Text Entry by Eye Gaze

Abstract

Vakava onnettomuus, sairaus tai aivoinfarkti voi aiheuttaa tilan, jossa ihminen ei pysty liikkumaan eikä puhumaan. Usein kyky liikuttaa silmiä kuitenkin säilyy, vaikka ihminen olisi muuten täysin halvaantunut. Silmien liikettä ja katseen suuntaa voidaan tällöin hyödyntää kommunikaatiossa. Lääkäri voi esimerkiksi pyytää potilasta katsomaan ylös myöntymisen merkiksi. Vammautuneen henkilön eteen voidaan myös asettaa läpinäkyvä kommunikaatiotaulu, johon on kiinnitetty kuvia tai kirjaimia. Taulun avulla on mahdollista muodostaa sanoja ja lauseita katsomalla kirjaimia yksi kerrallaan. Keskustelukumppani tulkitsee viestin seuraamalla kommunikaatiotaulun toiselta puolelta henkilön katseen suuntaa.

Kommunikaatiotaulua kehittyneempi menetelmä on katseenseurantalaite, joka mahdollistaa itsenäisen kirjoittamisen ja tietokoneen ohjaamisen katseella. Katseenseurantalaitteessa on tyypillisesti videokamera, joka kuvaa käyttäjän silmän liikkeitä. Tietokoneen ohjelma tulkitsee katseen suunnan ja päättelee, mihin kohtaan näytöllä käyttäjä kulloinkin katsoo. Yksinkertaisimmillaan näytöllä on kuva näppäimistöstä ja käyttäjä kirjoittaa silmillään katsomalla näppäimistön kirjaimia. Jotta tietokone erottaisi, milloin käyttäjä haluaa valita katsomansa kohteen, käyttäjän pitää katsoa kirjainta riittävän pitkään. Pitkä viive auttaa ehkäisemään virhevalintoja, mutta hidastaa samalla kommunikaatiota.

Katseeseen perustuvia tekstinsyöttöjärjestelmiä on kehitetty muutaman vuosikymmenen ajan ja niiden käyttö kommunikaation apuvälineenä on yleistynyt viime vuosina. Katseella kirjoittamista ei kuitenkaan ole juurikaan tutkittu. Väitöskirja tarjoaa perusteellisen katsauksen aiheen tutkimukseen ja eri tapoihin käyttää katsetta tekstin tuottamiseen ja kommunikointiin. Työssä esitellään uusia tapoja tehostaa katseella kirjoittamista yksinkertaisten käyttöliittymäratkaisujen avulla. Väitöskirja tarjoaa tutkimustuloksiin perustuvia konkreettisia esimerkkejä ja ohjeita siitä, kuinka katseella kirjoittamisen miellyttävyyttä ja nopeutta voidaan parantaa huolellisen käyttöliittymäsuunnittelun avulla. Käyttäjätutkimukset osoittavat, että esimerkiksi ohjelman tarjoama palaute vaikuttaa merkittävästi kirjoitusnopeuteen ja virheiden määrään. Vastaavasti mahdollisuus säätää valintaan vaadittavaa viivettä mahdollistaa katsekirjoituksen nopean ja tehokkaan oppimisen.

Text entry by eye gaze is used by people with severe motor disabilities. An eye tracking device follows the user s eye movements, and a computer program analyzes the gaze behavior. To type by gaze, the user typically points at the characters on an on-screen keyboard by looking at them and selects them by means of dwell time, a prolonged gaze that separates an intentional command from casual viewing.

The basic methods for producing text by gaze have been researched and in real-world use since the early 1980s; however, the design issues have not been studied in detail. Until recently, assistive eye tracking systems were used mostly by a small number of people who were totally paralyzed and for whom gaze control was a necessity and the only option. The technology and its usability have improved considerably, and several new systems have appeared on the market, making the technology available for a much wider group of users with varying need and abilities. Today, the eye tracker can be considered an optional assistive device worth considering since it provides easy and fast access to information technology by gaze alone.

This thesis provides an extensive review of the research conducted in the area of gaze-based text entry. It summarizes results from several experiments that study various aspects of text entry by gaze. Results show that small improvements in the interface design can lead to significant improvements in user performance and satisfaction. For example, adding a simple "click" that confirms the selection by gaze can significantly improve the text entry speed over that of plain visual feedback. The improvement is small, but the effect accumulates in the repetitive task of text entry.

An overview of different design solutions and guidelines derived from the research results are given. It is hoped that the thesis will provide a useful starting point for developers, researchers, and assistive technology professionals wishing to gain deeper insight into gaze-based text entry.