摘要：目前眼動儀的開發(fā)主要采用電流記錄法、電磁感應法和光學記錄法（包括角膜反射法和虹膜—鞏膜反射法）三種技術；高速、高精確度，與高新技術相結合，開發(fā)與應用更趨于自然，多樣化是眼動儀的發(fā)展特點；在運動心理領域應用眼動儀呈現(xiàn)了研究生態(tài)學效度的提高，視覺信息的有效獲得與反饋的特點；本領域先進儀器的應用比其他領域少，自然環(huán)境條件下儀器的使用受限，記錄視覺縱深變化的功能不能較好地實現(xiàn)，現(xiàn)有頭盔式眼動儀在數(shù)據(jù)采集和處理上還未達到記錄閱讀眼動狀況儀器系統(tǒng)的水平，眼動儀與反應時測試儀等反映心理認知特點的儀器的結合還未能實現(xiàn)是當前運動心理領域應用眼動儀存在的主要局限。

關鍵詞：眼動儀；電流記錄法；電磁感應記錄法；光學記錄法；角膜反射法；虹膜—鞏膜反射法

中圖分類號：G804.8文章編號：1009-783X(2007)02-0043-03文獻標識碼：A

收稿日期：2006-05-23

作者簡介：張森（1982-），男，碩士研究生，研究方向為運動心理學；李京城（1960-），男，湖南人，博士，教授，研究方向為青少年學生體育參與的心理動力。

作者單位：首都體育學院，北京100088

CapitalInstituteofPhysicalEducation，Beijing100088，China.眼睛是外界信息進入人腦的主要通道，對其活動情況的研究有助于理解人類的信息加工過程。對眼動的關注，引起了人們對眼動記錄法的開發(fā)興趣。眼動記錄法是指利用眼動記錄儀記錄和分析人們在注視過程中的各項眼動指標，并以此揭示人們的心理加工過程和規(guī)律的一種研究方法。一百多年來，科學家們一直致力于改進眼動記錄技術的工作，并取得了一定的成就。

隨著運動心理學的迅速發(fā)展，越來越多的體育運動實踐者和科研人員更加清晰地認識到運動心理學的重要性，對運動心理學的研究提出了更高的要求，越來越多先進的研究方法和工具被應用到此領域的研究中去。眼動儀正是其中一種重要的研究工具。

1眼動儀的開發(fā)現(xiàn)狀

眼動儀是測試人眼活動情況和研究有關心理過程的專用儀器。它的研制很早就已經開始了，到現(xiàn)在，眼動記錄技術已發(fā)展得比較完善，很多公司已將眼動儀開發(fā)成產品。根據(jù)英國Derby大學行為科學研究所DavidWoodling教授建立的眼動儀數(shù)據(jù)庫網站公布的結果，目前世界上約有44家生產眼動儀的廠家^［1］。

1.1國外眼動儀的開發(fā)現(xiàn)狀

韓玉昌(2000)^［2］認為，有代表性的眼動記錄方法有：1)直接觀察法，即用肉眼直接觀察被試的眼動情況。2)后像法，即利用閃光燈的高亮度閃光產生的視覺后像來研究人的眼動。3)機械記錄法，包括頭部支點杠桿法、氣動方法、角膜吸附環(huán)狀物法。4)電流記錄法，包括電流記錄法和電磁感應法。5)光學記錄法，包括反光記錄法、影視法、角膜反光法、光電記錄法。隋雪(2003)^［3］認為，隨著眼動研究方法的不斷更新，新型儀器也將不斷出現(xiàn)。

由于直接觀察法、后像法和機械記錄法的技術落后、準確性和精確性差，現(xiàn)代研究已不采用。從當前眼動研究的文獻可以看出，電流記錄法、電磁感應記錄法和光學記錄法及其相應的儀器設備應用得最多。

1.1.1應用電流記錄法的眼動儀

利用電流記錄法生產的眼動儀有法國Metrovision公司生產的ModelMonEOG眼動儀。這種儀器不能夠記錄和分析眼動軌跡和瞳孔直徑，但可以記錄水平和垂直方向的眼動情況及幼兒的眼動軌跡^［1］。

應用電流記錄法的眼動儀有兩點好處：1)頭部的運動不會影響記錄結果；2)記錄時不用直接接觸眼睛。其不足是：用它記錄的不是眼球的實際運動情況，而是電位差的相對數(shù)值，需要進一步推算才能把眼動的確切運動情況計算出來^［1］。同時每個人的電位差不同，差異很大，甚至同一被試在不同時間接受同一實驗也存在差別，這就使測試數(shù)據(jù)可能存在較大誤差。

1.1.2應用電磁感應法的眼動儀

利用電磁感應法生產的眼動儀有荷蘭SKALAR公司生產的電磁感應眼動記錄系統(tǒng)（ScleraSearchCoilsSystems）。它使用硅膠隱性眼鏡片，其中裝有探測線圈。線圈中存在感應電壓，通過對感應電壓的檢測，可以精確地測量垂直和水平方向的眼動。使用它時，由于眼部佩戴了隱形鏡片，會導致被試的視敏度下降以及在實驗中存在不適感；實驗中被試的頭部也不能夠移動。

1.1.3應用光學記錄法的眼動儀

利用光學原理直接記錄眼動，是眼動實驗中歷史最長，研究成果最多的方法，也是現(xiàn)代眼動儀中最主要的類型。其中包括根據(jù)瞳孔/角膜的反射法原理生產的眼動儀和根據(jù)虹膜-鞏膜反射法原理生產的眼動儀。下面介紹其中一些儀器的性能和特點（見表1）。

根據(jù)角膜反射法原理生產的眼動儀有美國應用科學實驗室（ASL）生產的EVM3200型眼動儀、R6型和H6型單目眼動系統(tǒng)、4000型和6000型系列眼動儀；加拿大SR公司生產的EyelinkⅡ型頭盔式眼動儀；法國Metrovision公司生產的MonVOG1型和MonVOG2型眼動儀；美國FourwardOpticalTechnology公司生產的第六代雙普金野眼動儀；德國SMI公司生產的iViewX眼動儀、3DVOG三維眼動儀、MeyeTrack型眼動儀；澳大利亞SEEINGMACHINE公司的faceLAB4型眼動儀等。根據(jù)虹膜-鞏膜反射法原理生產的眼動儀有ASL-310型眼動儀，荷蘭的IRIS型眼動儀等。

1.2國內眼動儀的開發(fā)

國內在眼動儀的研制與開發(fā)方面起步較晚。20世紀80年代末，中國科學院上海生理研究所的張名魁和孫復川研制了紅外光電反射眼動測量系統(tǒng)。它通過紅外發(fā)光管、光敏管發(fā)射和接收眼球左右運動時角膜與鞏膜反射紅外光線大小的變化來測量眼動^{［1，5］}。

表1五種眼動儀的性能和特點

名稱EVM3200型R6型單目眼動系統(tǒng)EyelinkⅡ型iViewX（包括①iViewXHED，②iViewXRED，③iViewXHi-Speed）ASL-310型系統(tǒng)構造包括：控制單元（包括電子單元、主處理機和視頻監(jiān)視器）、光學探頭（包括瞳孔攝像機、定位攝像機和照燈）和場景攝像機。包括：6000系列控制單元，遠置光學系統(tǒng)，遠置彩色攝像頭，2個（9英寸）黑白監(jiān)視器，EYEPOS操作軟件，EYENAL數(shù)據(jù)分析軟件，軟件開發(fā)工具包。包括：測試主計算機、圖像顯示計算機和頭盔。①頭盔式視覺追蹤眼動儀，包括：iViewPC測試計算機、StimulusPC圖像顯示計算機和1個頭盔。②遙控視線追蹤眼動儀，包括：iViewPC測試計算機、StimulusPC圖像顯示計算機和RED-Ⅲ攝像頭。③高速視線追蹤眼動儀，包括：iViewPC測試計算機、StimulusPC圖像顯示計算機和測試托架。包括一個小型控制單元和一個傳感器組件。技術參數(shù)采樣率：50Hz，即以50次/秒的速度紀錄被試的注視時間、次數(shù)等眼動數(shù)據(jù)；實際眼位與測量計算的誤差≤1°；視覺范圍：水平40°，垂直30°^［4］。采樣率：50Hz或60Hz、120Hz和240Hz，系統(tǒng)精確度：0.5°視角范圍，頭部移動范圍：1平方英尺，光學系統(tǒng)距眼睛最大距離：40英寸，視覺范圍：水平50°，垂直40°。采樣率：500Hz；頭部旋轉校正范圍：±15°；準確度、平均注視位置誤差<0.5°，視角約為28×22°。實時操作反饋，最小時滯<3毫妙（ms）。①采樣率：50/60Hz，注視點精確度：0.5°～1.0°，視覺范圍：水平±30°、垂直±25°。②采樣率：50/60Hz，注視點精確度：0.5°～1.0°，物象—捕捉攝像機操作距離：0.4～1m，頭部注視區(qū)域為在80cm遠處形成40×40cm范圍。③采樣率：1250Hz/350Hz，注視點精確度<0.5°，視覺范圍：水平±30°，垂直30°/-45°。采樣率：1000Hz，系統(tǒng)精確度：水平1°、垂直2°，系統(tǒng)精密度：水平0.25°、垂直1°，視覺范圍：水平30°、垂直30°。特點采用了計算機、遠紅外線定位和攝像等高新技術，數(shù)據(jù)系統(tǒng)記錄容量大、速度快、精度高。被試不用帶頭盔，但所提供的刺激物僅限于單一平面；采用亮瞳孔技術，捕獲能力高、對比效果好。準確度高、誤差小，頭盔輕便，和大多數(shù)眼鏡或隱形眼鏡兼容，易于設置、定標和校正。操作簡單易學、使用靈活、性能穩(wěn)定、記錄準確、頭盔輕便、可與其他儀器或軟件結合使用等。輸出的是電信號，易于與計算機連接；具有高頻特性。

20世紀90年代，西安電子科技大學研制了頭盔式眼動儀—西電.3B型頭盔式眼動測量儀^{［1，6］}。該系統(tǒng)主要由頭箍及光學系統(tǒng)、瞳孔中心提取系統(tǒng)、視景和瞳孔坐標疊加系統(tǒng)、圖像和數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)后處理軟件組成。它是一種中精度的雙眼眼動儀，利用紅外攝像法原理獲取雙眼的圖像，用高速信號處理的方法實時提取瞳孔中心的坐標，再與外景圖像迭合^［7］。這款儀器的優(yōu)點：1)價格低，不到進口產品的十分之一；2)具有全部的自主知識產權，便于自行擴展和改進。其缺點：1)采樣頻率較低，只有50Hz；2)頭盔系手工制造，重量偏大。

1.3眼動儀的發(fā)展特點

通過分析眼動記錄法的發(fā)展歷程及目前一些常用眼動儀的性能，可以對眼動儀的發(fā)展特點進行初步的總結：第一，一些粗糙的眼動記錄方法逐漸被淘汰，眼動儀的記錄速度和精度等將不斷提高。一些高新技術，如紅外線定位技術、電子計算機技術等與眼動儀有機結合。第二，開發(fā)與應用將更加趨于自然。眼動儀逐漸由固定、體積大且不便攜向著可移動、小型化和便攜式的方向發(fā)展。小型化和便攜式眼動儀使得眼動研究可以更加深入到人們的工作、學習和生活情境中^［8］。第三，應用將朝著多樣化方向發(fā)展。眼動儀與其他儀器聯(lián)合使用，使得人們對心理現(xiàn)象的生理機制研究更深入了一步^［9］。同時一些研究者還將盡可能拓寬眼動儀的功能，使之既可用于視覺的科學研究也可用于臨床醫(yī)療診斷^［2］。

2眼動儀在運動心理領域的應用

2.1運動心理領域應用眼動儀的一般特點

運動心理領域已有的眼動研究大多都是采用上述公司生產的眼動儀。如張運亮等（2004），張忠秋等（2001），蔡賡等（2001），Petrakis（1993），Helsen和Pauwels（1993），Ripoll等(1993)，Mockel和Heemsoth（1984），Bard和Fleury(1981)等研究^［10-17］（見表2）。

分析已有研究可以看出，應用眼動儀開展運動心理學研究有以下特點：第一，提高了研究的生態(tài)學效度。這些實驗都盡力使實驗情境與真實情境二者更加接近；此外一些更加適合在現(xiàn)實情境中使用的新型儀器也逐漸被應用到體育運動中，這樣獲得的實驗結果更具有實際意義。第二，有利于了解運動員在運動實踐過程中每一時刻的視覺信息。這種信息一方面，有利于運動員和裁判員賽后獲得準確的信息反饋，提高運動水平和裁判水平；另一方面，有利于教練員有的放矢地對運動員進行指導^［18］。

2.2運動心理領域應用眼動儀存在的局限及其趨勢

目前，關于眼動的研究文獻和硬件設備很多，由于每個作者和設備生產商使用的概念和參數(shù)指標不同，造成了各種方法、模型和設備性能無法比較，給眼動的研究帶來許多困難^［19］。運動心理領域同樣也存在這個問題。

本文所涉及的儀器有許多已被應用到交通、廣告心理學等領域中，但還未被應用到運動心理領域。多數(shù)運動心理領域的眼動研究采用的是固定式眼動儀，如張運亮等人的研究應用固定的U型托將被試的頭固定，然后用眼動儀測試其眼動。而在現(xiàn)實情境中運動員的頭部不可能保持靜止，這或多或少會影響研究的生態(tài)學效度。

頭盔式視覺追蹤眼動儀及分析系統(tǒng)的發(fā)展，使得被試在實驗時可以移動頭部和身體，進而使眼動記錄的儀器更加適用于運動實踐情境，研究的生態(tài)學效度有所提高。但由于頭盔上的場景和眼部攝像頭以及各種連線而導致被試不能快速運動、在自然環(huán)境條件下儀器精密度的下降等因素的限制，研究的應用場所受到局限；運動員頭戴“測試帽”進行運動會干擾他們的技能操作，分散他們的注意。此外，目前的眼動儀只能記錄眼睛在某個縱深距離平面維度上的移動，記錄視覺縱深變化的功能還不能較好地實現(xiàn)。如何開發(fā)出更加適合在自然環(huán)境下進行現(xiàn)場研究的儀器以及擁有記錄視覺縱深變化功能的儀器將是儀器開發(fā)商的一個努力方向。

現(xiàn)有的頭盔式眼動儀在數(shù)據(jù)采集和處理上還未達到記錄閱讀眼動狀況儀器系統(tǒng)的水平。因此，對能夠適用于體育運動領域眼動研究需要的儀器軟件進行研制、開發(fā)，將會給體育運動心理領域的眼動研究帶來更加實用的手段和應用推廣的動力，這也將是它的一個重要趨勢。

從運動員的專項認知水平角度探討專項運動心理能力的發(fā)展特征，揭示有關專項心理能力的培養(yǎng)機制，是當今運動心理學的重要研究課題。但目前本領域的眾多研究中，研究者主要通過記錄和分析瞳孔直徑、注視位置及次數(shù)等指標來探討注視與視覺搜索特征。這些都是眼動的外部特征，難以反映運動員決策時等心理認知特點。若能將眼動儀與反應時測試儀等反映心理認知特點的儀器有機結合，探討運動員眼動注視觀察過程中的內部心理活動內容與過程，研究的指標將更加全面，研究也將更加深入，這也將是眼動儀發(fā)展的一個重要趨勢。但在結合中要解決好眼動與認知決策過程的同步測量問題。眼動儀與反應時測量儀的同步操作，將是實現(xiàn)指標綜合的重要環(huán)節(jié)^［20］。

目前運動心理領域對眼動儀的應用都是用它來研究專家與新手的眼動特征，這只是從探索與揭示規(guī)律的角度應用儀器。但隨著儀器用途的拓寬，從更加實用的角度應用眼動儀也將成為可能，即應用儀器對新手運動員進行一些視覺信息處理及認知決策等方面的眼動訓練。

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