Eye-Tracking Techniken  10

2.2.1.  Sklerale Kontaktlinsen  10

2.2.2.  Electro-Oculography (EOG)  10

2.2.3.  Videobasierte Eye-Tracker  11

2.3.  Eye-Tracker Daten  13

3.  Anwendungsgebiete  15

3.1.  Neuropsychologie  15

3.2.  Medizin  15

3.3.  Marketing/Advertisement  16

3.4.  Computer-Interaktion  17

3.5.  Usability/Ergonomie  17

3.5.1.  Eye-Tracking und Usability-Tests  18

4.  Fazit  19

A.  Einfacher Usability Test  I

Abbildungsverzeichnis   VII

Literaturverzeichnis   VIII

Kapitel 1.

Grundlagen

In diesem ersten Teil der Ausarbeitung zum Thema: “Eye-Tracking - Anwendungen und Technologien im Bereich Software Usability Engineering“ wird eine erste Erklärung gegeben, wie Eye-Tracking definiert ist. Weiterhin wird eine Motivation geliefert, warum Eye-Tracking genutzt wird und zu guter Letzt werden die biologischen Grundlagen aufgezeigt, um zu erklären, wie das Sehen im anatomischen/biologischen Sinne funktioniert und was bei der menschlichen visuellen Wahrnehmung passiert.

1.1. Erklärung Eye-Tracking

Unter Eye-Tracking versteht man das Aufzeichnen der hauptsächlich aus Fixationen (Punkte, die man genau betrachtet) und Sakkaden (schnellen Augenbewegungen) bestehenden Blickbewegungen einer Person. Der deutsche, aber nicht so häufig genutzte Begriff, ist Blickbewegungsregistrierung und es ist ein wichtiges Werkzeug, welches bei den kognitiven Wissenschaften besondere Verwendung findet. Generell kann man zwei große unterschiedliche Augenbewegungen unterscheiden: Auf der einen Seite Fixationen und auf der anderen Seite Sakkaden. Im Laufe dieser Ausarbeitung wird noch eine genauere Betrachtung erfolgen, in denen weitere Erklärungen zu den genannten Punkten geliefert werden (vgl. [6]).

1.2. Motivation für Eye-Tracking

Um zu verstehen, warum Eye-Tracking ein so wichtiges Werkzeug bei den kognitiven Wissenschaften ist, muss man sich nur die durch Eye-Tracking gegebene Möglichkeit in das Gedächtnis rufen, das Eye-Tracking ermöglicht, das Sehen eines Probanden zu analysieren. In Abbildung 1.1 wurde das Leseverhalten eines Probanden getestet. Die Kreise stellen in diesem Fall Fixationen und die Linien Sakkaden dar, auf die im nächsten Abschnitt näher eingegangen wird. Da die Augen die wichtigsten Sinnesorgane in Bezug

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Kapitel 1. Grundlagen 1.3. Biologische Grundlagen

auf die Datenmenge die sie bereitstellen sind, macht es Sinn, ihr Verhalten bei Aufgaben, in denen Augen eine große Hilfe und Unterstützung zur Erfüllung einer Aufgabe sind, zu analysieren.

• Augen 10 Mio Bit/sec

• Haut 1 Mio Bit/sec

• Ohren 100000 Bit/sec

• Nase 100000 Bit/sec

• Zunge 1000 Bit/sec

In dieser Auflistung ist noch einmal deutlich der Unterschied der übertragenen Datenmenge der Augen an das Gehirn im Gegensatz zu den anderen Sinnesorganen zu erkennen. Die Motivation für Eye-Tracking lässt sich nun in der Wichtigkeit der Augen als Sensoren erkennen und in der Möglichkeit, durch die Augen einer anderen Person zu „sehen“ (vgl. [2]).

1.3. Biologische Grundlagen

In diesem Abschnitt der Ausarbeitung wird erklärt, wie das menschliche Auge und das Sehen mit diesem, sowie die menschliche Wahrnehmung funktioniert.

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Kapitel 1. Grundlagen 1.3. Biologische Grundlagen

1.3.1. Auge und Wahrnehmung

Sehen bedeutet, dass Lichtstrahlen, die ins Auge fallen, lichtempfindliche Rezeptoren und dadurch Nerven anregen, Signale ans Gehirn zu senden. Ins Auge gelangen die Lichtstrahlen durch die Pupille und Linse (vgl. Abbildung 1.2). Die Linse bündelt die Lichtstahlen und führt zu einem klaren Abbild der Umgebung auf der Netzhaut, die sich an der Rückwand des Auges befindet. Auf dieser befindet sich die Fovea, die es uns ermöglicht „scharf“ zu sehen. Randbereiche, die „unscharf“ sind, werden von unserem Gehirn mit plausiblen Informationen aufgefüllt, wobei bewusste und unbewusste Augenbewegungen die Fovea auf interessante Bereiche lenken (vgl. Abbildung 1.3). Die Netzhaut, eine Schicht aus überaus feinen lichtempfindlichen Rezeptoren und dünnen Nervenzellen, leitet den Lichteindruck ins Gehirn weiter. Die Photorezeptoren reagieren auf das Licht und schicken Signale über die dünnen Nervenfasern zum Sehnerv, der von der Rückwand des Auges in das Gehirn führt. Bestimmte Teile des Gehirns empfangen und verarbeiten die Signale. Man perzipiert („sieht“) nun das Bild. Allerdings verarbeitet ein Mensch nicht alle Inputs, die vom Auge geliefert werden. Es existiert ein kognitiver Mechanismus - die selektive Aufmerksamkeit - der uns dazu

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Kapitel 1. Grundlagen 1.3. Biologische Grundlagen

befähigt, relevante „Eingaben“ zu verarbeiten, während irrelevante ignoriert werden. Dies ist wichtig, da man als Mensch nicht die Kapazitäten hat, alle Umgebungsreize parallel zu beachten. Die Veränderung unserer Aufmerksamkeit benötigt hierbei keine veränderte Wahrnehmung von außen. Diese Erkenntnis ist für das Eye-Tracking wichtig, da eine Fixation eines Punktes noch nicht bedeutet, dass ein Proband diesem auch schon seine Aufmerksamkeit zugewendet hat (vgl. [7]).

1.3.2. Augenbewegungen

Unter den Augenbewegungen (Okulomotorik) versteht man die Gesamtheit aller motorischen Ausdrucksformen und Varianten, die den Augäpfeln zur Verfügung stehen. Die Okulomotorik vollzieht sich auf der Grundlage eines sehr komplexen Systems mit einer Reihe von Regelkreisen. Die Netzhaut dient als eine Art Fühler, das Zentralnervensystem stellt Regelmechanismen zur Verfügung und sechs äußere Augenmuskeln fungieren als Stellglieder. Mit der Änderung der Augenstellung geht auch wieder eine Veränderung auf der Netzhaut einher und der Informationsfluss wird zum Kreislauf. Die Augenbewegungen basieren auf den in Abbildung 1.4 dargestellten Drehachsen. Jede Augenbewegung entsteht aus einer Nullstellung oder Primärstellung, die eingenommen wird bei gerader Kopf- und Körperhaltung und geradeaus gerichtetem Blick.

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Kapitel  1. Grundlagen 1.3. Biologische Grundlagen  

Abbildung  1.4.: Ebene von Listing mit den drei Hauptdrehachsen  5

Abbildung  1.5.: Augenstellungen  5

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Kapitel 1. Grundlagen 1.3. Biologische Grundlagen

Aus der Primärstellung kann das Auge eine reine Horizontalbewegung um die Z-Achse oder eine Vertikalbewegung um die X-Achse durchführen. Diese Bewegungen werden auch als Kardinalbewegungen bezeichnet und münden in einer Sekundärstellung (vgl. Abbildung 1.5). Werden nacheinander eine Vertikalduktion und eine Horizontalduktion durchgeführt, befindet sich das Auge in einer sogenannten Tertiärstellung. In diese Position gelangt ein Auge auch dann, wenn es eine Bewegung um eine schräge Achse vollzieht. Wichtig für das Eye-Tracking werden diese Augenbewegungen, wenn es um die Registrierung der Augen geht, also dem generellen Erkennen der Augen in dem Bild einer Kamera. Allerdings ist es auf diese Weise nicht möglich, schon zu erkennen wohin ein Auge genau blickt. Dafür müssen noch weitere Hilfsmittel genutzt werden (vgl. [5, 7]).

1.3.2.1. Sakkaden und Fixationen

In diesem Abschnitt werden die zwei für Eye-Tracking wichtigsten Augenbewegungen vorgestellt. Zum einen gibt es Sakkaden.

Unter Sakkaden versteht man die schnelle Veränderung der Augenposition von einem Punkt a zu einem anderen Punkt b (vgl. Abbildung 1.6) sowohl willkürlich als auch unwillkürlich. Die Dauer einer Sakkade dauert meistens zwischen 10 und 100 ms, während dieser Zeit ist man als Mensch blind und das Gehirn ergänzt in dieser Blindheit Informationen aus vorher empfangenen Bildern, also aus Fixationen.

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