Eyetracking Research 101 - Part.1

Section 1. Introduction

 

Web site 안에는 다양한 이미지, 텍스트, 링크 등을 포함하고 있으며, 이러한 시각적인 요소들은 User들의 시선을 끌거나 회피하게 만드는 중요한 요인들 중 하나로 작용하게 된다. 또한 이러한 시각적인 요소들이 해당 Web site를 이용할 것인지 아니면 다시는 이용하지 않을 것인지 결정하게 만드는 중요한 요인으로써 영향력을 행사하기도 한다. 예를 들어, Banner 광고의 경우, Web site 운영자들이 의도적으로 User의 시선을 끌기 위한 하나의 방법으로 사용하고 있지만 실제로 User들은 의도적으로 Banner 광고를 보는 것을 의도적으로 회피하며, 그 결과로 Banner 광고가 많이 포함된 Web Site를 다시는 방문하지 않게 된다.

 

Web site에서 제공되는 다양한 이미지, 텍스트, 링크, 그리고 전체적인 레이 아웃에 대한 디자인 등에 대한 객관적이고 정확한 평가를 통해 해당 사이트의 Usability 등을 검증해야 하지만 기존의 연구 방법론으로는 파악하기 힘들다는 문제점이 있었다. 다시 말하면, 기존의 관찰 방법(Observational Method)이나 Usability Test에서 흔히 사용되는 In-Depth Interview Method만으로는 이러한 시각적 요소들이 User의 Web site 탐색 행동에 어떻게 영향을 미치는지 실시간적으로 파악할 수 없다는 문제점이 존재하고 있었다.

하지만 Eye Tracking System은 User의 Gaze Pattern을 측정함으로써, 기존의 관찰 방법이나 In-Depth Interview에서 파악할 수 없었던 다양한 시각적 요소들의 영향력을 정확하고 과학적으로 측정/분석할 수 있다는 장점이 있다. 즉, User의 구체적이며 실시간적인 탐색 과정이나 또는 어떤 요인에 의해 마우스 클릭 행동을 유발하는지에 대한 구체적인 데이터를 확보할 수 있다는 측면에서 Eye Tracking System에 대한 관심이 높아져 가는 추세이다.

 

본 자료는 Eye Tracking System을 활용하기에 앞서, 기본적으로 필요한 Eye Tracking System 장비에 대한 지식을 얻고자 작성되었다. 이러한 지식 습득을 통해 더욱 더 의미가 있는 연구가 수행될 수 있기를 바란다.

 

본 자료는 Eye Tracking System을 활용하기에 앞서, 기본적으로 필요한 Eye Tracking System 장비에 대한 지식을 얻고자 작성되었다. 이러한 지식 습득을 통해 더욱 더 의미가 있는 연구가 수행될 수 있기를 바란다.

 

 

Section 2. The Overview of Eye Tracking System

 

Eye Tracking System에 대한 정확한 이해를 위해서는 인간의 인지 체계(Cognitive System)가 어떤 구조로 되어 있으며, 외부에서 입력된 정보(Stimulus)를 어떤 방법으로 처리하는지에 대한 이해가 무엇보다 필요하다. 이에 이번 Section에서는 인간의 인지 체계에 대한 기본적인 내용에 대해서 다룰 것이다.

 

 

2.1. Human Cognitive System

 

인간의 인지 체계 이론(The Theory of Human Cognitive System)은 1960년대에 유행하던 정보처리 이론(Information Processing Theory)에 기초하고 있다. 정보처리 이론의 기본 개념은 외부에서 입력된 정보는 순차적으로 일련의 단계를 거치며 처리된다는 것이다. 또한 각 단계는 각 단계만의 고유한 특성을 가지고 있으며, 이러한 고유한 특성은 다른 단계와 구별되는 요인으로써 작용한다는 것이다. 정보처리 이론에 기초한 인간의 인지 체계 이론은 Fodor의 Modularity라는 개념으로 정립되게 된다. 이것은 인간을 마치 Computer와 유사한 개념으로 보는 것이다. Computer는 일련의 전기적 신호 ( 0 또는 1)을 기초로 해서 임시 저장고인 Buffer(RAM)에서 자료를 처리한 뒤, HDD와 같은 기억 장치에 저장되게 된다. 이것은 순차적으로 이루어지며, 서로 구별되는 특성들을 갖고 있다. 인간의 인지 체계 이론도 이와 같은 방법으로 설명하고 있는 것이다.

 

그렇다면, 인지 심리학에서 확립된 인지 체계 이론은 어떤 구조로 되어 있으며, 어떤 특징을 가지고 있으며, 어떤 방식으로 정보를 처리하는지 알아보기로 하겠다. 모든 내용을 다루기에는 본 자료에서 어렵기 때문에, 간략하게 그 개념에 대해서만 소개를 하겠다.

 

 

Human Cogntivie System

 

 

 

그림에서 보는 것과 같이 인간의 인지 체계는 여러 개의 단계로 구분할 수 있다. 먼저 소리 또는 객체(Object)와 같은 물리적인 자극(Physical Stimulus)가 눈이나 귀와 같은 감각 기관으로 들어오게 된다. 눈이나 귀와 같은 감각 기관으로 들어온 자극은 단순한 자극(Stimulus)에서 외부 환경에 대해 알려주는 중요한 의미의 정보(Information)로써 변환된다.

 

이렇게 변환된 정보는 감각 기관에서 감각 기억(Sensory memory)로 넘어가게 된다. 이 때, 감각 기억에 들어온 정보는 외부의 물리적 성격을 그대로 가지고 있다. 감각 기억으로 들어온 정보는 외부에서 입력되는 모든 정보의 대부분을 다 저장하고 있다. 예를 들어, 지금 고개를 들어 주위를 돌아보라. 지금 눈에 보이는 풍경의 모든 것이 실시간적으로 감각 기억에 저장되고 있는 것이다. 하지만 감각 기억에 저장된 정보는 빠른 시간 안에 다른 정보로 대체되어 사라져 버린다. 시각 정보의 경우 감각 기억에 저장되는 시간은 3~4초 정도, 청각 정보의 경우는 10~20초 정도로, 해당 정보가 입력된 후 바로 다음에 들어오는 정보에 의해 빠르게 대체되어 소멸해 버리는 것이다. 모든 정보를 다 지속적으로 기억할 수 없을 것이다. 물리적 속성을 그대로 가지고 있는 모든 정보를 실시간으로 다 받아들인다면 인간의 인지 체계는 버틸 수 없기 때문이다. 그래서 감각 기억에서는 일정한 시간만 해당 정보를 저장한 후, 시간이 지나면 자동적으로 다음 정보로 대체해 버리는 것이다.

 

감각 기억에서 해당 정보가 소멸해 버리기 전에 필요한 정보는 소위 단기 기억(Short-Term Memory)이라고 불리는 작업 기억(Working Memory)로 넘어가야 한다. 작업 기억(Working Memory)는 우리가 의식적으로 정보를 처리하는 유일한 인지 체계이다. 감각 기억(Sensory Memory)에서 모든 정보가 작업 기억(Working Memory)으로 넘어간다면, 인간의 의식 체계는 붕괴될 것이다. 이 문제를 막기 위해, 인간의 인지 체계는 중요한 정보라고 판단되는 소수의 정보만 취사 선택을 하게 된다. 이 때, 중요한 정보를 선택하여 걸러주는 역할을 하는 것이 주의(Attention)이다. 즉, 주의(Attention)를 기울이느냐 기울이지 않느냐에 따라 정보가 감각 기억(Sensory Memory)에서 사라져 버리느냐 아니면 작업 기억(Working Memory)로 넘어가 다양한 정보 처리 과정을 거칠 수 있게 되느냐가 결정되는 것이다. 앞으로 살펴보겠지만, 주의(Attention)는 Eye Tracking System에서 가장 중요한 요인 중 하나이다.

 

Working Memory는 감각 기억(Sensory Memory)와 장기 기억(Long-term Memory) 사이의 교두보적인 역할을 한다. 감각 기억(Sensory Memory)에서 들어온 물리적 정보를 추상적인 특성을 가지고 있는 정보로 변환시키면서, 동시에 장기 기억(Long-Term Memory)에 저장되어 있던 다양한 정보들을 인출(Retrieval)하여 통합함으로써 우리에게 필요한 정보를 산출하게 되는 것이다. 이 중 중요한 산출물에 대해서는 다양한 과정을 거쳐서 장기 기억(Long-Term Memory)로 넘긴다.

 

앞에서 살펴본 것처럼, 인간의 인지 체계는 구조가 복잡하며, 각 단계에 따라 그 특성 및 특징이 다르다. 하지만 인지 체계 내에서 가장 중요한 역할을 하는 것은 작업 기억(Working Memory)이며, 작업 기억이 효율적으로 정보를 처리할 수 있도록 도와주는 것이 바로 주의(Attention)이다. Eye Tracking System의 기본 전제가 되는 것도 이 주의(Attention)라고 할 수 있다. 우리가 지금 주의(Attention)를 기울이는 곳이 바로 가장 핵심적인 정보 처리가 일어나는 영역이기 때문이다. 주의(Attention)는 또한 시각 체계(Visual System)은 밀접한 관련이 있다. 어떻게 밀접한 관련이 있는지 다음을 살펴보자.

 

 

2.2. Human Visual System

 

Main Human Visual System

 

인간의 시각 영역은 크게 두 가지 영역으로 분류될 수 있다. 하나는 중심 영역(Central Area)이고, 나머지 다른 하나는 주변 영역(Peripheral Area)이다. 자극(Stimulus)이 눈(Eye)으로 들어오게 되면서, 그 자극(Stimulus)가 Fovea에 맺히느냐, 아니면 Retina에 맺히느냐에 따라서 해당 자극을 처리하는 패턴이 달라지게 된다. 자극(Stimulus)가 Fovea로 들어가게 되면 해당 자극(Stimulus)에 대한 구체적인 정보 – 예를 들어, 색상 등 - 를 가지게 된다. 하지만 Retina에 맺히게 되면, 그 자극(Stimulus)에 대한 전반적인 형태에 대한 정보만 가질 뿐, 구체적인 정보에 대해서는 처리되지 않는다. 우리가 일반적으로 주의를 기울이는, 의식적으로 바라보는 영역은 Fovea에 입력된 정보들이다. 그렇다고 Retina에 대한 맺힌 정보들이 불필요한 것은 아니다. 우리가 의식은 하지 않지만 자동적인 입력 및 처리가 이루어지면서, 만약 우리가 필요할 경우 주의(Attention)을 기울이도록 하는 보조적인 역할을 한다.

 

인간의 눈(Eye)은 3 개의 주변 근육에 의해서 움직임(Movement)이 통제된다. 하지만, 인간의 눈 움직임(Eye Movement)은 생각보다 자연스럽게 움직이지 않는다. 일종의 Saccadic Eye Movement라는 형태로 움직이게 되는데, 이것은 눈동자가 일종의 도약 운동처럼 한 지점(Fixation)에서 사전에 정의된 다른 지점(Fixation)으로 점프하는 것처럼 움직인다는 것이다. 즉, 주변 영역(Peripheral Area)에 있는 물체의 영상을 Fovea에 빠르게 위치시키는 안구 운동이다(Eye Movement)이다. 그림3을 보면 구체적으로 어떤 방식으로 안구(Eye)가 움직이는지 알 수 있을 것이다.

그림3에서 빨간색 박스로 표시된 글자가 바로 안구가 고정된 위치이다. 그림에서 보는 것처럼 안구 움직임은 ‘철’, ‘수’, ‘가’ 처럼 순차적으로 하나씩 하나씩 부드럽게 움직이는 것이 아니라, ‘수’, ‘에’, ‘그’, ‘그’, ‘래’,’아’, 그리고 ‘다’의 위치로 도약을 하는 것을 볼 수 있다. Retina에 들어오는 정보를 기준으로 다음 도약이 어디로 될 것인지 결정하게 된다. 실제 Web page에 대한 Eye Tracking 연구를 수행하다보면, 방금 살펴본 Saccadic Eye Movement를 확인할 수 있을 것이다. 해당 내용에 대해서는 추후에 살펴볼 것이다.

 

Saccadic Eye Movement 예시

 

 

인간의 안구 움직임(Eye Movement)는 Saccadic Eye Movement만 있는 것이 아니다. 인간의 시각 체계(Visual System)와 인지 체계(Cognitive System)의 문제점들을 보완하기 위해서 다양한 형태의 안구 운동(Eye Movement)가 일어나게 된다. 구체적인 내용에 대해서는 이 자료의 범위를 넘어서는 것이기 때문에 개념에 대해서만 간략하게 소개하기로 하겠다

 

Vestibular Reflex	머리의 운동에 의해 야기되는 짧은 기간 동안의 망막 영상의 이동을 보상하기 위한 운동
Optokinetic Reflex	장시간 동안 지속되는 망막 영상의 움직임을 보상하는 안구 운동
Pursuit	이동하는 물체의 영상을 Fovea에 유지하는 안구 운동
Vergence	양안의 운동 방향이 반대이면서 물체의 영상을 양안의 Fovea에 위치시키는 운동

[  다양한 안구 운동 예시 ]