Способ управления вниманием в игровом процессе
METHOD OF CONTROLLING ATTENTION IN GAMING

Способ управления вниманием в игровом процессе.
Изобретение относится к области игр, в частности к использованию биологической обратной связи в информационных технологиях, а именно отслеживанию движения глаз (к айтрекингу) для перераспределения внимания игрока в момент прохождения компьютерной игры и может быть использовано для проведения досуга, параллельно с тренировкой внимательности игрока и оценкой его физиологического состояния.
Известно техническое решение, в котором оценивается эмоциональное состояние, в том числе и во время игры (Патент US7889073). Оценка производится не с помощью айтрекинга, а посредством других инструментов.
Известны способ и система для автоматического анализа реакции людей на динамические цифровые носители (Патент US8401248), основанные на изменениях их выражений лица и внимание к конкретному контенту. Согласно способу выявляют и отслеживают лица в какой-либо аудитории. Затем локализуют каждое из лиц и черты лица, среди которых выделяют и анализируют те, которые характеризуют реакцию на демонстрируемый контент.  Одновременно проводят айтрекинг каждого отмеченного зрителя. Затем целевую аудиторию демонстрируемого контента оценивают совместно на основе предполагаемого направления взгляда и мимики человека. Данное техническое решение интересно только с очки зрения применения айтрекинга для оценки внимания.
При анализе текущего уровня техники по материалам научных публикаций было выявлено, что основная масса исследований посвящена проблеме негативного влияния компьютерных игр на людей (преимущественно подросткового возраста). Применительно к настоящему изобретению предполагается, что возможно его применение в качестве нивелирующего отрицательное воздействие компьютерных игр на игроков посредством контроля их физиологического состояния.
Многие исследования посвящены изучению специфики физиологической активности игрока при агрессивных моментах компьютерных игр. Для выявления корковых структур, ответственных за игровое поведение в агрессивном контексте, исследуются динамические изменения разных областей коры головного мозга. Интересным является тот факт, что и психологические особенности игрока оказывают влияние на специфику физиологического обеспечения компьютерной игры: амплитуда компоненты N200(Григорян В.Г., Степанян Л.С., Степанян А.Ю., Агабабян А.Р. Влияние компьютерных игр агрессивного содержания нa уровень активности коры головного мозга подростков // Физиология человека. 2007. Т. 33. № 1. С. 41-45) и P300 (Григорян В.Г., Степанян Л.С., Степанян А.Ю., Агабабян А.Р. Изменения амплитуды волны р300 под влиянием “агрессивной” компьютерной игры у подростков с различным уровнем исходной агрессивности и конфликтности // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2007. Т. 57. № 4. С. 419-425) имеет разную динамику у игроков с разным уровнем тревожности и агрессивности. В другом исследовании (где в качестве физиологического показателя фиксировалась вариабельность ритма сердца) показано неоднозначное влияние погружения в виртуальную агрессогенную среду на подростков в зависимости от уровня личностной агрессивности и гендерной принадлежности(Степанян Л.С., Григорян В.Г., Степанян А.Ю. Гендерные различия влияния “агрессивной” компьютерной игры на вариабельность сердечного ритма // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2010. Т. 60. № 2. С. 153-161). В отношении заявляемого технического решения указанные результаты применимы в контексте разработки разных вариантов сценариев компьютерных игр в зависимости от возраста, пола, психологического профиля игрока: до игры возможно добавление короткого опросника на тревожность и агрессивность.
Физиологические методы используются и для изучения общего влияния компьютерных игр на функциональное состояния игроков. Например, показано, что в процессе игры увеличивается количество аритмий, и их процентная составляющая значительно выходит за пределы нормы(Мещеряков А.В., Новоселов М.А., Скаржинская Е.Н. Активность регуляторных систем в компьютерных играх // В сборнике: КОМПЬЮТЕРНЫЙ СПОРТ (КИБЕРСПОРТ): ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ Материалы III Всероссийской научно-практической конференции (в формате интернет-конференции). РГУФКСМиТ. 2014. С. 37-44).
Технология айтрекинга (которая является основополагающей для заявляемого технического решения) также используется в научных работах, посвященных физиологическому обеспечению игрового поведения. К примеру, в работе «Айтрекинг, как средство диагностики зависимости от ролевых компьютерных игр» показано, что поведение зависимых от компьютерных игр имеет свои особенности в сфере «зрительного» поведения в условиях контакта с аддиктивным агентом - компьютерной игрой (Салихова М.А., Гришин С.Н. Айтрекинг, как средство диагностики зависимости от ролевых компьютерных игр // ПОИСК ЭФФЕКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ СОЗДАНИЯ И РЕАЛИЗАЦИИ НАУЧНЫХ РАЗРАБОТОК В РОССИЙСКОЙ АВИАЦИОННОЙ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Международная научно-практическая конференция, 2014. С. 327-329).
Одним из известных коммерческих применений айтрекинга в играх является Sentry Eye Tracker (см., например: https://3dnews.ru/821796) – виртуальный тренажер, который анализирует движение глаз игрока, а затем предлагает ему наиболее рациональный вариант отслеживания ситуации, чтобы усовершенствовать игровой процесс, и, в конечном счете, обеспечить победу. SteelSeries Sentry Eye Tracker позволяет анализировать широкий спектр данных и учитывает степень сосредоточенности пользователя при взгляде на экран. Определяя число фиксаций взгляда в минуту (FPM), Sentry отслеживает, как часто пользователь перемещает взгляд по экрану,— высокое значение этого параметра говорит о том, что геймер может обрабатывать большое количество информации.
Также существует Tobii Unity SDK for Desktop  - библиотека для использования айтрекинга в играх, она содержит готовые функции, позволяющие получить координаты взгляда или движения головы, но по сути предоставляет лишь «сырые данные», которые должен анализировать сам разработчик игры.
В некоторых зарубежных исследованиях последних лет внимание сосредоточено на возможностях отслеживания глаз в контексте видеоигр как на способе управления видеоиграми. Определено четыре разных способа отслеживания глаз в видеоиграх(ISOKOSKI, P., JOOS, M., SPAKOV, O. & MARTIN, B. 2009. Gaze controlled games. Universal Access in the Information Society, 8, 323-337). Первый не требует каких-либо конкретных модификаций в игре и известен как анализ времени просмотра. Второй требует использования дополнительного программного обеспечения помимо айтрекера и самой игры. Третий связан с игрой и подразумевает изменения в коде игры, которые позволят записывать движения глаз. Четвертое решение является наиболее трудоемким и подразумевает разработку игры с нуля, что позволяет управлять сценариями игры. Заявляемое техническое решение подразумевает управление сценарием не только вновь созданной игры, но и уже существующих игр.
Наиболее близким техническим решением является использование айтрекинга в качестве вспомогательного, но не зависимого от игрока, инструмента, позволяющего влиять на ход игры (Патент РФ № 2472561), в частности детектор взора играющего, выполненный в виде чувствительной к инфракрасному свету видеокамеры, выход которой подключен к компьютеру, снабженному программой анализа поступающих с нее данных, и средство подсветки глаз играющего первым улавливает сектор поля зрения, в котором находится зона интереса игрока, и реакций мозга (основной функционал игры) производятся только в отношении попавших в этот сектор игровых элементов, что ускоряет принятие решения алгоритмом о том, какой именно элемент зрительного поля наиболее интересует игрока в данный момент.
Задачей изобретения являлось создание управляемого игрового процесса, при котором возможна оценка текущего уровня внимания игрока или уровень его эмоционального состояния в числовых характеристиках, что дает возможность разработчику игр закладывать в игровую механику разное поведение для разных уровней, усиливая интерес к игре или наоборот ослабляя чрезмерное эмоциональное напряжение.
Технический результат - возможность контроля за эмоциональным состоянием игрока с возможностью исключения для него стрессовых ситуаций и одновременным поддержанием интереса к игре.
Указанная задача решается способом управления вниманием в игровом процессе, при котором проводят отслеживание взора играющего с выделением областей концентрации и рассеяния внимания, сопоставляют полученные данные с игровым сюжетом и по результатам сопоставления корректируют, при необходимости, игровой процесс, в котором, согласно предложению, в соответствии с игровым сюжетом выделяют область максимальной игровой значимости на экране, разбивают данную область по меньшей мере на три вложенные друг в друга подобласти с присвоением каждой подобласти степени важности в игровом процессе, фиксируют частоту появления в области значимости  саккад и фиксаций взгляда и их распределение в подобластях и в случае появления диспропорции распределения между центральной и периферийными подобластями в игровой процесс вводят либо дистрактор, либо фактор, концентрирующий внимание.
Целесообразно частоту появления в области значимости  саккад и фиксаций взгляда и их распределение в подобластях сравнивать с пороговыми значениями, определяющими границы подобластей, полученными экспериментальным путем по результатам тестирования группы испытуемых с разной степенью сосредоточенности над происходящим на экране, и изменения в игровой процесс вносить с учётом возможных расхождений.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан график "зависаний" продолжительностью 2 сек.
На фиг. 2 показан график "зависаний" продолжительностью 3 сек.
На фиг. 3 показан пример разбиения области максимальной игровой значимости на экране на три подобласти.
В качестве примера реализации заявленного способа представлен анализ распределения саккад и фиксаций при прохождении компьютерной игры Supextux с использованием айтрекера Eye Tribe, который обеспечивает запись координат взора с частотой 60Гц. Данной частоты достаточно, так как самой главной задачей было выявление моментов «зависания» игрока на объекте (гоночной машине). В исследовании приняли участие 13 человек в возрасте 18-27 лет, 5 мужчин и 8 женщин.
В качестве маркера «зависания» выступал непрерывный просмотр на области экрана Х*Y (соответствующей размеру гоночной машины) в течение двух и трех секунд.
Общая запись движений глаз составила 131 минуту, что соответствовало 19,351 фиксациям. Средняя продолжительность фиксации составила X = 22.31 мс и стандартное отклонение SD = 17.19 мс, а средняя продолжительность саккад X = 3.56 мс и стандартное отклонение SD = 51.22 мс (с частотой 60 Гц). Поскольку частота съема составляла 60 Гц, то средняя длительность фиксаций составляет примерно 330 мс (либо треть секунды). В таблице 1 приведены результаты детектирования «зависаний» на две и три секунды и отношение количества "зависаний" в три секунды к количеству «зависаний» в две секунды.
Таблица 1. Результаты детектирования «зависаний» в течение компьютерной игры у 13 испытуемых.
№ исп.
2сек
3сек
3сек/2сек
1
25
17
0.68
2
43
32
0.744186
3
15
6
0.4
4
12
7
0.583333
5
26
15
0.576923
6
21
10
0.47619
7
35
23
0.657143
8
28
8
0.285714
9
43
12
0.27907
10
20
6
0.3
11
35
22
0.628571
12
26
11
0.423077
13
21
4
0.190476
Распределение количества «зависаний» представлено в виде графиков на фиг. 1 и фиг. 2, согласно которым у абсолютного большинства испытуемых зафиксировано 20-30 «зависаний» продолжительностью в две секунды и 5-15 продолжительностью три секунды. Следовательно, если учесть, что игра длится в среднем 10 минут, то «зависание» в две секунды встречается 2-3 раза в минуту, а «зависание» в три секунды – 1-2 раза в минуту. Целесообразнее взять более встречающиеся «зависания» длительностью две секунды, что позволит более разнообразить сценарий игры. С физиологической точки зрения, за две секунды человек делает, как минимум, четыре полностью осознанных (эксплицитных) фиксации.
С учётом тестовых результатов способ управления игровым процессом включает:
1.   Айтрекинг конкретного игрока во время игры.
2.   Анализ данных айтрекинга в режиме реального времени:
- оценивается область экрана, на которой концентрируется наибольшее число фиксаций выбранной длительности, например 2 сек (см. фиг. 1);
- берется область экрана (круг или прямоугольник), делится на 3 вложенные друг в друга подобласти (фиг. 3);
- определяется, какая из подобластей содержит наибольшее число фиксаций. Если это подобласть 3 - у человека рассеянное внимание, если область 2 - нормальное внимание (т.е. он на чем-то сконцентрирован, но следит и за ситуацией в целом); если область 1, то это область повышенной концентрации внимания, он слишком сосредоточен. Таких областей может быть и больше 3. диаметр или диагональ, области, соответствующей уровню внимания, определяются опытным путем и хранятся в библиотеке вместе с формулами для расчета.
3. Оценка амплитуды саккад. Если в предыдущем пункте выявлено, что внимание сконцентрировано в подобласти N, то амплитуда саккад не должна превышать определенного порога M.  Уровни порогов определяются опытным путем и хранятся в библиотеке вместе с формулами для расчета.
4. Управление вниманием.
Для управления вниманием игрока, в зависимости от результата анализа,  в игру вводятся дополнительные элементы (понижение/повышение уровня сложности, интриги, новые вводные и т.п.).
Повышение уровня сложности достигается путем «расконцентрации» внимания на конкретной области. Если на протяжении некоторого времени t у человека наблюдается повышенная концентрация внимания на конкретной области, для усложнения игры предлагается ввести дистрактор (отвлекающий фактор) на определенном расстоянии от точки концентрации внимания, например за пределами области 2. Человек оказывается вынужден переключать внимание между двумя областями экрана, концентрация снижается.
Для усиления концентрации внимания изменяется алгоритм игры, таким образом, чтобы игрок был вынужден чаще концентрироваться на объекте, например, в гонках это может быть усложнение трассы, с более крутыми и узкими поворотами.
Способ может быть реализованс использованием веб-камеры вместо аппаратного айтрекера. Это происходит аналогично, разница будет заключаться в способе получения координат взгляда пользователя, который в случае с обычной веб-камерой основывается на распознавании изображения посредством компьютерного зрения.