Entenda o rastreamento ocular e como ele pode funcionar para você: definições, métricas e aplicações

O rastreamento ocular é uma tecnologia fundamental para nos ajudar a entender o comportamento humano e os processos de pensamento por trás dele. Suas aplicações são ilimitadas, tanto na pesquisa quanto no uso comercial.

De modo geral, a tecnologia de rastreamento dos olhos e do olhar oferece insights e oportunidades valiosíssimos. Para desvendar sua complexidade, vamos explorar as perguntas essenciais: o que é rastreamento ocular, como funciona e quais são suas aplicações.

O que é rastreamento ocular?

O rastreamento ocular permite medir os movimentos dos olhos, as posições dos olhos e os pontos de olhar por meio de diferentes processos tecnológicos. Em outras palavras, o rastreamento ocular identifica e monitora a atenção visual de uma pessoa em termos de local, objetos e duração.

A tecnologia de rastreamento ocular costuma ser mencionada em relação a:

• Medição dos padrões de piscadas
• Identificação do que a pessoa ignora ou não olha
• Avaliação da reação da pupila diante de estímulos visuais ou emocionais
• Facilitação da interação humano-computador e do machine learning.

Noções básicas de rastreamento ocular e rastreamento do olhar

A premissa sobre a qual a tecnologia de rastreamento ocular foi criada é:

Os seres humanos se comunicam pelo contato visual. Ao transmitir essa mesma capacidade aos computadores, eles poderão funcionar de forma mais parecida com os humanos. Clique para tuitar

Para isso, psicólogos estudaram em detalhe a fisiologia e a anatomia do olho e as operações cognitivas associadas ao sistema visual.

Aspectos anatômicos

O cérebro processa imagens por meio de células sensíveis à luz na retina. Esses bastonetes e cones detectam a luz que entra pela pupila e enviam os dados visuais ao cérebro.

Embora a retina tenha muito menos cones do que bastonetes, são os cones que permitem ao ser humano enxergar em alta resolução e em cores.

Fonte: Blausen.com staff (2014). “Medical gallery of Blausen Medical 2014“. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436.

Os cones ficam na fóvea, o centro do campo visual. A fóvea é a região de maior acuidade visual do olho, mas é bem pequena. Fora da área da visão foveal fica a região periférica, onde a nitidez diminui bastante.

Por isso, para processar as informações visuais de interesse em detalhe, o olho precisa se mover.

É justamente essa combinação de visão central em alta resolução e visão periférica em baixa resolução que torna possível a tecnologia de rastreamento ocular.

Movimentos dos olhos

O olho executa vários movimentos, como os de vergência ou de torção. No entanto, os mais relevantes medidos pelo rastreamento ocular são as fixações, as sacadas e a perseguição suave.

As fixações ocorrem quando o olho para para coletar dados visuais. Embora a duração varie muito, quanto mais longa a fixação, mais informação visual é processada.

As sacadas são “saltos” rápidos que o olho faz entre as fixações em um ambiente estático. O olho passa de um objeto de interesse para outro com o objetivo de captar novos dados visuais em alta resolução.

Por causa da velocidade extrema das sacadas, a visão fica suprimida durante elas. Por isso, elas não são tão importantes no rastreamento do olhar quanto as fixações. Mesmo assim, revelam informações sobre o percurso das fixações e da atenção visual.

A perseguição suave é o movimento dos olhos que ocorre quando olhamos para um objeto em movimento e o acompanhamos. Como é possível captar informação visual durante a perseguição suave, esse movimento é relevante para o rastreamento dos movimentos oculares. 

Tamanho da pupila

Além disso, o rastreamento do olhar baseado em vídeo permite medir e analisar o tamanho da pupila. Para obter dados precisos de rastreamento da pupila, o ambiente precisa ser rigorosamente controlado.

Em condições de teste adequadas, a dilatação da pupila pode ser observada e monitorada como resultado de:

• Estímulos emocionais fortes
• Atenção intensa
• Iluminação
• Carga da memória de trabalho

Atenção visual

Acima de tudo, o rastreamento ocular facilita o estudo da atenção visual.

Como os recursos para processar imagens são limitados, o cérebro escolhe seletivamente as informações visuais relevantes com base em:

• Interesse – a decisão consciente ou inconsciente de olhar para um objeto
• Ambiente – elementos detectados pela visão periférica

No meio acadêmico, o estudo da atenção visual leva à compreensão dos mecanismos de atenção em geral. Ele esclarece o processamento cognitivo que ocorre durante a execução de uma tarefa.

Pelo mesmo motivo, o rastreamento ocular e a análise da atenção também são valiosos nas atividades comerciais.

O rastreamento ocular é usado em pesquisas qualitativas ou quantitativas?

No contexto dos métodos de pesquisa, o rastreamento ocular é usado tanto em pesquisas qualitativas quanto quantitativas.

Pesquisa qualitativa	Pesquisa quantitativa
✓ Interpretação do comportamento	✓ Variável dependente
✓ Usabilidade (UX/UI)	✓ Testes A/B
✓ Entrevistas retrospectivas	✓ Medição de estímulos

Rastreamento ocular convencional vs. 3D

Enquanto o rastreamento ocular convencional enfrenta uma série de limitações, o rastreamento ocular 3D para sensores de profundidade resolve esses desafios com as seguintes soluções:

• Amplo alcance
• Rastreamento de várias pessoas
• Linha de visão 3D
• Sem calibração
• Apenas software (se o dispositivo de rastreamento ocular integrar uma câmera 3D)

No momento em que este artigo foi escrito, a Eyeware era uma das poucas empresas a oferecer publicamente uma solução comercial de rastreamento ocular para câmeras 3D.

O software de codificação do olhar 3D em tempo real GazeSense, da Eyeware, oferece uma solução simples para obter dados quantitativos e qualitativos de rastreamento ocular. Descubra aqui como ele pode ajudar seus projetos empresariais, industriais ou de pesquisa: gazesense.com.

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Como funciona o rastreamento ocular?

O rastreamento ocular funciona acompanhando a posição e os movimentos dos olhos de forma não intrusiva. Uma fonte de luz infravermelha ou infravermelha próxima, invisível, ilumina a pupila. Isso gera um reflexo na córnea. Uma câmera infravermelha registra esse reflexo, delimita o centro da pupila, deduz a rotação do olho e determina a direção do olhar.

No rastreamento ocular PCCR, Pupil Center Corneal Reflection (reflexo corneano no centro da pupila) é o nome técnico do principal método usado pelo rastreamento ocular, no qual a pupila e os reflexos na córnea são monitorados opticamente.

A posição dos olhos, o ponto de olhar e os movimentos oculares são calculados com algoritmos matemáticos avançados.

Depois disso, as informações registradas se tornam dados brutos, que o software de rastreamento ocular processa em seguida. 

Como os rastreadores oculares funcionam com calibração

Para obter precisão e exatidão no rastreamento ocular, é preciso levar em conta o desalinhamento entre os eixos óptico e visual. Embora o eixo óptico possa ser medido visivelmente, a localização da fóvea fica alguns graus deslocada.

Fonte: Dorland’s Medical Dictionary for Health Consumers. (2007).

Isso exige uma correção (calibração) para garantir que as posições da pupila e do olhar fiquem alinhadas.

Antes de iniciar um experimento, o sistema faz a calibração monitorando as posições da pupila em um ou mais pontos predefinidos.

Dados

Depois do cálculo de um ponto de olhar, os dados brutos aparecem na forma de uma coordenada XY. A coordenada XY indica para onde o participante está olhando na tela. Em seguida, o rastreamento do olhar gera coordenadas de acordo com sua taxa de quadros.

Normalmente, ferramentas de software são usadas para o rastreamento ocular e para processar os dados, ou seja, identificar fixações e sacadas. As fixações costumam aparecer como pontos com tamanhos proporcionais à duração do movimento. As sacadas são as linhas que ligam esses pontos de fixação. 

Estas ações podem ajudar a limpar os dados brutos antes de gerar as visualizações:

• Reduzir a densidade de ruído
• Melhorar a precisão
• Aplicar um algoritmo de classificação de movimentos oculares

Métricas e visualizações para a análise de dados de rastreamento ocular

De representações estáticas a animadas, o rastreamento ocular e o rastreamento do olhar usam várias métricas e visualizações para examinar os dados coletados.

Fixações

Junto com as sacadas, as fixações formam um scanpath, ou seja, o caminho que os olhos de uma pessoa percorrem. Além disso, o rastreamento ocular permite medir:

• Tempo até a primeira fixação (TTFF) – o tempo entre o início de um estímulo e a fixação dentro de uma área de interesse (AOI). Isso dá uma ideia da atenção visual.
• Duração da primeira fixação – tempo total da primeira fixação
• Contagem de fixações – quantas fixações ocorreram dentro de uma AOI
• Duração média das fixações – quanto maior a duração média das fixações, mais atraente é a AOI para o participante
• Sequências de fixação – compostas pelo local e pelo momento de cada fixação

Pontos e gráficos de olhar

Enquanto um ponto de olhar mostra para onde o participante está olhando, um gráfico de olhar (gaze plot) facilita a visualização do scanpath. Os gráficos de trajetória do olhar mostram a ordem cronológica em que as fixações e as sacadas foram feitas.

Gráficos de olhar agregados são usados para avaliar os scanpaths de vários participantes e, assim, identificar padrões de comportamento.

Áreas de interesse (AOI)

Para avaliar diferentes métricas de fixação, as áreas de interesse (AOIs) são usadas para selecionar regiões específicas de uma cena.

Para delimitá-las, as AOIs são desenhadas na imagem, ao redor dos elementos escolhidos para comparação.

• Proporção – o número de participantes que fixaram o olhar em uma AOI
• Tempo de permanência – quanto tempo a pessoa passou olhando para uma AOI, ou seja, a duração da observação
• Contagem de observações – quantas vezes um participante voltou a olhar para uma AOI

Mapas de calor

Como ferramenta de visualização, o mapa de calor mostra como as fixações e os pontos de olhar estão distribuídos. Tons de verde, amarelo e vermelho indicam a densidade de pontos de olhar em partes específicas da AOI.

O rastreamento ocular com mapas de calor parte do princípio de que, quanto mais fixações ocorrem em uma área, mais vermelha ela fica.

Mapas de foco/opacidade

Um mapa de opacidade, também chamado de mapa de foco, mostra as mesmas informações que um mapa de calor, mas de outra maneira.

Em vez de cobrir as áreas que receberam mais atenção visual, o mapa de foco/opacidade as destaca com clareza. Já as áreas com menos fixações ficam escurecidas.

Medidas

A unidade de medida padrão no rastreamento ocular é o ponto de olhar:

1 ponto de olhar = 1 amostra bruta de rastreamento ocular

Ex.: taxa de amostragem de 60 Hz = 60 pontos de olhar distintos por segundo (1 ponto de olhar a cada 16,7 milissegundos)

Um dispositivo de rastreamento ocular de consumo tem uma taxa de amostragem que pode variar de 30 a 60 Hz. Equipamentos dedicados à pesquisa podem rastrear a cerca de 120 Hz a 1000 Hz (e alguns chegam a cerca de 2000 Hz).

As médias de velocidade e frequência dos movimentos oculares são:

• Fixação
  • De 100 a mais de 600 milissegundos
  • Duração habitual: 100 a 300 milissegundos
  • Frequência típica: cerca de 3 Hz

• Sacada
  • De 20 a 120 milissegundos
  • Duração habitual: 20 a 40 milissegundos
  • Até 600 a 700 graus por segundo
  • Frequência típica: 4 vezes por segundo, a uma taxa de cerca de 4 Hz

• Perseguição suave – até 30 graus por segundo

Hardware e software: ferramentas de rastreamento do olhar

O rastreamento ocular e o rastreamento do olhar precisam de um dispositivo para captar as informações e de um sistema para rastreá-las e processá-las, ou seja, de hardware e software.

O que é software de rastreamento ocular?

Embora os recursos variem de uma marca para outra, normalmente dois tipos de software são necessários no processo convencional de rastreamento ocular:

• Software para captar e registrar os dados
• Software para processar e analisar os dados

Além disso, dependendo do desenvolvedor, pode ser necessário um software específico para:

• Diferentes tipos de rastreadores oculares (por exemplo, óculos ou baseados em tela)
• Um rastreador ocular específico
• Diferentes estímulos (por exemplo, estáticos ou dinâmicos)

No entanto, existem várias soluções de software integradas, tanto para a captação quanto para a análise de dados.

Seja qual for o software escolhido, alguns recursos importantes a considerar são:

• Exatidão
• Tempo de calibração
• Distância ideal
• Latência
• Taxa de amostragem
• Ângulos de rastreamento
• Amplitude de movimento da cabeça
• Tempo de recuperação

Rastreamento ocular sem óculos: como funciona o rastreamento do olhar 3D da Eyeware?

A solução de software de rastreamento ocular de ponta da Eyeware usa câmeras com sensor de profundidade para facilitar a interação humano-máquina em 3D.

O GazeSense marca objetos 3D de interesse e gera dados em tempo real para estudos simultâneos com várias pessoas. Com isso, fornece informações sobre atenção, intenção, interesse e engajamento.

Sem exigir óculos ou outros rastreadores vestíveis, o premiado software funciona com vários dispositivos de consumo e personalizados que usam tecnologia de sensores de profundidade. De smartphones a kits de desenvolvimento, laptops e periféricos para jogos, o GazeSense é compatível com câmeras estereoscópicas, de luz estruturada e ToF, além de sensores 3D personalizados.

O software de rastreamento do olhar 3D tem aplicações em muitas áreas, como setor automotivo, robótica, dispositivos de consumo, games, varejo e publicidade.

Para descobrir como o GazeSense pode otimizar seus projetos comerciais ou acadêmicos com a interação humano-máquina multimodal, fale com nosso especialista em Customer Success.

Hardware: o que é um rastreador ocular?

Basicamente, o rastreamento ocular 2D convencional exige um dispositivo para medir a atividade, conhecido como rastreador ocular.

Hoje, os rastreadores oculares são remotos (baseados em tela) ou móveis/vestíveis (dispositivos presos à cabeça, como óculos ou headsets de realidade virtual).

Remotos: dispositivos baseados em tela

Para rastrear a atividade dos olhos à distância em um ambiente controlado, normalmente são usados dispositivos baseados em tela.

O participante se senta diante de um monitor ou laptop, com um painel ou uma unidade independente montada abaixo ou perto da tela. Em seguida, ele vê estímulos multimídia, como fotos, sites, vídeos ou jogos, para provocar, registrar e analisar os movimentos dos olhos.

De modo geral, os rastreadores oculares baseados em tela oferecem a desenvolvedores e pesquisadores insights sobre a atenção visual, coletando informações oculares de alta qualidade em um ambiente de teste estático.

Móveis: óculos de rastreamento ocular e headsets de VR

Os dispositivos vestíveis de rastreamento ocular são recomendados para estudos comportamentais em situações reais. Eles permitem movimentos além das limitações da “headbox” impostas pelos rastreadores oculares fixos.

Os rastreadores oculares presos à cabeça podem medir os movimentos dos olhos de perto. No entanto, rastreadores móveis como os óculos podem ficar instáveis em determinadas condições de teste, por exemplo quando os participantes praticam esportes.

Em aplicações de VR, o rastreamento ocular pode permitir que o participante controle recursos apenas olhando para um botão virtual específico. 

Headsets de VR com rastreamento do olhar podem ser usados para:

• Treinamento profissional em áreas industriais
• Entretenimento interativo
• Testes de atenção visual no varejo, entre outros.

Em resumo, se os experimentos exigem que os participantes reajam em ambientes naturais e dinâmicos, os rastreadores oculares vestíveis são a melhor solução.

Rastreamento ocular vs. rastreamento de cabeça

A diferença entre rastreamento ocular e rastreamento de cabeça é simples.

Embora os dois processos envolvam o monitoramento de posições e movimentos, o primeiro rastreia apenas os olhos, enquanto o segundo registra apenas a atividade da cabeça.

Combinadas, as duas tecnologias fornecem dados ainda mais valiosos e criam uma experiência rica para o usuário em aplicações como os games.

Pesquisa e aplicações: como o rastreamento ocular funciona em situações reais?

Tecnicamente, quase qualquer cenário com elementos visuais pode se beneficiar do rastreamento ocular e do rastreamento do olhar. Clique para tuitar

Até agora, a tecnologia tem sido usada para promover enormes avanços em ciência cognitiva, neuromarketing, IA, segurança no trabalho e muitas outras áreas de pesquisa e de negócios.

Áreas de uso do rastreamento ocular: para que serve?

Como previsto, o rastreamento ocular já revolucionou a forma como os seres humanos se comunicam com os dispositivos e vice-versa.

Ainda assim, a tecnologia de rastreamento ocular precisa evoluir até que todo dispositivo de consumo comum venha equipado com ela. Até lá, ela continua ajudando acadêmicos, desenvolvedores e anunciantes a obter insights incomparáveis sobre o comportamento humano consciente e inconsciente.

Pesquisa

Como já mencionado, o rastreamento ocular contribui muito tanto para a pesquisa qualitativa quanto para a quantitativa. No contexto acadêmico, a tecnologia pode ser usada como ferramenta para:

• Estudo do comportamento visual
• Avaliação dos mecanismos de atenção
• Medição da resposta a estímulos visuais
• Compreensão dos padrões de aprendizagem
• Comparação do comportamento de grupos

Setor automotivo

O rastreamento ocular tem um papel importante na segurança no setor automotivo. A tecnologia pode ajudar a detectar se o motorista está sonolento ou distraído e ajudar a evitar acidentes.

Com o rastreamento ocular 3D, o motorista é monitorado e auxiliado por uma interação apoiada pelo olhar. Clique para tuitar

Ao incorporar a tecnologia a painéis inteligentes, recursos como HUDs com realidade aumentada e o copiloto virtual passam a ter um papel central na experiência de direção.

Psicologia

Na psicologia, o rastreamento do olhar permite estudar os processos cognitivos. Entre os exemplos estão a memória, a resolução de problemas, a linguagem, a tomada de decisões, a percepção e a atenção em geral.

A neurociência usa o rastreamento ocular para estudar e detectar precocemente doenças como Parkinson, esquizofrenia, Alzheimer ou autismo. Por exemplo, a tecnologia ajudou pesquisadores a demonstrar o reconhecimento e a compreensão de emoções complexas em adultos com TEA.

Neuromarketing e publicidade

Como a tecnologia de rastreamento ocular facilita o estudo da atenção visual, ela se tornou uma ferramenta útil para profissionais de neuromarketing e anunciantes em geral.

Em aplicações on-line e off-line, o rastreamento do olhar ajuda a determinar pelo que os clientes se interessam naturalmente e o que eles podem ignorar por completo.

Além disso, os profissionais de neuromarketing hoje usam o rastreamento ocular e a codificação facial para medir as emoções diante de estímulos multimídia.

Videogames e entretenimento

Renderização foveada, gráficos envolventes e controle ampliado pelo olhar são recursos de ponta da indústria de games que se tornam possíveis com o rastreamento ocular.

O jogador pode explorar o ambiente com o olhar e interagir com vários elementos do jogo só de olhar para eles.

Da mesma forma, já há alguns anos é possível controlar televisores com base nos mesmos princípios.

Acessibilidade

Com o rastreamento ocular, pessoas com deficiência podem controlar computadores e dispositivos móveis e até criar arte digital. Pessoas que não conseguem se mover ou falar podem se comunicar com as máquinas por meio dos movimentos dos olhos.

A tecnologia melhorou muito a acessibilidade e deu autonomia a usuários com deficiência para realizar diversas tarefas no computador.

Varejo

Profissionais do varejo também podem usar o rastreamento ocular para gerar análises da atenção nas prateleiras. Em outras palavras, a tecnologia de rastreamento do olhar oferece insights sobre o comportamento do consumidor e o processo de decisão de compra. Clique para tuitar

Com isso, os varejistas podem fazer melhorias notáveis no design de expositores, lojas e embalagens, além do layout e da distribuição.

Quais são os prós e contras do rastreamento ocular?

Sem dúvida, as vantagens da tecnologia de rastreamento ocular são muitas.

Benefícios

• Avanços em áreas como IA, ciências sociais e saúde
• Tecnologia assistiva para pessoas com mobilidade reduzida
• Melhorias na interface e na experiência do usuário
• Apoio à segurança em ambientes de trabalho perigosos
• Resultados de pesquisa de mercado de alta qualidade
• Insights notáveis sobre a mente e o corpo humanos, quando usado com outros biossensores, como:
  • FEA (análise de expressões faciais)
  • ECG (eletrocardiograma)
  • EEG (eletroencefalograma)
  • EDA (atividade eletrodérmica)
  • EMG (eletromiografia)

Como o rastreamento ocular ainda é uma tecnologia em desenvolvimento, há muitos desafios a enfrentar.

Dificuldades

• O efeito Hawthorne – a pessoa muda seu comportamento por saber que está sendo observada (por exemplo, em um estudo realizado em ambiente de teste)
• Interpretação (por exemplo, um número maior ou menor de fixações pode levar a conclusões diferentes conforme o contexto)
• Olhos semicerrados – o método Pupil Center Corneal Reflection (PCCR) não funciona bem quando o participante aperta os olhos
• O problema do toque de Midas em interfaces controladas pelo olhar – quando o usuário aciona sem querer uma ação indesejada
• A calibração exigida pelo rastreamento ocular convencional

Boas práticas e ética

Realizar estudos e experimentos de rastreamento ocular exige uma curva de aprendizado. 

Alguns dos procedimentos e cuidados éticos que devem ser considerados de antemão:

• Informar cada participante sobre o objetivo, os procedimentos, os possíveis riscos (se houver) e os benefícios do experimento
• Garantir que cada participante dê seu pleno consentimento para participar do estudo
• Preparar um ambiente de teste eficaz: luz equilibrada, eliminação de distrações e ajuste do equipamento de rastreamento ocular
• Treinar os participantes para que se familiarizem com o equipamento e os procedimentos de rastreamento ocular

Vale a pena explorar o rastreamento ocular?

Com certeza.

Desde seu desenvolvimento inicial, a tecnologia de rastreamento ocular abriu caminho para avanços monumentais em inúmeras áreas.

O setor de rastreamento do olhar prevê crescimento contínuo nos próximos anos, ajudando: 

• Engenheiros de P&D a encontrar soluções reais com tecnologia de ponta
• Líderes de inovação a implementar soluções criativas e de última geração
• Desenvolvedores a criar sistemas mais eficazes para resolver desafios atuais e futuros  
• Profissionais de marketing a criar provas de conceito e melhorar a experiência do consumidor
• Professores e pesquisadores a desbravar novos caminhos e construir um mundo melhor
• Neurocientistas a obter insights inéditos sobre distúrbios cognitivos graves
• Estudantes a contribuir para o desenvolvimento da tecnologia do futuro

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