Айтрекинг в психологической науке и практике - Коллектив авторов

Изображение предъявляют на экране монитора Samsung с диагональю 23' (с разрешением 1920x1080 пикселей) на расстоянии 60 см от глаз испытуемых, занимая 47° по горизонтали и 26° по вертикали их зрительного поля. В экспериментах голову испытуемых фиксируют с помощью лобно-подбородной подставки.

С точки зрения построения эксперимента необходима возможность составления набора предъявляемых стимулов, как статических, так и динамических. Эта возможность предусмотрена в разработанном программном обеспечении. Интерфейс позволяет добавлять графические файлы разных форматов, задавать время предъявления стимулов.

Также в программе предусмотрена возможность проведения повторной калибровки в течение эксперимента, в том числе в «горячем» режиме, и добавления фонового изображение между предъявляемыми стимулами.

В экспериментах на экране монитора предъявляют различные зрительные стимулы и регистрируют изображение глаза. Координаты взора отражают траекторию движения глаза и периоды фиксаций. Такие траектории можно «наложить» на изображения, предъявляемые на мониторе, что позволяет качественно оценить процесс сканирования испытуемым зрительной сцены во время эксперимента (рисунок 4).

Рис. 4. Стимульное изображение с наложенными на него треками и выделенными фиксациями. Испытуемый сканирует взором детали интерьера и фигуру человека

У многих современных трекеров, предлагаемых на рынке, существует ряд ограничений, связанных с закрытыми алгоритмами анализа и удобством работы с конкретным программным обеспечением. Программа VisualStimulator дает исследователю максимально необходимый доступ к разным уровням обработки, начиная с потока исходных данных, на основе которых строятся треки, и заканчивая выделенными из них событиям (фиксации, саккады и моргания). В программе предусмотрены возможности изменения цветов накладываемых треков; существует возможность изменения цвета трека, саккад и фиксаций отдельно. Для большей наглядности линия, соответствующая саккаде, передается с разной толщиной: тонкая в том месте, где саккада начинается, и утолщающаяся в сторону конца саккады.

Возможность синхронного вывода видеозаписи и прорисовки треков взора, наложенных на изображение (рисунок 4) позволяет верифицировать моменты генерации событий (саккад и фиксаций) при проведении эксперимента. Этот метод дополняет преимущества использования открытых алгоритмов работы программно-аппаратного комплекса, которые, в свою очередь, также позволяют получать как массивы исходных координат центра зрачка в системе координат матрицы видеокамеры, так и в системе координат монитора, на котором предъявляются стимульные изображения. Большое внимание при разработке описанного программного обеспечения уделялось именно возможностям визуализации, что является очень важным аспектом при анализе полученных записей. Специальной опцией является то, что координаты треков или соответствующие им события могут «выгружаться» непосредственно за тот промежуток времени, который отражается на картинке в данный момент. Также возможно делать временные отступы от начала или конца записи, чтобы точно определить интересующий исследователя фрагмент записи.

Известно, что у ряда трекеров, даже современных, отсутствует возможность загрузки динамических стимулов, что сильно ограничивает возможности исследователя. В нашем ПО специально была предусмотрена такая возможность и представлены все необходимые для анализа записанных данных инструменты. Для вывода стимульного видеоряда с наложенными на него треками движений глаз в программу VisualStimulator был интегрирован видеоплейер (рисунок 5), автоматически вызываемый при просмотре сделанной в эксперименте записи.

Рис. 5. Синхронный вывод трека в интервале 500 мс и видеоизображения глаза, которое хранится в отдельном файле

Разработанный программно-аппаратный комплекс с успехом применялся нашей научной группой в целом ряде исследований. Основными направлениями исследований стали работы со статическими и динамическими изображениями (Шурупова и др., 2015) и исследования движений глаз при чтении предложений с синтаксической неоднозначностью (Жондо и др., 2015). По результатам проведенных исследований были защищены две дипломные работы на кафедре высшей нервной деятельности биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Результаты, полученные в указанных работах подтвердили динамику зависимости параметров движений глаз при просмотре статических и динамических сцен, а также при чтении предложений с синтаксической неоднозначностью, которая описана в ранее опубликованных работах, что говорит о релевантности полученных результатов и косвенно свидетельствует о точности работы программно-аппаратного комплекса. При этом с использованием описанного оборудования и программного обеспечения были получены новые содержательные результаты. Высокая частота и удобство работы с программно-аппаратным комплексом позволяет эффективно регистрировать данные в экспериментах и получать результаты на уровне работ современной мировой науки.

Приведено описание программно-аппаратного комплекса, разработанного нашей научной группой. В нем предусмотрены широкие возможности настройки как аппаратной части (изменение частоты, разрешения и др.), так и широкий спектр программных настроек, необходимых для удобной и продуктивной работы с данными регистрации движений глаз.

Установка позволяет быстро освоить навыки работы с ней, что является также существенным преимуществом, особенно для начинающих работать с айтрекингом. Важными особенностями являются возможности синхронного вывода треков движений глаз и видео изображения глаза с выделенным на нем зрачком и оперативного добавления калибровки в процессе проведения эксперимента.

Циклы работы программы VisualStimulator и поток координат зрачка синхронизованы по времени. В настоящее время формат принимаемых данных определяется программным обеспечением цифровой камеры Fastvideo-ЗОО, однако потенциально существует возможность работы с данными в любом другом формате и с другими типами камер. Этот фактор дает преимущества перед используемыми в настоящее время коммерческими айтрекерами, так как позволяет изменять аппаратную часть, базируясь на серийно производимых типах видеокамер в широком ценовом диапазоне.

Существует потенциальная возможность применения программно-аппаратного комплекса для работы с животными (низшими приматами).

Видео нистагмограф. URL: http://www.vdvs.ru/products/vng/vng.htm (дата обращения: 15.06.2015).

Жондо А. С, Анисимов В. Н., Фёдорова О. В., Латаное А. В. Движения глаз при чтении предложений с локальной и глобальной синтаксической неоднозначностью // Когнитивная наука в Москве: новые исследования. М.: ООО «Буки Веди», ИППиП, 2015. С. 131–134.

Скоростная матрица ШРА-300. URL: http://www.fastvideo.ru/info/sensor/ cypress/lupa300.htm; http://www.fastvideo.ru/info/sensor/cypress/ lupa_300.pdf (дата обращения: 15.06.2015).

Стандартная система скоростной видеозаписи: 640x480,10 бит, 300 fps. URL: http://fastvideo.ru/products/vga/fv300.htm http://fastvideo.ru/ products/vga/fv300.htm (дата обращения: 15.06.2015).

Программное обеспечение Fastvideo Lab для скоростной видеосъемки. URL: http://www.fastvideo.ru/products/software/software.htm (дата обращения: 15.06.2015).

Программное обеспечение для видео нистагмографии. URL: http://www. vdvs.ru/products/software/software.htm (дата обращения: 15.06.2015).

Центр разработки для Windows. Mailslots. URL: https://msdn.microsoft. com/ru-ru/library/windows/desktop/aa365576%28v=vs.85%29.aspx (дата обращения: 15.06.2015).

Шурупова М. А., Анисимов В. Н., Красноперое А. В., Латаное А. В. Параметры движений глаз при просмотре динамических сцен // Когнитивная наука в Москве: новые исследования. М.: ООО «Буки Веди»-ИППиП, 2015. С. 492–498.

Шурупова М. А., Анисимов В. Н., Латаное А. В. Параметры движений глаз при просмотре динамических сцен // Одиннадцатый международный междисциплинарный прогресс «Нейронаука для медицины и психологии». Тезисы докладов. Судак, 2015. С. 456.

Lemire D. A Better Alternative to Piecewise Linear Time Series Segmentation // SDM. 2007. P. 545–550.

PIXCI® EB1 PCI Express xl Base Camera Link Frame Grabber. URL: www.epixinc.com/products/pixci_ebl.htm (дата обращения: 15.06. 2015).

Sheela S. V., Vijaya P. A. Mapping Functions in Gaze Tracking // International Journal of Computer Applications. 2011. V. 26. № 3. P. 36–42.

Velichkovsky B. M. et al. Two visual systems and their eye movements: Evidence from static and dynamic scene perception // Proceedings of the XXVII conference of the cognitive science society. Mahwah, N.J.: Lawrence Erlbaum, 2005. С 2283–2288.

Обзор изобретений, полученных при использовании айтрекинговых исследований в процессе изучения способности 3D-восприятия образов плоскостных изображений

В. Н. Антипов, А. В. Жегалло, В. В. Курчавов, Н. В. Звёздочкина, Л. М. Попов

Айтрекинговые исследования, изучение движения глаз позволяют получить первичную информацию о новой способности зрительного восприятия – способности воспринимать образы плоскостных изображений с эффектами глубины, объема, пространственной перспективы (далее – феномен) (Антипов, 2005). Естественно-природный механизм зрительного восприятия – стереоскопическое зрение, бинокулярная диспаратность однозначно препятствует наблюдению атрибутов феномена. Однако в настоящее время по различным направлениям феномена получено 19 патентов на изобретения. Авторами и патентообладателями изобретений являются научные работники Казанского университета, ИП РАН, ЦЭП МГППУ, ИФ РАН, Ульяновского училища гражданской авиации. Существенный вклад в доказательство существования феномена внесли именно исследования на бинокулярном айтрекере. Экспериментально показано наличие восприятия глубины, объема образов плоскостных изображений, величина которых соизмерима с трехмерными параметрами, наблюдаемыми при рассматривании 3D-растровых изображений. При этом элементы феномена не меньше уровня наблюдаемой стереоскопической глубины стереограмм в условиях фузии.