Sledování pohledu řidiče (Eye Tracking)

Systém sledování pohledu (eye-tracking) je jedním ze zařízení, které lze využít při experimentálních činnostech při návrhu, optimalizaci, zkoušení/ověřování ergonomie a bezpečnosti nasazení určitého uživatelského rozhraní řidičem ve vozidlech.

Vizuální kanál je pro řidiče vozidla nejsilnějším nositelem informací, které využívá k vykonávání primárních i sekundárních úkolů řízení. Tyto informace mohou svou být svou povahou nezbytné pro vykonávaní této činnosti, ale mohou být zrovna tak nadbytečné nebo i rušivé. Z tohoto důvodu je právě vizuální zátěž jedním z nejsledovanějších parametrů při vyhodnocování řidičovy kognitivní zátěže, vyhodnocování jeho aktuálního výkonu, pozornosti či únavy.

Moderní vozidla se již řadu let vybavují sofistikovanými systémy, které zajišťují řadu funkcí. Tyto systémy komunikují (interagují) s řidičem prostřednictvím uživatelského rozhraní, které je často založeno na vizuální interakci. Zásadním úkolem při jejich návrhu je zajištění minimalizací možné sekundární zátěže a minimalizací odklonění řidičovy pozornosti od primárních úkolů řízení.

Tyto parametry lze posuzovat za pomoci experimentálního měření, které může probíhat v reálném nebo simulovaném prostředí. Měření s eye-trackingem jsou zaměřena na získávání objektivní informace sledováním chování řidiče a částečně mohou nahradit subjektivní metody posuzování. Moderní systémy sledování pohledu jsou založeny na použití neviditelného IR světla, čímž se minimalizuje negativní dopad na zkoumaného řidiče a ovlivnění výsledků měření.

Tato zařízení a doporučené postupy lze aplikovat v libovolné sociodemografické oblasti, přičemž je třeba způsob měření a interpretaci výsledků přizpůsobit charakteru prostředí, pro které jsou zkoumané systémy cíleny, stejně tak je třeba brát ohled na lokální zvyklosti v jejich možném užívání.

UI – Uživatelské rozhraní (user interface) je soubor vstupních ovládacích prvků
a výstupních sdělovačů, kterými daný systém ve vozidle komunikuje s řidičem. Obvykle se jedná
o spínač, přepínač, ovládací páčky, ukazatele ve formě číselníků, ručiček s číselnou či jinou škálou, různobarevných světel, ikon apod. Rozhraním, které integruje vstupní (haptické) i výstupní (vizuální) prvky je např. dotykový displej. Rozhraní mohou být realizována přes všechny lidské smysly, v tomto případě obvykle vizuálně, akusticky a hapticky.

Interaktivní simulátor vozidla (driving simulator) Pokročilý interaktivní vozidlový simulátor je zařízení určené pro simulaci jízdy vozidlem v podmínkách napodobujících reálné podmínky na silnicích nebo v terénu.  V současné době se vozidlové simulátory považují nejen za efektivní nástroj pro výcvik řidičů běžných a specializovaných vozidel, ale také za nástroj k provádění různých výzkumných činností
v oblastech spojených s interakcí člověk – vozidlo, mj. ale také k vývoji a zdokonalování vozidel a jejich systémů. Uplatnění mají pro celý řetězec prací, spojených s vývojem, výrobou automobilů a zajištění jejich spolehlivého a bezpečného provozu. Pokročilý simulátor by měl reprodukovat všechny vjemy, které člověk využívá pro řízení vozidla, nebo se jim co nejvíce přibližovat. Hledisko reality je spojeno nejen s pokročilostí softwarového vybavení, ale i s pořizovacími a provozními náklady, které ovlivňují kvalitu a schopnosti hardwarových prvků. Základní softwarové vybavení představují moduly, jako jsou např. matematický model chování vozidla, generování virtuální reality (obrazu a zvuku), řízení běhu scén/generátor událostí, řízení pohybové plošiny, záznam jízdy a dat, nástroje na vyhodnocení řidičova výkonu.

Eye-tracker (systém pro sledování pohledu) Eye-tracker je přístroj obecně používaný ke sledování pohybu oční bulvy a vyhodnocení aktuálního směru/vektoru/cílového bodu zaměřeného pohledu. Sekundárně lze z naměřených dat získat informace o době sledování objektů, frekvenci pohledů i tzv. vizuálním chování řidiče (z čehož lze dále odvodit nervozitu, zátěž, únavu apod.). Systémy sledování očí mohou být historicky mechanické až po moderní neintruzivní a dokonce bezdotykové. V oblasti zkoušení ergonomie vozidel se používají systémy neintruzivní, na bázi IR světla a využitím metod analýzy obrazu. V zásadě se jedná o dva přístupy – náhlavní a distanční. Náhlavní typ je umístěn obvykle před řidičovým okem nebo oběma, je realizován formou mikro kamery, případně kombinací kamery a polopropustného zrcátka. Výhodou je nižší cena, možnost jednoduchého mapování fokusu na video snímané kamerou z pozice blízko oka (tj. co řidič vidí). Nevýhodou bývá obtěžující instalace na hlavě, obvykle na velkých brýlích či helmě, dále pak obtížné mapování fokusu na vnější referenční systém. Distanční typ je naopak umístěn na vozidle/simulátoru tak, aby jeho snímací moduly pokrývaly zorné pole sledovaného řidiče. Tím je jasně určen referenční rámec pozorovaných objektů. Další výhodou je nižší míra vlivu na řidiče, jednoduché získání absolutní souřadnice sledovaného bodu, nevýhodou je zejména vysoká cena a větší množství snímačů nutných k pokrytí dostatečné pozorované oblasti (viz. obrázek 1).

Obrázek 1: Princip zachycení směru pohledu oka za pomoci odrazu paprsku
ze zdroje neviditelného IR světla

Primární úkoly řízení (primary driving task) – soubor úkonů, které jsou nezbytné k bezpečnému vedení vozidla do daného cíle.

Druhotné úkoly řízení (secondary driving task) – ostatní úkony při řízení, které nepatří mezi nezbytné, ale řidič je v daném vozidle obvykle při řízení dělá.

Ověřované zařízení je umístěno uvnitř vozidla či vozidlového simulátoru. Ten je vybaven eye-trackingovým systémem (pokud jde o fixní instalaci distančního zařízení) či je eye-tracking umístěn přímo na testovaném řidiči.  Zaznamenávají se jednak data z vozidlového simulátoru (pozice ve scéně v čase, trajektorie atd.), tak data o řidičově pohledu z eye-trackingu, ze kterých je určen vektor pohledu v čase. Z těchto dat lze odvodit polohu hlavy a dále např. sledovaná oblast či ovládací prvek. Princip realizace měření s využitím nástrojů sledování pohledu ukazuje diagram na obrázku 2.

Obrázek 2 - Diagram experimentálního systému pro posuzování rozhraní vozidlového systému s využitím interaktivního vozidlového simulátoru

Sledování pohledu se využívá při experimentální práci s řidičem v reálném vozidle či vozidlovém simulátoru. Omezeně lze tuto metodu nasadit i při testech užívání systémů samotných, především jejich zobrazovacích grafických UI, případně vstupních rozhraní (např. dotykové obrazovky).

Proces využití nástrojů sledování pohledu při testech ergonomie vozidlových systémů je znázorněn na následujícím diagramu (obrázek 3). Daný systém (jeho UI) je integrován (nebo simulován) do prostředí testovacího vozidla nebo simulátoru. V rámci jízdy či virtuální reality plní řidič úkoly definované scénářem, který napodobuje pravděpodobné vzorce budoucího užívání, které kombinuje nejen s běžnými ale i okrajovými řidičskými situacemi. Díky možnostem systému sledování pohledu lze vyhodnocovat vizuální zátěž a pozornost řidiče a z toho pak odvozovat bezpečnost, ergonomičnost, uživatelskou přívětivost (a další sledované parametry) testovaného systému, a to v širokém spektru podmínek provozu.

Obrázek 3: Proces realizace testu při posunování ergonomie vozidlových systémů při použití interaktivního vozidlového simulátoru

Způsob sestavení testu, scénáře, úkolů a volba vhodných vyhodnocovacích metod se vždy volí v závislosti na použitém typu simulátoru, eye-trackeru, funkcích a konkrétním provedení daného zařízení a s přihlédnutím k předpokládaným provozním podmínkám. Následující obrázek ukazuje příklad komplexního rozraní eye-trackingu integrovaného v experimentálním vozidlovém simulátoru (obrázek 4). Příslušné normy nabízejí na základě vědeckých poznatků a známé „dobré praxe“, postupy realizace, vyhodnocení a interpretace výsledků pro různé výše zmíněné situace.

Obrázek 3: Ukázka z prostředí reálného měření v laboratoři s vozidlovým simulátorem
(Dopravní fakulta ČVUT v Praze, zařízení fy. Smart Eye)

Oblast, ve které se nasazení systémů sledování pohledu využívá, je konstrukce a zkoušení silničních vozidel. Úžeji se jedná o oblast rozhraní mezi člověkem a systémem vozidla, který vyžaduje jisté zásahy člověka, a naopak mu podává důležitá sdělení v různých formách.  Eye-tracking je často využívaným nástrojem při posuzování kvality či zátěže během užívání vozidlových systémů. Jeho další nespornou výhodou je, že se jedná o měření objektivní, jehož výsledek vychází ze záznamu a analýzy dat, nikoliv pouze z vnějšího posouzení nebo názoru zkoumaného subjektu.

Normy ISO pro tento účel definují řadu doporučení vycházejících z dlouhodobých zkušeností, která by měl výrobce dodržovat, stejně jako řadu problematických míst, které by měl při návrhu uživatelských rozhraní vozidlových systémů brát v úvahu. V přílohách dotčených norem jsou doporučené metodiky měření, vyhodnocování a interpretace výsledků. Ty jsou však zatím pouze doporučeními a jsou uváděné s výstrahou, že pro jejich direktivní nasazení není dosud obecná shoda ve vědeckovýzkumné a aplikační sféře.

Základní literatura a další užitečné zdroje:

Stephen F. Davis, Handbook of Research Methods in Experimental Psychology, 2003 Blackwell Publishing Ltd, ISBN: 9780631226499

Výrobci využívaných zařízení:

Smart Eye AB: www.smarteye.se/

SensoMotoric Instruments Gesellschaft für innovative Sensorik mbH: www.smivision.com

Tobii AB: www.tobii.com

Přímo dotčené normy:

ISO/TS 15007-1 Silniční vozidla – Měření řidičova vizuálního chování ve vztahu k dopravně informačním a řídicím systémům ve vozidle

ISO/TS 15007-2 Silniční vozidla – Měření řidičova vizuálního chování ve vztahu k dopravně informačním a řídicím systémům ve vozidle – Část 2: Vybavení a postupy

Téma spadá do oblastí, které pokrývají jednak řidiče – jeho chování, zhodnocení jeho výkonu za určitých situací a při běžné jízdě (tzv. „naturalistic driving studies“) – a dále pak otázky návrhu, zkoušení či optimalizace jeho pracovního prostředí (HMI, uživatelské rozhraní, uživatelská akceptace, bezpečnost při užívání atd.).

Nadskupiny: Ergonomické aspekty dopravně informačních a řídicích systémů, Sledování a posuzování řidičova výkonu, únava, pozornost

Podskupiny: Experimentální metody posuzování ergonomie systémů vozidel, Nástroje a postupy pro realizaci experimentů v oblasti posuzování ergonomie systémů vozidel