Айтрекинг

Айтрекинг (от англ. eye tracking — «отслеживание глаза») — это технология измерения точки взора (направления взгляда) или движения глаз относительно головы. Айтрекинг позволяет определить, куда смотрит человек, на каком объекте задерживается его взгляд, в какой последовательности перемещается взгляд и как изменяется диаметр зрачка. Технология используется в научных исследованиях, медицине, маркетинге, юзабилити, психологии, нейронауках, а также в системах управления и взаимодействия «человек — компьютер».

История развития

Первые попытки регистрации движений глаз предпринимались ещё в XIX веке. В 1879 году французский офтальмолог Луи Эмиль Жаваль, наблюдая за чтением, заметил, что взгляд движется не плавно, а скачкообразно — сериями фиксаций и саккад (быстрых перемещений). В начале XX века Эдмунд Хьюслинг изобрёл первый неинвазивный прибор для регистрации движений глаз — окулограф, основанный на отражении света от роговицы.

Значительный прогресс произошёл в середине XX века. В 1947 году американский психолог Пол Фиттс создал устройство, использующее киноплёнку для записи отражений инфракрасного света от роговицы. В 1960-х годах Альфред Ярбус в СССР разработал метод присоски с зеркальцем, который крепился к глазу испытуемого и позволял регистрировать движения с высокой точностью. Его работа «Роль движений глаз в процессе зрения» (1965) стала классической.

С 1970-х годов началось внедрение компьютерных технологий: аналоговые сигналы стали оцифровываться, появились первые коммерческие айтрекеры. В 1990-х — 2000-х годах технология стала более доступной, компактной и точной, благодаря развитию цифровых видеокамер и алгоритмов компьютерного зрения. В России активные исследования в области айтрекинга ведутся в МГУ имени М. В. Ломоносова, Институте психологии РАН, НИУ ВШЭ и других научных центрах.

Принцип работы

Современные системы айтрекинга в большинстве своём являются видеосистемами. Они включают одну или несколько камер, направленных на лицо пользователя, и источник инфракрасного света (светодиоды).

Метод роговичного блика

Наиболее распространённый метод — видеоокулография с корнеальным рефлексом. Инфракрасный светодиод освещает глаз. Часть света отражается от роговицы, образуя яркий блик (первый пуркиньевский образ), а другая часть проходит через зрачок и отражается от сетчатки, что делает зрачок тёмным на снимке (метод тёмного зрачка) или светлым (метод светлого зрачка). Камера фиксирует положение центра зрачка и положение роговичного блика. Разница между этими двумя точками позволяет вычислить угол поворота глаза и, соответственно, направление взгляда. Для калибровки пользователю предлагают последовательно смотреть на несколько точек на экране.

Другие методы

• Электроокулография (ЭОГ) — регистрация электрического потенциала кожи вокруг глаз. Используется в медицинских исследованиях сна и при некоторых неврологических нарушениях, но менее точна.
• Склеральные контактные линзы — инвазивный метод с высокой точностью, применяется только в лабораторных условиях (например, в исследованиях вестибулярной системы).
• Магнитоокулография — регистрация движений глаз с помощью магнитных катушек, встроенных в контактные линзы.

Типы айтрекеров

Айтрекеры классифицируются по способу установки и мобильности:

• Стационарные (монтируемые на монитор) — крепятся к нижней части экрана компьютера или ноутбука. Пользователь находится на фиксированном расстоянии (обычно 50–70 см). Примеры: Tobii Pro Spectrum, EyeLink 1000 Plus.
• Наголовные (шлемные) — крепятся на голову пользователя (в виде очков или шлема). Позволяют регистрировать взгляд в реальном мире, при движении. Примеры: Tobii Pro Glasses 3, Pupil Labs Invisible.
• Встраиваемые (в мобильные устройства) — интегрируются в смартфоны, планшеты или приборные панели автомобилей. Например, в некоторых моделях iPhone (с Face ID) используется айтрекинг для адаптации интерфейса.
• Дистанционные (удалённые) — камеры расположены на расстоянии нескольких метров от пользователя, применяются в психологических экспериментах и в системах «умный дом».

Применение

Научные исследования

Айтрекинг широко используется в когнитивной психологии, нейронауках и психофизиологии. С его помощью изучают процессы чтения, восприятия изображений, принятия решений, внимание, память. Например, исследования чтения показали, что глаза фиксируются не на каждом слове, а на наиболее информативных — длинных, редких или ключевых. В России такие исследования проводятся в лаборатории когнитивных исследований НИУ ВШЭ.

Медицина

• Диагностика неврологических заболеваний: айтрекинг помогает выявлять нарушения движений глаз при болезни Паркинсона, рассеянном склерозе, инсульте, черепно-мозговых травмах.
• Офтальмология: оценка бинокулярного зрения, диагностика косоглазия, нистагма.
• Реабилитация: айтрекинг используется как интерфейс для людей с тяжёлыми двигательными нарушениями (например, при боковом амиотрофическом склерозе, ДЦП). Пользователь может управлять компьютером, набирать текст, общаться с помощью взгляда. В России существуют проекты по созданию таких систем для детей с ограниченными возможностями.

Маркетинг и юзабилити

Айтрекинг применяется для анализа поведения потребителей: изучение внимания к рекламе, упаковке товаров, веб-сайтам. Тепловые карты (heatmaps) показывают, какие области изображения или страницы привлекают наибольшее внимание. Это позволяет оптимизировать дизайн интерфейсов, расположение кнопок, текстов и изображений. В России айтрекинг используется в UX-лабораториях крупных IT-компаний и рекламных агентств.

Образование и обучение

Технология применяется для оценки эффективности учебных материалов, анализа стратегий решения задач, тренировки навыков (например, в хирургии, пилотировании, спорте). В России айтрекинг используется в некоторых вузах для анализа процесса чтения и понимания текста у студентов.

Видеоигры и развлечения

Некоторые игры поддерживают управление взглядом: прицеливание, выбор объектов, навигация. Айтрекинг также используется в системах виртуальной реальности (VR) для создания более реалистичного взаимодействия — например, для фовеального рендеринга, когда высокая детализация отображается только в области взгляда, что снижает нагрузку на видеокарту.

Автомобильная промышленность

Системы мониторинга водителя (Driver Monitoring Systems) с помощью айтрекинга определяют утомление, отвлечение внимания, сонливость. В случае опасности система подаёт сигнал или тормозит автомобиль. Такие технологии внедряются в автомобилях Mercedes-Benz, BMW, Volvo и других.

Преимущества и ограничения

Преимущества

• Высокая точность (до 0,5–1 градуса угла зрения) и частота дискретизации (до 2000 Гц у лабораторных моделей).
• Неинвазивность и безопасность (используется инфракрасное излучение низкой интенсивности).
• Возможность регистрации бессознательных процессов — взгляд часто отражает автоматические реакции, не контролируемые сознанием.
• Применимость к различным группам испытуемых (дети, пожилые, пациенты).

Ограничения

• Зависимость от индивидуальных особенностей: форма глаз, астигматизм, косоглазие, наличие очков или контактных линз (особенно с антибликовым покрытием) могут снижать точность.
• Чувствительность к внешнему освещению: яркий солнечный свет или отражения могут создавать помехи.
• Высокая стоимость профессиональных систем (от нескольких сотен тысяч до миллионов рублей).
• Необходимость калибровки перед каждым сеансом.
• Этические вопросы: сбор данных о взгляде может рассматриваться как вторжение в приватность, особенно при использовании в коммерческих целях без согласия пользователя.

Критика и этические аспекты

С развитием айтрекинга в потребительских устройствах (смартфоны, гарнитуры VR) возникают вопросы конфиденциальности. Данные о направлении взгляда могут раскрывать личные интересы, эмоциональное состояние, медицинские проблемы. В ряде стран (в том числе в России) обсуждается необходимость законодательного регулирования сбора и обработки биометрических данных. Критики также указывают на риск «цифрового детерминизма» — чрезмерной веры в объективность айтрекинга, тогда как интерпретация данных требует учёта контекста и индивидуальных особенностей.

Перспективы развития

Совершенствование алгоритмов машинного обучения и компьютерного зрения делает айтрекинг более точным, быстрым и дешёвым. Ожидается:

• Интеграция в массовые устройства (ноутбуки, смартфоны, очки дополненной реальности).
• Развитие бескалибровочных систем, работающих в реальном времени.
• Применение в нейроинтерфейсах и системах «мозг — компьютер» для управления протезами и экзоскелетами.
• Использование в психотерапии для диагностики и коррекции тревожных расстройств, депрессии, посттравматического стрессового расстройства (например, по паттернам движений глаз при просмотре эмоционально значимых изображений).

Источники

• Ярбус А. Л. Роль движений глаз в процессе зрения. — М.: Наука, 1965.
• Duchowski A. T. Eye Tracking Methodology: Theory and Practice. — 3rd ed. — Springer, 2017.
• Holmqvist K., Nyström M., Andersson R., Dewhurst R., Jarodzka H., van de Weijer J. Eye Tracking: A Comprehensive Guide to Methods and Measures. — Oxford University Press, 2011.
• Материалы конференций «Айтрекинг в России» (МГУ, НИУ ВШЭ, 2015–2023).
• ГОСТ Р 58286-2018 «Эргономика взаимодействия человек-система. Методы оценки юзабилити с использованием айтрекинга».