C 4.5 Georäumliche Gruppierungen und Interessengebiete (AOI)

C. 4.5  Georäumliche Gruppierungen und Interessengebiete (AOI)
Zur räumlichen bzw. kartographischen Interpretation von Blickbewegungsmessungen ist es erforderlich, Größen zu finden, mit denen Standorte oder flächige Einheiten von Fixations- und Sakkadenwerte den wahrgenommenen Werteoberfläche zugeordnet werden können. Das Konstruktionsverfahren der dazu  verwendeten AOI-Einheiten wird im Folgenden, da es schon in Kapitel 3.2.2 erläutert wurde, verkürzt dargestellt.

4.5.1 Bildung von kartographischen AOI-Einheiten:
Ein Problem in der fachübergreifenden Eyetracking-Forschung ist die Auswahl von Interessengebieten (AOI-Einheiten): Zu Anwendung werden oft sehr unterschiedliche AOIs für ähnliche Stimuli verwendet, was  Vergleiche schwierig oder sogar unmöglich macht. Subjektive Entscheidungen bei der Auswahl von AOIs verursachen Unterschiede in AOI-Form, -Größe und -Position. Andererseits sind nicht viele Richtlinien für die Konstruktion von AOIs oder Vergleiche zwischen AOI-Herstellungsverfahren verfügbar.
Für die statistische Bearbeitung der Ergebnisse der vorliegenden Untersuchungen zur Blickbewegungsmessung wurden eigene Methoden und Formen zur Bildung von AOI-Einheiten entwickelt. Es stellte sich heraus, dass für kartographische Aufgaben keine Algorithmen eistieren, mit deren Hilfe  automatisch AOI-Einheiten generiert werden können. Die Ausbreitung der zu berechnenden Einheiten sollte auf der Basis von zusammenhängenden Fixationsausprägungen und -positionen erfolgen.  Mit den „klassifizierten Clustern“ existierten zwar solche Einheiten, es können aber auf ihrer Basis keine statistischen Daten generiert werden, mit deren Hilfe separat für die einzelnen Einheiten empirische Analysen durchgeführt werden können.

Unter Berücksichtigung der genannten Vorgaben, wurden dazu AOI-Einheiten mit Hilfe von interaktiven Verfahren generiert und den Flächeneinheiten die zugehörigen Werte der jeweiligen Cluster zugeordnet (vgl. Tab. 45).

Abb. 45.1 Stationen der Bildung von AOI-Einheiten: Beispiel mit vier Modellformen und Ergebnissen als „Aufmerksamkeitsverteilung“,  „einfache und klassifizierte Clusteranalyse incl. Density-Darstellung“ und „AOI-Einheiten“; Fragestellung: „Wahrnehmung von Informationsmustern“ U2

  
Bei den klassifizierten Clustern sind alle Clusterpunkte enthalten. Es gibt 6 verschiedene Kreisgrößen, der größte Kreis besagt, dass dieser Clusterpunkt mit 6 Nachbarpunkten korreliert, was die Existenz eines Clusters an dieser Stelle bestätigt. Kleine Kreise stehen für eine geringe Dichte an benachbarten Clusterpunkten und können als „Rauschen“ angesehen werden.

4.5.2 Vergleich von AOI-Einheiten (Clustervergleich)
 
Tab. 45.1
Im Gegensatz zum ersten Vergleich, sind bei dieser Untersuchungsreihe bei keiner Modellform AOI-Einheiten enthalten, die mehr als 20% der Gesamtfixationen erhalten haben. Die Modellform Schattierungen hat die geringste Anzahl an AOI-Einheiten, die Isarithmen haben die höchste Anzahl.

 Vergleiche von AOI-Einheiten der Untersuchungen U1  und U2
Bei einem groben Vergleich der AOI-Einheiten der sieben Modellformen ergeben sich mehrere Merkmale, die sich deutlich zwischen beiden Untersuchungen U1 und U2 unterscheiden lassen. Es zeigen sich bei detaillierter Betrachtung von AOI-Einheiten allerdings auch so differenzierte Unterschiede in Form, Ausdehnung, Fixationsverteilungen und Nachbarschaften, dass zu ihrer nachvollziehbaren Deutung durchaus eine eigene Bildsprache hilfreich sein könnte. Die Unterschiede in der Struktur der auftretenden Merkmale lässt sich nicht allein aus den vorliegenden Fixationen und Sakkade ableiten, sondern es müssen hierzu auch die vermuteten Wahrnehmungsverläufe im Zusammenhang mit den graphischen oder inhaltlichen Aufträgen berücksichtigt werden.
Der gedankliche und visuelle Begin eines kartographischen Wahrnehmungsprozesses ist häufig durch die interne Entscheidung gekennzeichnet, entweder eine eher zufällige und prüfende Identifizierung von Elementen und Zusammenhängen im Kartenbild vorzunehmen oder aufgrund eines konkreten Auftrags gezielt bestimmte von dem Auftrag abzuleitende Informationseinheiten und Sachverhaltsstrukturen zu identifizieren. Beide Formen stehen allerdings in einer gewissen Beziehung, wobei die genannten Merkmale aber den jeweiligen visuell-gedanklichen Vorgang bestimmen.
Auf die Wahrnehmungsvorgänge der Untersuchung U1 und U2 übertragen, kann davon ausgegangen werden, dass bei dem Auftrag zur Ermittlung von „graphischen Elementen und Kartenmustern“ (U1) eher vage Feststellungen zu erwarten sind, als bei dem Auftrag, konkrete „Informationsmustern“ im Kartenbild zu identifizieren (U2). Im letzteren Fall, spielt sicherlich auch der deutliche Hinweis auf die zugeordnete Legende eine Rolle, der eine gedankliche Auseinandersetzung mit den inhaltlichen Merkmalen des Themas „Parkplatzangebot pro Baublock“ anbietet beziehungsweise erforderlich macht. Bei abstrakten Kartenelementen, wie sie bei den sieben Modellformen verwendet werden, wird die Auswahl von Elementen und Elementbereichen im Kartenbild vor allem durch einen hohen graphischen Aufmerksamkeitswert, wie bei Farbtönen, Helligkeiten und Größen, beeinflusst. Dies gilt für beide Untersuchungen, wobei bei der Untersuchung U2 zusätzlich die Elemente, denen eine Bedeutung zukommt, von den übrigen Elementen und Bereichen visuell zu isolieren sind, das heißt bei weiteren Wahrnehmungsvorgängen nicht mehr berücksichtigen werden müssen.
Die bisher genannten Wahrnehmungsunterschiede verdeutlichen, dass in der Untersuchung U2 für die Ausführung  der Aufträge theoretisch ein größerer Wahrnehmungsaufwand erforderlich ist, als bei den Aufträgen der Untersuchung U2. Die Auswahl von bestimmten Elementen erfolgt zum einen  aufgrund der „graphischen Gleichheit oder Ähnlichkeit von Elementen“ und zum anderen durch den Elementen zugeordnete „inhaltliche Ausprägungen“ von abgebildeten Wertkategorien. Im ersten Fall handelt es sich in der Regel um sensomotorische Prozesse mit Tiefen- und Konstanzempfindungen (präattentive Verarbeitung), die im Wesentlichen rasch und automatisch abläuft. Bei U2 spielen natürlich auch die genannten Prozesse eine Rolle, allerdings zusätzlich durch Organisationsvorgänge und gegebenenfalls durch eine gedankliche Verarbeitung der repräsentierten Bedeutungen, die bei der Wahrnehmung der Legenden behalten wurden (elaborative Verarbeitung). Das bedeutet, dass die schon bei der Wahrnehmung der Legende erfolgte inhaltliche Bildung von Wissen beim Wahrnehmungsprozess im Kartenbild zur Verständnisbildung und zu Suchprozessen sowie zur visuell-gedanklichen Organisation des Kartenbildes zum Tragen kommt.
Die Differenzierung von Wahrnehmungsvorgängen bei graphischen und inhaltlichen Fragestellungen bzw. Aufträgen bildet die Grundlage,  um  Fixations- und Sakkadenmuster der Untersuchungen U1 und U2 interpretieren zu können. Zwischen beiden Untersuchungen  ist ein unterschiedlicher Aufwand an Fixationen festzustellen, was sich unter anderem als „Wahrnehmungsdynamik“ zeigen kann,  die sich aus der Spanne zwischen geringer und großer  Fixationsdauer definieren lässt.  Das bedeutet, dass bei der Wahrnehmung von Unterschieden und Beziehungen graphischer Elemente ein geringerer Aufwand erforderlich ist, als bei der Wahrnehmung von inhaltlichen Unterschieden und Beziehungen. Als weiteres Kriterium  kann die „Gezielt- und Konkretheit“ der Wahrnehmung gesehen werden. Diese Eigenschaft  ergibt sich einerseits aus Wahrnehmungsvorgängen im graphisch „abgegrenztem Bereich des Kartenthemas“ und sich in der Anzahl von AOI-Einheiten außerhalb des Themenbereichs zeigt.  Andererseits ergeben sich Unterschiede in der Dauer von Fixationen, bei der sich entweder eine relativ gleichförmige oder eine ungleichförmige Verteilung von Fixationen in den AOI-Einheiten ergibt und die zur Klassifikation von „Suchformen“ führt.
Mit den folgenden Abbildungen und Tabellen sind die Ergebnisse für die  sieben Modellformen im Rahmen der zwei Untersuchungen gegenübergestellt. Unterschiede in den Ergebnissen resultieren also vermutlich aus den unterschiedlichen Aufträgen, die an die Versuchspersonen gestellt wurden.
                 U1                                                     Choroplethen                                                    U2
        U1                                                  Flächendiagramme                                                   U2

             U1                                                Gestufte Gittersignaturen                                                U2

           U1                                                  Diskrete Niveauflächen                                            U2
                  U1                                               U2

Tab. 45.2 Fixationswerte der Modellformen von Untersuchung U1 und U2
Tab. 45.3 Gegenüberstellung der Werte der Blickbewegungsstruktur  von U1 und U2
Die Blickbewegungsmessungen in den Untersuchungsbereichen U1 und U2 zeigen, dass entsprechend der oben ausgeführten theoretischen Ausführungen, die empirisch ermittelten Ergebnisse beider Bereiche auf plausible Unterschiede in der Wahrnehmung hinweisen (vgl. Tab. 45.2, 45.3.) Grundsätzlich kann, aufgrund der wissenschaftlichen Erfahrung mit der Analyse von Merkmalen der Fixationsdauer, davon ausgegangen werden (vgl. u.a. Kap. 3.1.2.3), dass der Unterschied im Wechsel und der Dauer von Fixationen aus dem unterschiedlichen Wahrnehmungsverhalten resultiert.
Die registrierten Fixationshäufungen bzw. AOI-Einheiten bilden die Grundlage für die Analyse des Wahrnehmungsverhaltens der Versuchspersonen und für die Differenzierung der Ausprägung bei den  Kartographischen Modellformen. Entsprechend der Annahme einer „zielorientierten Wahrnehmungseinstellung“ bei U2, zeigt sich eine konzentrierte Ausrichtung der Wahrnehmung mit gemittelten 26.3  AOI-Einheiten, gegenüber 30 AOI-E. bei den Untersuchungen U1 mit einer weniger geringen Ausrichtung (vgl. Tab. 45.3). Der Unterschied erscheint allerdings relativ gering, was unter anderem aus der entgegengesetzten  Ausrichtung  der Werte, wie z.B. bei der Modellform Isarithmen, resultiert. Die geringere Anzahl von Faxationsclustern bei U2 weist also vermutlich darauf hin, dass bei einem Auftrag zur Wahrnehmung von Informationseinheiten eine konzentrierte und gegebenenfalls durch eine im Vorfeld entsprechend ausgerichtete kognitive Wissensaneignung (Legende) erfolgt ist. Die sich daraus ergebende erhöhte Sicherheit im Suchprozess, führt gleichfalls zu einer Zunahme von flüchtig erfassten Elementen, denen aufgrund ihrer graphischen Struktur mit relativer Sicherheit kein relevanter Stellenwert zukommt und die daher nur oberflächlich oder gar nicht fixiert werden.

Die zu untersuchende Kartenvorlage ist in einen Stadtbereich mit der dargestellten Thematik und einem umrandenden Außenbereich (Außenthema) aufgeteilt, dem deutlich keine Thematik zukommt. Es ist auffallend, dass in der Untersuchung U1 im Mittel der sieben Modellformen 10.1% der insgesamt gebildeten AOI-Einheiten gegenüber 3.9% bei U2 außerhalb der dargestellten Thematik liegen. Das weist darauf hin, dass bei U1 der Auftrag der Wahrnehmung wohl deutlich zu einer eher nichtthematischen visuell/kognitiven Denkweise geführt hat, da einer Trennung beider Bereiche eine weniger konsequente Aufmerksamkeit geschenkt wurde.

In relevanten Bereichen des repräsentierten Themas haben sich zwischen den AOI-Einheiten der Untersuchungen U1 und U2 bei der Fixationsdauer unterschiedliche Tendenzen bei den extremen Ausprägungen ergeben. Sowohl bei der Ausprägung über 300 Millisekunden (ms) als auch bei der Ausprägung unter 200 ms liegt das Mittel in den AOI-Einheiten bei U2 bei 41ms bzw. bei 24.4ms.  Das bedeutet, dass sich gegenüber den entsprechenden Werten bei U1 mit 17ms und 15.8ms bei U2 im Mittel eine konzentrierte Identifizierung der dort im Zentrum und ihren Umgebungen repräsentierten Elementen ergeben hat, Dies entspricht wieder der Tendenz, dass zur Identifizierung und Deutung von angebotenen Informationseinheiten einschließlich der zugehöhrenden graphischen Substanz längere Fixationen erforderlich sind, als bei der Identifizierung und vielleicht einem Vergleich von graphischen Substanzen und Ausprägungen.
Bei den Kriterien „Suchmodus“ und „max. Differenz“ ergaben sich sowohl zwischen U1 Und U2 als auch zwischen den sieben Modellformen keine relevanten Unterschiede. Beim Kriterium „Suchmodus“ wurde davon ausgegangen, dass sich eventuell ein Wechsel in der maximalen Fixationsdauer zwischen den AOI-Einheiten bei U1 und U2  und den Modellformen zeigen würde, was auf eine gewisse Homogenität oder Abwechslung der Wirkung der Elemente in den AOI-Einheiten hingewiesen hätte. Es zeiget sich, aber auch gleichfalls bei dem Kriterium „max. Differenz“, eine überwiegende Ungleichförmigkeit, so dass daraus bei den vorliegenden Ergebnissen keine weiteren Schlüsse gezogen werden können.

4.5.3 Zusammenfassung und Resümee
Die bisher präsentierten empirischen Ergebnisse unter anderem aus den Blickbewegungsuntersuchungen U1 und U2 zeigen eine große Anzahl von Erkenntnissen, die vor allem im Zusammenhang verdeutlichen könnten, welche Wirkungsmechanismen von den präsentierten Modellformen ausgehen und wie sich diese auf das Wahrnehmungsveralten auswirken. Für die vorliegenden umfangreichen statischen Berechnung und anfallenden Ergebnisse liegen nur wenige wissenschaftlichen Grundlagen vor, um diese Daten insgesamt und im Detail theoretisch nachvollziehbar einordnen zu können. Daher muss an dieser Stelle einerseits auf die zahlreichen Angaben und Einschätzungen im Rahmen der präsentierten Arbeit verwiesen werden. Andererseits wird als Zusammenfassung die Größe „max Fixationsdauer“ in der Ausprägung als Maß für die Intensität der Informationsaufnahme und andererseits als ein Maß für die kognitive Beanspruchung gewählt, um vorläufige Unterschiede zwischen den beiden Untersuchungen und den Wirkungsfaktoren der sieben Kartographischen Modellformen gewählt.
Zur Erinnerung: Bei einer Fixationsdauer von 60-100ms können bereits Informationen aufgenommen werden (Expressfixationen). Bei einer Dauer von 100-200ms wird von Such- bzw. Orientierungsfixationen ausgegangen und erst bei einer Dauer von ≥300ms wird eine Informationsaufnahme und -verarbeitung vermutet. Diese Abstufungen der Fixationsdauer, zusätzlich mit der Sakkadenstruktur und in Verbindung mit dem georäumlichen Kartenbild ergibt sich ein umfassendes empirisches Instrument, um einen differenzierten Wahrnehmungsablauf unter der Bedingung eines Auftrags einschätzen zu können. Allerdings zeigen AOI-Einheiten mit einer Fixationsdauer von ≥300ms am deutlichsten, an welchen Positionen und in welchem Umfang Höhepunkte der Aufmerksamkeit und Prozesse der Informationsgewinnung erfolgt sind. Daraus kann auch der Schluss gezogen werden, bei welcher angebotenen Modellform vermutlich die größten Erfolge hinsichtlich der Ableitung von Informationen zu erwarten sind.       Tab. 45.4 Anteil in %  max.  Fixationsdauer  (300ms)

Wie Tabelle 45.4 bei U2 zeigt“, sind bei

  • den Modellformen Schattierungen, Isarithmen und Flachendiagrammen die größten Wahrnehmungserfolge zu erwarten;
  • die Modellformen Choroplethen und Gestufte Gittersignaturen liegen mit 32 Prozentpunkten relativ deutlich im unteren Bereich der zu erwartenden Wahrnehmungsleistungen.

Diese Tendenz ist durchaus überraschend, da einerseits zu erwarten ist, dass die „traditionelle“ Modellform Choroplethen aufgrund ihrer weiten Verbreitung in der Anwendungspraxis besser zur Ableitung von Informationen geeignet ist. Auf der anderen Seite war die relativ hohe Prozentpunktzahl von 50ms und 48ms bei den Schattierungen und Isarithmen nicht zu erwarten, da hier im Gegensatz eine eher geringe Verbreitung in der Anwendungspraxis zu beobachten ist.