[论文解读] An Eye Tracking Study into the Effects of Graph Layout

Weidong Huang|ArXiv.org|Oct 24, 2008

Data Visualization and Analytics参考文献 17被引用 23

一句话总结

本眼动追踪研究探讨了边交叉角度与几何路径倾向对节点-链接图中图阅读表现的影响。结果表明，小交叉角度会显著减慢路径搜索任务，原因在于眼动次数增加和混淆感增强，而交叉对节点定位的影响则微乎其微。当分支汇聚于目标节点时，几何路径倾向会增加路径追踪的复杂性，提示布局设计应优先考虑清晰、无歧义的路径。

ABSTRACT

Graphs are typically visualized as node-link diagrams. Although there is a fair amount of research focusing on crossing minimization to improve readability, little attention has been paid on how to handle crossings when they are an essential part of the final visualizations. This requires us to understand how people read graphs and how crossings affect reading performance. As an initial step to this end, a preliminary eye tracking experiment was conducted. The specific purpose of this experiment was to test the effects of crossing angles and geometric-path tendency on eye movements and performance. Sixteen subjects performed both path search and node locating tasks with six drawings. The results showed that small angles can slow down and trigger extra eye movements, causing delays for path search tasks, whereas crossings have little impact on node locating tasks. Geometric-path tendency indicates that a path between two nodes can become harder to follow when many branches of the path go toward the target node. The insights obtained are discussed with a view to further confirmation in future work.

研究动机与目标

• 理解边交叉与交叉角度如何影响图可视化中的人类感知与任务表现。
• 研究几何路径倾向在路径追踪过程中引导或误导眼动的作用。
• 利用实证眼动追踪数据，评估布局特征对眼动模式与任务表现的影响。
• 为在无法完全避免交叉时的图绘制提供基于证据的指导原则。
• 探讨交叉角度与几何路径倾向是否比总交叉数更具影响力，从而影响可读性。

提出的方法

• 对16名参与者开展受控眼动追踪实验，要求其在六种图布局上执行路径搜索与节点定位任务。
• 采用六种不同布局，通过改变交叉角度与几何路径结构，以隔离布局特征的影响。
• 收集眼动数据，包括注视次数、持续时间与扫视模式，以分析视觉处理行为。
• 通过响应时间与准确率衡量任务表现，并与眼动指标进行相关性分析。
• 通过分析用户评论与视觉注意力模式，解释主观困惑感与认知负荷。
• 应用标准眼动追踪指标（如注视次数与平均注视持续时间）量化视觉处理努力。

实验结果

研究问题

• RQ1 不同边交叉角度如何影响路径搜索与节点定位任务中的任务表现？
• RQ2 边交叉（尤其是小角度）在多大程度上干扰眼动模式并增加任务时间？
• RQ3 几何路径倾向如何影响在节点-链接图中识别正确路径的难度？
• RQ4 是否存在某些布局特征（如交叉角度或路径汇聚）对表现的影响强于总交叉数？
• RQ5 眼动数据能否揭示仅通过响应时间无法捕捉的认知混淆？

主要发现

• 小交叉角度（尤其是锐角）显著增加任务响应时间，并在路径搜索任务中引发额外的来回眼动。
• 接近90度的交叉角度仅造成轻微延迟，且眼动平滑，表明交叉角度的重要性超过总交叉数。
• 当多条路径分支汇聚于目标节点时，几何路径倾向会导致混淆，使正确路径更难追踪。
• 眼动数据显示，参与者经常在目标附近无关的边上产生注视，即使这些边并非正确路径的一部分，这归因于几何路径倾向。
• 在路径更长、图更大的情况下，交叉的影响更加显著，表明多次交叉会累积认知负荷。
• 当存在交叉时，路径搜索任务的表现显著劣于节点定位任务，表明路径追踪对布局质量更为敏感。