Eye tracking ve vzdělávání

Prezentace na téma: "Eye tracking ve vzdělávání"— Transkript prezentace:

1 Eye tracking ve vzdělávání
Problémy fyzikálního vzdělávání Martina Kekule

2

3 http://zentrum-bildungsforschung. hu-berlin. de/

4 Co je eye-tracking? řízení, facebook, třída, nádraží gorila

5 Zařízení mobilní pevně stojící hlava fixovaná pohyb hlavou volný
obrázky text a obrázky videa webovky, letáky Učebnice, úlohy čtení v terénu zákazníci v obchodě sportovci řidiči učitelé, žáci

6 Zařízení SMI http://www.smivision.com/
Dobré mobilní brýle Tobii User friendly, zaměření na marketing ASL EyeLink Pro vědecké účely, přesný

7 Pohyby oka 6 svalů pohyby: nahoru/dolů, doleva/doprava, twist Signály kontrolující pohyb očí: Reflexivní (polokruhové kanálky) Bezděčné (superior colliculus) Volní (mozková kůra)

8 Ostrost vidění Největší ostrost 2° přesnost metody

9 Jak to funguje? Video-based Combined Pupil/corneal reflection
Reflexe od očního pozadí Infračervené světlo (např. 3,5 mW/cm2, 70 cm) Kamera snímající oko/oči

10 Jak to funguje? 4 Purkyněho odrazy P1 vnější rohovka
P2 vnitřní rohovka P3 povrch čočky P4 zadní stěna čočky typicky P1 a střed zornice Dual eye-tracking P1 a P4 P1 a střed zornice: mění se s pohybem očí, ale zůstává téměř neměnná při malém pohybu hlavy Dual: separate translational and rotational eye movements

11 3D gaze tracking method using Purkinje images on eye optical model and pupil
Ji Woo Leea, Chul Woo Choa, Kwang Yong Shina, Eui Chul Leeb, Kang Ryoung Parka, , a Division of Electronics and Electrical Engineering, Dongguk University, 26, Pil-dong 3-ga, Jung-gu, Seoul , Republic of Korea b Division of Computer Science, Sangmyung University, 7 Hongji-dong, Jongno-gu, Seoul , Republic of Korea How to Cite or Link Using DOI Permissions & Reprints Optics and Lasers in Engineering Volume 50, Issue 5, May 2012, Pages 736–751

12 Left eye rotate to fixate nine points during calibration.

13

14 Nevýhoda této metody Nutná kalibrace! Nelze použít u zvířat, malých dětí Existují např. čočky viz obr.

15 Historie Louis Emile Javal ( ) studium očních pohybů sledování čtení Edmund Huey ( ) sledování očních pohybů mechanicky bolestivé, pokusné osoby dostávaly kokain a contact lens with a hole in the middle, and an aluminum pointer that moved as the eye moved `The curve shows the movements of the eye in reading six lines, preceded and followed by two free movements of the eye each way, in which it was swept from one end of the line to the other, the beginning and end alone being fixated

16 Historie 19. stol První pokusy 1920-1960 Behaviorismus – dark era
Dodge (1908) první nekontaktní metoda zaznamenání odrazů na fotografickou desku 19. stol První pokusy Behaviorismus – dark era Od poloviny 60. let Použití v kognitivní psychologii

17 Co zaznamenáváme? Sakády rychlý oční pohyb ~10-100 ms
cca 3-4 x za sekundu Potlačený příjem signálu v době trvání sakády Zřejmě pohyb oka naprogragmovaný dopředu (ballistics) Volní a reflexivní Fixace třes, mikrosakády (rozptyl 1°-2°) 150 – 600 ms, průměrně ms 90 % času

18 Proč? Porozumění procesům týkajícím se pozornosti.

19 Lidské oči x oči ostatních primátů mnohem větší bělmo
 mnohem jednodušší zjistit, kam se dívá někdo druhý Směr pohledu  prostředek komunikace (i malé děti jsou k tomuto senzitivní)

20 Visual attention Many filtered into few for perception. Humans are finite beings that cannot attend to all things at once. Visual scene inspection is performed minutatim (one by one) not in toto (as a whole).

21 Visual attention Hermann von Helmholtz (1821-1894)
visual attention – nezbytný mechanismus vizuální percepce pozornost může být kontrolována necháváme naše oči klouzat po scéně a tak ji prozkoumáváme oční pohyby odrážejí záměr prozkoumat detail objektu  zjevná pozornost, důraz na „where“

22 Visual attention William James (1842-1910) Pozornost je aktivní proces
Vnitřní proces Předvídáme, máme očekávání Náš zájem odráží to, kam se díváme Informace z periferie může být příčinou přesunu naší pozornosti

23 Visual attention James J. Gibson (1904-1979)
Jsme dokonce více aktivní, než předpokládal James „viewer advanced preparation“ - zda a případně jak budeme reagovat Př. Když očekáváme popis zvířete, chybu v tisku „sael“ budete číst jako seal, pokud očekáváme popis lodi, budeme číst sail Respondentovo očekávání, jaký přijde stimul, může být ovlivněno instrukcemi experimentátora!

24

25 bottom-up top-down (modely)
Visual attention 2 zdroje informací bottom-up top-down (modely) Bottom-up Daný fyzickým charakterem podnětu Relativní výraznost prvku (např. kontrast) perceptual salience Dominantní během prvních dvou sekund Itti, Koch, Niebur model Top-down faktory předchozí znalosti, očekávání, cíle úlohy  Paradigma expert x začátečník

26

27 Analýza očních pohybů Úloha: určit, co je fixace a co je sakáda.

28

29 Analýza očních pohybů Úloha: určit, co je fixace a co je sakáda. 2 základní přístupy př. pro mobilní oční kameru: 3 měření v rámci 14 pixelů = fixace Př. Pro EyeLink systém: rychlost > 30°/s = sakáda M, N, D určené empiricky

30 Eye tracking metrics

31

32

33 AOI video kódování 45 min výuky cca 15 hodin

34 Fotografie v PowerPointu
Výzkumná otázka: zda mají nějaký účel dekorativní obrázky/fotografie? ?? well-designed multimedia presentation?? Klasifikace fotografií podle míry „dekorativnosti“ Dle Pozzer a Roth: 4 kategorie Dekorativní – bez jakéhokoliv vysvětlení Ilustrativní – mají nadpis S vysvětlením – samostatný obr. s krátkou vysvětlivkou Doplňující – odkazy k textu

35 Fotografie v PowerPointu
15 studentů učitelství 16 slidů (kombinace obrázky/text) Definice AOI (nadpis, text, obrázek, ostatní plocha) Porovnání

36

37 Řešení problémů s elektrickými obvody
Eyetracking jako doplněk Srovnání experti a začátečníci Posuzování jednotlivých scanpath Vzorek: jednotky respondentů Bez ohledu na obtížnost úlohy experti více kontrolují zadání – schéma obvodu.

38

39 Eye tracking při řešení fyzikálních problémů
6 úloh AOI – 3 typy perceptual salience (model) relevantní (na základě posouzení expertů) začátečníci (na základě interview)

40

41 Eye tracking při řešení fyzikálních problémů
24 pokusných osob Systém EyeLink min Zjišťovány rozdíly v celkovém času fixovaných jednotlivých AOI mezi správnými a špatnými odpověďmi

42 Eye tracking při řešení fyzikálních problémů
Koncept The “quiet eye” (Panchuk and Vickers,2006) Experti se dívají na klíčové oblasti a ne na ty ostatní. Learning to look like an expert is learning where/how/when not to look V 5 z 6 příkladů, ti co odpověděli správně strávili více času na relevantních oblastech. Ti, co řešili nesprávně, více času v oblastech vytipovaných začátečníky/z výzkumů o miskoncepcích. Žádný vliv percepčního kontrastu, ani během prvních 2 s (průměrná doba fixace různá, ale stat. nevýznamný rozdíl)  Visual cues

43 Eye tracking v práci učitele
Situation awareness (Endsley, 1995, 2000) - vnímání smysluplných elementů v daném prostředí porozumění jejich významu a odhad důsledků v blízké budoucnosti Cognitive tunneling (Dirkin, 1983) - zploštění pozoronosti při komplexní úloze Piloti začátečníci se zaměřují pouze na nějaké přístroje (Wickens, 2002) Multitasking

44 Corey, S. , & Teague, M. (2001). Horus’s horrible day
Corey, S., & Teague, M. (2001). Horus’s horrible day. New York: Turtleback books

45 20 učitelů experti (víc než 5 let praxe) ASL mobile eye dvě učitelky M S4/S6 81%/19% S3/S21 65%/35%

46 Děkuji za pozornost!

47

48