赤外線や瞳孔・角膜からの反射から、画面、ウェアラブルメガネ、VRヘッドセットにおける視線マッピングに至るまで、現代の視線追跡技術が表面の下で実際にどのように機能しているのかを解説します。本ブログでは、視覚的注意の研究を支える技術を詳しく解説し、生の視線データが、現実世界と仮想世界の両方で、人々が何を見て、何に注目し、何とインタラクションしているかについての正確な知見へとどのように変換されるかを明らかにします。
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アイトラッカーを用いて視覚的注意に関する情報を収集するプロセスは、往々にして表面的な言葉で説明されることが多く、「アイトラッキングとは、単に目を追跡する仕組みだ」といった具合に語られます。もちろん、実際にはハードウェアとソフトウェアの両方が不可欠であり、このプロセスにはそれ以上の複雑な仕組みが関わっています。以下では、画面型、メガネ型、VR型といった各形式のアイトラッカーが、どのように機能するのかについて詳しく解説します。
画面型アイトラッカーはどのように機能するのでしょうか？
画面型アイトラッカーは、通常、モニターに取り付ける小さな黒い直方体（サイズや形はチョコレートバーによく似ている）か、あるいはモニターの前に設置する、それより少し大きめの独立型デバイスである。
アイトラッカーの最も重要な構成要素の一つは、目を強調するために使用される赤外線光源です。この光は人間の目には見えませんが、目に照射されると高コントラストな反射を生み出します。
アイトラッキング装置に一般的に搭載されている部品の例（なお、この図はあくまで一例です）。
赤外線は、PCCR（瞳孔中心角膜反射）の生成に役立ちます。これは、瞳孔の中心と角膜からの反射という、2つの明確な点で構成されています。これら2つの点間の距離が、目がどこを見ているかを示す情報となります。このプロセスについては、こちらのブログ記事で詳しく解説しています。
この画像は、デバイス内の赤外線カメラによって検出されます。その後、データは処理されて視線の方向が特定され、接続されたコンピュータに送信されます。このデータ（特定された両眼の位置を結ぶベクトル）は記録可能であり、両点の角度から視線の方向を比較的容易に推定することができます。 これに加え、モニターに対するアイトラッカーの位置情報（およびモニターの寸法）を組み合わせることで、後で、その人が画面を見た際の視線の位置に関する情報を得ることができます。
アイトラッキングメガネはどのように機能するのでしょうか？
アイトラッキングメガネは、画面型のアイトラッカーと同様の技術を採用していますが、その大部分はメガネのフレームと、そこに取り付けられたデータ処理ユニットに収められています。
これらの装置は、画面式アイトラッカーと似た仕組みで動作しますが、いくつかの重要な違いがあります。 当然ながら、眼鏡のフレーム内に収めるためには、ライトやカメラを目により近い位置に配置する必要がありますが、眼球運動の検出や追跡の方法は概ね同様です。被験者が自然環境の中で動き回っている際に高コントラストな画像を得るためには、赤外線照明が特に重要です。これは同時に、照明条件が変化しやすく、それが目の視覚的コントラストに影響を与える可能性があることを意味します。
アイトラッキングメガネのもう一つの重要な点は、データをどこかに保存しなければならないということです。画面型のアイトラッカーであればデータをコンピュータに取り込むことができますが、アイトラッキングメガネの場合は、データをノートパソコンや携帯電話（ノートパソコンはリュックサックに入れて持ち運ぶことができます）に取り込むか、あるいはアイトラッキングメガネ本体に内蔵されたストレージに保存する必要があります。
アイトラッキング用メガネに一般的に搭載されているコンポーネントの一部を示す図（なお、この図はあくまで一例です）。
アイトラッキングメガネには、着用者が見ているものを記録するカメラも搭載されており、これにより視線と映像を関連付けることが可能になります。目の位置を計算することで、その動きを現実世界の映像に重ね合わせることができます。
画面型アイトラッカーは、矯正用メガネをかけていても、パフォーマンスに悪影響を及ぼすことなく使用できることがよくあります。アイトラッキング用メガネも同様ですが、矯正レンズはアイトラッキング用メガネと一緒に着用する必要があります（多くの場合、別売のアクセサリーとして入手可能です）。というのも、両方を同時に着用しようとすると、明らかに不快で実用的ではないからです。
VRにおけるアイトラッキングはどのように機能するのでしょうか？
画面型アイトラッカーやアイトラッキング用メガネと同様に、VRにおけるアイトラッキングも、通常、目に赤外線を照射し、その反射光を利用して視線の方向を特定することで行われます。アイトラッキング用メガネと同様に、ライトとカメラは目の近くに配置されます。
ここまでは似ている。しかし、決定的な違いがある。 特に顕著なのは3D環境（VRゲームなど）の場合だが、VRで表示される360度動画についても同様だ。前者は、VRと聞いて一般的に思い浮かべるもので、ユーザーは奥行きのある環境内を移動し、インタラクションを行うことができる。後者の360度動画は、（見た目とは裏腹に）奥行きのない動画であり、あたかもその環境の中に実際に立っているかのように、あらゆる角度から眺めることができる。
アイトラッキング用メガネに一般的に搭載されているコンポーネントの一部を示す図（なお、この図はあくまで一例です）。
つまり、仮想世界は私たちの目には豊かで多様な奥行きがあるように見えるかもしれませんが、必ずしもそうとは限りません。仮想世界は、私たちが奥行きがあると認識する動画や画像であるかもしれませんが、コンピュータは、この情報がない限り、その環境を二次元のものとして扱います。アイトラッキングを利用するVR環境においては、この情報が極めて重要となる場合があります。
フォービエート・レンダリング（VR環境において、視線の方向にあるポイントのみを高精細に表示し、その他の部分はぼかす技術）では、視線に関する情報を環境の深度情報と関連付ける必要があります。環境の深度情報を視線データと組み合わせることで、視線が向けられているシーンやオブジェクトの特定の部分を高精細にレンダリングすることが可能になります。これは、インタラクションを必要とするゲームなど、視線が向けられた特定のオブジェクトに反応する仮想環境においても同様です。
VR環境においてアイトラッキングを用いた分析を行う際、環境からの深度情報を活用することも有益です。この情報がなくても視線情報を視覚シーンに重ね合わせることは可能ですが、深度に関するデータがあれば、眼球運動が特定のオブジェクト（あるいは環境内の特定の箇所）とどのように関連しているかを特定することが格段に容易になります。深度データは、実際に何が見られているのかについて、より詳細な情報を提供してくれるのです。
さまざまなアイトラッカーが視線パターンの情報をどのように捉えるかについて、お読みいただきありがとうございました。関連する機器やプロセスについてさらに詳しく知りたい方は、以下の無料ガイドをダウンロードしてください。