KR102515987B1 - Apparatus and method for detecting learners' participation in an untact online class - Google Patents

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Abstract

학습자의 비대면 온라인수업 참여 탐지 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 비대면 온라인수업 참여 탐지 장치는 시선 추적 장치를 구비한 개인용 전자 기기로 비대면 온라인수업을 받는 학습자가 상기 온라인수업의 진행에 맞춰서 참여하고 있는지를 탐지하기 위한 장치로서, 상기 시선 추적 장치로 획득한 시선추적 데이터를 상기 온라인수업에 참여하는 학습자들 각각의 상기 개인용 전자 기기로부터 수신하는 데이터 수집부, 상기 데이터 수집부가 수집한 상기 시선추적 데이터를 이용하여, 상기 학습자들 각각의 시선이 고정된 위치인 시선 고정점을 산출하는 산출부 및 상기 산출부가 산출한 상기 학습자들의 상기 시선 고정점의 분포를 이용하여, 상기 학습자들 각각의 수업 참여 여부를 판단하는 수업 참여 상태 판단부를 포함한다. An apparatus and method for detecting a learner's non-face-to-face online class participation are disclosed. An apparatus for detecting non-face-to-face online class participation according to an embodiment is a personal electronic device equipped with an eye tracking device for detecting whether a learner receiving a non-face-to-face online class is participating in accordance with the progress of the online class, A data collection unit that receives the eye-tracking data acquired by the tracking device from the personal electronic device of each of the learners participating in the online class. A calculation unit that calculates the gaze fixation point, which is the fixed position, and a class participation state determination unit that determines whether each learner participates in class using the distribution of the gaze fixation points of the learners calculated by the calculation unit. .

Description

학습자의 비대면 온라인수업 참여 탐지 장치 및 방법{Apparatus and method for detecting learners' participation in an untact online class}Apparatus and method for detecting learners' participation in an untact online class}

본 발명은 학습자의 수업 참여 여부를 탐지하는 기술에 관한 것으로, 시선추적(eye tracking) 데이터를 활용하여 학습자가 비대면 온라인수업에 참여하고 있는지를 탐지하고 또한 탐지된 결과를 활용하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technology for detecting whether a learner is participating in a class, and relates to a technology for detecting whether a learner is participating in a non-face-to-face online class by using eye tracking data and utilizing the detected result. .

최근 코로나 19로 인하여, 온라인 개학이 실시되고 또한 비대면 산업에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라, 에듀테크, 즉 교육과 정보통신(ICT) 기술이 접목된 교육 산업으로의 트렌드 변화가 일어나고 있으며, 비대면 온라인수업은 학교뿐만 아니라 다양한 국공립 교육 기관과 사설 교육 기관 등에서 진행되고 있거나 또는 추진되고 있다.Recently, due to Corona 19, online school is being implemented and interest in the non-face-to-face industry is increasing. Accordingly, a trend change is taking place in the education industry that combines education and information and communication (ICT) technology, edutech, and non-face-to-face online classes are being conducted or promoted not only in schools, but also in various national and public educational institutions and private educational institutions. It is becoming.

현행의 비대면 온라인수업은, 교사의 감시나 감독하에 있지 않은 학습자의 자발적인 참여를 전제하고 진행되고 있으며, 교사가 수업 상황에 대한 통제가 불가능한 경우가 많다. 뿐만 아니라, 학습자는 온라인수업 중이라도 스마트 폰이나 게임기 또는 컴퓨터 등을 사용할 수 있는 환경에 노출되어 있기 쉬운데, 이 경우에 학습자는 자신도 모르게 다른 것을 하게 되어 학업에 집중하기 힘든 경험을 하게 되기도 한다. 그 결과, 비대면 온라인수업에서는 학습자들의 학습 참여율이 낮아지는 문제가 대두되고 있다.Current non-face-to-face online classes are conducted under the premise of voluntary participation by learners who are not under the teacher's supervision or supervision, and in many cases, teachers cannot control the class situation. In addition, it is easy for learners to be exposed to an environment where they can use smartphones, game consoles, or computers even during online classes. As a result, in non-face-to-face online classes, the problem of low learning participation rate of learners is emerging.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 비대면 온라인수업에서 학습자들이 정상적으로 참여하고 있는지를 탐지하기 위하여 다양한 기술에 제안되고 있다. In order to solve this problem, various technologies have been proposed to detect whether learners are normally participating in non-face-to-face online classes.

일례로, 학습자의 화면에 특정 응답을 입력할 수 있는 인터페이스가 표시되도록 하고, 이 인터페이스에 소정의 시간 내에 정확한 응답이 입력되는지에 따라 학습 참여 여부를 판단하는 방법이 있다. 하지만, 이러한 방법은 해당 인터페이스가 표시되는 시간에만 참여 여부를 탐지하는 것으로, 교사에 의하여 수업 상황에 대한 통제가 이루어진다고 보기 어렵다. 또한, 수업 콘텐츠 상에 표시되는 인터페이스로 인하여 온라인수업 진행에 방해가 되기도 하며, 경우에 따라서는 수업 콘텐츠의 내용과 무관한 인터페이스가 표시되기도 한다.As an example, there is a method of displaying an interface for inputting a specific response on a learner's screen, and determining participation in learning according to whether an accurate response is input to the interface within a predetermined time. However, since this method detects participation only at the time when the corresponding interface is displayed, it is difficult to say that the teacher controls the class situation. In addition, due to the interface displayed on the class content, the progress of the online class may be hindered, and in some cases, an interface unrelated to the contents of the class content may be displayed.

다른 예로, 시선 추적 기술을 활용하여 학습자가 비대면 온라인수업에 정상적으로 참여하고 있는지를 판단하는 방법도 있다. 예를 들어, 한국공개특허 제10-2014-0146750호, "시선 기반 교육 콘텐츠 실행 시스템"(특허문헌 1)에서는, 학습자의 시선정보에 기초하여 주시하는 지점을 산출하고, 산출된 학습자의 시선 위치가 교육 콘텐츠 영상(예컨대, 콘텐츠가 디스플레이되고 있는 화면)인지에 따라서 수업 콘텐츠 영상의 계속적인 진행 여부를 제어하는 기술이 개시되어 있다. 하지만, 이 방법은 학습자가 항상 해당 콘텐츠를 주시하고 있어야만 수업에 정상적으로 참여하고 있는 것으로 판단하므로, 학습자가 진행되고 있는 수업의 흐름에 맞게 참여하고 있는지를 정확하게 판단하기 어렵다. 예컨대, 상기 특허문헌 1의 방법에 의하면, 학습자가 교재를 보거나 또는 메모 등의 필기는 하면서 콘텐츠를 주시하지 않는 동안에는 수업에 참여하지 않는 것으로 판단하거나 또는 교재를 보고 있는 대부분의 학습자와 달리 혼자서만 콘텐츠를 보고 있는 경우에는, 대부분의 학습자는 수업에 참여하지 않지만 혼자서만 수업에 참여하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 학습자가 전체 영상 중에서 해당 시점에 강의되고 있지 부분(콘텐츠가 표시되는 영역)이 아닌 다른 부분을 응시하고 있는 경우라도, 해당 학습자가 수업에 참여하고 있는 것으로 판단할 수도 있다.As another example, there is a method of determining whether a learner is normally participating in a non-face-to-face online class by using eye tracking technology. For example, in Korea Patent Publication No. 10-2014-0146750, "Gaze-based Educational Contents Execution System" (Patent Document 1), a point to be observed is calculated based on the learner's gaze information, and the calculated learner's gaze position is calculated. A technique for controlling whether or not a video of instructional content continues to progress according to whether is an image of educational content (eg, a screen on which content is being displayed) is disclosed. However, since this method determines that the learner is normally participating in the class only when the learner is always watching the corresponding content, it is difficult to accurately determine whether the learner is participating in the flow of the ongoing class. For example, according to the method of Patent Document 1, while the learner is not watching the content while viewing the textbook or writing notes, it is determined that he or she is not participating in the class, or unlike most learners who are looking at the textbook, the content alone In the case of watching, most learners do not participate in the class, but it can be determined that only one person is participating in the class. In addition, even when the learner is gazing at a part other than the part being lectured (the area where the content is displayed) of the entire video at that time, it may be determined that the learner is participating in the class.

또 다른 예로, 카메라로 촬영한 영상을 이용하여 학습자가 비대면 온라인수업에 정상적으로 참여하고 있는지를 판단하는 방법도 있다. 예를 들어, 한국공개특허 제10-2020-0050281호, "인공지능 기반 증강 현실과 가상 현실을 이용한 학습 지원 시스템 및 방법"(특허문헌 2)에서는, 교사의 음성 정보와 함께 교사 시점에 의한 영상과, 학생의 음성 정보와 함께 학생 시점에 의한 영상을 이용하여 생성된 가상 현실 기반 학습 영상에 기초하여 학생의 학습 상태를 판단하는 기술이 개시되어 있다. 하지만, 이 방법은 교사의 영상과 학생 영상을 각각 획득하여 합쳐서 가상 현실 기반 학습 영상을 생성해야 하므로 데이터 처리양이 많다. 뿐만 아니라, 수업 중에 수집되는 학생의 모션 정보를 기초로 학생의 학습 상태에 대한 정보를 산출한다고 개시되어 있을 뿐, 학생의 학습 상태를 판단하는 구체적인 기준에 대해서는 개시하고 있지 않다. As another example, there is also a method of determining whether a learner is normally participating in a non-face-to-face online class using an image captured by a camera. For example, in Korea Patent Publication No. 10-2020-0050281, "Learning support system and method using artificial intelligence-based augmented reality and virtual reality" (Patent Document 2), video by the teacher's point of view along with the teacher's voice information and a technology for determining a student's learning state based on a virtual reality-based learning image generated using an image from a student's point of view together with audio information of the student. However, this method requires a large amount of data processing because the teacher's image and the student's image must be acquired and combined to generate a virtual reality-based learning image. In addition, it is only disclosed that information on the student's learning state is calculated based on the student's motion information collected during class, and specific criteria for determining the student's learning state are not disclosed.

그리고 시선 움직임과 관련하여 온라인 학습 참여 여부를 감지하는 연구로서 비특허문헌 1과 비특허문헌 2가 있으며, 학습자들의 학습 참여 행태에 관한 연구로서 비특허문헌 3 내지 비특허문헌 5가 있다. In addition, there are Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 as a study on detecting online learning participation in relation to gaze movement, and Non-Patent Document 3 to Non-Patent Document 5 as a study on learners' participation in learning.

한국공개특허 제10-2014-0146750호Korean Patent Publication No. 10-2014-0146750 한국공개특허 제10-2020-0050281호Korean Patent Publication No. 10-2020-0050281

S. Aslan, Z. Cataltepe, I. Diner, O. Dundar, A.A. Esme, R. Ferens, M. Yener, Learner Engagement Measurement and Classification in 1:1 Learning (International Conference on Machine Learning and Applications, Detroit, 2014) S. Aslan, Z. Cataltepe, I. Diner, O. Dundar, A.A. Esme, R. Ferens, M. Yener, Learner Engagement Measurement and Classification in 1:1 Learning (International Conference on Machine Learning and Applications, Detroit, 2014) L.B. Krithika, P.G.G. Lakshmi, Student emotion recognition system (SERS) for e-learning improvement based on learner concentration metric. Procedia Computer Science 85, 767-776 (2016) L.B. Krithika, P.G.G. Lakshmi, Student emotion recognition system (SERS) for e-learning improvement based on learner concentration metric. Procedia Computer Science 85, 767-776 (2016) N. Bosch, Detecting Student Engagement: Human Versus Machine (Conference on User Modeling Adaptation and Personalization, Halifax, 2016) N. Bosch, Detecting Student Engagement: Human Versus Machine (Conference on User Modeling Adaptation and Personalization, Halifax, 2016) N. Bosch, S.K. D'Mello, R.S. Baker, J. Ocumpaugh, V. Shute, M. Ventura, W. Zhao, Detecting Student Emotions in ComputerEnabled Classrooms (International Joint Conference on Artificial Intelligence, New York, 2016) N. Bosch, S.K. D'Mello, R.S. Baker, J. Ocumpaugh, V. Shute, M. Ventura, W. Zhao, Detecting Student Emotions in ComputerEnabled Classrooms (International Joint Conference on Artificial Intelligence, New York, 2016) J.A. Fredrick, P.C. Blumenfeld, A.H. Paris, School engagement: Potential of the concept, state of the evidence. Rev. Educ. Res. 74(1), 59-109 (2004) J.A. Fredrick, P.C. Blumenfeld, A.H. Paris, School engagement: Potential of the concept, state of the evidence. Rev. Educ. Res. 74(1), 59-109 (2004)

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는, 비대면 실시간 온라인수업을 실시하는 상황에서, 학습자의 시선추적 데이터를 활용하여 학습자의 학습 참여 상태를 보다 정확하게 판단할 수 있는, 학습자의 비대면 온라인수업 참여 탐지 장치 및 방법을 제공하는 것이다.One problem to be solved by the present invention is to use the learner's eye-tracking data in a situation where non-face-to-face real-time online classes are conducted to more accurately determine the learner's participation in learning, the learner's non-face-to-face online class participation To provide a detection device and method.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 하나의 과제는, 비대면 실시간 온라인수업을 실시하는 상황에서, 수업의 진행 상황에 맞게 학습자의 학습 참여 상태를 적응적으로 판단할 수 있는, 학습자의 비대면 온라인수업 참여 탐지 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is that in a situation where non-face-to-face real-time online classes are conducted, learners' participation in non-face-to-face online classes can adaptively determine the learning participation status of learners according to the progress of the class. To provide a detection device and method.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 시선 추적 장치를 구비한 개인용 전자 기기로 비대면 온라인수업을 받는 학습자가 상기 온라인수업의 진행에 맞춰서 참여하고 있는지를 탐지하기 위한 장치로서, 상기 시선 추적 장치로 획득한 시선추적 데이터를 상기 온라인수업에 참여하는 학습자들 각각의 상기 개인용 전자 기기로부터 수신하는 데이터 수집부, 상기 데이터 수집부가 수집한 상기 시선추적 데이터를 이용하여, 상기 학습자들 각각의 시선이 고정된 위치인 시선 고정점을 산출하는 산출부 및 상기 산출부가 산출한 상기 학습자들의 상기 시선 고정점의 분포를 이용하여, 상기 학습자들 각각의 수업 참여 여부를 판단하는 수업 참여 상태 판단부를 포함한다. One embodiment of the present invention for solving the above problems is a device for detecting whether a learner receiving a non-face-to-face online class with a personal electronic device equipped with an eye tracking device is participating in accordance with the progress of the online class, A data collection unit that receives the eye-tracking data obtained by the eye-tracking device from the personal electronic device of each of the learners participating in the online class, and each of the learners using the eye-tracking data collected by the data collection unit. A calculation unit that calculates a gaze fixation point, which is a location where the gaze of the learner is fixed, and a class participation state determination unit that determines whether each learner participates in class using the distribution of the gaze fixation point of the learners calculated by the calculation unit. include

상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 수업 참여 상태 판단부는, 상기 학습자들 각각의 시선 고정점 중에서 가장 많은 학습자가 해당되는 시선 고정점을 주시 영역으로 결정한 다음, 특정 학습자의 시선 고정점이 상기 주시 영역에 포함되는지에 기초하여 해당 학습자의 수업 참여 여부를 판단할 수 있다. According to one aspect of the embodiment, the class participation state determination unit determines, among the gaze fixation points of each of the learners, the gaze fixation point corresponding to the largest number of learners as the gaze region, and then the gaze fixation point of the specific learner is located in the gaze region. Based on whether or not the learner is included, it is possible to determine whether or not the learner participates in the class.

상기 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 산출부는 상기 학습자들 각각의 상기 시선 고정점에서의 고정시간도 함께 산출하고, 상기 수업 참여 상태 판단부는 상기 시선 고정점과 상기 고정시간에 의한 시선 움직임 정보를 이용하여, 상기 학습자들 각각의 수업 참여 여부를 판단한다. 이 경우에, 상기 수업 참여 상태 판단부는, 수업 과목의 종류 및 실행 시간을 포함하는 상기 온라인수업의 콘텐츠 정보도 같이 이용하여, 상기 학습자들 각각의 수업 참여 여부를 판단할 수 있다. According to another aspect of the embodiment, the calculation unit also calculates the fixation time at the gaze fixation point of each of the learners, and the class participation state determination unit uses the gaze movement information by the gaze fixation point and the fixation time. Thus, it is determined whether each of the learners participates in the class. In this case, the class participation state determination unit may determine whether each of the learners participate in the class by using content information of the online class including the class type and execution time as well.

그리고 상기 수업 참여 상태 판단부는 비지도 학습 인공지능 기반의 온라인수업 참여도 탐지 모델을 이용하여 구현될 수 있다. The class participation state determination unit may be implemented using an online class participation detection model based on unsupervised learning artificial intelligence.

상기 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 상기 수업 참여 상태 판단부가 수업에 참여하고 있지 않은 것으로 판단한 학습자의 상기 개인용 전자 기기로 알림 메시지를 전송하기 위한 피드백부를 더 포함할 수 있다. According to another aspect of the embodiment, the class participation state determining unit may further include a feedback unit for transmitting a notification message to the personal electronic device of a learner determined to be not participating in class.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예는 시선 추적 장치를 구비한 개인용 전자 기기로 비대면 온라인수업을 받는 학습자가 상기 온라인수업의 진행에 맞춰서 참여하고 있는지를 탐지하기 위한 방법으로서, 상기 시선 추적 장치로 획득한 시선추적 데이터를 상기 온라인수업에 참여하는 학습자들 각각의 상기 개인용 전자 기기로부터 수신하는 단계, 상기 수집 단계에서 수집한 상기 시선추적 데이터를 이용하여, 상기 학습자들 각각의 시선이 고정된 위치인 시선 고정점을 산출하는 단계 및 상기 산출 단계에서 산출한 상기 학습자들의 상기 시선 고정점의 분포를 이용하여, 상기 학습자들 각각의 수업 참여 여부를 판단하는 단계를 포함한다. Another embodiment of the present invention for solving the above problems is a method for detecting whether a learner receiving a non-face-to-face online class with a personal electronic device equipped with an eye tracking device is participating in accordance with the progress of the online class, Receiving the gaze tracking data obtained by the gaze tracking device from the personal electronic device of each of the learners participating in the online class, using the gaze tracking data collected in the collection step, the gaze of each learner Calculating gaze fixation points, which are fixed positions, and determining whether each learner participates in class using the distribution of the gaze fixation points of the learners calculated in the calculation step.

전술한 본 발명의 실시예에 의하면, 학습자의 시선추적 데이터에 기초하여 산출한 학습자들 각각의 시선의 고정점이나 해당 고정점에서의 고정시간 등을 포함한 시선의 움직임을 활용하기 때문에, 학습자의 학습 참여 상태를 보다 정확하게 판단할 수 있다. 특히, 특정 시간 범위에서 학습자들의 시선 고정점의 분포를 이용하여, 일부 시선 고정점이 대부분의 학습자와 상이하거나 또는 시선의 움직임이 통상적인 범위를 벗어나는지를 기준으로 각 학습자의 학습 참여 상태를 판단하므로, 보다 정확하고 적응적인 판단이 가능하다. 또한, 이러한 판단 결과를 이용하여 학생이나 교사에게 적절한 피드백을 제공함으로써, 비대면 온라인수업에 대한 학습자들의 참여율을 향상시킬 수 있다. According to the above-described embodiment of the present invention, since the motion of the gaze including the fixation point of each learner's gaze calculated based on the learner's gaze tracking data and the fixation time at the fixed point is utilized, the learner's learning Participation status can be judged more accurately. In particular, by using the distribution of gaze fixation points of learners in a specific time range, each learner's participation in learning is determined based on whether some gaze fixation points are different from most learners or whether the gaze movement is out of the normal range, A more accurate and adaptive judgment is possible. In addition, by providing appropriate feedback to students or teachers using these judgment results, the participation rate of learners in non-face-to-face online classes can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비대면 온라인수업 참여 탐지 장치의 개략적인 구성을 모식적으로 보여 주는 블록도이다.
도 2는 시선 좌표값을 이용하여 시선의 고정 위치를 산출하는 방법의 일례를 설명하기 위한 모식적인 도면이다.
도 3은 특정 학습자의 시선의 움직임 패턴을 도식적으로 도시한 도면의 일례이다.
1 is a block diagram schematically showing the schematic configuration of a non-face-to-face online class participation detection device according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram for explaining an example of a method of calculating a fixed position of the gaze using gaze coordinate values.
3 is an example of a diagram schematically illustrating a movement pattern of a specific learner's gaze.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예를 설명한다. 다만, 이하의 실시형태 및 실시예는 본 발명의 바람직한 구성을 예시적으로 나타내는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위는 이들 구성에 한정되지 않는다. 그리고 이하의 설명에 있어서, 장치의 하드웨어 구성 및 소프트웨어 구성, 처리 흐름, 제조조건, 크기, 재질, 형상 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이것으로 한정하려는 취지인 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments and examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following embodiments and examples are merely illustrative of preferred configurations of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these configurations. And in the following description, the hardware configuration and software configuration of the device, processing flow, manufacturing conditions, size, material, shape, etc. are not intended to limit the scope of the present invention to these unless specifically described. .

본 발명에 의하면, 비대면 온라인수업에 참여하는 학습자들의 시선추적 데이터를 기반으로, 각 학습자가 온라인수업에 정상적으로 참여하고 있는지를 판단한다. 통상적으로 학습자의 시선의 상태(고정 여부, 고정점의 위치, 고정시간, 움직임 패턴 등)는 시각적 운동 뿐만 아니라 문제의 해결을 위한 선택적이고 능동적인 지각을 의미하기 때문에, 시선의 위치나 움직임을 통하여 학습자의 인지 과정을 이해할 수 있는 정보를 얻을 수 있다. 특히, 시선이 응시하는 지점과 함께 해당 지점에서의 고정시간을 알면, 어떤 학습 내용에 얼마나 오랫동안 주의를 기울이는지, 읽지 않고 넘어가는지와 같은 정보를 실시간으로 추론할 수가 있다. According to the present invention, based on eye tracking data of learners participating in non-face-to-face online classes, it is determined whether each learner is normally participating in online classes. Generally, the state of the learner's gaze (fixation status, location of the fixation point, fixation time, movement pattern, etc.) means not only visual movement but also selective and active perception for problem solving. Information to understand the cognitive process of learners can be obtained. In particular, if the fixed time at the corresponding point is known along with the point at which the eye gazes, it is possible to infer information such as how long attention is paid to a certain learning content and skipping without reading in real time.

다만, 콘텐츠의 내용이나 강사(교사)의 수업 방식 등에 따라서, 학습자가 응시해야 하는 지점(시선 고정점)이나 응시시간(고정시간)은 달라질 수 있다. 예를 들어, 강사가 콘텐츠에 포함된 내용에 대해서 설명할 경우에는 학습자는 디스플레이의 해당 콘텐츠 부분을 응시해야 하지만, 강사가 교재를 참조하여 설명할 경우나 또는 학습자에게 문제 풀이나 노트 필기를 시킬 경우 등에는, 학습자는 디스플레이되는 콘텐츠가 아닌 책상 위에 있는 교재나 노트를 응시해야, 수업의 진행에 맞춰서 참여하고 있다고 볼 수 있다. 즉, 디스플레이 화면을 응시하고 있더라도 강사가 설명하는 부분과는 상관없는 다른 위치의 콘텐츠를 응시하거나, 반대로 교재나 노트를 응시해야 함에도 불구하고 디스플레이 화면이나 제3의 위치를 응시하는 경우에는, 학습자가 온라인수업의 진행에 맞춰서 참여하고 있다고 보기 어렵다.However, depending on the contents of the content or the teaching method of the instructor (teacher), the point at which the learner should gaze (fixed point) or gaze time (fixed time) may vary. For example, when an instructor explains something contained in the content, the learner should gaze at that part of the content on the display, but when the instructor explains with reference to the textbook or asks the learner to solve problems or take notes. On the back, the learner should gaze at the teaching materials or notes on the desk rather than the displayed content, so that it can be seen that he is participating in the course of the class. In other words, if the learner gazes at the content in a different location that has nothing to do with the part the lecturer is explaining even though they are staring at the display screen, or if they stare at the display screen or a third location even though they are supposed to gaze at the textbook or notebook, the learner It is difficult to see that they are participating in line with the progress of online classes.

그런데, 소정의 시간 동안 지속되는 온라인수업은, 수업의 진행 정도, 강사의 수업 방식, 디스플레이되는 콘텐츠의 내용 등에 따라서, 학습자가 응시해야 하는 위치(시선의 고정점)와 함께 고정시간은 달라질 수 있다. 만일 녹화된 강의 영상으로 온라인수업을 진행하는 경우에는, 콘텐츠 내용이나 강의 내용을 참조하여 특정 시간에 학습자가 응시해야 하는 위치를 미리 결정하는 것이 가능할 수도 있지만, 비대면 온라인수업을 실시간으로 진행할 경우에는, 온라인수업이 진행되는 동안 학습자가 응시해야 하는 위치는 유동적이어서, 특정 시간에 학습자의 시선의 고정점과 함께 고정시간을 미리 결정해두는 것은 거의 불가능하다. However, in an online class that lasts for a predetermined amount of time, the fixation time may vary along with the location (fixed point of gaze) that the learner should gaze at depending on the progress of the class, the instructor's class method, and the contents of the displayed content. . If online classes are conducted with recorded lecture videos, it may be possible to determine in advance the location where learners should stare at a specific time by referring to the content or lecture content, but in the case of conducting non-face-to-face online classes in real time, However, since the position where the learner should gaze is flexible during the online class, it is almost impossible to pre-determine the fixation time along with the fixed point of the learner's gaze at a specific time.

후술하는 본 발명의 실시예에서는, 비대면 실시간 온라인수업이 갖는 이러한 특성을 고려하여, 특정 시간에 온라인수업에 참여하는 학습자들 중에서 수업의 진행에 맞춰서 참여하고 있는 학습자가 통상적으로 다수를 차지할 것이라는 전제하에, 다수의 시선 움직임에 대응하는 학습자는 수업에 참여하고 있는 것으로 판단하지만, 다수의 시선 움직임에 벗어나는 학습자는 수업에 참여하고 있지 않은 것으로 판단하는 방식으로, 학습자의 수업 참여 상태를 기본적으로 판단한다. In an embodiment of the present invention described later, in consideration of these characteristics of non-face-to-face real-time online classes, it is assumed that among the learners participating in the online class at a specific time, the learners participating according to the progress of the class will usually occupy the majority. Under this method, learners responding to multiple gaze movements are judged to be participating in the class, but learners who deviate from multiple gaze movements are judged not to be participating in the class, thereby basically determining the learner's class participation status. .

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에서는, 시선의 고정점에서의 학습자의 분포(즉, 해당 고정점에 몇 명의 학습자가 해당되는지)를 이용하여, 특정 학습자가 온라인수업에 참여하고 있는지를 판단한다. 예컨대, 소정 집단(예컨대, 30명)의 학습자 중에서 절반 이상, 바람직하게는 2/3 이상의 학습자가 같은 지점을 응시하는 경우에, 해당 지점을 응시하는 학습자는 수업에 정상적으로 참여하는 것으로 판단하지만, 다른 지점을 응시하는 학습자는 수업에 참여하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 또는, 실시 형태에 따라서는, 판단 기준으로 해당 지점에 대한 응시시간(시선의 고정시간)도 판단 기준으로 추가로 활용할 수도 있다. 또는, 복수의 시선의 고정점, 각 고정점에서의 고정시간 및 이의 경시적 변화 등을 모두 고려한 시선의 움직임을 판단 기준으로 활용할 수 있다. More specifically, in the embodiment of the present invention, it is determined whether a specific learner is participating in an online class by using the distribution of learners at the fixed point of the gaze (ie, how many learners correspond to the fixed point). . For example, if more than half, preferably more than 2/3 of the learners of a predetermined group (eg, 30) gaze at the same point, it is determined that the learners who gaze at the corresponding point normally participate in the class, but other A learner who gazes at a point may be judged not to have participated in the class. Alternatively, depending on the embodiment, the gaze time (fixed time of the gaze) for the corresponding point may be additionally used as a judgment criterion. Alternatively, the motion of the gaze considering all of the fixation points of the plurality of gazes, the fixation time at each fixation point, and changes over time may be used as a criterion for determination.

다만, 이러한 판단에 있어서는, 학습 콘텐츠의 내용이나 강사(교사)의 수업 방식 등과 같은 것도 추가로 고려될 수 있다. 그리고 이러한 판단은 인공지능을 기반으로 한 소정의 모델(예컨대, 수업 참여도 탐지 모델)을 이용하여 수행할 수 있다. 후술하는 본 발명의 실시예에 의하면, 수업 참여도 탐지 모델은 비지도 학습 기반으로 비슷한 상황의 상태들을 클러스터링하고, 새로운 경험에 적응해서 클러스터의 수정(업데이트)를 반복하여 분류된 최적을 값을 얻는 방법으로 강화학습을 수행하는 것일 수 있다.However, in this determination, the content of the learning content or the teaching method of the instructor (teacher) may be additionally considered. In addition, such determination may be performed using a predetermined model based on artificial intelligence (eg, a class participation detection model). According to an embodiment of the present invention described later, the class participation detection model clusters states in similar situations based on unsupervised learning, and repeats modification (update) of the clusters to adapt to new experiences to obtain classified optimal values. One way is to perform reinforcement learning.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비대면 온라인수업 참여 탐지 장치의 개략적인 구성을 모식적으로 보여 주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 비대면 온라인수업 참여 탐지 장치(100, 이하, '탐지 장치'라 함)는 데이터 수집부(110), 산출부(120) 및 수업 참여 상태 판단부(130)을 포함한다. 그리고 탐지 장치(100)는 피드백부(140)를 더 포함할 수 있다. 1 is a block diagram schematically showing the schematic configuration of a non-face-to-face online class participation detection device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the non-face-to-face online class participation detection device 100 (hereinafter referred to as 'detection device') includes a data collection unit 110, a calculation unit 120, and a class participation state determination unit 130. . And the detection device 100 may further include a feedback unit 140.

이러한 탐지 장치(100)는, 예컨대 컴퓨터 프로세서에서 실행가능한 컴퓨터용 프로그램 및 이 프로그램이 저장된 기록매체(즉, 컴퓨터 판독가능한 기록매체)를 통하여 구현될 수 있다. 컴퓨터용 프로그램이 저장되는 기록매체의 종류에는 특별한 제한이 없으며, 해당 매체에 영구적으로 저장되어 있거나 또는 일시적으로 저장될 수도 있다. 그리고 탐지 장치(100)를 구성하는 개별 구성요소들은 각각의 기능에 기초하여 논리적으로 구분한 것으로서, 각각 별개의 기능 모듈로 구현되거나 또는 둘 이상의 구성요소들이 하나의 기능 모듈로 구현될 수도 있다.Such a detection device 100 may be implemented, for example, through a computer program executable on a computer processor and a recording medium (ie, a computer-readable recording medium) in which the program is stored. The type of recording medium on which the computer program is stored is not particularly limited, and may be permanently or temporarily stored on the corresponding medium. In addition, the individual components constituting the detection device 100 are logically divided based on their respective functions, and each may be implemented as a separate function module or two or more components may be implemented as one function module.

그리고 탐지 장치(100)는 각 구성요소로 입력되는 데이터 및/또는 각 구성요소에서의 처리 결과로 생성되는 데이터들을 저장하기 위한 데이터베이스(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또는, 탐지 장치(100)는 이를 실행하는 컴퓨터 프로세서가 설치되어 있는 컴퓨터의 저장 수단을 데이터베이스로 이용할 수도 있다. 따라서 도 1에서 화살표로 표시된 데이터의 흐름은 단지 본 발명의 기술적 특징을 직관적으로 이해하기 위한 것으로서, 실질적으로는 각 구성요소와 데이터베이스 사이에서 일어나는 데이터의 입출력을 통하여, 도 1에 화살표로 표시된 데이터의 흐름이 구현될 수 있다.In addition, the detection device 100 may further include a database (not shown) for storing data input to each component and/or data generated as a result of processing in each component. Alternatively, the detection device 100 may use a storage means of a computer in which a computer processor executing it is installed as a database. Therefore, the flow of data indicated by arrows in FIG. 1 is only for intuitive understanding of the technical characteristics of the present invention, and substantially through the input and output of data occurring between each component and the database, the flow of data indicated by arrows in FIG. flow can be implemented.

도 1의 탐지 장치(100)는 소정의 수업 참여 인원(N명, 예컨대 N은 30, 100 등과 같이 동일한 온라인수업에 참여하는 소정 집단의 인원수이다)이 특정 온라인수업(예컨대, 콘텐츠 1 등)의 진행에 맞춰 참여하고 있는지, 즉 수업 참여 상태를 탐지하기 위한 장치이다. 여기서, 학습자들은 각각 모니터와 일체화되거나 또는 모니터에 연결될 수 있는 퍼스널 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 테블릿 컴퓨터, 스마트 폰 등과 같은 개인용 전자 기기를 이용하여 비대면 온라인수업에 참여한다. 그리고 개인용 전자 기기에는 하나 이상의 카메라와 함께 시선 추적 장치(예컨대, 개인용 전자 기기에 설치될 수 있는 어플리케이션일 수 있다)가 설치되어 있다. The detection device 100 of FIG. 1 is a specific online class (eg, content 1, etc.) It is a device for detecting whether you are participating according to the progress, that is, the class participation status. Here, learners participate in non-face-to-face online classes using personal electronic devices such as personal computers, notebook computers, tablet computers, smart phones, etc. that can be integrated with or connected to monitors. In addition, one or more cameras and an eye tracking device (eg, an application that can be installed in the personal electronic device) are installed in the personal electronic device.

시선 추적 장치는 개인용 전자 기기의 카메라로 획득한 영상으로부터 학습자의 시선이 향하는 지점의 좌표(이하, '시선 좌표')를 산출할 수 있는 수단이다. 시선 추적 장치는, 예컨대 학습자의 개인용 전자 기기의 디스플레이를 주시하고 있는 학습자 시선의 위치(즉, 주시되고 있는 디스플레이 상의 시선 위치)를 좌표값으로 출력할 수 있다. 그리고 학습자의 시선이 디스플레이가 아닌 다른 곳을 향하는 경우에는, 디스플레이를 기준으로 한 상대적인 위치를 좌표값으로 출력할 수 있다.The gaze tracking device is a means capable of calculating the coordinates of the point where the learner's gaze is directed (hereinafter referred to as 'gaze coordinates') from an image acquired by a camera of a personal electronic device. The gaze tracking device may output, for example, the location of the gaze of the learner who is watching the display of the learner's personal electronic device (ie, the location of the gaze on the display being watched) as a coordinate value. In addition, when the learner's gaze is directed to a place other than the display, a relative position relative to the display may be output as a coordinate value.

본 발명의 실시예에 의하면, 시선 추적 장치의 종류나 이의 시선 추적 방법에는 특별한 제한이 없으며, 카메라 영상으로부터 학습자의 시선 좌표를 출력으로 생성할 수 있는 수단이면 된다. 시선 추적 장치는, 예를 들면 덴마크의 IT University에서 배포하는 ITU Gaze Tracker일 수 있다. ITU Gaze Tracker는 시선 추적에 동공 및 각막광 추적을 이용하는 것으로, 저비용의 아이트레킹 시스템 구축을 위한 오픈소스 프로젝트로 개발된 시선 추적 프로그램이다. 하지만, 이것은 예시적인 것으로, 현재 상용화되어 사용되고 있는 다른 종류의 시선 추적 장치이거나 또는 시선 추적을 위하여 추후에 새롭게 개발되어 사용되는 보다 개선된 장치이어도 된다.According to an embodiment of the present invention, there is no particular limitation on the type of gaze tracking device or its gaze tracking method, and any means capable of generating the learner's eye gaze coordinates as an output from a camera image is sufficient. The eye tracking device may be, for example, ITU Gaze Tracker distributed by IT University of Denmark. ITU Gaze Tracker uses pupil and corneal light tracking for gaze tracking, and is a gaze tracking program developed as an open source project for building a low-cost eye tracking system. However, this is just an example, and may be a different type of eye tracking device that is currently commercially used and used, or a more improved device that is newly developed and used for eye tracking in the future.

데이터 수집부(110)는 온라인수업에 참여하는 N명의 학습자 각각에 대한 시선추적 데이터를 수신한다. 보다 구체적으로, 데이터 수집부(110)는 N명의 학습자 각각의 개인용 전자 기기에 설치되어 있는 시선 추적 장치로 획득한 시선추적 데이터를 개인용 전자 기기로부터 수신한다. 여기서, 시선추적 데이터는 시선 추적 장치가 획득한 학습자의 시선 위치에 대한 경시적인 좌표값들의 집합을 가리킨다. 즉, 시선추적 데이터는 소정의 시간 간격으로 측정된 시선 위치에 대한 일련의 좌표값들을 가리키는데, 측정 시간 간격의 크기에는 특별한 제한이 없다. 또한, 시간 간격이 온라인 수업의 진행되는 동안에 항상 일정할 필요도 없으며, 수업 진행 상황에 따라 변동될 수도 있다.The data collection unit 110 receives eye tracking data for each of the N learners participating in the online class. More specifically, the data collection unit 110 receives eye-tracking data acquired by the eye-gaze tracking device installed in the personal electronic device of each of the N learners from the personal electronic device. Here, the gaze tracking data refers to a set of temporal coordinate values for the position of the learner's gaze acquired by the gaze tracking device. That is, the eye tracking data indicates a series of coordinate values for gaze positions measured at predetermined time intervals, and the size of the measurement time interval is not particularly limited. In addition, the time interval does not always have to be constant during the course of the online class, and may change according to the progress of the class.

산출부(120)는 데이터 수집부(120)가 수집한 시선추적 데이터를 이용하여 학습자 각각의 시선이 고정된 위치인 시선 고정점을 산출한다. 이것은 시선의 위치를 통하여 학습자가 콘텐츠를 주시하고 있는지 및/또는 학습자가 콘텐츠의 어떤 부분을 주시하고 있는지 등과 같이 학습자가 학습하고 있는 영역을 파악하기 위한 것이다. 본 실시예의 일 측면에 의하면, 산출부(120)는 시선추적 데이터에 포함되어 있는 시선 좌표값이, 소정의 시간 동안(예컨대, 시간 연속적인 소정 개수의 시선 좌표값)에 소정의 영역 이내에 포함되어 있는 경우에, 해당 영역을 시선 고정점으로 결정할 수 있다. The calculation unit 120 calculates a gaze fixation point, which is a position where each learner's gaze is fixed, using the gaze tracking data collected by the data collection unit 120 . This is to determine the area the learner is learning, such as whether the learner is looking at the content and/or what part of the content the learner is looking at, through the gaze position. According to one aspect of the present embodiment, the calculation unit 120 calculates that the gaze coordinate values included in the eye tracking data are included within a predetermined area for a predetermined time (eg, a predetermined number of continuous gaze coordinate values). If there is, the corresponding area may be determined as the gaze fixation point.

도 2는 시선 좌표값을 이용하여 시선의 고정 위치를 산출하는 방법의 일례를 설명하기 위한 모식적인 도면이다. 도 2에서 숫자 ① ~ ⑭는 데이터 수집부(110)가 순차적으로 수집한 시선 고정점의 위치를 가리킨다.2 is a schematic diagram for explaining an example of a method of calculating a fixed position of the gaze using gaze coordinate values. In FIG. 2 , numbers ① to ⑭ indicate positions of gaze fixation points sequentially collected by the data collection unit 110 .

도 2를 참조하면, 우선 직사각형의 디스플레이 내에서 소정 크기(예컨대, 30×30 픽셀 크기)의 정사각형에 4개의 연속적인 시선 좌표값(① ~ ④)이 포함되는 경우에, 해당 영역을 시선 고정점으로 결정한다. 여기서, 4개는 예시적인 것이며, 그 갯수는 달라질 수 있다. 그리고 이후의 시선 좌표값(⑤ ~ ⑭)이 해당 시선 고정점을 벗어난 새로운 위치인 경우에, 현재 시선 고정점의 위치를 포함하는 확장 영역(예컨대, 50×50 픽셀 크기)에 시선 좌표값(⑤ ~ ⑦, ⑩)이 포함되면, 이들 새로운 위치는 현재 시선 고정점에 병합되어 확장 영역이 새로운 시선 고정점이 된다. 반면, 현재 시선 고정점의 위치를 포함하는 확장 영역(예컨대, 50×50 픽셀 크기)에 시선 좌표값(⑧, ⑨, ⑪ ~ ⑭)이 포함되지 않으면, 이들 새로운 위치는 무시(⑧, ⑨)하거나 또는 연속된 4개의 시선 고정점이 소정 크기, 즉 30×30 픽셀 크기의 새로운 정사각형 내에 위치하는 경우에는, 이 새로운 정사각형을 새로운 시선 고정점을 위한 기준(⑪ ~ ⑭)으로 활용한다.Referring to FIG. 2, first, when four consecutive gaze coordinate values (① to ④) are included in a square of a predetermined size (eg, 30 × 30 pixel size) within a rectangular display, the region is set as a gaze fixation point. to decide Here, 4 is exemplary, and the number may vary. In addition, when the subsequent gaze coordinate values (⑤ to ⑭) are new positions outside the corresponding gaze fixation point, the gaze coordinate values (⑤) are added to the extended area (e.g., 50 × 50 pixel size) including the location of the current gaze fixation point. ~ ⑦, ⑩) are included, these new positions are merged with the current gaze fixation point so that the extended area becomes the new gaze fixation point. On the other hand, if the gaze coordinate values (⑧, ⑨, ⑪ to ⑭) are not included in the extended area (e.g., 50 × 50 pixel size) that includes the position of the current gaze fixation point, these new positions are ignored (⑧, ⑨) Or, if four consecutive gaze fixation points are located within a new square of a predetermined size, that is, a 30 × 30 pixel size, the new square is used as a criterion (⑪ to ⑭) for a new gaze fixation point.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 산출부(120)는 데이터 수집부(120)가 수집한 시선추적 데이터를 이용하여 각 시선 고정점에서의 고정 시간도 함께 산출할 수도 있다. 고정 시간은 학습자가 해당 시선 고정점(해당 영역의 콘텐츠)을 주시한 시간을 나타내는 것으로, 학습자의 주의 정도나 학습 상태 등을 파악하는데 활용될 수 있다. According to one aspect of the present embodiment, the calculation unit 120 may also calculate the fixation time at each gaze fixation point using the gaze tracking data collected by the data collection unit 120 . The fixation time indicates the time the learner gazed at the corresponding fixation point (the content of the corresponding area), and can be used to determine the degree of attention or the learning state of the learner.

또한, 고정 시간은 시선의 움직임 패턴을 파악하는데도 도움이 된다. 도 3은 특정 학습자의 시선의 움직임 패턴을 도식적으로 도시한 도면의 일례이다. 도 3을 참조하면, 시선의 움직임 패턴을 보이기 위하여, 각 시선 고정점에서의 시선의 고정시간은 원의 크기로 도시되어 있다. 즉, 원의 크기가 클수록 고정시간은 길어진다. In addition, the fixation time is also helpful in identifying eye movement patterns. 3 is an example of a diagram schematically illustrating a movement pattern of a specific learner's gaze. Referring to FIG. 3 , in order to show the movement pattern of the gaze, the fixation time of the gaze at each gaze fixation point is indicated by the size of a circle. That is, the larger the size of the circle, the longer the fixation time.

이러한 시선의 움직임 패턴을 이용하는 것은, 시선 정보 중에서 고정점의 수와 고정시간이 학습자의 학습 정도 및 인지 부하와 깊은 상관 관계를 보이고 있다는 것을 이용하는 것이다. 따라서 시선의 움직임 패턴을 이용하면, 학습자의 학습 상태를 파악하는 요소로 활용할 수 있으며, 이를 통하여 콘텐츠의 해당 영역에 대한 학습자의 시각적 주의 정도를 파악할 수가 있다. The use of such eye movement patterns is to use the fact that the number of fixation points and fixation time among gaze information show a deep correlation with the learner's learning degree and cognitive load. Therefore, using the eye movement pattern, it can be used as an element to determine the learning state of the learner, and through this, the degree of visual attention of the learner to the corresponding area of the content can be grasped.

수업 참여 상태 판단부(130)는 산출부(120)가 산출한 학습자들의 시선 고정점의 분포를 이용하여, 학습자들 각각이 수업의 진행에 맞춰서 정상적으로 참여하고 있는지를 판단한다. The class participation state determination unit 130 determines whether each of the learners normally participates in line with the progress of the class, using the distribution of gaze fixation points of the learners calculated by the calculation unit 120 .

여기서, '학습자들의 시선 고정점의 분포'란 임의의 시간에 얻어지는 각 시선 고정점에서의 학습자의 수'를 가리킨다. 보다 구체적으로, 산출부(120)는 특정 시간에 N명의 학습자 각각에 대하여 시선 고정점을 산출한다. 이 때, N명의 학습자 각각의 시선 고정점은 일부 또는 전부가 중복되기도 하고, 일부 학습자의 시선 고정점은 다른 학습자와는 중복되지 않을 수도 있다. 여기서, '학습자들의 시선 고정점의 분포'는 산출부(120)에서 얻어지는 시선 고정점들 각각에 몇 명의 학습자가 해당되는지를 가리키는 통계 데이터이다.Here, the 'distribution of gaze fixation points of learners' refers to the number of learners at each gaze fixation point obtained at an arbitrary time. More specifically, the calculation unit 120 calculates gaze fixation points for each of the N learners at a specific time. At this time, some or all of the gaze fixation points of each of the N learners may overlap, and the gaze fixation points of some learners may not overlap with other learners. Here, the 'distribution of gaze fixation points of learners' is statistical data indicating how many learners correspond to each of the gaze fixation points obtained from the calculation unit 120 .

일례로, 수업 참여 상태 판단부(130)는, 소정 집단의 학습자(예컨대, N명의 학습자) 중에서 특정 영역에 시선 고정점이 해당되는 학습자가 상대적으로 많은 경우에, 이 영역을 주시 영역으로 결정한 다음, 각 학습자의 시선 고정점이 주시 영역에 해당되는지에 기초하여, 해당 학습자의 수업 참여 상태를 판단할 수 있다. 즉, 특정 학습자의 시선 고정점이 주시 영역에 해당될 경우에는 수업에 정상적으로 참여하고 있는 것으로 판단하지만, 시선 고정점이 주시 영역에 해당되지 않는 경우에는 수업에 정상적으로 참여하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우에, 시선 고정점이 산출되지 않는 학습자도 수업에 정상적으로 참여하지 않는 것으로 판단할 수 있으나, 이것은 단지 예시적인 것이다.As an example, the class participation state determining unit 130, when there are a relatively large number of learners having gaze fixation points in a specific area among a predetermined group of learners (eg, N learners), determines this area as the gaze area, Based on whether each learner's gaze fixation point corresponds to the gaze region, the class participation state of the learner may be determined. That is, if the gaze fixation point of a specific learner corresponds to the gaze area, it is determined that the learner is normally participating in the class, but if the gaze fixation point of the specific learner does not correspond to the gaze area, it may be determined that the learner does not normally participate in the class. In this case, it may be determined that a learner whose gaze fixation point is not calculated also does not normally participate in the class, but this is just an example.

본 발명의 실시예에 의하면, 주시 영역을 결정하기 위하여 몇 명의 학습자가 해당 영역이 시선 고정점이 되어야 하는지에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 전체 N명의 학습자 중에서 절반 이상의 학습자가 같은 영역을 응시(즉, 시선 고정점이 일치 또는 중첩)하거나 또는 바람직하게는 2/3 이상 또는 3/4 이상의 학습자가 같은 영역을 응시하는 경우에, 해당 영역을 주시 영역으로 결정할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, there is no particular limitation on the number of learners whose gaze area should be the gaze fixation point in order to determine the gaze area. For example, if more than half of all N learners gaze at the same area (that is, gaze fixation points coincide or overlap), or preferably 2/3 or more or 3/4 or more learners gaze at the same area , the corresponding region may be determined as the gaze region.

다른 예로, 수업 참여 상태 판단부(130)는 학습자들의 시선 고정점의 분포와 함께 해당 시선 고정점에서의 고정시간도 수업 참여 상태의 판단에 이용할 수도 있다. 이 경우에, 수업 참여 상태 판단부(130)는 각 학습자의 시선의 고정점이 주시 영역에 해당되는지는 물론 주시 영역에 시선이 고정되는 고정시간을 종합적으로 고려하여, 해당 학생의 수업 참여 상태를 판단할 수도 있다.As another example, the class participation state determination unit 130 may also use the distribution of gaze fixation points of learners and the fixation time at the corresponding gaze fixation point to determine the class participation state. In this case, the class participation state determination unit 130 comprehensively considers whether the fixation point of each learner's gaze corresponds to the gaze region and the fixed time during which the gaze is fixed on the gaze region to determine the student's class participation state. You may.

또 다른 예로, 수업 참여 상태 판단부(130)는 학습자들의 시선 고정점의 분포와 함께, 해당 시선 고정점에서의 고정시간 및 이의 경시적 변화도 수업 참여 상태의 판단에 이용할 수도 있다. 이 경우에, 수업 참여 상태 판단부(130)는 각 학습자의 시선의 고정점이 주시 영역에 해당되는지, 주시 영역에 시선이 고정되는 고정시간 및 시선 고정점의 변화 등과 같은 학습자의 시선의 움직임을 고려하여, 해당 학생의 수업 참여 상태를 판단할 수도 있다.As another example, the class participation state determination unit 130 may also use the distribution of gaze fixation points of the learners, the fixation time at the gaze fixation point, and its change over time to determine the class participation state. In this case, the class participation state determining unit 130 considers the movement of the learner's gaze, such as whether the fixation point of each learner's gaze corresponds to the gaze area, the fixation time when the gaze is fixed on the gaze area, and the change in the gaze fixation point. Thus, the class participation status of the student may be determined.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 수업 참여 상태 판단부(130)는 학습자의 수업 참여 상태를 판단하기 위하여, 화면에 표출되는 온라인수업 콘텐츠 정보를 함께 이용할 수도 있다. 이를 위하여, 수업 참여 상태 판단부(130)는 온라인수업에 사용되는 콘텐츠에 대한 콘텐츠 정보를 외부로부터 수신하거나 또는 화면에 표출되는 데이터로부터 콘텐츠 정보를 수집할 수도 있다. 이러한 콘텐츠 정보는 과목, 실행(강의) 시간, 콘텐츠 아이디 등일 수 있으며, 여기에 한정되지 않는다. 그리고 하나의 화면에 여러 개의 콘텐츠가 혼합되어 구성된 경우에는, 화면의 개별 영역(학습 영역) 단위로 각각의 콘텐츠 정보를 수집할 수도 있다. 이에 의하면, 학습자의 수업 참여 상태를 판단함에 있어서, 콘텐츠 정보도 함께 고려함으로써, 수업 과목의 종류나 학령 등에 맞춰서 보다 적응적으로 수업 참여 상태를 판단하는 것이 가능하다.According to one aspect of the present embodiment, the class participation state determination unit 130 may also use online class content information displayed on the screen to determine the learner's class participation state. To this end, the class participation state determining unit 130 may receive content information about content used in online classes from the outside or collect content information from data displayed on the screen. Such content information may include, but is not limited to, subject, execution (lecture) time, content ID, and the like. In addition, when a plurality of contents are mixed and configured on one screen, each content information may be collected in units of individual areas (learning areas) of the screen. According to this, in determining the learner's class participation status, it is possible to determine the class participation status more adaptively according to the type of class subject or school age by also considering content information.

이러한 수업 상태 참여 판단부(130)는 비지도 학습 인공지능 기반의 온라인 수업 참여도 탐지 모델을 이용하여 구현될 수도 있다. 이에 의하면, 수업 상태 참여 판단에 인공지능 기술을 활용하므로 보다 효과적이고 정확한 판단이 가능하다. 그리고 비지도 학습을 이용하기 때문에, 인공지능의 학습을 위하여 상당히 많은 양의 학습 데이터를 미리 준비할 필요도 없을 뿐만 아니라 초기화하기 위한 사전 지식이 필요 없고, 유사한 상태들의 중심값만을 저장하므로 데이터의 크기도 작다. 또한, 실제 수행된 판단 자료를 가지고 해당 모델을 업데이트할 수 있기 때문에, 실제 사용을 계속함에 따라 보다 정확한 판단이 가능하다.The class state participation determination unit 130 may be implemented using an online class participation detection model based on unsupervised learning artificial intelligence. According to this, since artificial intelligence technology is used to determine class participation, more effective and accurate judgment is possible. In addition, since unsupervised learning is used, there is no need to prepare a large amount of training data in advance for AI learning, and no prior knowledge for initialization is required, and only the central value of similar states is stored, so the size of the data is also small In addition, since the corresponding model can be updated with actually performed judgment data, more accurate judgment is possible as actual use continues.

비지도 학습 인공지능 기반의 온라인 수업 참여도 탐지 모델을 구축하기 위하여, 우선 비지도 학습 기반 수업 참여도 맵을 생성한다. 수업 참여도 맵은 비지도 학습을 이용하여 비대면 온라인수업에 참여하는 학습자들의 다양한 학습 참여 행태를 생성해낼 수 있는 핵심 알고리즘이다. 이를 위하여, 우선 비지도 학습 기반으로 수업 참여도 패턴을 생성하는데, SOM(Self-Organizing Map), GAN(Generative Adversarial Networks) 등과 같은 비지도 학습 알고리즘을 이용할 수 있다. 이에 의하면, 우선 획득된 데이터들로부터 후보 변수에 대한 특징값을 추출한 다음, 추출한 특징값을 각각의 수업 과목 분류별 비대면 온라인 수업 참여 행태에 따라 클러스터링하여 수업 참여도 맵을 생성할 수 있다. 이에 의하면, 데이터베이스 생성 비용을 줄일 수 있다.In order to build an online class participation detection model based on unsupervised learning artificial intelligence, first, an unsupervised learning-based class participation map is created. The class participation map is a key algorithm that can generate various learning participation behaviors of learners participating in non-face-to-face online classes using unsupervised learning. To this end, a class participation pattern is first generated based on unsupervised learning, and unsupervised learning algorithms such as Self-Organizing Map (SOM) and Generative Adversarial Networks (GAN) may be used. According to this, a class participation map may be generated by first extracting feature values for candidate variables from the obtained data, and then clustering the extracted feature values according to the non-face-to-face online class participation behavior for each class of class. According to this, it is possible to reduce the cost of creating a database.

특징 추출 단계에서는 시선 고정점의 위치, 시선의 고정시간, 콘텐츠 응시 빈도, 시선 고정 여부 등 수집된 데이터로부터 획득한 후보 변수에 대하여 특징값을 추출하는데, 이 경우에 수업 과목 분류를 토대로 각각의 특징값을 추출할 수 있다. 이 때, 산출된 측정값들은 최대값과 최소값의 비율이 서로 다르고 또한 그 값이 매우 클 수 있기 때문에 [-1, 1] 또는 [0, 1]의 범위로 정규화한다. 이에 의하여, 정규화된 측정값들은 최대값과 최소값의 비율이 표준화되고 또한 해당 범위를 벗어나는 측정값은 오류로 판별할 수 있어서, 데이터 노이즈 제거에 도움이 된다. In the feature extraction step, feature values are extracted for candidate variables obtained from the collected data, such as the location of the gaze fixation point, gaze fixation time, content gaze frequency, and gaze fixation. value can be extracted. At this time, the calculated measured values are normalized to the range of [-1, 1] or [0, 1] because the ratio of the maximum value and the minimum value is different from each other and the value may be very large. As a result, the ratio of the maximum value to the minimum value of the normalized measurement values is standardized, and a measurement value outside the corresponding range can be determined as an error, which is helpful in removing data noise.

그리고 특징값들의 중복 제거 및 차원 축소 과정이 수행된다. 보다 구체적으로, 특징들 중에는 시선 움직임 특징에 관련이 없거나 또는 서로 상관성이 높은 특징들이 혼재되어 있을 수 있기 때문에, 선택된 후보 변수(특징)의 중복을 제거함으로써 차원을 축소한다. 이 때, 복수의 특징 중에서 핵심 특징을 추출하기 위해, 주성분 분석(Pricipal Component Analysis, PCA) 등과 같은 차원 축소 알고리즘을 활용하거나 또는 주성분 분석과 특징 선택 알고리즘을 조합할 수도 있다. Then, redundancy removal and dimensionality reduction of feature values are performed. More specifically, since features unrelated to gaze movement features or highly correlated features may be mixed among the features, the dimension is reduced by removing redundancy of the selected candidate variables (features). At this time, in order to extract a core feature from among a plurality of features, a dimensionality reduction algorithm such as principal component analysis (PCA) may be used or a principal component analysis and feature selection algorithm may be combined.

그리고 SOM이나 GAN을 포함하는 비지도 학습 알고리즘을 이용하여, 추출된 특징값을 각각의 수업과목 분류별 비대면 온라인수업 참여 행태에 따라 클러스터링하여 '비지도 학습 기반 수업 참여도 맵'을 생성하여 강화 학습을 수행한다. 강화 학습을 하는 동안, 여러 에피소드들을 경험해야 하는데, 목표 상태는 한 에피소드의 끝으로 다음 상태로 전이되지 않기 때문에, 클러스터링된 다른 상태와 같이 다룰 수 없으므로, 목표 상태를 중심으로 갖는 클러스터를 추가하여, '비지도 학습 기반 수업 참여도 맵'을 구성하는 노드의 수는 "클러스터의 수×가능한 행동의 수 + 1"이 된다. 강화 학습에 의하여 기존에 생성된 비지도 학습 기반 수업 참여도 맵과의 비교를 통해 해당 모델을 계속 업데이트함으로써 판단의 정확도를 높일 수 있다. In addition, by using an unsupervised learning algorithm including SOM or GAN, the extracted feature values are clustered according to the non-face-to-face online class participation behavior for each subject category, and an 'unsupervised learning-based class participation map' is created for reinforcement learning. Do it. During reinforcement learning, several episodes must be experienced. Since the target state does not transition to the next state at the end of one episode, it cannot be treated like other clustered states. By adding a cluster centered on the target state, The number of nodes constituting the 'unsupervised learning-based class participation map' is "the number of clusters × the number of possible actions + 1". Accuracy of judgment can be improved by continuously updating the corresponding model through comparison with the previously generated unsupervised learning-based class participation map by reinforcement learning.

피드백부(140)는 수업 참여 상태 판단부(130)의 판단 결과에 기초하여, 학습자들에게 알림 메시지 등을 피드백을 제공한다. 예를 들어, 피드백부(140)는 수업 참여 상태 판단부(130)가 수업에 참여하지 않고 있는 판단한 학습자에게만 주의 기울임 경고, 현재 상태, 페널티 정보 등의 내용이 포함된 알림 메시지를 전송할 수 있다. 이 경우, 알림 메시지는 해당 학습자가 온라인 수업용으로 사용하고 있는 개인용 전자 기기로 전송되어서 화면에 팝업 형태로 표시되거나 또는 해당 학습자의 스마트 폰과 같은 휴대 단말로 전송될 수도 있다. 실시 형태에 따라서는, 피드백부(140)는 학습자 개개인에게 뿐만 아니라 교사(강사)나 학부모 등에게도 알림 메시지와 같은 수업 참여 상태 판단부(130)의 판단 결과를 소정의 메시지 형태로 전송할 수 있다. The feedback unit 140 provides feedback such as a notification message to the learners based on the determination result of the class participation state determination unit 130 . For example, the feedback unit 140 may transmit a notification message including contents such as attention warning, current status, and penalty information only to the learner determined by the class participation state determination unit 130 to be not participating in the class. In this case, the notification message may be transmitted to a personal electronic device used by the learner for online classes and displayed in a pop-up form on the screen or transmitted to a mobile terminal such as a smart phone of the learner. Depending on the embodiment, the feedback unit 140 may transmit the judgment result of the class participation status determination unit 130 in the form of a predetermined message, such as a notification message, not only to individual learners but also to teachers (instructors) or parents.

이상의 설명은 실시예에 불과할 뿐이며 이에 의하여 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 후술하는 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 따라서 전술한 실시예가 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 자명하다.The above description is only an example and should not be construed as being limited thereto. The technical idea of the present invention should be specified only by the invention described in the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present invention. Therefore, it is obvious to those skilled in the art that the above-described embodiment can be implemented in various forms.

Claims (7)

시선 추적 장치를 구비한 개인용 전자 기기로 비대면 온라인수업을 받는 다수의 학습자들이 각각 상기 온라인수업의 진행에 맞춰서 참여하고 있는지를 탐지하기 위한 장치에 있어서,
상기 시선 추적 장치로 획득한 시선추적 데이터를 상기 온라인수업에 참여하는 상기 다수의 학습자들 각각의 상기 개인용 전자 기기로부터 수신하는 데이터 수집부;
상기 데이터 수집부가 수집한 상기 시선추적 데이터를 이용하여, 상기 다수의 학습자들 각각의 시선이 고정된 위치인 시선 고정점을 산출하는 산출부; 및
상기 산출부가 산출한 상기 다수의 학습자들의 상기 시선 고정점의 분포를 이용하여, 상기 다수의 학습자들 각각의 수업 참여 여부를 판단하는 수업 참여 상태 판단부를 포함하고,
상기 수업 참여 상태 판단부는, 상기 다수의 학습자들 각각의 시선 고정점 중에서 가장 많은 학습자가 해당되는 시선 고정점을 주시 영역으로 결정한 다음, 상기 다수의 학습자들 중에서 특정 학습자의 시선 고정점이 상기 주시 영역에 포함되는지에 기초하여 해당 학습자의 수업 참여 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 비대면 온라인수업 참여 탐지 장치.
In the device for detecting whether a plurality of learners receiving non-face-to-face online classes are participating in accordance with the progress of the online class with a personal electronic device equipped with an eye tracking device,
a data collection unit receiving the eye-tracking data acquired by the eye-tracking device from the personal electronic device of each of the plurality of learners participating in the online class;
a calculation unit that calculates a gaze fixation point, which is a location where the gaze of each of the plurality of learners is fixed, using the gaze tracking data collected by the data collection unit; and
A class participation state determining unit for determining whether or not each of the plurality of learners participate in class using the distribution of the gaze fixation points of the plurality of learners calculated by the calculation unit;
The class participation state determining unit determines, among the gaze fixation points of each of the plurality of learners, the gaze fixation point corresponding to the largest number of learners as the gaze region, and then, among the plurality of learners, the gaze fixation point of a specific learner is located in the gaze region. Non-face-to-face online class participation detection device, characterized in that for determining whether the learner participates in the class based on whether it is included.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 산출부는 상기 다수의 학습자들 각각의 상기 시선 고정점에서의 고정시간도 함께 산출하고,
상기 수업 참여 상태 판단부는 상기 시선 고정점과 상기 고정시간에 의한 시선 움직임 정보를 이용하여, 상기 다수의 학습자들 각각의 수업 참여 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 비대면 온라인수업 참여 탐지 장치.
According to claim 1,
The calculation unit also calculates the fixation time at the gaze fixation point of each of the plurality of learners,
The non-face-to-face online class participation detection device, characterized in that the class participation state determination unit determines whether each of the plurality of learners participates in the class using the gaze movement information by the gaze fixation point and the fixation time.
제3항에 있어서,
상기 수업 참여 상태 판단부는, 수업 과목의 종류 및 실행 시간을 포함하는 상기 온라인수업의 콘텐츠 정보도 같이 이용하여, 상기 다수의 학습자들 각각의 수업 참여 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 비대면 온라인수업 참여 탐지 장치.
According to claim 3,
The non-face-to-face online class participation, characterized in that the class participation status determination unit determines whether each of the plurality of learners participate in the class by using the content information of the online class, including the type and execution time of the class subject. detection device.
제4항에 있어서,
상기 수업 참여 상태 판단부는 비지도 학습 인공지능 기반의 온라인수업 참여도 탐지 모델을 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 비대면 온라인수업 참여 탐지 장치.
According to claim 4,
The non-face-to-face online class participation detection device, characterized in that the class participation state determination unit is implemented using an online class participation detection model based on unsupervised learning artificial intelligence.
제1항에 있어서,
상기 수업 참여 상태 판단부가 수업에 참여하고 있지 않은 것으로 판단한 학습자의 상기 개인용 전자 기기로 알림 메시지를 전송하기 위한 피드백부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비대면 온라인수업 참여 탐지 장치.
According to claim 1,
Non-face-to-face online class participation detection device, characterized in that it further comprises a feedback unit for transmitting a notification message to the personal electronic device of the learner determined that the class participation state determination unit is not participating in the class.
시선 추적 장치를 구비한 개인용 전자 기기로 비대면 온라인수업을 받는 다수의 학습자들이 각각 상기 온라인수업의 진행에 맞춰서 참여하고 있는지를 탐지하기 위한 방법에 있어서,
상기 시선 추적 장치로 획득한 시선추적 데이터를 상기 온라인수업에 참여하는 상기 다수의 학습자들 각각의 상기 개인용 전자 기기로부터 수신하는 단계;
상기 수신하는 단계에서 수집한 상기 시선추적 데이터를 이용하여, 상기 다수의 학습자들 각각의 시선이 고정된 위치인 시선 고정점을 산출하는 단계; 및
상기 산출하는 단계에서 산출한 상기 다수의 학습자들 각각의 상기 시선 고정점의 분포를 이용하여, 상기 다수의 학습자들 각각의 수업 참여 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
상기 판단하는 단계에서는, 상기 다수의 학습자들 각각의 시선 고정점 중에서 가장 많은 학습자가 해당되는 시선 고정점을 주시 영역으로 결정한 다음, 상기 다수의 학습자들 중에서 특정 학습자의 시선 고정점이 상기 주시 영역에 포함되는지에 기초하여 해당 학습자의 수업 참여 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 비대면 온라인수업 참여 탐지 방법.
A method for detecting whether a plurality of learners receiving a non-face-to-face online class are participating in accordance with the progress of the online class, using a personal electronic device equipped with an eye tracking device,
receiving eye-tracking data obtained by the eye-tracking device from the personal electronic device of each of the plurality of learners participating in the online class;
Calculating a gaze fixation point, which is a location where the gaze of each of the plurality of learners is fixed, using the gaze tracking data collected in the receiving step; and
Using the distribution of gaze fixation points of each of the plurality of learners calculated in the calculating step, determining whether each of the plurality of learners participates in class,
In the step of determining, the gaze fixation point corresponding to the largest number of learners among the gaze fixation points of each of the plurality of learners is determined as the gaze region, and then the gaze fixation point of a specific learner among the plurality of learners is included in the gaze region. Non-face-to-face online class participation detection method, characterized in that for determining whether the learner participates in the class based on whether or not
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