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Untersuchungs-Methoden zur Erfassung der Aufmerksamkeitsverteilung am Bildschirm

Recherche-Dokumentation zur Erstellung eines wissenschaftlichen Posters

von Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH), M.Sc. Kati Schulz (Autor) Dipl.-Ing. Cristina Nicoara (Autor) M.Sc. Martin Latsch (Autor) Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christian Lehsing (Autor)
Studienarbeit 2010 29 Seiten

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

I. Grundlagen und Einführung

II. Methoden
II.1. Eye-Tracking
II.2. Attention Tracking
II.3. Remote-Tracking
II.4. Site-Covering-Methode, Lorem-Ipsum-Covering-Methode
II.5. Restricted Focus Viewer
II.6. Subjektive Methoden

III. Anwendung

Literaturverzeichnis

I. Grundlagen und Einführung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Kurzbeschreibung:

In diesem Artikel werden zahlreiche methodologische und anwendungsbezogene Studien zu Au- genbewegungen beim Lesen sowie bei der Informationsverarbeitung sowie z.B. szenischem Wahr- nehmen und visuelle Suche rückblickend zusammenfassend erläutert und bewertet. Ein Schwer- punkt dieser retrospektiven Zusammenfassung ist dabei die Informationsverarbeitung als Paradigma für kognitive Prozesse.

Zentrale angesprochene und diskutierte Punkte diesbezüglich stellen (1) die Charakteristika von Augenbewegungen, (2) die Wahrnehmungsspanne, (3) Integration von Informationen während der Sakkaden, (4) Kontrolle von Augenbewegungen und (5) individuelle Unterschiede (auch: krankheitsbedingte Abweichungen) dar.

Eine Kernaussage des Artikels ist die Erkenntnis, dass sich in Augenbewegungsdaten Momentauf- nahmen kognitiver Prozesse in verschiedenen untersuchten Aufgaben (wie z.B. Lesen, Informati- onsaufnahme, visuelle Suche) widerspiegeln und somit vertiefender Analyse zugänglich machen lassen.

Theoretische und praktische Erwägungen hinsichtlich des Gebrauchs von Augenbewegungsdaten werden ebenfalls besprochen und diskutiert, wobei insbesondere auf darauf hingewiesen wird, dass es im Allgemeinen schwierig ist, Generalisierungen darüber abzuleiten, was Augenbewegungen tatsächlich über zugrundeliegende und mit ihnen zusammenhängende kognitive Prozesse offenbaren können.

Methoden zur Erfassung von Augenbewegungen werden nichtsdestotrotz abschließend als wertvolles Instrument zur Erfassung und Analyse von Leseverhalten und Informationsverarbeitung eingeschätzt, die - bei Berücksichtigung der Limitationen - einen wertvollen Beitrag bei der Untersuchung visuellen Verhaltens und visueller Informationsverarbeitung leisten können.

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Kurzbeschreibung:

Eine zentrale Frage, die sich zu Beginn der Erarbeitung von Methoden zur Erfassung der Aufmerk- samkeitsverteilung an Bildschirmen stellt ist, warum in nahezu allen gängigen Methoden über die Messung von Blickbewegungen die Erfassung eines psychologischen Konstrukts, der Aufmerksam- keitsverteilung, eingesetzt wird. Augenbewegungen durchdringen menschliches, insbesondere visu- elles Verhalten mannigfaltig in einer denkbar großen Anzahl von Alltagssituationen. Es ist elemen- tar wichtig, Blickbewegungen als Element des Verhaltens, der Informationsverarbeitung und der Leistung eines Operators zu begreifen und als grundlegende Eintrittspforte zur Erschließung menschlicher Aufmerksamkeit und anderer kognitiver Prozesse sowie deren grundlegende Mecha- nismen zu verstehen.

Ein Blickbewegungsmuster wird dabei typischerweise in eine Serie diskreter Fixationen und schnel- ler (sakkadischer) Augenbewegungen (z.B. von einem Bildschirmbereich zu einem anderen) diffe- renziert, wobei aktive Informationsaufnahme und -verarbeitung nur stattfindet, wenn ein bestimm- tes Objekt bzw. ein Bereich fixiert wird - der visuelle Input ist während der eigentlichen Blickbe- wegungen unterdrückt. Augenbewegungen werden durch bottom-up (oder stimulusgeleitete) sowie top-down (oder zielgeleitete) Prozesse geleitet. Occulomotorisches Verhalten wird so z.B. durch Kosten der nötigen mentalen Zugriffe, der nötigen Anstrengung und von außen einwirkende Fakto- ren beeinflusst.

In der Anwendung wird bei der Nutzung blickbewegungsorientierter Verfahren mittels verschiedener einerseits apparativer-optischer (Eye-Tracking), andererseits subjektiv-wiedergebende (z.B. Mouse-Tracking) Verfahren (Vgl. weitere Literatur in dieser Recherche) ein Blickpfad konstruiert, aus dem sich sowohl der Blickverlauf als auch die Fixationszeiten bestimmter, vorab definierter Bereiche (Areas of Interest) aufgezeichnet und analysiert. Je nach Verfahren sind die daraus resultierenden Daten objektiver oder subjektiver, nummerischer oder verbaler Natur.

Ergänzend wird auf die Möglichkeit hingewiesen, Computational Models von Augenbewegungen zu erstellen und somit die Modellierung und Simulation menschlichen visuellen Verhaltens zu er- möglichen.

Kritisch anzumerken bleibt, dass die visuelle Fixation eines Bereiches eine notwendige, aber keine hinreichende Bedingung für die Belegung mit Aufmerksamkeit darstellt, was grundlegend die Grenzen nahezu aller gängigen Erfassungsmethoden (wie z.B. Eye-Tracking) markiert. Nichtsdestotrotz sind in Alltagssituationen Augen als Eingangspforte visueller Information und Aufmerksamkeit sehr eng gekoppelt, da z.B. Leistung durch die Breite determiniert ist, mit der ein Operator während einer Fixation seine Aufmerksamkeit ausbreitet. Unbestritten bleibt der große Nutzen, den computerbasierte und modellierte Blickbewegungsanalysen für die Entwicklung und Optimierung von u.a. Displays und ähnlichen visuellen Schnittstellen sowohl in Arbeitsumgebungen, als auch im Privatbereich liefern sowie der prädiktive Nutzen, der sich daraus ergibt.

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Kurzbeschreibung:

Menschen verhalten sich in realen Situationen häufig anders, als sie sich selbst einschätzen würden. Aus diesem Grunde wird in dem vorliegenden Kapitel erarbeitet, wie enorm wichtig es ist, direktere Beweise für menschliches Verhalten in natürlichen Umgebungen in Betracht zu ziehen und diesen Punkt in Anwendung umzusetzen.

Moderne Technologien erlauben die Entwicklung verschiedener, individueller „Tracker“, welche zahlreiche technische Kombinationen beinhalten können, wie z.B. Videoaufzeichnung, Erhebung physiologischer Maße, Augenbewegungen und andere Sensoren, um menschliches Verhalten in einer großen Bandbreite an Variablen aufzeichnen und auswerten zu können. Diese Laufwerke ermöglichen es somit, menschliches Verhalten in einer großen Bandbreite (Aufmerksamkeit und Sehen, Bedienen, Entscheiden, Fehlverhalten und Selbstkorrekturen) zu analysieren und System- komponenten zu evaluieren. Hieraus ergibt sich ein großes methodisches Potential von Tracking- Methoden für das Usability Engineering und Testing. Je nach Konzeption und technischer Um- setzung des Tracking-Verfahrens besteht die Möglichkeit verschiedenste Datenquellen zu ver- wenden, woraus sich eine ebensolche Vielfalt und Fülle für das potentielle Datenmaterial ergibt. Die vorliegenden Daten, d.h. Verhaltenssequenzen aus unterschiedlichen Tracking-Quellen, kön- nen mittels klassischer ethologischer Techniken (Beobachten, Klassifizieren, Vergleichen, Video- analytik, etc.) sowie (bei Vorliegen geeigneten Datenmaterials) mit statistischen Verfahren aus- gewertet und analysiert werden. Zusammenfassend bieten Tracking-Verfahren im Allgemeinen ein großes methodisches Potential und eine zahlreiche Flexibilisierungsmöglichkeiten für die Er- fassung und Analyse verschiedener Verhaltensmaße, welche entsprechend auch für die Aufmerk- samkeitserfassung auf verschiedenen Kanälen (Messung von Blickbewegungen, Kopfbewegun- gen, weitere motorische und sensorische Komponenten) gewinnbringend eingesetzt werden kön- nen.

Aktuelle Herausforderungen für die Entwicklung entsprechender Tracking-Geräte bestehen in der Auswahl und Platzierung der jeweiligen Mess-Sensoren und deren zusammenhängende Einbettung in ein ganzheitliches Tracking-Gerät sowie in der Entwicklung von Taxonomien für die Klassifizierung von Verhalten aus dem Output der verschiedenen Sensoren. Ein großer Vorteil bleibt jedoch am Ende: Verschiedene Implementierungsmöglichkeiten für ebenso differente Kontexte liefern einzigartige Informationen darüber, wie das „Mind`s Eye“ mit verschiedenen Umwelten und Systemen interagiert - im Arbeitskontext oder in der Freizeit, im gesunden wie im beeinträchtigtem Zustand.

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Kurzbeschreibung:

Der Artikel beschreibt Annäherungen an die menschliche Leistung, welche auf ökonomischen Konzepten beruht. Dabei ist zu berücksichtigen, dass menschliche Informationsverarbeitung zahlreichen Ressourcenrestriktionen unterworfen ist und es somit zugrundeliegende Mechanismen geben muss, welche die Zuweisung der limitierten Ressourcen übernehmen.

Die Effektivität solcher Ressourcen (sowie der grundlegenden Verteilungsmechanismen) für die Bearbeitung bestimmter Aufgaben ist dabei von verschiedenen Parametern abhängig, welche so- wohl die Aufgabe als auch den Bearbeiter charakterisieren. Diese Annahme wird im Folgenden verwendet, um verschiedene Modelle und Interpretationen für die Leistungen in Doppelaufgaben und ihre Vorhersagen zu analysieren, bezugnehmend auf die Annahme, dass ein zentraler Pool von Ressourcen existiert.

Darauf folgend wird eine Erweiterung dieser Ansätze postuliert. Die dabei zentrale Idee ist, dass das menschliche „ processing-system “ eine Vielzahl verschiedener Mechanismen vereinigt, wobei jeder einzelne Mechanismus seine grundlegend eigene Kapazität aufweist - jene Kapazitäten können nun jederzeit unter mehreren Prozessen aufgeteilt werden.

Empirische Belege zum Beweis dieser Annahme werden sehr breit und umfassend angeführt. Zusammenfassend lassen sich aus empirischen Befunden zwei Hauptgründe extrahieren, welche die Annahme eines multiplen Ressourcenmodells unterstützen: Erstens spricht ein Ergebnis der Studien, die strukturspezifische Interferenz, für ein multiples Ressourcenmodell, da dieser Umstand weder mit zentralen Kapazitätsmodellen, noch mit strukturellen Modellen adäquate Erklärungen liefern kann. Zweitens ergeben sich Probleme bei der Erklärung zahlreicher ergänzender experimenteller Ergebnisse mit einem strikten Modell einer zentralen Kapazität, so z.B.: limited performance trade-off (Gopher & Navon, 1979), Abwesenheit eines Leistungsdekrements infolge des Hinzufügens einer zweiten Aufgabe (Sperling & Melchner, 1978) sowie Additivitätseffekte von Aufgabenschwierigkeit und Aufgabengewichtung (Gopher & Navon, 1979).

Abschließend wird die enorme Wichtigkeit betont, die umfangreichen theoretischen Möglichkeiten der Interpretation von leistungsbezogenen Ergebnissen aus Doppelaufgaben zu kennen und dies entsprechend bei der Durchführung und Interpretation weiterer empirischer Studien zu berücksich- tigen. Eine mögliche und nach den vorliegenden Befunden schlüssige Interpretation wäre z.B.: Wird verlangt, dass eine Person zwei Aufgaben simultan bearbeitet (klassische Doppelaufgabe) und der Vergleich der Leistung in der Doppelaufgabe mit der Leistung in einer einfachen Aufgabe (single-task-condition) zeigt, dass die Leistung in der Doppelaufgabe auf einer und/oder beiden Aufgabenteilen im Vergleich zur Einzelaufgabe abnimmt, wird angenom- men, angenommen, dass sich beide Aufgaben um dieselbe Klasse der Informationsverarbei- tungsressourcen konkurrieren. Diese Interpretation folgt der Ansicht, dass Ressourcen für die menschliche Informationsverarbeitung begrenzt und teilbar sind sowie dass sie in mehrere Klassen unterteilt werden können.

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Kurzbeschreibung:

Die vorliegende Dissertation des Autors befasst sich mit den grundlegenden Schwerpunkten der Augen- und Blickbewegung. Sie zeigt eine Systematik von Parametern auf, erläutert physiologische Grundlagen der Augen- und Blickbewegungen und nennt Methoden der Erfassung. Eine detaillierte Auflistung und Beschreibung von Parametern bildet den Hauptteil der Literatur. Hier werden Fixationen, Sakkaden, Blickpfade, Folgebewegungen etc. genau beschrieben und an Beispielen graphisch dargestellt.

Die Kombination von Verfahren der Augen- und Blickbewegungserfassung mit beispielsweise der Aufnahme von Lidschlägen oder dem Lauten Denken wird hier, im Sinne von sich ergänzenden Verfahren, kurz angedeutet.

Somit legt der Autor eine entscheidende Basis für bekannte Verfahren der Aufmerksamkeitsmessung. Er gibt ebenso Hinweise zur Kombination dieser, um ein möglichst vollständiges und von allen Seiten beleuchtetes Bild des Konstrukts Aufmerksamkeit zu zeichnen.

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Kurzbeschreibung:

Auch wenn es Designer gern anders hätten, geben Menschen in der Regel einem Interface sehr wenig Zeit: die Bilder werden kurz betrachtet, die Texte kaum gelesen. Eine optimale Schnittstelle - sei es eine Webseite oder ein Produkt-Design - sollte deshalb dem Nutzer innerhalb kurzer Zeit eine Übersicht über die wesentlichen Informationen verschaffen.

Wie schafft man es, die User-Interfaces auf die Wahrnehmung beim User hin zu optimieren? Wel- che Bereiche werden vom User in den ersten Sekunden angeschaut, wenn er mit der Schnittstelle interagiert? Das Thema der Aufmerksamkeitsanalyse, das über viele Jahren in Rahmen mehrerer Usability-Studien und Forschungsprojekten behandelt wird, ist das Gegenstand dieses Kapitels.

Die menschliche Aufmerksamkeit ist ein faszinierendes Phänomen - sie bestimmt, was wir wahrnehmen und was wir missachten. Die visuelle Aufmerksamkeit scheint ein unbewusster Vorgang zu sein, welcher die Bewegungen unserer Augen, des Zeigefingers und des Kopfes steuert. Über Blickbewegungen kann deshalb auf die Verschiebungen der Aufmerksamkeit zurückgeschlossen werden. Das Verfahren der Blickmessung ermöglicht demzufolge, die Blickbewegungen von Usern detailliert zu protokollieren bzw. die Aufmerksamkeitsanalyse durchzuführen.

Im Rahmen einer Einführung in das Blickmessungsverfahren (auch als Eye-Tracking bezeichnet) werden von den Verfassern zunächst die grundlegenden Definitionen und Parameter erläutert, un- terschiedliche Apparaturen zu Messung der Blickbewegung vorgestellt sowie deren Vor- und Nach- teile genannt. So können die helmbasierten Apparaturen bei interaktiven Aufgaben eingesetzt wer- den, so dass die Versuchspersonen sowohl Kopf als auch Körper frei bewegen können. Dafür ist die Notwendigkeit des physischen Kontakts von Gerät und Proband ein wesentlicher Nachteil dieses Ansatzes. Ohne Kontakt kommen so genannte table-mounted Apparaturen (=am Tisch montierte Videokameras und Lichtquellen) aus, wobei die Versuchspersonen in der Regel auf Grund des Ka- librierens physisch fixiert werden müssen.

Allgemein gelten klassische Blickmessungsverfahren als hochvalide Methoden, welche Aussagen über Sichtbarkeit einzelner Schnittstellen ermöglichen, dafür jedoch hohen zeitlichen, technischen und methodischen Aufwand erfordern und auf bestimmte Nutzergruppen (u.a. keine Brillen- und Kontaktlinsenträger) beschränkt sind.

Im letzten Abschnitt werden die softwarebasierten Alternativen zur klassischen Blickmessung - Site-Covering, Resricted-Focus-Viewer und Attention Tracking - vorgestellt. Das alternative Verfahren des Attention Tracking, bei dem der Mausklick als Indikator für beachtete Bildregionen dient, wird an der Stelle näher erläutert. Neben Vorteilen (bspw. keine Notwendigkeit manueller Datennachbereitung) und Nachteilen (u.a. Lesen von Fließtext kaum erfassbar) werden seine Einsatzmöglichkeiten in Usability-Studien beschrieben.

Abschließend stellen die Autoren das alternative Verfahren der Aufmerksamkeitsanalyse per Maus- klick und die klassische Blickmessung gegenüber und vergleichen diese hinsichtlich solcher Krite- rien wie Einsatzort, Dauer der Studie, Natürlichkeit der Testsituation oder typische Probandenan- zahl.

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Kurzbeschreibung:

„ Eyetracking records eye movement and provides information on what people look at... ” - so die Autoren, die sich im Rahmen des vorliegenden Kapitels mit der Eye-Tracking-Methode und deren Einsatz in Human-Computer-Interaction befassen [HCI].

Das Eye-Tracking stellt ein Verfahren dar, bei dem Blickbewegungen anhand eines Lichtstrahls, den das Auge reflektiert, von einer Infrarot-Kamera aufgezeichnet und an ein Computersystem weitergegeben werden. Aus den erhobenen Daten lassen sich anschließend exakte Fixationsfolgen, Sakkaden sowie Betrachtungszeiträume rekonstruieren und hinsichtlich der Fragestellung auswerten. Insofern ermöglicht das Verfahren die Visualisierung von Aufmerksamkeitsverteilung, -dauer und Fixationshäufigkeiten zwischen bestimmten Areas of Interest [AOI] sowie von Blickpfaden und deren Häufigkeit zwischen den AOIs.

Zum besseren Verständnis von oben beschriebenen Prozessen werden im ersten Abschnitt des Kapitels physiologische Grundlagen der Augen- und Blickbewegungen sowie wichtige Parameter des Eye-Tracking-Verfahrens wie Fixationen, Sakkaden, Blickpfade etc. erläutert. Ferner beschreiben Verfasser die wichtigen Aspekte eines Untersuchungsdesigns, wie Art und Weise der Fragestellung, Probandenanzahl oder Datenerhebungsmethodik.

Durch die Datenanalyse und Interpretation können später die Aussagen zur Nutzerfreundlichkeit einer Schnittstelle (z.B. einer Webseite) gemacht und Elemente identifiziert werden, welche dem User Schwierigkeiten bereiten bzw. ihn von wesentlichen Aspekten ablenken. Die unterschiedli- chen Typen der Datenvisualisierung werden im zweiten Abschnitt vorgestellt - z.B. Heatmaps (Abbildungen aggregierter Blickpunkte aller Probanden), Gazeplots (Visualisierung von Fixationenslokalisierung, -folgen und -dauer), GazeView (Aufzeichnung von Fixationen in Echt- zeit) oder Areas of Interest (Visualisierung von Daten im Bereich von AOIs) - und an Beispielen illustriert.

Abschließend beschreiben die Autoren zwei Studien mit dem Einsatz des Eye-Tracking in HCI. Anhand dieser Beispielstudien werden Schlussfolgerungen gezogen bzw. die Vor- und Nachteile des Verfahrens zusammengefasst. Als Vorteil wird bspw. die Vielfalt der Visualisierungstypen von erhobenen Daten gesehen. Zu den Nachteilen der Methode zählen der hohe zeitliche und technische Aufwand oder die Beschränkung auf bestimmte Usergruppen (u.a. keine Brillen- und Kontaktlinsenträger). Dafür kann das Eye-Tracking mit anderen Verfahren wie Mouse Tracking oder Lautes Denken bei der Studien kombiniert werden, bei denen spontane unbewusste Reaktionen von Bedeutung sind (bspw. Studien mit erotischen Bildvorlagen).

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Details

Seiten
29
Jahr
2010
ISBN (eBook)
9783640969012
ISBN (Buch)
9783640969166
DOI
10.3239/9783640969012
Dateigröße
878 KB
Sprache
Deutsch
Institution / Hochschule
Technische Universität Berlin
Erscheinungsdatum
2011 (Juli)
Note
1,3
Schlagworte
untersuchungs-methoden erfassung aufmerksamkeitsverteilung bildschirm recherche-dokumentation erstellung posters

Autoren

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Titel: Untersuchungs-Methoden zur Erfassung der Aufmerksamkeitsverteilung am Bildschirm