Zeitraum des ProjektesNovember 2008 bis Dezember 2009
Beteiligte PersonenDipl.-Ing. Sophie Stellmach
Art des ProjektesErweitertes Diplomprojekt
SVEETER - Gaze Visualizations for Virtual Environments on Vimeo.
Blickvisualisierungen in virtuellen 3D-Umgebungen
Beschreibung
Eye Tracking Technologie erlaubt die Aufnahme von Blickbewegungen zur Analyse visueller Aufmerksamkeit. Eine ihrer größten Stärken und damit ein Grund für ihre Beliebtheit ist die Darstellung einfach verständlicher, übereinander gelagerter Visualisierungen für zweidimensionale Reize - zum Beispiel Hitzekarten (heat maps) und Blickpunktdiagramme (gaze plots). Allerdings unterstützen vorherrschende Blickvisualisierungstechniken die interaktive Analyse von dreidimensionalen (3D) virtuellen Umgebungen (VEs) nicht angemessen.
Unser Projekt beabsichtigt Eye Tracking Studien in 3D VEs zu erleichtern, indem visuelle Blickanalysetechniken und -methoden erweitert werden. Zu diesem Zweck wurde eine Umfrage mit Eye Tracking Experten und Wissenschaftlern durchgeführt, um Verbesserungsmöglichkeiten existierender Blickanalysetechniken zu eruieren. Dies führte zur Entwicklung einer Taxonomie von Blickvisualisierungen, um Stärken und Schwächen aktueller Techniken zu bestimmen. Basierend auf den Verbesserungsvorschlägen aus der genannten Umfrage und Schlussfolgerungen aus der Klassifikation von Blickvisualisierungen wurde ein Blickanalysewerkzeug entwickelt, das Visualisierungen für statische 3D VEs integriert (SVEETER). Die Implementierung basiert auf dem Tobii 1750 Eye Tracker, dem XNA System und Windows Forms.
Dieses Projekt dient verschiedenen Zwecken. Erstens hilft es Eye Tracking zu einer Technologie heranzureifen, die benutzt werden kann, um visuelle Aufmerksamkeit in Simulationen und bspw. Spieleanwendungen einfacher zu erforschen. Für diesen Zweck haben wir eine Softwarelösung zum Erstellen und Erkundschaften von Blickvisualisierungen in 3D Umgebungen entwickelt. Zweitens dient die Arbeit als Fundament für zukünftige Forschung im Bereich von Blickvisualisierungen in virtuellen Welten durch die Bereitstellung des methodischen und taxonomischen Rahmens für solche Visualisierungstechniken.
Implementierte Blickvisualisierungen
Basierend auf gewohnten Blickvisualisierungstechniken (Blickpfade, Aufmerksamkeitskarten und Areas-of-Interest), stellen wir drei Techniken zur Darstellung von Eye Tracking Daten in virtuellen 3D Umgebungen vor:
- Pfadvisualisierungen
- Models of Interest Timeline
- Dreidimensionale Aufmerksamskeitskarten
Diese Visualisierungen wurden in das Blickanalysewerkzeug SVEETER integriert.
Pfadvisualisierungen
Bei den Pfadvisualisierungen werden im Wesentlichen zwei Kategorien unterschieden: Darstellung von Blickfolgen (Fixationen und Sakkaden) und von Kameraverläufen (Kamerapositionen und -ausrichtungen).
3D Blickpfade - Variante 1: Da Fixationen üblicherweise als Kreise repräsentiert werden, können sie analog dazu als Kugeln in 3D dargestellt werden. Das Bild zeigt zudem, dass Vergrößerungsstufen der Blickpfade unabhängig von der zugrundeliegenden Umgebung verändert werden können.
3D Blickpfade - Variante 2: Statt richtungslose Formen zur Repräsentation von Fixationen zu nutzen, können bspw. auch Zylinder eingesetzt werden. Dies ermöglicht die Darstellung von Fixationspunkt und -dauer, aber auch eine Relation zu variablen Blickpunkten.
3D Kamerapfade: Der Benutzer hat die Möglichkeit seinen Blickpunkt zu verändern. Daher ist es wichtig, Kamerapositionen und -ausrichtungen zu visualisieren, um ein besseres Verständnis des Blickverhaltens einer Person zu bekommen.
Models of Interest Timeline
Models of Interest Timeline: Die Models of Interest Timeline stellt angeschaute Modelle in einer übersichtlichen Zeitleiste dar. Dabei werden die einzelnen Modelle mittels Farben kodiert. Während die obere Zeitleiste zoombar ist, stellt die untere Leiste die Folge von angeschauten Objekten im Ganzen dar (bezogen auf einen Durchführungszyklus).
Models of Interest Timeline: Die Models of Interest Timeline kann auch zur besseren Veranschaulichung von Pfadvisualisierungen genutzt werden, indem dargestellte Pfade durch die angezeigten Marker eingegrenzt werden können.
Aufmerksamkeitskarten
Projizierte Aufmerksamkeitskarten sind 2D Repräsentationen von 3D Blickdaten. Das Bild zeigt eine projizierte Aufmerksamkeitskarte für die Ansicht von oben, für die zwei verschiedene Farbsignaturen verwendet wurden.
Objektbasierte Aufmerksamkeitskarten weisen jedem Modell genau eine Oberflächenfarbe zu, die abhängig ist von der erhaltenen visuellen Aufmerksamkeit des Modells. Eine objektbasierte Aufmerksamkeitskarte für zwei Ansichten ist im oberen Bild dargestellt.
Oberflächenbasierte Aufmerksamkeitskarten repräsentieren die visuelle Aufmerksamkeit, die ein Objekt erhalten hat, als Hitzekarte auf den Modelloberflächen. Im obigen Beispiel wurden verschiedene Farbsignaturen und Renderingoptionen eingesetzt.
SVEETER
SVEETER: Ein Screenshot vom Blickanalysewerkzeug SVEETER, das die beschriebenen Blickvisualisierungstechniken integriert.
Diplomarbeiten in diesem Projekt
Publikationen
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3D Attentional Maps - Aggregated Gaze Visualizations in Three-Dimensional Virtual Environments
Proceedings of the International Working Conference on Advanced Visual Interfaces (AVI 2010) (Rom, Italy, May 25-29, 2010).
AVI 2010, ACM, ISBN 978-1-4503-0076-6, pp. 345-348.
Downloads: Short Paper (3171KB), Poster (650KB)
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Advanced Gaze Visualizations for Three-dimensional Virtual Environments
Proceedings of the 2010 Symposium on Eye-Tracking Research and Applications (Austin, TX, USA, March 22-24, 2010).
ETRA 2010, ACM, ISBN 978-1-60558-994-7, pp. 109-112.
Downloads: Short Paper (7124KB), Poster (3489KB)
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Trends and Techniques in Visual Gaze Analysis
Proceedings of the 5th Conference on Communication by Gaze Interaction (COGAIN '09) (Lyngby, Denmark, 2009).
COGAIN 2009, The COGAIN Association, ISBN 978-87-643-0475-6, pp. 89-93.
Downloads: Short paper (169KB)