视线跟踪法——网络用户信息行为研究的新方法，本文主要内容关键词为：用户信息论文,新方法论文,视线论文,网络论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
［中图分类号］G250.72 ［文献标志码］A ［文章编号］1005－8214（2009）08－0025－05
随着互联网的普及，由于受到网络自身信息组织方式和信息系统的影响，网络环境下的用户信息行为发生了许多变化，因而对网络用户信息行为的研究逐渐成为信息行为研究领域的核心问题。
由于用户信息行为的研究依赖于对各种数据的收集，并通过对比、类比及大量的统计分析来探讨用户网络信息行为的规律性，因此数据采集工具和研究方法就显得格外重要，常用的研究方法如调查法、实验法、网络日志分析法等已经取得了很多重要的研究成果。近年来，随着人机交互技术的快速发展，国外相关研究人员开始用视线跟踪方法来研究用户的信息查询行为，从而为用户信息行为研究领域引入了新的研究方法。
1 传统研究方法及其特点
目前国内外用户信息行为领域最常用的研究方法有以下几种：
（1）调查法。即通过采集具有一定合理性和代表性的大量数据来研究用户信息行为，并推广到整个用户群。一般来说，该方法数据量大，时间跨度长。如Jansen在考察Excite用户检索行为特征时就使用了该方法。尽管这种方法的精确性高，分析结果准确可靠，但人、财、物的耗费需求很大，一般的研究者难以承受。
（2）实验法。通常采用测试表和采访来采集用户相关材料，并根据这些材料来分析用户的行为特征，如Nahl采用结构式自我报告采集用户使用搜索引擎的信息。这种方法相对而言简单易用，但是要设计出效度、信度良好的测试表并非一件易事，而且对被试者的采访也不一定能获取完全真实的信息。
（3）观察法。即在有特定研究对象的过程中，研究人员在现场直接或利用特定的辅助工具如录像机、终端监视软件来完成对用户查询过程的观察。但是这种方法没有与被试者进行交互，是研究人员单方面的行为，得出的结果可能带有研究人员的主观看法。
（4）出声思维法。即被研究对象在信息检索过程中，将行动和思维过程用语言表达出来，这些独自被研究人员录下来以备研究之用。该方法有利于分析用户的心理和动机，但有关分析表明，有时用户的出声与行为并不能完全一致。
（5）点击流／网络日志分析法。即通过采集计算机的日志文件记录来分析用户的在线行为特征及规律。在特定时段和指定测试内容的情况下，由于日志文件的产生受人为因素影响小，能很容易地捕获和生成所需数据；成本相对较低，且没有被试者接受调查时的刻意行为；样本量大，分布广；结论较为客观准确，因而受到广大研究人员的青睐。但是该方法的缺陷在于较难区分用户个体特征及其与行为之间的关系，而且也不能完全准确地反映用户的真实意图以及内在的心理特征、行为特点。
（6）综合法。即综合应用前述多种方法，以确保研究的公正性、可靠性、合理性。如Tillotson就同时使用了在线调查、重点小组采访、远程登录日志等研究多伦多大学的学生及教师的网络使用情况。
其他还有小组讨论法、时间线索法、流水图表法等，由于这些方法应用面比较小，本文就不再一一详细介绍。[1]
可以看出，上述很多技术和方法大都依赖于用户外在确切的操作行为，因此有其固有的局限性，必然也就限制了该领域的研究取得进一步的突破。下面本文将介绍国外最近兴起的一种新方法：视线跟踪法。
2 视线跟踪法简介
2.1 视线跟踪法的基本概念及其原理
视线跟踪法也称眼动研究方法，它是使用眼动仪收集用户网络检索时的眼动数据，然后用特殊软件对这些数据进行整理、统计分析，得出特定的眼动指标，进而用来分析用户心理和用户行为。
众所周知，由于人眼在盯视电脑屏幕不同位置的内容时，眼球会发生相应的转动，使被观察物体落在视网膜的中央凹上，在假定头部基本不动的情况下，视线方向就同计算机屏幕上的点形成一一对应的关系。这样，通过对眼球状态即视线方向的监测，就可以得知对应在屏幕上的位置了。因此视线跟踪法就是通过眼动仪，利用图像处理技术，使用能锁定眼睛的特殊摄像机，通过摄入从人的眼角膜和瞳孔反射的红外线连续地跟踪记录视线变化，从而达到记录分析视线追踪过程的目的，然后再对这些原始数据进行加工和分析。[2]
2.2 眼动形式及常用的眼动指标
一般情况下，人眼睛的转动主要有3种形式：①注视。表现为在被观察目标上的停留，这些停留一般至少持续100ms—200ms以上。在注视时，眼睛并不绝对静止，眼球为了看清物体总是不停地抖动，其幅度一般小于1度，绝大多数信息只有在注视时获得并进行加工。②跳动。即注视点之间的飞速跳跃，是一种联合眼动（即双眼同时移动），其视角为1—40度，持续时间为30ms—120ms，最高速度为400—600度／秒。在眼跳动期间，由于图像在视网膜上移动过快和眼跳动时视觉阈限升高，几乎不能获得任何信息。③平滑尾随跟踪。眼睛能平滑地追踪运动速度为1—30度／秒的目标，这种缓慢、联合追踪通常称为平滑尾随跟踪。[3]
通常说来，视线跟踪方法通过记录以下几种眼动指标来分析用户的心理和行为：
（1）注视持续时间，指每个注视点的平均注视停留时间。该指标主要是用来分析用户的兴趣度以及提取信息的难易程度。在具体的实验中，该指标可以根据研究需要拆分为多个小指标，如单一注视时间（第一遍注视中，有且只有一次的注视时间）、首次注视时间（用户第一次注视某内容的时间）、注视某一特定内容的持续时间、注视某页面的总持续时间等等，并可通过界定持续时间的度量来判断用户的感兴趣区域，一般的实验研究中认为，注视时间不低于100毫秒的就算进入兴趣域。
（2）注视次数，一个注视称为一个注视点，注视次数是指注视点的总数量，注视次数越多表明用户对这个区域越关注或者该区域越重要，是反映用户关注度及区域重要程度的一个重要指标。同时，总注视次数也是衡量搜索效率的一个指标，注视次数越多，可能意味着区域的布局越不合理，但也应该考虑注视次数和任务时间的关系（例如，任务时间越长需要的注视次数也越多）。
（3）注视点序列，包含两项指标：一是视觉落点，用来辨别用户的视觉选择的关注度和兴趣度，注视中心一般都是用户的兴趣区域；二是视觉轨迹，它是将眼动信息叠加在视景图像上形成注视点以及眼动的路线图，它能最直接、直观和全面地反映眼动的时空特征，同时可用来记录注视点在兴趣区之间的转换，能够度量用户界面布局的合理性。
（4）第一次达到目标兴趣区的时间，即在显示区域搜索特定的目标时，第一次到达目标区域的时间，也是用户界面布局合理性度量的一个重要指标。
（5）眼跳距离，反映用户知觉广度的一个指标，同时也能反映信息的提取情况，其单位是度。眼跳距离大，说明被试一次注视所获得的信息相对较多，效率较高；反之，则说明用户的阅读有一定困难。
（6）回视次数，即注视点退回到刚刚读过的内容上，对已读过的内容再次阅读。与注视时长一样，有可能是因为兴趣，也有可能因为阅读困难而导致。
（7）回视路径时间，指从某区域的首次注视开始到最早一次从这一区域向右的运动之前的所有注视时间之和。该指标可反映用户在吸取信息过程中对信息后期的加工效果。[4]
（8）瞳孔大小。瞳孔直径在一定程度上反映了人的心理活动情况。瞳孔大小的变化也可以反映注视兴趣度以及用户的动机、态度等。
2.3 视线跟踪实验法的一般程序
视线跟踪法是一种用精密仪器记录用户心理活动和行为的方法，用该方法来调查和研究用户的信息行为时需要对实验进行很好的设计和掌控。通过阅读大量用视线跟踪法做的用户心理和信息行为研究，笔者归纳出了以下通用的实验程序（见图1），共包含3个阶段：即前期准备阶段、实验阶段和试验结果处理与分析阶段。
图1 视线跟踪实验法的3个阶段
首先，在前期准备阶段中，设计整个实验时，必须考虑到要测试的影响因素以及因素的交互和非交互结果，并根据试验目的明确需要记录的数据及眼动指标，以便于为后期的结果分析提供完备的数据来源。
其次，眼动仪（亦即视线跟踪仪）的选择也是一个很重要的因素，目前比较常见的视线跟踪系统分为以硬件为基础和以软件为基础的视线跟踪系统，其中以硬件为基础的视线跟踪系统需要用户戴上特制的头盔或者使用头部固定支架，对用户的干扰很大，限制了用户的自由。而以软件为基础的视线跟踪系统是先利用摄像机获取人眼或脸部图像，然后用软件实现图像中人脸和人眼的定位与跟踪，从而估算用户在屏幕上的注视位置。总之，视线跟踪装置有强迫式与非强迫式、穿戴式与非穿戴式、接触式与非接触式之分，其精度从0.1—1度不等，而且制造成本也不等。因此，在选择视线跟踪系统时要在价格、精度与方便性等因素之间做出权衡。笔者在文献调研的过程中发现，目前使用比较多的眼动仪器有加拿大SR Research公司的EyelinkⅡ眼动仪（采样频率为250—500Hz）、美国应用科学实验室（Applied Science Laboratory，ASL）生产的Model 504／501型眼动仪（其采样频率为50—60Hz）以及德国SMI公司生产的Iview视线跟踪系统（采样频率为50—60Hz）等。此外，由于设备制造厂商提供的分析软件使用的参数定义不同，在对比结果时要将该因素考虑进来。目前，主要的眼动仪制造商的数据处理软件是基于ScanEval软件包开发的，它是一个对视线跟踪系统数据进行记录和分析处理的软件包，能提供大量的统计和获取数据的办法，能够对眼动数据进行适时地分析和反馈。这个工具包在训练系统评估、界面设计和评价等很多方面具有较大的用途，它对眼动数据的处理主要有滤除噪声、识别定位以及局部校准与补偿等，最重要的功能是提取出反映用户注视区域或兴趣区域的眼睛定位坐标，能为研究工作节省很多额外工作。另外，在选定被试人员后一般都要对其基本情况进行统计和调研，以便于分析结果时可以结合个人因素分析差异。
实验的设计及控制在很大程度上决定了实验效果的好坏，因此，用该方法进行用户信息行为研究时必须在实验之前做大量的准备工作，并将各种因素考虑进来，以确保实验的结果具有一定的置信度和可比性。
3 视线跟踪法的应用
3.1 视线跟踪法的早期应用
视线跟踪法及其技术始于19世纪（我国始于19世纪80年代），最早运用于心理学研究，尤其是对阅读心理学的研究，目前该方法已经被推广用于运动心理学、广告心理学、语言心理学、认知心理学以及临床医学和人机交互等领域的研究。[5]视线跟踪方法在人机交互领域的应用主要是基于该技术开发一种“眼控鼠标”来增加人机交互时的输入渠道，这种“眼控鼠标”通过眨动眼睛就可以代替鼠标执行左右健的点击操作。[6]
近两年国外已经开始使用该技术来研究用户的网络信息查询行为，其应用领域越来越广泛，但在国内用该方法研究用户信息查询行为的事例还尚不多见。
3.2 视线跟踪法在信息行为研究领域的应用
目前，视线跟踪法在用户信息行为研究中的应用主要集中在使用该方法研究用户的网络信息检索行为。国外研究人员基于该方法已经得出了几项有实际意义的成果，这些成果主要有：
（1）Joachims等人使用视线跟踪技术描绘了用户是如何细读检索结果的，然后他们利用这些观察资料来验证网络检索中点击流数据所反映的暗含的用户反馈的可靠性。[7]
（2）K1
ckner，Wirschum and Jameson研究了用户在打开某一个文件之前浏览检索结果的顺序。他们发现大多数人用线性策略评估每一条检索结果，并且在移到下一条结果之前决定是否要打开该条结果；而且只有一小部分人（15％）使用另一种不同的策略，他们在评估了大部分或者所有的结果之后才打开某一项结果。该项结果对于改善搜索引擎结果呈现的方式具有很重要的指导意义。[8]
（3）Lorigo等人通过对注视、瞳孔大小等视线跟踪指标的分析以及对扫视路径模式的序列分析，调查了网络检索中的性别差异和任务类型差异。他们发现：①对于任务类型来说，完成信息类任务（即检索目标是获取某种类型的信息，而不管这些信息来自哪里）要比完成导航类任务（即找到脑海中已经存在的特定网站或主页，检索目标是到达目的地）花更多的时间；②任务类型对扫视路径没有任何影响（例如，对于两种任务类型，用户都是以相似的方式评估检索结果的），但扫视路径存在着性别差异，即男性看检索结果的顺序更倾向于线性次序，而且男性看的结果条项比女性多。[9]
（4）Edward Cutrell & Zhiwei Guan则通过对眼动指标相关数据的记录和分析，研究了不同任务类型与检索结果项中摘录（即每条检索结果项后面对该项内容的简单描述文字）长度的交互作用，其好几项研究结果都与之前的研究结果相吻合。如：人们是以粗略的线性顺序浏览检索结果，大部分人的眼光都盯在前面几个结果项上；完成信息类任务所花费的时间比完成导航类任务花费的时间长；用户选定某结果项之前和之后所查看的结果项的数量表明，无论用户最终点击了哪条结果项，他们都只查看了检索结果中的前3、4项。之外，他们还发现几个新现象：①检索策略并不会由于检索经验和时间的不同而改变。②随着摘录长度的增加，用户在完成两种不同类型的任务时对URL的注视都减少了，而这对执行信息类任务的影响不显著，但对导航类任务的影响很显著。③改变用户界面中摘录的长度对执行两种不同类型任务的效果正好相反：短摘录对执行导航类任务能产生最佳结果，而长摘录有助于信息类检索任务产生最佳性能。[10]这些发现表明，要想提高用户的检索效率以及信息利用率，搜索引擎检索结果项中标题、摘录、URL的空间位置设置必须要合理，而且尽可能根据用户的自定义做出调节，以提高检索效率。
这些研究结果不但验证了传统研究方法得出的一些结论，而且给该领域的研究提供了一些更加细致、新颖且具有现实意义的成果，拓宽了研究的视野和思路。同时，由于该方法能直接将用户的思维影射到其行为上，它在一定程度上也突破了限制该领域纵深发展的瓶颈。
4 视线跟踪法的优缺点
4.1 视线跟踪法用于研究信息行为的有效性
了解用户是如何在网络上查找和利用信息，这对商业行为和学术行为都有着巨大的实践意义。由于眼睛的注视可以看做是用户注意力的替代品，通过对人眼运动的测量可用于研究人的状态和特征（如疲劳、注意力分配、跟踪响应能力等）。因此，视线跟踪法就可以挖掘到更多更详细的有关用户是如何与信息交互的每一时刻的观察行为。例如，通过测量用户对电脑屏幕上不同部位的注视时间、瞳孔大小、注视次数和回试次数，我们就可以推断出用户的兴趣点以及能吸引他们兴趣的因素；通过记录瞳孔大小和眼跳距离，就可以挖掘出用户查询行为的个体特征，这有助于实现个性化查询和服务；另外，通过记录用户的注视点序列，就可以分析出他们在进行信息检索时的视觉盲区、视觉第一落点和视觉中心的分布，从而得出用户在信息检索时的视觉轨迹及其规律，以及其访问、查询和浏览的路径。[11]这对于用户界面的合理设置以及重点内容的突出显示都具有一定的指导意义，可以方便网络信息提供者为用户推出更优质的信息服务。对于信息服务机构提高系统的合理性，建立以用户为中心的服务模式和开展信息管理工作具有突出作用。
总之，眼睛是心灵的窗口，通过记录眼睛视线变化来研究用户行为，相对来说能反映出用户的真实意图和心理感知，得到的行为结果比较客观、直观。其研究结果可以为开发用户网络信息检索行为模型提供一定的现实依据，而且有助于网络信息组织方式和管理的改进，为用户界面的设计提供一些理论基础，制定能增加网站访问率和信息利用率的策略。此外，该方法还能有意识地对用户网络信息检索进行控制研究。
4.2 视线跟踪法的缺陷
如上所述，视线跟踪法显示了其作为用户信息行为研究工具无可比拟的优势，但同时，我们也应该看到，任何一种方法都不可能是完美无缺的，视线跟踪法同样也存在着一些缺陷。
（1）数据的提取与存储问题。这主要体现在两个方面：①目前视线跟踪系统的典型采样速率为50Hz到500Hz，为采样点提供水平和垂直坐标，但随着实验时间的延长，很快就积累了大量的数据，对大量采集数据的存储和分析是一个困难的问题。②被测试人员的头部和身体的运动，以及眼睛存在固有的抖动和眨动而导致场景不停地改变造成数据中断，会存在许多干扰信号，也为数据提取带来了新的挑战。
（2）精度和自由度问题。目前以硬件为基础的视线跟踪设备虽然达到了精度上的要求，但其设备限制了人的自由，使用起来很不方便；以软件为基础的视线跟踪技术，虽然对用户的限制大大降低，但其精度相对来说低得很多，要想得到准确的注视焦点比较困难。
（3）米达斯接触（Midas Touch）问题。米达斯是希腊神话中的一位国王，他能点石成金，而米达斯接触问题指的就是由于用户视线运动的随意性而造成计算机对用户意图识别的困难。用户可能希望随便看什么但并非“意味着”什么，这样的话，收集到的眼动数据可能就无法准确反映用户的行为和意图。[11]
（4）样本容量的问题。综观各领域内用该方法做的研究可以发现，几乎所有实验研究中被试人员的数量都在20—40人之间，这可能是由于眼动仪的高昂成本使得研究人员无法开展大规模样本的研究，因此研究结果的说服力还不够。要想得出更有效和有说服力的研究结果，样本容量还有待加大。
可以看出，以上这些缺陷有些是可以通过技术上的努力得以避免，但一些却是其自身固有的，因此就需要与其他研究方法相结合，如日志法、问卷法等。
5 结语
我们应当看到，尽管视线跟踪法技术上还有一些不足以及样本容量方面的局限，但随着人机交互技术的发展，尤其是目前已初见端倪的有内置视线跟踪仪的计算机显示屏的研发，其中一些问题可以得到有效控制和避免，而且其优势也是其他方法所不能企及的。因此，该方法无疑给该领域的研究开辟了一条新的通道，若和其他研究方法结合使用的话必定能得到更进一步的成果。另外，由于该方法在用户信息行为领域的应用刚刚起步，目前主要集中在网络信息检索领域，且主要是涉及网络信息检索过程中的某一个阶段或环节，这不利于开发用户行为模型，因此未来的研究应该扩大研究范围及对象，开展一些对信息认知和利用的行为研究。同时，对用户信息行为的研究应更具有目的性，如怎样组织、呈现信息才会使用户提高对这些信息的利用率，这样就能为信息内容的组织方式提供一些现实依据。
［收稿日期］2008－12－09