眼動追蹤提升數字圖書館實用性研究

〔摘要〕文章結合眼動追蹤技術最新的發展，全面分析研究了該技術在數字圖書館中的具體應用，包括數字圖書館用戶分析、數字圖書館推薦系統設計、數字圖書館服務提升和移動用戶數字圖書館服務功能拓展，為搭建高效合理的數字圖書館提供了一種新思路，進而提升數字圖書館的實用性。

〔關鍵詞〕數字圖書館；用戶分析；推薦系統；服務拓展

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2013.10.011

〔中圖分類號〕G250.7；TY391〔文獻標識碼〕A〔文章編號〕1008-0821（2013）10-0050-03

在現代社會中，信息資源已經成為戰略資源，信息產業的迅速發展為圖書館發展提供了良好的機遇。我國數字圖書館建設正面臨良好的發展機遇，建設覆蓋全國的數字圖書館服務體系已經逐步成為現實。目前，世界各國的數字圖書館研究可以分成3類：技術主導型、資源主導型和服務主導型。美國國家科學基金會資助的項目集中體現了技術主導型研究的特點，其主要思想就是以人和系統為中心，采用最新的信息技術充分挖掘數字化信息資源的潛能，構建切實可行的數字圖書館系統，為用戶提供更為有效的服務。這也正是第三代數字圖書館的核心思想。其中美國卡內基·梅隆大學的綜合信息媒體數字圖書館比較具有代表性，該數字圖書館技術重點是智能檢索技術、自然語言及影像理解技術。該系統使用戶可以非常方便地對音像進行查詢，甚至是眼動與口頭的查詢。如何圍繞用戶活動和用戶信息系統來組織、集成、嵌入數字信息資源和信息服務，從而更直接、深入、有效地支持用戶檢索、處理、利用信息來解決問題的全過程是數字圖書館今后主要的研究方向，而自動識別技術和因特網人工智能技術就是目前提升數字圖書館應用的關鍵手段與方法。

1眼動追蹤技術

對于大多數人而言，“眼動追蹤”目前來說是一個比較新的技術。眼動追蹤技術最初概念提出于斯德哥爾摩皇家技術研究所的一個研究項目，在歷經了一個長久的研究、實驗過程之后，目前該技術日趨完善，其應用領域可以涉及到人機交互研究、閱讀研究、廣告心理學和交通心理學等等。在近幾年，國內眼動追蹤技術開始廣泛的應用于網絡閱讀、網絡數據跟蹤和記錄。

目前主流的眼睛運動測量方法包括眼電圖法、鞏膜接觸鏡/搜尋線圈法和基于圖像/視頻的測量法。眼電圖法通過電極測量眼窩附近皮膚的電壓差來測量眼睛運動。人的眼球存在電壓差，角膜表現為正極，眼底為負極。粘在研究附近皮膚上的電極會在眼睛運動時產生不同信號，大約可以識別出3°的橫向轉動和5°的縱向轉動。眼電圖法運算負荷低，可以在不同光照條件下工作，可用于嵌入式穿戴設備。但是眼電圖法對于測量眼睛運動的精度較低，不適應長時間用于人際交互。鞏膜接觸鏡/搜尋線圈法的原理是將光學或機械元件連接到直接戴在眼球上的接觸鏡上，通過測量“隨眼動而動”的附加裝置的方位來確定眼睛動態；既可以通過反射鏡將固定光束反射到不同方向，借此觀測眼睛動態；也可在眼睛周圍加上固定磁場，眼睛轉動會牽動搜尋線圈并使其磁通發生改變，根據感生電動勢變化即可獲取眼睛動態。接觸鏡法是最精確地眼睛運動測量方法之一，在5°的測量范圍內可以精確到8′～10′，但該方法最具侵入性，會引起眼睛的不適，該構造會影響使用者視力，不適合于觀測關注點。基于圖像/視頻的測量法包括一系列測量眼睛可區分特征的眼動測量技術，這些特征包括瞳孔外觀形狀、虹膜和鞏膜的異色邊緣、眼睛附近光源的角膜反射等。基于視頻、結合瞳孔和角膜反射的方法在測量視線關注點中應用最廣。測量時，須將紅外光源固定于眼眶位置并照射眼睛，眼睛轉動時，角膜反射點、瞳孔中心位置的坐標即可估算視線方向。基于圖像/視頻的眼睛運動測量方法最主要的是攝像頭式眼動跟蹤系統，主要由攝像頭式眼動儀和配套計算機組成，攝像頭校準后即可自動捕捉用戶眼睛動態，而用戶無須佩戴任何測試設備。

2眼動追蹤與數字圖書館結合研究

2.1基于眼動追蹤的數字圖書館用戶分析

眼球軌跡追蹤研究和傳統的網站可用性研究相比，可以捕捉到受訪者的潛意識行為與動機。這些信息是傳統研究方式無法做到的，或者不能觀測到的。目前，眼動追蹤技術在網頁可用性分析上得到了普遍應用，該技術能清晰的觀察到受訪者的第一眼注視位置、眼球運動軌跡及眼球注視時間。通過對上述3種采集到的數據進行對比分析，讓研究人員了解用戶在瀏覽頁面時的行為模式，并知道哪些內容最吸引眼球、哪些內容讓用戶迷惑以及哪些內容會被用戶忽視，對于網頁內的搜索效率、品牌認知、廣告效果、導航功能等眾多指標，視線跟蹤技術都能提供有價值的見解。數字圖書館管理者可以利用眼動追蹤技術在線記錄用戶的瀏覽方式和瀏覽習慣，該技術所獲得的數據比較準確和詳盡，同時，該記錄就是用戶心理的清晰呈現。利用該技術，數字圖書館管理者可以進行有效的頁面布局改善，進而提升數字圖書館的可用性。1圖1數字圖書館眼動追蹤分析圖1

圖1是針對美國國會圖書館和美國數字圖書館聯盟這兩個網站進行眼動追蹤研究后的分析圖，左邊部分為美國國會圖書館，右邊為美國數字圖書館聯盟。該圖是從150個測試者中獲得的數據，其中38%是男性，62%為女性，年齡層在18～34為主，圖中紅色部分是參加測試者關注最多的位置，其次是黃色、綠色，無色塊部分則表明未被關注或關注極少。圖中數字代表經統計出現的測試者關注視線軌跡順序圖。通過該圖可以明確顯示出測試者即時反應和關注點的分布情況，得出的結論可以解決下列問題：（1）什么吸引了使用者的注意力；（2）重要的內容應該放置在哪里；（3）使用者是否理解網站或軟件的架構；（4）提示符號信息引導使用者搜索目標的程度如何；（5）什么地方是看了的但沒有點擊；（6）使用者決定的過程是怎樣。

這兩個網站實際都是數字圖書館，在風格以及排版上區別不大。但是，我們通過分析圖中所呈現出的各項數據指標就能發現，測試者在美國國會圖書館瀏覽時體現出較大停留意圖，非常可能在該網站上瀏覽或下載資源，其關注度比美國數字圖書館聯盟高出1/3。這個數據差異其實已經非常龐大，龐大到能夠影響該數字圖書館在搶占市場份額中的成功與否。在數據圖中也可以看出，測試者在瀏覽美國數字圖書館聯盟時，瀏覽意圖較低。為什么會出現這種狀況呢？實際上原理并不復雜，雖然說這兩個網站功能相似性非常高，但是仍然有一些細小的差異。或許這些差異我們并不能直觀明顯的發現，但在潛意識里，這些細小的差異已經影響了網民的瀏覽決策和意向。這就需要網站對于用戶的心理行為進行更詳細的探索和更深入的研究。這對于網站頁面機構的優化、電子商務模式的升級，以及用戶的上網體驗有著更加有效的推動作用。

2.2基于眼動追蹤的數字圖書館推薦系統設計

隨著信息技術和互聯網的發展，人們逐步進入到信息過載的時代。在這個時代，無論是信息消費者還是信息生產者都遇到了很大的挑戰：信息消費者感覺從大量信息中找到自己感興趣的信息是一件很困難的事；對于信息生產者，希望自己的信息受到廣大用戶的關注也是一件困難的事情。推薦系統就是解決這一矛盾的重要工具，它的任務就是聯系用戶和信息，幫助用戶發現對自己有價值的信息，同時讓信息能夠展現在對它感興趣的用戶面前。目前，在互聯網的各類網站中都可以看到推薦系統的應用，其主要由前臺的展示頁面、后臺的日志系統以及推薦算法系統3部分構成。其作用是通過分析大量用戶行為日志，給不同用戶提供不同的個性化頁面展示，從而提高網站的實用性。當前基于相似性推薦的協同過濾算法在解決這個問題上具有明顯的優勢，例如，在發送推薦的電子郵件時會告訴用戶之所以向其推薦某書，是因為用戶以前購買過某些書。還有基于局部結構相似性的“關注對象推薦”，就是在微博中的推薦，會說明你的哪些朋友也關注過它們。根據最新的調查顯示，好的界面設計能夠讓用戶覺得推薦的結果更加多樣化，更加可信。目前，基于眼動追蹤的數字圖書館推薦系統吸引了較多的關注，原因在于它具備了特殊的優勢，它采集用戶的視覺路徑、關注點以及停留時間等相關的指標，來進行分析用戶的視覺偏好和視覺瀏覽習慣，記錄用戶真實的潛意識行為與反應，其具體的日志數據包括：（1）看過還看過，即瀏覽過本文章的客戶還瀏覽過的文章；（2）買過還買過，即購買過本文章的客戶還購買過的文章；（3）看過最終購買，即瀏覽過本文章的客戶最終購買的文章。當這些真實數據經過一個復雜運算后，每個推薦項的結果就可以呈現在數字圖書館的界面上。另外，推薦欄呈現的位置對于推薦的結果影響也很大，因為同一個網頁上不同位置對于用戶注意力的吸引程度大不一樣。如何更好地呈現推薦，是一個很難建立理論模型和進行量化的問題。而眼動追蹤建立一個可以進行A/B測試的系統，即隨機將用戶分為兩部分，各自看到不同的推薦頁面和推薦結果，利用積累的實驗數據進一步指導改進工作，這是其他推薦系統不具備的功能。

2.3基于眼動追蹤的數字圖書館服務提升

針對數字圖書館閱讀量較大的特點，眼動追蹤技術可以解放用戶的雙手。若將眼動追蹤與語言輸入、手勢識別等交互方式結合。可以降低用戶認知負荷、提高使用績效及用戶體驗，特別是對于使用鍵盤、鼠標有困難的用戶，如老年人及殘疾人士，眼動追蹤技術能夠讓他們享受過去無法體驗到的交互，他們僅僅用眼睛就能瀏覽網頁、閱讀文章等。眼動追蹤技術可以實現選擇，點擊和文字輸入等交互操作。目前對眼動追蹤的實用性研究還包括：如何通過技術創新來提高眼動追蹤技術的績效；如何通過交互方式的改進提高眼動追蹤技術的用戶體驗；眼動追蹤和其他交互方式的比較等。研究表明視線進行的選擇比鼠標點選速度更快，尤其當雙手正在進行其他任務的時候。在大屏幕工作空間以及虛擬環境中，眼動追蹤的交互方式尤其有效。

2.4基于眼動追蹤的數字圖書館移動用戶調查分析

隨著移動互聯網的發展，手持智能終端開始越來越多的影響人們的生活。從顧客體驗看，手持設備靈活小巧、便攜易用，其小巧的體積方便了人們隨時隨地收發訊息。研究表明，智能手機用戶平均每天觀看智能手機34次，而平均來看，每天人們在智能手機或其他手持設備上花費的時間超過90分鐘，并且該數字還在持續增長。因此，包括ipad、iphone等多種手持設備在內的移動智能終端將成為數字圖書館的主要用戶。所以關于如何提高手持設備訪問數字圖書館的效果成為眾多業內人士研究的對象。