[瞄准论文讨论]高手的秘密：CSGO职业选手和业余爱好者的物理数据对比
本文主要讨论这篇论文中出现的数据（下称SOG）：
Park, E., Lee, S., Ham, A., Choi, M., Kim, S., & Lee, B. (2021, May). Secrets of Gosu: Understanding Physical Combat Skills of Professional Players in First-Person Shooters. In Proceedings of the 2021 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (pp. 1-14).
此文通讯作者Byungjoo Lee教授曾就职于韩国科学技术院，现就职于韩国延世大学电子竞技实验室(Yonsei Esports Lab)，在人机交互方向有不少工作，其中包括几篇对鼠标瞄准点击行为进行建模的文章，如文末参考中的[2-4]，有机会再做进一步讨论。
SOG召集了8名职业的CSGO玩家(下称pro)和8名业余爱好者，让这两组人分别在aim_map这张地图上进行1v1对战（职业玩家对职业玩家，业余玩家对业余玩家），收集了1097轮对战中包括屏幕录像，鼠标移动，手部动作，眼球追踪，心跳频率等内容在内的大量物理数据，利用这些数据对网上常见的13个关于CSGO的猜想进行验证，其中6个猜想得到了统计学上的支持。本文不会详细复述SOG中的结果，而是试图对其中一些与FPS游戏瞄准相关的数据进行讨论，感兴趣的读者可以阅读SOG原文。
1. 在游戏过程中pro的(手臂转动角度/手腕转动角度)为2.95，而业余爱好者为1.22，pro对手臂移动的依赖显著高于业余爱好者，与社区中通常的认知相符。不过这也可能是此次实验样本中业余爱好者灵敏度较高导致的结果。在1000dpi下，参与实验的pro平均步枪灵敏度为0.91，业余爱好者则为2.03。如果挑选出灵敏度相似pro和业余爱好者进行对比，不知道会得到怎样的结果。
2. 目前的研究表明（可参考[2, 5]的参考文献）人控制鼠标瞄准目标的过程更接近于一个间歇控制（intermittent control）过程，在瞄准的过程中，人会每隔一段时间通过外界输入的信息（如目标和指针的位置、速度）预测一小段时间后目标和指针所在的位置，调整接下来手部的发力。人的这种间歇控制行为可能与心理不应期（psychological refractory period）相关。因此，用鼠标瞄准目标的动作其实是由数个子动作（submovement）组成的，[6]中提出每一个子动作可以用鼠标速度的一个局部最小-最大-最小构成的峰来表示。
SOG对比了pro和业余爱好者在开枪前最后一个submovement中手腕转动的角速度，其中pro在使用步枪和狙击枪时的鼠标平均角速度分别为0.03 rad/ms和0.05 rad/ms，而业余爱好者的两项数据则分别为0.01 rad/ms和0.02 rad/ms。可以看到，在开枪前的最后一次动作中，pro的手腕转动得比业余爱好者快，使用狙击枪的情况下手腕转动得比使用步枪的情况快。有趣的是，将这一速度乘上灵敏度后，pro的两项数据分别为0.03和0.05，而业余爱好者则分别为0.03和0.06，这说明尽管pro的手动得更快，但pro和业余爱好者在最后一次修正时视角转动的速度是相似的。对此一种合理的猜测是，最后一次修正时合理的视角转动速度可以让准心较准确和较长时间地停留在目标上，从而增加开枪可以命中目标的时间窗口。
另一个有意思的数据是瞄准过程中子动作的次数。此次实验中从看到目标到第一次开枪的平均时间为460.48ms，因此SOG统计了开枪前460.48ms鼠标速度局部最小和最大值的个数，根据[6]中的方法，我们可以认为一组连续的鼠标速度局部最小和最大值对应一个子动作。pro在使用步枪和狙击枪时速度局部最值的个数分别为4.13和2.73，而业余爱好者则分别为4.57和2.97。可以看到，使用步枪瞄准时平均需要2次子动作，而在使用狙击枪时则不足1.5次，这与我们对狙击枪一次定位较多的印象相符。pro在瞄准过程中的子动作则显著少于业余爱好者，这也与我们对pro瞄准动作更干脆的印象相符。而在使用步枪瞄准时，即使是pro也需要平均一次的修正，这说明修正在目标较小时很可能是必要的，只是有时候我们未必意识到自己做了修正。
对我来说一组比较奇怪的数据是，pro在使用步枪时从看到敌人到开枪平均需要426.77ms，在使用狙击枪时则需要459.54ms。而从上面的数据来看，使用狙击枪时的子动作更少，理应开枪更快。一种可能是使用狙击枪时敌人出现的位置离视线中心更远，从而需要更长的反应时间和鼠标移动时间。这一组数据可能还需要更详细的数据来做进一步的解释。
3. 人眼大部分时间里都在fixation(注视)和saccade(眼跳)两个动作间切换。根据wiki的介绍，人的视网膜上有一块被称为中心凹(fovea)的部分，这一部分的分辨率很高，但只有1-2度的视角。当人在观察物体时，会通过将中心凹的视野对准物体的不同部分来获取更多的信息。每次移动注视点后眼睛都会在新的注视点上停留一段时间以获得足够的信息，这一停留的动作称为fixation。而两次fixation间眼睛的快速移动被称为saccade。每次fixation的平均持续时间约为250ms，但在不同情况下变化很大。
SOG统计了pro和业余爱好者200ms以上fixation的平均持续时间，pro在敌人可见和不可见时的数值分别为713.71ms和559.73ms，而业余爱好者则分别为482.40ms和321.09ms。可以看到，在敌人可见时fixation的持续时间要显著高于敌人不可见时，pro的平均fixation时间要显著高于业余爱好者。这说明pro在游戏中能更专注地观察，将视线更长时间地停留在一个地方。pro在敌人可见和不可见时的平均saccade频率为2.51hz和2.75hz，业余爱好者则分别为2.52hz和2.58hz，两者之间并没有显著的差别。我们通常认为pro能更好地收集屏幕上的信息，根据saccade的数据来看，这可能并不是因为pro更频繁地切换屏幕上的关注点，而是因为pro能更高效地选择关注点，从而在同样的时间中获得更多的信息。
然而，我觉得上述关于fixation和saccade的数据似乎是矛盾的。如果pro每秒的saccade次数为2.5次，平均的fixation时间应该为400ms，与数据差别较大。有可能是我对数据的理解有误，也可能是数据处理出了问题。
最后，SOG发现pro和业余爱好者在游戏时的肌肉活性（muscle activity）没有显著的差异，这可能说明pro和业余爱好者在游戏时的肌肉紧张程度是相似的。由于我并不了解这一数据的具体涵义，上面的理解可能有误，欢迎读者指出。
下面附上SOG中提供的统计数据表格，读者可以找找还有什么有意思的现象，关于数据的解释基本都可以在原文中找到。
参考：
[1] Park, E., Lee, S., Ham, A., Choi, M., Kim, S., & Lee, B. (2021, May). Secrets of Gosu: Understanding Physical Combat Skills of Professional Players in First-Person Shooters. In Proceedings of the 2021 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (pp. 1-14).
[2] Park, E., & Lee, B. (2020, April). An Intermittent Click Planning Model. In Proceedings of the 2020 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (pp. 1-13).
[3] Do, S., Chang, M., & Lee, B. (2021, May). A Simulation Model of Intermittently Controlled Point-and-Click Behaviour. In Proceedings of the 2021 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (pp. 1-17).
[4] Lee, B., & Bang, H. (2013). A kinematic analysis of directional effects on mouse control. Ergonomics, 56(11), 1754-1765.
[5] Martín, J. A. Á., Gollee, H., Müller, J., & Murray-Smith, R. (2021). Intermittent control as a model of mouse movements. ACM Transactions on Computer-Human Interaction (TOCHI), 28(5), 1-46.
[6] Lee, B., Nancel, M., & Oulasvirta, A. (2016). AutoGain: Adapting Gain Functions by Optimizing Submovement Efficiency. arXiv preprint arXiv:1611.08154.
