Eye tracking systems : state of the art and promising applications

With the rise of developments on both hardware and software in the lasts decades new ways to shape the interaction between humans and technology are necessary. Thus, there is an existing need to re-structure the paradigms of the communication channels that connect users with computer systems. One-way conversations demand to evolve into multi channel experiences considering the possibilities that additional input and output means provide. Nowadays it is possible to comprehend user’s context, actions and focus of attention supported by a wide range of receptors, sensors and patterns of use that track signals that humans perform while interacting with a system. Eye tracking is a technology that has acquired a tremendous evolution in its development, to the point that it is not more confined to laboratories or expensive marketing researches but currently it is an affordable, non-intrusive and proliferated technology that could be taken advantage of by every user in their daily lives. Being able to track users’ gaze in real time introduces a massive opportunity for designers and developers to envision and generate breakthrough innovations that support the way people communicate and interact in a natural, useful and usable way. Therefore, the major challenge involving eye tracking technology is not anymore the approach to the tools and the complexity in its operation but it consists in exploring novel interaction techniques that integrate eye movements into systems that enhance user-to-computer communication. Nevertheless, the fact that the eye is one of the most complex human senses represents lots of considerations for incorporating gaze movements as part of an interaction frame. The particularities of the eye physiology, its movements and its possible flaws needs to be analysed and evaluated in order to extract the potential advantages from gaze interaction and certainly approach efficiently to the interaction issues. For that reason, diverse categories of gaze-based applications have been suggested by researchers according to the characteristics of the system, its level of “consciousness” and the general objective they approach. The aim of this work is to present a state-of-the-art of gaze-based technology and the applications that have been developed. Considering both advantages and disadvantages of varied case studies, the intention of this thesis is to serve as foundation for interaction designers who are exploring the use of eye tracking technologies into their projects, so further gaze-based applications can efficiently exploit this technology’s potential and the implementation issues could be approached and contemplated in a better way.

Con l'avvento degli sviluppi su hardware e software negli ultimi decenni, sono necessari nuovi modi per modellare l'interazione tra uomo e tecnologia. Pertanto, esiste una necessità esistente di ristrutturare i paradigmi dei canali di comunicazione che collegano gli utenti ai sistemi informatici. Le conversazioni unidirezionali richiedono di evolversi in esperienze multicanale considerando le possibilità che offrono ulteriori mezzi di input e output. Oggi è possibile comprendere il contesto, le azioni e il centro dell'attenzione dell'utente supportati da una vasta gamma di recettori, sensori e schemi di utilizzo che tracciano i segnali che gli umani eseguono mentre interagiscono con un sistema. Il tracciamento oculare è una tecnologia che ha acquisito un'enorme evoluzione nel suo sviluppo, al punto da non essere più limitata ai laboratori o alle costose ricerche di marketing, ma attualmente è una tecnologia economica, non invadente e proliferata che potrebbe essere sfruttata da ogni utente nella loro vita quotidiana. Essere in grado di tracciare lo sguardo degli utenti in tempo reale introduce un'enorme opportunità per designer e sviluppatori di immaginare e generare innovazioni rivoluzionarie che supportano il modo in cui le persone comunicano e interagiscono in modo naturale, utile e utilizzabile. Pertanto, la principale sfida che coinvolge la tecnologia di eye tracking non è più l'approccio agli strumenti e la complessità nel suo funzionamento, ma consiste nell'esplorazione di nuove tecniche di interazione che integrano i movimenti oculari in sistemi che migliorano la comunicazione da utente a computer. Tuttavia, il fatto che l'occhio sia uno dei sensi umani più complessi rappresenta molte considerazioni per incorporare i movimenti dello sguardo come parte di una cornice di interazione. Le particolarità della fisiologia dell'occhio, i suoi movimenti e i suoi possibili difetti devono essere analizzati e valutati al fine di estrarre i potenziali vantaggi dall'interazione dello sguardo e certamente avvicinarsi efficacemente ai problemi di interazione. Per questa ragione, i ricercatori hanno suggerito diverse categorie di applicazioni basate sullo sguardo in base alle caratteristiche del sistema, al suo livello di "coscienza" e all'obiettivo generale a cui si avvicinano. Lo scopo di questo lavoro è presentare uno stato dell'arte della tecnologia basata sullo sguardo e le applicazioni che sono state sviluppate. Considerando sia i vantaggi che gli svantaggi di vari case study, l'intenzione di questa tesi è quella di fungere da base per i designer di interazioni che stanno esplorando l'uso delle tecnologie di eye tracking nei loro progetti, quindi ulteriori applicazioni basate sullo sguardo possono sfruttare in modo efficiente il potenziale di questa tecnologia e il i problemi di attuazione potrebbero essere affrontati e contemplati in modo migliore.