Ανάπτυξη μεθοδολογίας ανάλυσης οφθαλμικών κινήσεων για τη μελέτη της οπτικής αντίληψης σε χάρτες κινούμενης εικόνας
Authors: Κρασανάκης Βασίλειος 
Published: September 2021

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει σκοπό τη διερεύνηση στοιχείων που σχετίζονται με την οπτική αντίληψη χαρτών κινούμενης εικόνας αξιοποιώντας τεχνικές καταγραφής και ανάλυσης οφθαλμικών κινήσεων. Πιο συγκεκριμένα, κύριος στόχος της διατριβής είναι ο προσδιορισμός της ελάχιστης οριακής τιμής της δυναμικής μεταβλητής της διάρκειας που απαιτείται για τον εντοπισμό ενός κινούμενου σημειακού συμβόλου πάνω σε χαρτογραφικά υπόβαθρα από την κεντρική όραση. Στα πλαίσια της διατριβής σχεδιάζεται και υλοποιείται μια πειραματική έρευνα όπου οι μεταβλητές που εξετάζονται σχετίζονται τόσο με ιδιότητες της κίνησης του κινούμενου σημειακού συμβόλου όσο και με το επίπεδο της περιεχόμενης πληροφορίας του χαρτογραφικού υποβάθρου. Η ιδιότητα της κίνησης συντίθεται από τις μεταβλητές της διάρκειας η οποία αναφέρεται στο χρονικό διάστημα που το σημειακό σύμβολο διατηρεί τη θέση του πάνω στο χαρτογραφικό υπόβαθρο και της μετάθεσης η οποία εκφράζεται μέσω της Ευκλείδειας απόστασης μεταξύ των διαδοχικών θέσεων του σημειακού συμβόλου. Το βασικό υπόβαθρο που αξιοποιείται στην πειραματική έρευνα αποτελείται από έναν πραγματικό τοπογραφικό χάρτη ο οποίος χαρακτηρίζεται από υψηλό βαθμό πολυπλοκότητας λόγω του μεγάλου όγκου δεδομένων που απεικονίζει. Η επίτευξη των διακριτών επιπέδων πληροφορίας επιτυγχάνεται μεταβάλλοντας το επίπεδο της έντασης των επιμέρους χαρτογραφικών συμβόλων του τοπογραφικού χάρτη ενώ η διερεύνηση υλοποιείται και σε κενό υπόβαθρο. Τα υποκείμενα που συμμετέχουν στην έρευνα καλούνται να παρατηρήσουν τις οπτικές σκηνές που σχεδιάζονται κατά τον πειραματικό σχεδιασμό χωρίς να απαιτείται η εκπόνηση κάποιας συγκεκριμένης εργασίας (σε συνθήκες ελεύθερης παρατήρησης) ενώ οι οφθαλμικές κινήσεις τους καταγράφονται.Η ανάλυση των οφθαλμικών κινήσεων που καταγράφονται κατά την πειραματική διαδικασία βασίζεται στο κύριο μέγεθος που αναφέρεται στις προσηλώσεις και στη δημιουργία στατιστικών δεικτών οι οποίοι προκύπτουν από αυτές και αξιοποιούνται για την ποσοτική περιγραφή της οπτικής συμπεριφοράς του συνόλου των υποκειμένων. Η αναζήτηση του ελάχιστου ορίου εντοπισμού, η συσχέτιση μεταξύ των μεταβλητών της πειραματικής διαδικασίας αλλά και η προσέγγιση της μελέτης της συνολικής συμπεριφοράς παρατήρησης ολοκληρώνεται αξιοποιώντας το μοντέλο της γραμμικής παλινδρόμησης. Η ανίχνευση των προσηλώσεων πραγματοποιείται μέσω ενός νέου αλγορίθμου ο οποίος αναπτύσσεται στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Ο νέος αλγόριθμος βασίζεται τόσο σε χωρικά όσο και σε χρονικά κριτήρια για τον εντοπισμό των προσηλώσεων, εντάσσεται στου αλγορίθμους διασποράς (I-DT) ενώ για την επικύρωσή του γίνεται μια σύγκριση με έναν αλγόριθμο της ίδιας οικογένειας αξιοποιώντας πραγματικά δεδομένα παρατήρησης. Ο αλγόριθμος που δημιουργήθηκε αποτέλεσε τη βάση για τη δημιουργία ενός νέου λογισμικού εργαλείου (EyeMMV toolbox) το οποίο αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Το λογισμικό εργαλείο υποστηρίζει την πλήρη ανάλυση πειραματικών δεδομένων οφθαλμικών καταγραφών σε βασικά και παράγωγα μεγέθη και παρέχει τη δυνατότητα υλοποίησης κατάλληλων μεθόδων για την οπτικοποίηση των δεδομένων.Για τον ελέγχο της ποιότητας των δεδομένων εφαρμόζεται μια διαδικασία ελέγχου της βαθμονόμησης του συστήματος καταγραφής η οποία πραγματοποιείται εκτιμώντας τη θέση του βλέμματος κατά την παρατήρηση σταθερών στόχων μέσω ενός αλγορίθμου ασαφούς ταξινόμησης. Επιπροσθέτως, για τη διερεύνηση του επιπέδου του θορύβου ως προς τη χωρική και τη χρονική διάσταση του συστήματος καταγραφής που χρησιμοποιείται στη διεξαγωγή της πειραματικής έρευνας εφαρμόζεται μια διαδικασία ελέγχου αξιοποιώντας μετρήσεις από ένα ζεύγος τεχνητών οφθαλμών.Η ανάλυση των πειραματικών δεδομένων έδειξε πως η δυναμική μεταβλητή της διάρκειας διαδραματίζει το σημαντικότερο ρόλο στη διαδικασία καθώς εμφανίζει σχεδόν απόλυτη συσχέτιση με τη μέση διάρκεια προσηλώσεων πάνω στο κινούμενο σημειακό σύμβολο. Το αναζητούμενο όριο προσδιορίζεται με ακρίβεια μικρότερη από την ελάχιστη διάρκεια μιας προσήλωσης και αντιστοιχεί στην τιμή 360±87 ms. Η επίδραση του επιπέδου της περιεχόμενης πληροφορίας περιορίζεται μόνο στην απόκριση των υποκειμένων που αφορά το χρονικό διάστημα μετά τον εντοπισμό του συμβόλου από την κεντρική όραση ενώ το μέγεθος που εκφράζει τη μετάθεση του στόχου δεν δείχνει να έχει σημαντική επίδραση στη διαδικασία εντοπισμού.Η μεθοδολογία που παρουσιάζεται στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής μπορεί αξιοποιηθεί για τη διερεύνηση των οριακών τιμών των μεταβλητών του χαρτογραφικού συμβολισμού που χρησιμοποιούνται για την οπτικοποίηση δυναμικών αλλαγών σε χάρτες κινούμενης εικόνας.