第三節 第三節
第三節 眼動儀及其相關研究 眼動儀及其相關研究 眼動儀及其相關研究 眼動儀及其相關研究
一 一 一
一、 、 、 、眼動儀系統介紹 眼動儀系統介紹 眼動儀系統介紹 眼動儀系統介紹
從 19 世紀開始就有人透過觀察人們的眼球運動方式來研究人類的心理活 動，透過記錄到的眼動數據，探討眼動與人心理活動之間的關聯，此外，藉著眼 動儀系統有助於瞭解人們在經濟社會中的決定，幫助我們了解人們如何獲得資 訊、注意力專注於何處，以及他們的情緒或腦部活動之間的關係。
就目前已開發的各種眼動儀系統中，有下列幾種類型：
(一) 紅外線眼動圖法（Infra-red Oculography, IROG）
IROG 是將一排紅外線光源 LED 及紅外線接收器架構在鏡架上，然後 以固定角度照射在虹膜四周。由於紅外線在黑色瞳孔與虹彩的反射效果低，
而在白色鞏膜的部分幾乎會完全反射，因此利用紅外線光源在眼角膜邊緣的 反射差異，紅外線光接收器會將反射出之紅外線光轉換成電流訊號，經由放 大上下及左右信號之後，便可藉此信號的大小來判斷眼球轉動之角度，此優 點是有非常好的空間解析度且測量範圍很廣，是非侵入式的方法（引自蔡介 立、顏妙璇、汪勁安，2005，p.94.）。另外值得注意的一點，若紅外線的波 段能量超過眼睛所能容許的照射功率時，眼睛會受到嚴重損害，所以在選擇 紅外線 LED 時，要注意紅外線產生的能量，而且光線若長時間照射眼睛，
也會使眼睛產生不舒服的感覺（簡志忠，1997）。
(二) Purkinje 影像追蹤法（Purkinje-Image, PI）
由於眼睛各個組織對光源折射率不同，反射出來的影像也會不同。光源 在角膜前後方與水晶體前後方反射出稱為 Purkinje-image 的光源影像，可以 觀測到四組影像。第一組 Purkinje-image 是光源反射在角膜和眼球前空氣的 表面，第四組 Purkinje-image 是反射於水晶體與眼球內部的表面，另外兩組 Purkinje-image 的反射量太小不易觀測到，通常忽略不計。僅檢測第一組及第 四組 Purkinje-image 來偵測眼球運動情況。這種量測方法的優點是精確度 高，不過設備價格昂貴，因此無法被普遍採用（Duchowski, 2007）。
(三) 搜尋線圈法（Search Coil, SC）
此種眼球追蹤技術是讓使用者配戴將感應線圈包在矽膠製成的隱形眼 鏡，並且在眼球四周加上固定磁場，當使用者眼球運動時，會摩擦鏡片，鏡 片中的感應線圈因磁通量發生變化，產生不同的感應電動勢，而訊號大小即 代表眼球偏轉的角度，將訊號放大來紀錄眼球運動狀況。此法的優點在蒐集 資料時，有很好的眼球運動空間和時間解析度，缺點是測量方式容易受到受 試者當時眼球狀況影響，如眼球分泌物等，不適合長時間配戴 （Duchowski, 2007）。
(四) 眼電圖法（Electro-Oculography, EOG）
角膜與視網膜間存在固定的電位差，眼球轉動時，以視覺為中線，可以 看成是一個角膜與視網膜所構成的雙電極在偏轉，將兩個量測電極的連線通 過角膜中心，可以測出電極偏轉訊號。依照眼睛轉動時產生的不同電極訊 號，可以判斷眼球運動情形。價格低廉是眼電圖法的優點，但是須要將電極 貼在皮膚上，而皮膚電阻會因為使用時皮膚角質不斷分泌產生改變，造成電 波訊號不穩定，所以不適合長期配戴使用（Duchowski, 2007）。
(五) 光學式瞳位追蹤系統（Optical-type Eye Tracking System）
藉由攝影機拍攝的瞳孔影像，利用影像處理的方式，得到相關眼球資訊 後，分析眼球移動方向、軌跡等。利用配戴架設攝影機的顯示器，在充足的
光源下，藉由攝影機所取得的眼球影像，系統後處理得到瞳孔中心，再利用 座標轉換對應至螢幕上滑鼠相對的位置，進而控制滑鼠游標。此系統優點是 眼球不受外界直接接觸造成傷害，將顯示器固定在頭上，受試者頭部與攝影 機之間的相對位置不會改變，但缺點是顯示器可能會因為長時間配戴，造成 頭盔因為本身的重量往下壓，影響判斷而形成誤差，此外長時間使用頭盔也 可能造成受試者的負擔（簡志忠，1997）。
(六) 紅外線視訊系統（Infra-red Video System, IRVS）
受試者眼球移動時，用紅外線攝影機錄下受試者眼球的動作，由操作人 員判讀其動作，利用影像追蹤的方法來記錄眼球運動狀況，螢幕會顯示移動 方向。另外在攝影機旁加裝一個紅外線光源，將紅外線光源照射在眼睛周 圍，然後使攝影機鏡頭調整向眼睛中央位置，擷取後的資料透過電腦分析影 像。紅外線視訊系統的優點是可以計算出眼球移動的位置及曈孔的大小，此 外該系統裝置是屬於非接觸式的測量。系統的缺點在於紀錄所得資料必須由 操作人員進行判讀，極為費時，而且攝影效果會受一般可見光的影響，必須 注意濾波器顯示的品質（Duchowski, 2007）。
歸納上述眼動儀系統的介紹，各種系統的優缺點如表 2-1 所示：
表 2-1 眼動儀系統優缺點表
快就提取正確的字義。簡玉芩（2006）的實驗也指出受試者在閱讀一般性說明文 能力相同的條件下，遇到不熟悉的物理詞彙時，高能力與低能力的受試者花費在 字彙的凝視時間上並無顯著差異。這證實了人們在閱讀熟悉的中文字彙時，通常 理解的時間較快。
柯華葳、陳明蕾（2006）指出，不同閱讀能力讀者相比時，會發現閱讀能力 弱的讀者凝視時間較長、移動距離較短、回視率也比較高。簡玉芩（2006）的研 究中也指出背景知識高的讀者較背景知識低的讀者在閱讀不熟悉的物理詞上有 較低的重新閱讀總凝視時間和回視率。
在柯華葳、陳明蕾（2006）對國小兒童進行不同文體閱讀的理解實驗中，提 到二年級的學童在閱讀不熟悉的文體，雖然閱讀速度較快，但是在閱讀理解的測 驗中答對率卻較低；而年級越高的學生每分鐘可閱讀的字數變多，平均凝視的時 間變短，移動的距離則逐漸變長。
國內對於英文閱讀的眼動研究，曾筱婷對國內大學生進行研究發現，以英文 為外語（EFL）的大學生的閱讀速度較慢、凝視時間較長、眼睛移動距離較短、
回視率較高，而閱讀能力較高的受試者，他們在測驗中表現的結果與前述的受試 者所得到的結果相反，並且在第二次閱讀時，眼睛向前與往回凝視的時間較短，
凝視次數減少，向前移動的距離增加（曾筱婷，2006）。
曾筱婷的研究結果也同樣證實了閱讀能力較高的人，在英文的閱讀理解所花 費的時間會比較短，與中文閱讀理解研究所得到的結果相同。
在本章第二節的圖文閱讀相關研究中有提到，圖片能夠輔助讀者在閱讀理解 的表現，但是在研究圖文編排對閱讀理解影響的相關文獻提到，圖片的編排與比 例對閱讀理解的正確率是未達顯著無影響（呂文耀，2008）。而圖片的編排方式 與比例則會影響圖片的凝視次數、凝視時間及跳視距離，尤其將圖片置於文字左 方會得到較多的凝視次數，但是圖片置於文字右方時，跳視的距離卻變得比較短
（呂文耀，2008；唐大崙、莊賢智，2005）。
陳玥君（2010）對不同學科背景的大學生進行觀看 AR 教具的眼動實驗，實
驗結果發現，具有資訊學科背景的資訊組學生，在凝視時間上較背景為生命科學
表 2-2 眼動儀研究變項內容與研究結果相關文獻整理表（續）
表 2-2 眼動儀研究變項內容與研究結果相關文獻整理表（續）
表 2-2 眼動儀研究變項內容與研究結果相關文獻整理表（續）
從整理的文獻研究結果可以歸納出幾點關於眼動儀應用在英文閱讀現象，將 受試者區分為能力高及能力低兩組，在進行閱讀實驗時，能力高的受試者的閱讀 速度較快，跳視距離較長，回視率較低，凝視時間短，而凝視次數也較少（陳明 蕾、柯華葳，2006；曾筱婷，2006；張格瑜，2008；簡郁芩，2006）。在圖文閱 讀的研究中卻發現圖片對於閱讀無影響（呂文耀，2008），唐大崙、莊賢智（2005b）
的研究中指出，由左至右的閱讀方式，圖左文右的編排方式，比起圖右文左的編 排方式，能夠使圖片得到較多的凝視落點，並說明了在一般的閱讀情境中，圖片 置左會使閱讀更省力。本研究想要透過眼動儀來驗證，圖片是否會影響學童在閱 讀英文文句的理解能力。此外，研究者在整理文獻時，發現國內少有對於國小學 童英文圖文閱讀理解進行研究，並且對於圖片能否促進國小學童英文閱讀理解，
這一點值得讓人進行深入研究，本研究期望能透過眼動儀發現圖片對於國小學童 英文閱讀理解的影響程度。