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給心理人的前端網頁開發系列 第 28 篇

[給心理人的前端網頁開發] 28 關卡三：網路實驗 - jsPsych Eye Tracking

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前面講了幾天用鍵盤反應的實驗，今天來講講 jsPsych 支援的一種反應方式：眼球追蹤。但因為我也還沒認真研究過這個功能，就只先介紹官網的內容。

我在學生時期上過眼球追蹤相關的課，以及做過相關的實驗。眼睛凝視的地方，可以很直覺地想成就是目前注意力所在的地方。因為眼睛構造的關係，人類清晰的視野只有正前方往旁邊幾度而已。再更大的角度雖然餘光看得到，但就是沒辦法很清楚的看到。

眼動儀的實驗，跟一般鍵盤反應的實驗不太一樣，還多了一個眼球校正的過程。因為人的眼球 / 眼鏡會反光，反光太嚴重的話，眼動儀會偵測不動眼球凝視的方向（印象中是偵測瞳孔）。光看文字很難想像眼動儀實驗的過程，我直接請中正心理系的教授來講解 XD

以下直接來看看要怎麼使用 jsPsych 來做眼球追蹤。

jsPsych Eye Tracking 導讀

官方的教學文件在這

一般要做眼動儀實驗，會需要一台眼動儀放在電腦前面，但一般人的家裡不會有啊？那該怎麼辦呢？jsPsych 幫我們處理好了。

jsPsych 引用了一個叫 WebGazer.js 的套件。這個開源套件主要由 Brown 跟 Pomona 大學的研究者開發，並且支援用筆電的視訊鏡頭來當作眼動儀。超猛 der

然後這邊是 WebGazer.js 的官網，以及其中一個範例

這邊是我根據官方文件做的眼動 demo，可以先試玩看看～

這邊是從官網文件上複製下來的，眼球追蹤時實驗程式碼。我用註解的方式來說明

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <!-- 載入 jsPsych 相關的函式厙 -->
    <script src="https://unpkg.com/jspsych@7.3.3"></script>
    <script src="https://unpkg.com/@jspsych/plugin-preload@1.1.2"></script>
    <script src="https://unpkg.com/@jspsych/plugin-html-button-response@1.1.2"></script>
    <script src="https://unpkg.com/@jspsych/plugin-html-keyboard-response@1.1.2"></script>
    <script src="https://unpkg.com/@jspsych/plugin-image-keyboard-response@1.1.2"></script>
    <script src="https://unpkg.com/@jspsych/plugin-webgazer-init-camera@1.0.2"></script>
    <script src="https://unpkg.com/@jspsych/plugin-webgazer-calibrate@1.0.2"></script>
    <script src="https://unpkg.com/@jspsych/plugin-webgazer-validate@1.0.2"></script>
    <script src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/jspsych/jspsych@jspsych@7.0.0/examples/js/webgazer/webgazer.js"></script>
    <script src="https://unpkg.com/@jspsych/extension-webgazer@1.0.2"></script>
    <link
      rel="stylesheet"
      href="https://unpkg.com/jspsych@7.3.3/css/jspsych.css"
    />
    <style>
      .jspsych-btn {
        margin-bottom: 10px;
      }
    </style>
  </head>
  <body></body>
  <script>

      /** 
       * 初始化 jsPsych
       * 並且載入眼動追蹤 webgazer 的擴充套件
      */
      var jsPsych = initJsPsych({
        extensions: [
          {type: jsPsychExtensionWebgazer}
        ]
      });

      /**
       * 預先載入圖片素材，這樣程式執行時不用再花時間下載
      */
      var preload = {
        type: jsPsychPreload,
        images: ['img/blue.png']
      }

      /**
       * 指導語
      */
      var camera_instructions = {
        type: jsPsychHtmlButtonResponse,
        stimulus: `
          <p>In order to participate you must allow the experiment to use your camera.</p>
          <p>You will be prompted to do this on the next screen.</p>
          <p>If you do not wish to allow use of your camera, you cannot participate in this experiment.<p>
          <p>It may take up to 30 seconds for the camera to initialize after you give permission.</p>
        `,
        choices: ['Got it'],
      }

      /**
       * 眼動實驗會需要做眼球校正。先叫視訊鏡頭出來 stand by 
      */
      var init_camera = {
        type: jsPsychWebgazerInitCamera
      }

      /**
       * 眼球校正階段的指導語
      */
      var calibration_instructions = {
        type: jsPsychHtmlButtonResponse,
        stimulus: `
          <p>Now you'll calibrate the eye tracking, so that the software can use the image of your eyes to predict where you are looking.</p>
          <p>You'll see a series of dots appear on the screen. Look at each dot and click on it.</p>
        `,
        choices: ['Got it'],
      }

      /**
       * 來校正囉～
       * 眼睛會需要看螢幕上的五個點。以目前的凝視點為例，分別是左上、右上、中間、左下、右下
       * 重複兩次、然後凝視順序隨機
      */
      var calibration = {
        type: jsPsychWebgazerCalibrate,
        calibration_points: [
          [25,25],[75,25],[50,50],[25,75],[75,75]
        ],
        repetitions_per_point: 2,
        randomize_calibration_order: true
      }

      /**
       * 驗證階段指導語
      */
      var validation_instructions = {
        type: jsPsychHtmlButtonResponse,
        stimulus: `
          <p>Now we'll measure the accuracy of the calibration.</p>
          <p>Look at each dot as it appears on the screen.</p>
          <p style="font-weight: bold;">You do not need to click on the dots this time.</p>
        `,
        choices: ['Got it'],
        post_trial_gap: 1000
      }

      /**
       * 驗證階段
       * 來看校正階段後，有沒有真的能讓 jsPsych 能偵測到眼球的移動，並定位在正確的螢幕位置上
       * 以我個人經驗，校正跟驗證階段滿累人的（反光問題無法解決）
       * 慘的情況可能要做到十分鐘以上、最慘也可能無法進到正式實驗階段
      */
      var validation = {
        type: jsPsychWebgazerValidate,
        validation_points: [
          [25,25],[75,25],[50,50],[25,75],[75,75]
        ],
        roi_radius: 200,
        time_to_saccade: 1000,
        validation_duration: 2000,
        data: {
          task: 'validate'
        }
      }

      var recalibrate_instructions = {
        type: jsPsychHtmlButtonResponse,
        stimulus: `
          <p>The accuracy of the calibration is a little lower than we'd like.</p>
          <p>Let's try calibrating one more time.</p>
          <p>On the next screen, look at the dots and click on them.<p>
        `,
        choices: ['OK'],
      }

      /**
       * 將剛才的校正、驗證階段整合在一起的語法
      */
      var recalibrate = {
        timeline: [recalibrate_instructions, calibration, validation_instructions, validation],
        conditional_function: function(){
          var validation_data = jsPsych.data.get().filter({task: 'validate'}).values()[0];
          return validation_data.percent_in_roi.some(function(x){
            var minimum_percent_acceptable = 50;
            return x < minimum_percent_acceptable;
          });
        },
        data: {
          phase: 'recalibration'
        }
      }

      /**
       * 校正階段結束語
      */
      var calibration_done = {
        type: jsPsychHtmlButtonResponse,
        stimulus: `
          <p>Great, we're done with calibration!</p>
        `,
        choices: ['OK']
      }

      /**
       * 實驗指導語
      */
      var begin = {
        type: jsPsychHtmlKeyboardResponse,
        stimulus: `<p>The next screen will show an image to demonstrate adding the webgazer extension to a trial.</p>
          <p>Just look at the image while eye tracking data is collected. The trial will end automatically.</p>
          <p>Press any key to start.</p>
        `
      }

      /**
       * 實驗嘗試次的設定
       * 我試做過一兩次。好像是 jsPsych 會記錄看到圖片過程的眼球移動連續位置
       * 2000ms 過後、或點擊隨意按鍵後，就結束這個嘗試次
       * 因為只有一個嘗試次，所以實驗結束
      */
      var trial = {
        type: jsPsychImageKeyboardResponse,
        stimulus: 'img/blue.png',
        choices: "NO_KEYS",
        trial_duration: 2000,
        extensions: [
          {
            type: jsPsychExtensionWebgazer, 
            params: {targets: ['#jspsych-image-keyboard-response-stimulus']}
          }
        ]
      }

      /**
       * 實驗完成後，要呈現什麼資料到螢幕上
      */
      var show_data = {
        type: jsPsychHtmlKeyboardResponse,
        stimulus: function() {
          var trial_data = jsPsych.data.getLastTrialData().values();
          var trial_json = JSON.stringify(trial_data, null, 2);
          return `<p style="margin-bottom:0px;"><strong>Trial data:</strong></p>
            <pre style="margin-top:0px;text-align:left;">${trial_json}</pre>`;
        },
        choices: "NO_KEYS"
      };

      /**
       * 安排各實驗階段的流程先後順序
      */
      jsPsych.run([
        preload, 
        camera_instructions, 
        init_camera, 
        calibration_instructions, 
        calibration, 
        validation_instructions, 
        validation, 
        recalibrate,
        calibration_done,
        begin, 
        trial, 
        show_data
      ]);

  </script>
</html>

實驗數據如下。webgazer_data 欄位就是眼球移動的連續位置記錄，webgazer_targets 是刺激圖片的位置跟尺寸大小。兩者比較後，只要眼球的位置有在圖片內，就可以知道受試者是否有看到圖片。

{
  "rt": null,
  "stimulus": "img/blue.png",
  "response": null,
  "trial_type": "image-keyboard-response",
  "trial_index": 4,
  "time_elapsed": 30701,
  "internal_node_id": "0.0-4.0",
  "webgazer_data": [
    { "x": 1065, "y": 437, "t": 39},
    { "x": 943, "y": 377, "t": 79},
    { "x": 835, "y": 332, "t": 110},
    { "x": 731, "y": 299, "t": 146},
    { "x": 660, "y": 271, "t": 189},
    { "x": 606, "y": 251, "t": 238},
    { "x": 582, "y": 213, "t": 288},
    { "x": 551, "y": 200, "t": 335},
    { "x": 538, "y": 183, "t": 394},
    { "x": 514, "y": 177, "t": 436},
    { "x": 500, "y": 171, "t": 493},
    { "x": 525, "y": 178, "t": 542},
    { "x": 537, "y": 182, "t": 592},
    { "x": 543, "y": 178, "t": 633},
    { "x": 547, "y": 177, "t": 691},
    { "x": 558, "y": 174, "t": 739},
    { "x": 574, "y": 183, "t": 789},
    { "x": 577, "y": 197, "t": 838},
    { "x": 584, "y": 214, "t": 889},
    { "x": 603, "y": 218, "t": 937},
    { "x": 606, "y": 221, "t": 987}
  ],
  "webgazer_targets": [
    "#jspsych-image-keyboard-response-stimulus": {
      "x": 490,
      "y": 135,
      "height": 300,
      "width": 300,
      "top": 135,
      "bottom": 435,
      "left": 490,
      "right": 790
    }
  ]
}

這邊是我根據官方文件做的眼動 demo，可以試玩看看～

小結

我本來想用 jsPsych 做個眼動研究看看，但因為時間不太夠，以及我的 Windows 筆電好像偵測不到我的眼球 orz，所以先跳過。等我之後有空、跟拿到 mac 筆電後，再看要不要用加賽的方式做個眼動研究。

關於 jsPsych 的介紹就到今天。明天來談談也許你不需要用程式來寫程式。

後記

我在閱讀官方文件時，發現官方的 demo 網址壞掉，害我 debug 好久。

於是我就凌晨三點幫別人的專案修 bug，然後把修復的結果貢獻回 jsPsych 的專案。結果官方的開發人員不到三分鐘就接收了這個貢獻，還跟我說謝謝 XD


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