桌面仿块任务中物体高度与兴趣区(AOI)边距对注视指标的分离:基于同一注视的平面与高度感知AOI方法学比较

《Journal of Eye Movement Research》:Effects of Object Height and AOI Margins on Gaze Measures in a Tabletop Task

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月06日 来源:Journal of Eye Movement Research 2.2

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  兴趣区(area of interest, AOI)边距(AOI margin)和物体高度影响注视分配(gaze assignment);本方法学案例研究将二者分离。十名参与者的仿块任务(block-imitation task)中,研究人员在相同4798个注

  
兴趣区(area of interest, AOI)边距(AOI margin)和物体高度影响注视分配(gaze assignment);本方法学案例研究将二者分离。十名参与者的仿块任务(block-imitation task)中,研究人员在相同4798个注视(fixation)上比较打印工作区(物体与支撑物)、该区域加19 mm边距(独立测量的注视误差)以及该区域抬高至物体高度;后两者仅高度不同。仅高度按几何规律使复制区(copy area)的停留份额(dwell share)在十名参与者中全部升高(中位数+2.4个百分点)。对于模型区(model’s area),其区域从转盘(turntable)开始且可能丢失注视,中位数为+0.4点(?5.7至+32.0),五名升高五名降低。在此布局中,边距使中位数移动更多(复制区+7.1,未分配?14.5)。抬高后,模型与右托盘(right-tray)区域在每个视点均重叠;将其拓宽至40 mm使已分配时间中位数增加0.81点,但使符合多个区域资格的份额从0.0%升至13.1%。两名评分者判断200个注视:抬高区域更常与其标签一致,但也在他们仅看到垫子(mat)处分配了区域;更多分配并非准确性证据。大小与高度是可分离选择,应按参与者报告,其权重取决于布局、追踪器和边距。
该论文围绕桌面实物任务中眼动记录的兴趣区(area of interest, AOI)定义展开。桌面眼动常用于观察实物、取放与组装;为分析记录,需通过基准标记将注视(fixation)映射到桌面或屏幕所在平面,再在该平面绘制AOI。研究背景来自实际设计研究:Nagamori 等让参与者在桌面上用真实材料设计,并以可穿戴功能近红外光谱(functional near-infrared spectroscopy, fNIRS)测量前额叶血流动力学,报告材料情境调节可视化与血流动力学反应之间的关系;同一线路的早期工作用fNIRS测量仿块设计任务中的额部血流动力学。知道参与者看向何处有助于将生理变化与视觉工作背景关联,但该论文不分析眼动与fNIRS联合,而是处理方法学前提:如何处理朝向桌面立起物体的注视分配到桌面平面AOI。单应变换(homography)将一个平面映射到另一个平面,管线报告视线与标记平面交点;对高度h、视点高度Cz与水平距离D的点,交点比物体位置远离观察者 D·h/(Cz ? h),因此绘制在物体足迹上的AOI必然漏掉部分注视且方向固定。这是投影性质。具体注视标签是否正确是经验问题,需独立注视目标记录。已有平坦刺激中AOI规则后果、追踪器与映射整体精度、真实物体替代平面方案等研究,但同一注视上、相同边距下,平面与高度感知AOI产生的停留份额、未分配份额和转换率差距尚未报道。研究人员因此提出狭窄问题:在桌面任务且无额外硬件条件下,同一注视上,当平面AOI与携带物体高度的AOI给相同边距时,这些测量差距多大。

主要关键技术方法(不超过250字):采用桌面仿块任务与固定布局,样本来自东京城市大学和立命馆大学,十名18至24岁右利手学生(中位22岁),排除一名因Marker Mapper enrichment内部服务器错误无表面坐标者。用Pupil Labs Neon可穿戴眼动仪200 Hz记录,Pupil Cloud的Marker Mapper enrichment检测AprilTag(tag36h11)并局部化垫为平面表面,将注视以表面归一化坐标表达。基于每参与者固定视点(场景相机光学中心,取接受位姿中位数)计算平面与抬高区域,并用线段-盒测试分配注视,重叠按线段先进入框裁定;另从场景视频抽取200个注视由两名评分者独立标注,并以5 mm网格平移物体检查投影区域重叠。

3.1 在组中位数上,边距贡献最大:高度贡献在参与者间差异很大。扩大平面区域至19 mm边距使复制区停留份额中位增加7.1点[1.1,20.7],模型区增加10.1点[1.2,20.7],未分配份额减少14.5点[?34.2,?7.2],十名参与者同向。给同样扩大区域加物体高度后,复制区再增加2.4点[0.1,10.3],十人均升;未分配再降4.8点[?42.5,0.9],九降一升;托盘仅中位0.1点,六人正。模型区组中位仅+0.4点[?5.7,32.0],五人升五人降,组中位未捕捉相反变化。分解显示,该布局19 mm下,复制抬高区域包含其平面区域,因其盒站在垫上且投影区域不与其他对象重叠,故只增不减;模型区域从转盘顶16.0 mm开始,平面区域近端条带落在抬高盒外,宽14至20 mm,含76个映射注视,58个丢失;模型共丢95个,其中37个进入两框并按tie-break给右托盘,另获241个原未分配注视。五名下降者因条带和tie-break超过远端增益,五名上升者反之,最高+32.0。符号检验中复制高度贡献和所有边距贡献10/10同向(p=0.002),未分配九/十下降(p=0.021),模型5/10(p=1.0)。两个仿块分开分析不变;前2/3覆盖高时边距仍较大,模型高度仍五五分,复制高度较小并在两人为零。每帧视角与固定视角在可比较子集差异小,最多2.5点。边距14至24 mm时复制高度贡献+1.7至+2.9且十人正,模型中位近零且五五分,平面加边距未分配从10.0%降至6.5%。边距增至40 mm时,已分配份额从19 mm参与者中位98.3%升至99.7%,中位增加0.81点[0.00,3.19],两人无增益;多区域合格份额从0.0%中位升至13.1%[0.1,42.4],28 mm超过1%;19 mm中位0.0并非无,四人已有最高5.14%,35 mm每人都有。

3.2 抬高区域更常与评分者兴趣区一致,也在评分者命名为垫子处更常分配物体区域。200个注视由两名未看分配的评分者独立七标签判断。两名评分者在167个可用项一致98.2%,Cohen’s κ=0.975。评分者把标记放在物体或支撑面时,Raised+19 mm比裸打印区域更常分配对应AOI:115/117对93,121/124对100;大部分差异来自边距。评分者命名垫子时,Raised+19 mm仍分配物体区域49/54和47/52,裸区域为28和25;其中过半在打印区域内,无需边距或高度也会分配;9/49位于所有打印区域外超过19 mm,仅因高度达到。反向,Raised仅2/171项将注视分配到与评分者折叠标签不同区域;裸足迹更多未分配,如第一名评分者37个模型标签中13未分配。200项中Raised分配195到物体区域;其中第一名评分者标记覆盖13.8%,命名转盘或模型下白板10.8%,裸基板6.7%;第二名为11.3%、10.8%、7.7%。最后两类在折叠AOI内算一致,但检查不能归于物体本身。

3.3 转换、分歧与投影区域重叠。转换率方向同停留份额:模型到复制在平面加边距为13.61次/分钟,Raised为16.17,差异+2.58[?0.53,+12.25],8/10同侧;托盘到复制为3.54与4.60,差异+0.88[+0.00,+2.20],9/10同侧;1 s阈值不影响。两区域分歧多为一方分配另一方不分配;48个注视(占平面加边距分配到任一区域的4139个注视的1.2%,在五名参与者)被平面给模型、被Raised给右托盘,均涉及模型与右托盘,其打印区域相距40.3 mm。模型和右托盘区域在十个视点全部重叠,面积597至880 mm2,中位698,37个分析注视落在交集;其他对不重叠,平面区域无论边距均不重叠。重叠和清除移动随边距增长:14至24 mm时最差视点重叠212至1878 mm2,最小平移10至30 mm;19 mm时模型远离参与者20 mm或右托盘靠近15 mm可清除所有视点重叠。

讨论部分指出,绘制在打印足迹上的区域同时做出两个选择:大小与是否携带物体高度;这些记录可分离二者。裸足迹下约五分之一分析注视未分配,19 mm边距移除大部分。组中位下此布局和边距中,边距贡献较大;该排序依赖条件。组中位不是全部结果:复制区高度效应0.1至10.3点,模型?5.7至+32.0点,五五开。建议包括:按参与者报告区域选择影响;高且近的物体布局应使投影区域不重叠并在记录前检查;报告区域范围、边距和未分配份额;不要将更高分配率读作更高准确率。对于重叠,打印区域加边距在模型与右托盘间留2.3 mm,投影移动托盘远边32至45 mm、模型近边15至21 mm,需清除差17至24 mm;可先测量足迹和高度范围、固定视点、扩展足迹、抬高、投影并成对检查重叠。局限包括:抬高区域不是独立标准,不能与系统注视偏移分离;区域是工作区而非物体;覆盖项被排除;检查不能建立正确性;区域固定在打印位置,参与者会旋转转盘和移动复制品;研究为方法学演示,十名年轻右利手学生、一个任务、一个垫、一个设备、一个边距、一次会话、20个仿块、4798个注视,顺序固定,复制高度使用完成模型高度代理,视点为场景相机光学中心。

研究结论(翻译):在这些记录上,区域大小与高度处理是可分离选择,必须分别报告。保持打印足迹和边距固定,给区域高度使复制区停留份额在十名参与者全部增加,中位2.4个百分点(范围0.1至10.3)。未分配份额在九名参与者下降,中位变化?4.8个百分点。模型区组中位+0.4点,五升五降,极端?5.7和+32.0;组中位未捕捉参与者间相反变化。规则效应是每参与者量,单一组图无论方向都会误述部分样本。边距贡献在平坦刺激中重要性已建立,在本文条件组中位下是两者中较大者:复制区停留份额每参与者中位增加7.1点,未分配每参与者中位减少14.5点;该排序非普遍,其他物体、边距或追踪器可能反转。两个仿块分别显示同样模式,固定视角与每帧视角在可比较子集内差不超过2.5点,该子集对某些参与者较薄。几乎每个注视到达表面的部分,边距贡献仍较大,模型高度仍五五开,复制高度增益较小且两人缺失;按覆盖分组在模型上不分开。所有份额均为到达局部表面的注视时间份额。四条建议为:按参与者报告区域选择影响;使高且近邻物体的投影区域不重叠并在记录前检查;报告区域范围、边距和未分配份额;将更高分配率视为记账变化而非准确性证据。比较区域为工作区,即物体及其载体,因此记录建立的是对区域分配而非物体本身注视验证。两区域均未与独立注视记录校验,相对准确性未定;视频检查显示Raised既更常与评分者AOI一致,也在评分者只见垫子时更常分配物体区域。覆盖与效度是两个量,采用抬高区域的研究需评估其声称多少注视以及其中多少属于物体。
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