Sledování pohledu řidiče (Eye Tracking)

Systém sledování pohledu 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.  Sledování pohledu (Eye Tracking) je měření, při kterém je zaznamenáván buď relativní pohyb oka vůči hlavě, nebo přímo bod pohledu zkoumané osoby.

Moderní vozidla se již řadu let vybavují sofistikovanými systémy, které zajišťují řadu funkcí  - zvýšení bezpečnosti jízdy či snížení nároků práci řidiče při řízení (tzv. asistent řízení), zajištění optimálního komfortu řidiče i posádky, nebo funkce komunikačně-informační a zábavné. Při navrhování tyto systémy komunikují (interagují) s řidičem prostřednictvím uživatelského rozhraní, které může být realizováno řadou způsobů – od jednoduchých spínačů až po moderní plnobarevné dotykové displeje. Zásadním úkolem při jejich návrhu je zajištění ergonomického uživatelského rozhraní, což je v tomto případě podmíněno minimalizací možné sekundární zátěže a minimalizací odklonění řidičovy pozornosti od primárních úkolů řízení.

Výše uvedené kvality lze zjistit za pomoci experimentálního měření. 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.

Téma spadá do oblasti návrhu a zkoušení silničních vozidel (Road Vehicles).

Nadskupina: Ergonomické aspekty dopravně informačních a řídicích systémů

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

UI -Uživatelské rozhraní (user interface) – rozhraní mez řidičem a vozidlem či jeho systémy.

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.

IR – infračervené světlo (infra red) – část světelného spektra, které lidské oko nevidí nicméně je běžně viditelné pro snímače elektronických kamer.

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.

Je známo, že k přijímání informací využívá člověk pro většinu činností v dnešním světě především vizuální kanál. Proto je právě eye tracking oblíbenou metodou při posuzování kvality a rušivosti UI vozidlových systémů. Jeho další nespornou výhodou je, že se jedná o měření objektivní, jehož výsledek vychází z pozorování, nikoliv pouze z vnějšího posouzení nebo názoru zkoumaného subjektu (řidiče).

Principem zkoušek eye trackingem je určení řidičovy míry rozptýlení (v tomto případě vizuální) od primárních úkolů řízení. Z tohoto zjištění se odvozuje kvalita/bezpečnost takového zařízení a jeho užívání při jízdních situacích. 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 rozraní vozidlových systémů brát v úvahu. V přílohách dotčených norem jsou doporučené metodiky měření, vyhodnocování a interpretace výsledků.

Testy se odehrávají v simulátoru jízdy, za různých scénářů, které odpovídají různým situacím, ve kterých je zapotřebí dané zařízení testovat. Simulátor dává vizuální (případně i další vjemy) podněty řidiči a kontroluje uživatelské rozhraní. Řidič má za úkol reagovat na podněty z UI, jeho reakce a pohyby očí jsou snímány eye trackingem a ukládány k vyhodnocení.

1. Simulátor

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 cenou, která určuje kvalitu a schopnosti hardwarových prvků. Základní softwarové vybavení představují moduly, jako jsou např. matematický model chování vozidla, virtuální realita  - obraz a zvuk, řízení běhu scén / generátor událostí, řízení pohybové plošiny, záznam jízdy a dat, nástroje na vyhodnocení řidičova výkonu.

2. Testované UI

Uživatelské rozhraní 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.

3. Eye tracker

Eye tracker je přístroj obecně používaný ke sledování pohybu oční bulvy a vyhodnocení aktuální ho 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 neintrusivní a dokonce bezdotykové. V oblasti zkoušení ergonomie vozidel se používají systémy neintrusivní, na bázi  IR světla s využitím metod analýzy obrazu. V zásadě se jedná o dva přístupy, z nichž každý má své výhody i nevýhody:

• Distanční – Tento typ eye trackeru je umístěn tak, aby jeho snímací moduly (kamera/y podporované IR zdrojem/zdroji) pokrývaly zorné pole sledovaného řidiče. Obvykle se užívá pár kamer, ale s vyšším množstvím se zlepšuje přesnost a pokrytí. Výhodou je nižší míra obtěžování řidiče, jednoduché získání absolutní souřadnice sledovaného bodu, nevýhodou je zejména vysoká cena a rušení řidiče ve formě statického objektu v jeho vizuálním poli.

• Náhlavní – Náhlavní typ je umístěn obvykle před řidičovým okem nebo oběma, 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 (interiér vozidla).

4. Řidič

Základním prvkem HMI v oblasti řízení vozidla a práce s rozhraními jeho systémů je řidič. Při testech je nutné brát v úvahu cílovou skupinu (zejména, jedná-li se např. o vozidla pro specifické profesní využití). Tomu musí odpovídat (statistické) složení a mocnost vzorku pokusných řidičů.

Proces nasazení systému sledování pohledu při testech ergonomie vozidlových systémů je patrný z následujícího grafu.

V dotčených normách ISO (zejména [N2]) nalezneme doporučené postupy  pro sestavení experimentů a jejich vyhodnocování. Tyto jsou však zatím pouze doporučením 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:

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

Výrobci využívaných zařízení:

[V1] Smart Eye AB: www.smarteye.se/

[V2] SensoMotoric Instruments Gesellschaft für innovative Sensorik mbH: www.smivision.com

[V3] Tobii AB: www.tobii.com

Přímo dotčené normy:

[N1] ISO/TS 15007-1 Silniční vozidla – Měření řidičova vizuálního chování ve vztahu k dopravně informačním a řídicím systémům ve vozidle

[N2] 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