高宇童 李莉 王文萌

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2021）12-0148-03

引言

孤獨(dú)癥又稱自閉癥，是發(fā)生于兒童早期的一種涉及感知覺、情感、語言、思維和動作與行為等多方面的發(fā)育障礙，也是廣泛發(fā)育障礙中最為常見和典型的病態(tài)癥狀。我國自閉癥兒童群體逐年遞增，危及數(shù)百萬家庭和數(shù)千萬家庭社會成員的福祉。本研究以“VR+健康”拓展虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用空間為切入點(diǎn)，基于認(rèn)知行為療法，為自閉癥兒童早期干預(yù)和融合教育提供支撐，有效降低了心理障礙對其成長發(fā)育的不良影響，減輕眾多家庭困苦和社會負(fù)擔(dān)。國外學(xué)者M(jìn)ayes及其同事研究了1033名自閉癥兒童（651名高功能自閉癥兒童和382名低功能自閉癥兒童），發(fā)現(xiàn)41%的兒童報(bào)告有特殊的心理恐懼源（例如刺激性聲音、公交街道場景等）。Morag為參與的兒童設(shè)計(jì)了專門的VR虛擬康復(fù)空間幫助兒童克服對特定社交場合的恐懼心理，以及Daniel在他的論文中提到獎勵(lì)行為有助于自閉癥兒童主動克服過敏性音源的心理障礙。

VR技術(shù)有安全性高，延展性強(qiáng)，定制性靈活等諸多特點(diǎn)。因此通過虛擬技術(shù)展開對自閉癥兒童的研究與設(shè)計(jì)具有重要意義。

一、孤獨(dú)癥兒童康復(fù)治療發(fā)展與創(chuàng)新

據(jù)《中國自閉癥教育康復(fù)行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r報(bào)告3》的數(shù)據(jù)表明，我國12歲以下患兒多達(dá)200余萬，且年增長率達(dá)到10%。同時(shí)，平均100名孤獨(dú)癥兒童里，只有2名兒童能夠得到專業(yè)的康復(fù)訓(xùn)練。

在上個(gè)世紀(jì)末，隨著人們對自閉癥兒童的關(guān)注提高，我國有組織的自閉癥兒童康復(fù)也在逐漸興起。許多城市的特教機(jī)構(gòu)逐漸開展對自閉癥兒童的康復(fù)教學(xué)訓(xùn)練，也有一些政府承辦和民營組織專為自閉癥兒童設(shè)立了康復(fù)機(jī)構(gòu)。它們均在推動自閉癥兒童康復(fù)事業(yè)發(fā)展的進(jìn)程中發(fā)揮著重要和積極的作用。

隨著高性能電腦、手機(jī)的發(fā)展，人們對數(shù)字化的交互方式有了更廣泛的接觸。同時(shí)也大大降低了電子產(chǎn)品的傳播與應(yīng)用門檻，在可預(yù)見的未來，數(shù)字化的輔療手段將成為未來自閉癥兒童康復(fù)研究中的重點(diǎn)，為更多的自閉癥兒童提供康復(fù)服務(wù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為自閉癥譜系障礙（ASD）兒童提供了一種易獲得和高互動的媒介，使他們能夠在個(gè)性化、可控和安全的環(huán)境中學(xué)習(xí)和實(shí)踐技能。

然而，VR技術(shù)在自閉癥兒童教育中的應(yīng)用還處于起步階段，大部分相關(guān)康復(fù)教育工作者，不具備設(shè)計(jì)開發(fā)孤獨(dú)癥兒童虛擬康復(fù)空間的技術(shù)。

二、VR虛擬空間輔療手段應(yīng)用與分析

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域一直備受關(guān)注，尤其是在虛擬仿真認(rèn)知環(huán)節(jié)。基于VR技術(shù)的虛擬教學(xué)系統(tǒng)，有利參與者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的VR虛擬場景中對顯性知識進(jìn)行直觀的三維理解，通過反復(fù)演練強(qiáng)化對規(guī)定知識的理解和掌握，有利于提高教育質(zhì)量和效果。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)允許重現(xiàn)一個(gè)社會情境，以幫助理解它是如何運(yùn)作的。

應(yīng)用于自閉癥學(xué)生的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的設(shè)計(jì)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主要目標(biāo)：一方面是表情和行為個(gè)體現(xiàn)實(shí)意義，另一方面是社會意義。在第一個(gè)方面意味著虛擬空間要對自閉癥兒童的行為起到正向引導(dǎo)，減少其刻板行為、特定現(xiàn)象恐懼心理、暴沖等現(xiàn)象;第二個(gè)方面要著重增強(qiáng)自閉癥兒童與他人的交流，幫助他們走出自閉。同時(shí)，自閉癥兒童空間設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下三個(gè)原則：安全原則，認(rèn)知探索原則，趣味性原則。VR虛擬空間能非常方便地達(dá)到上述三個(gè)原則。安全原則體現(xiàn)在VR交互空間多為室內(nèi)交互，并可以通過警示提醒、正向引導(dǎo)等手段提升兒童危險(xiǎn)意識;認(rèn)知探索原則可以通過詳細(xì)且系統(tǒng)的流程以及超越現(xiàn)實(shí)的豐富視聽展示手段來實(shí)現(xiàn);趣味性原則可以通過模擬兒童喜歡的形象，以及獎勵(lì)機(jī)制大大提升兒童的主動交互興趣。

目前已經(jīng)有部分國內(nèi)外的研究人員設(shè)計(jì)了針對具體自閉癥兒童的虛擬現(xiàn)實(shí)暴露療法（virtual reality exposure therapy，VRET），是將傳統(tǒng)暴露心理療法通過軟件模擬，并且在視聽體驗(yàn)上最大程度還原行為治療效果的一種新興技術(shù)。也是經(jīng)典的現(xiàn)實(shí)情境暴露療法的替代性治療形式。虛擬現(xiàn)實(shí)整合了即時(shí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、身體感覺傳感、視覺成像技術(shù)，給參與者提供近似真實(shí)的、可以沉浸和交互作用的虛擬環(huán)境。主要針對視覺與聽覺方面的康復(fù)強(qiáng)化。

但隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的飛速發(fā)展，以及更好的虛擬引擎的研發(fā)，孤獨(dú)癥兒童康復(fù)虛擬空間能通過新技術(shù)的形式對VR交互體驗(yàn)帶來極大的提升。

三、基于VR虛擬技術(shù)的孤獨(dú)癥康復(fù)服務(wù)設(shè)計(jì)應(yīng)用

（一）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段

1.VR開發(fā)的軟硬件選擇

目前市面上常見的VR開發(fā)引擎主要有兩款Unity3D和Unreal4，兩款軟件都具有較強(qiáng)的研發(fā)擴(kuò)展性，并且已經(jīng)有學(xué)者通過它們開發(fā)過為孤獨(dú)癥兒童的虛擬康復(fù)空間。為文章的實(shí)驗(yàn)提供了先導(dǎo)性的論證。為在最大程度上保證康復(fù)空間的真實(shí)性，減少參與者在基礎(chǔ)VR設(shè)備時(shí)的不適，選擇了光影效果渲染更加真實(shí)的UNreal4引擎。

在VR頭顯硬件選擇上，有VR手機(jī)投屏，VR頭顯一體機(jī)以及連線式VR頭顯。其中：VR手機(jī)盒子最為廉價(jià)，成像效果差以及交互動作難以實(shí)現(xiàn);一體機(jī)最為方便，雖然部分產(chǎn)品也會配備控制器，但性能一般用來觀看VR電影較為合適。連線式VR眼鏡雖然較為笨重，但是性能強(qiáng)勁視覺表現(xiàn)能力強(qiáng)，往往會配套多功能遙控器手柄?？砷_發(fā)性高，適用于開發(fā)互動性強(qiáng)，趣味性高的孤獨(dú)癥康復(fù)空間設(shè)計(jì)。其中我們選擇兼容性強(qiáng)的HTCvive作為具體使用硬件。并且該套設(shè)備可以通過兩個(gè)定位器來實(shí)現(xiàn)一定區(qū)域內(nèi)的自由活動和高度判斷。

2.參與本實(shí)驗(yàn)的孤獨(dú)癥兒童

在所有自閉癥兒童中有高功能孤獨(dú)癥兒童和低功能自閉癥兒童的區(qū)別，高低之分體現(xiàn)在自閉癥兒童是否有嚴(yán)重的智力障礙、語言能力是否嚴(yán)重缺失?？紤]到自閉癥兒童的初期配合程度，文章選用的均為高功能自閉癥兒童，并且排除具有光學(xué)性癲癇以及3D眩暈癥的人群。

3.評測量表選定

改良笑臉評定量表：采用自我報(bào)告的模擬量表，采用圖片反應(yīng)法，五張臉代表情緒表達(dá)，并附有簡短的描述性文本。同時(shí)通過顏色能使參與者快速區(qū)分表情之間的關(guān)系。

在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，參與者根據(jù)自身體驗(yàn)進(jìn)行選擇一種評價(jià)。該體驗(yàn)評價(jià)采用5分表形式，評分從1-5分別代表：不適應(yīng)且不喜歡、難以適應(yīng)、比較適應(yīng)、快速適應(yīng)、能適應(yīng)且很喜歡，如圖1。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，我們會先播放較為舒緩的VR視頻，讓參與者適應(yīng)VR眼鏡，視頻時(shí)長為5分鐘。

隨后打開起始交互空間，會通過UI設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單的VR控制器操作引導(dǎo)。如圖2，主要分為傳送與點(diǎn)擊?？梢酝ㄟ^左手傳送，右手點(diǎn)擊。傳送功能設(shè)置為拋物線傳送，當(dāng)采取拋物線方式傳送時(shí)，拋物線落點(diǎn)橫定在地面區(qū)域。由于在VR虛擬空間內(nèi)，如果兩個(gè)可以移動到的區(qū)域出現(xiàn)了強(qiáng)烈的高度差，則會對參與者造成認(rèn)知錯(cuò)誤，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界中很難創(chuàng)造出這樣的環(huán)境。并且在拋物線方式傳送時(shí)，會對墻面、柱體等一定高度遮擋進(jìn)行計(jì)算處理，當(dāng)高度高于1M的障礙會設(shè)定為拋物線無法從上方越過。參與者的右手控制器會在虛擬空間內(nèi)射出一條長度為5米的光線，用來輔助瞄準(zhǔn)所選擇的按鈕、物體、開關(guān)等，從而實(shí)現(xiàn)多樣的交互。

在起始房間內(nèi)設(shè)有特定的關(guān)卡選擇按鍵。參與者可以通過控制手柄來選擇自己想要加入的房間，文章根據(jù)VRET和CBT（cognitive-behavior therapy認(rèn)知行為療法）理論一共設(shè)置了三個(gè)交互空間：

1.康復(fù)場地漫游空間，如圖3、4

我國大部分城市的自閉癥兒童并沒有獨(dú)屬于其群體的特教機(jī)構(gòu)，往往和其他障礙兒童混合在一起接受護(hù)理和康復(fù)機(jī)構(gòu)。同時(shí)社會也很難傾注大量資源來為孤獨(dú)癥兒童設(shè)計(jì)完善且全面的康復(fù)教育空間。如圖3，為武漢某自閉癥兒童康復(fù)中心的實(shí)際情況。場地為武漢市某工廠舊址的職工活動中心改造而成。由圖3顯示，其內(nèi)部環(huán)境較差，雖然專門繪制了彩色墻繪，但是總體空間依然陰暗單調(diào)。而虛擬空間交互時(shí)，無需特別大的實(shí)際空間，并且可以做到更加豐富的體驗(yàn)。因此無論是從節(jié)省成本的角度還是提升自閉癥兒童康復(fù)效果的角度，設(shè)計(jì)一款孤獨(dú)兒童虛擬康復(fù)空間變得尤為重要。

康復(fù)漫游場地按照1：1的實(shí)際大小來進(jìn)行建模。根據(jù)現(xiàn)實(shí)中對于自閉癥兒童康復(fù)空間進(jìn)行了模擬設(shè)置，可以用來評測自閉癥兒童對空間內(nèi)的具體元素的喜愛程度，分別設(shè)置了前廳接待區(qū)、沙地沙盤區(qū)、伙伴交互娛樂區(qū)、生活技能模擬區(qū)等。但該場景主要以漫游參觀目的為主，并未按現(xiàn)實(shí)功能進(jìn)行過多的交互設(shè)計(jì)。其中地面，墻面和大塊物體均設(shè)置了玩家碰撞，防止自閉癥兒童在體驗(yàn)過程中發(fā)生肢體穿越和穿透模型的現(xiàn)象，降低參與體驗(yàn)。保證自閉癥兒童盡量以設(shè)計(jì)好的動線路徑來進(jìn)行游覽參觀?？祻?fù)漫游場地整體設(shè)計(jì)整體立面簡潔，色彩明亮，并且墻面繪有卡通圖案，為自閉癥兒童提供了舒適的空間、趣味的體驗(yàn)。

2.海邊交互空間

許多孤獨(dú)癥患兒對特定生活音源具有過激反應(yīng)，這些刺激音源進(jìn)一步導(dǎo)致他們難以參與到正常的社會活動中，進(jìn)入更加自閉的惡性循環(huán)。因此，海邊交互空間旨在通過游戲的方式來幫助自閉癥兒童克服過敏音源。這些刺激音頻通過對患兒的老師與家長進(jìn)行溝通，并且專門錄制。很多孤獨(dú)癥兒童的過敏音源可能不止一個(gè)，比如害怕汽車鳴笛聲，兒童合唱聲，以及同齡人的大聲尖叫等，如圖5。

為自閉癥患者開發(fā)的康復(fù)游戲的一個(gè)關(guān)鍵特征：以故事與任務(wù)來進(jìn)行引導(dǎo)和指導(dǎo)型的互動，它提供了長期目標(biāo)。在單獨(dú)設(shè)計(jì)的海邊交互空間中，孩子們會看到一個(gè)游戲內(nèi)的角色（NPC，non-player character非玩家角色），他被設(shè)計(jì)成一個(gè)可愛的海洋公仔形象，負(fù)責(zé)為參與者提供交互任務(wù)指導(dǎo)。玩家必須幫助他尋找和解救分布被困在魔法海灘環(huán)境中海洋泡泡里的生物。在戳破有些海洋泡泡時(shí)發(fā)出的聲音可能會讓他們感到不安。每解救到一個(gè)生物，玩家將獲一定的分?jǐn)?shù)，分?jǐn)?shù)越高對于自閉癥兒童的表現(xiàn)評價(jià)越高。這種獎勵(lì)系統(tǒng)的方法已經(jīng)包含在自閉癥患者的嚴(yán)肅游戲中，用于吸引玩家并鼓勵(lì)他們在游戲中表現(xiàn)出色。

將包含刺激聲音的海洋泡泡用不同的顏色來表示，而不包含刺激音源的海洋泡泡為最基礎(chǔ)的藍(lán)色。當(dāng)玩家與包含他們恐懼刺激音源的泡泡互動時(shí)，分?jǐn)?shù)獎勵(lì)會進(jìn)一步加強(qiáng)。當(dāng)這些生物被成功捕獲時(shí)，玩家將獲得額外的分?jǐn)?shù)獎勵(lì)。這個(gè)額外的獎勵(lì)旨在鼓勵(lì)孩子主動與厭惡的聲音互動。在受試兒童完成戳泡泡的任務(wù)后，被釋放的動物動物會說“謝謝你”等正向激勵(lì)語言。

3.模擬購物空間

許多孤獨(dú)癥兒童具有強(qiáng)烈的社交障礙，而日常購物活動中難免發(fā)生與人交流、排隊(duì)、求助導(dǎo)購尋找商品等人際交互行為。因此，購買日用品這一生活中最常見的生活行為對于孤獨(dú)癥兒童來說也成為難題。

為了幫助孤獨(dú)癥兒童提前適應(yīng)購物環(huán)境，文章建立了一個(gè)虛擬購物空間。內(nèi)含可以通過VR控制器來購買商品的貨架多個(gè)，以及一個(gè)收銀員角色（NPC）。收銀員形象通過最新的MetaHuman技術(shù)制作，可以進(jìn)行簡單的語言、表情、肢體動作交互。虛擬形象逼真，且動作流暢，以最大的真人仿真狀態(tài)與參與者進(jìn)行溝通和交流。以期強(qiáng)化參與者的互動能力。虛擬交互空間在此環(huán)節(jié)具有高安全性，無變動風(fēng)險(xiǎn)，交互環(huán)節(jié)全部可以設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。可以在最可靠的環(huán)境下幫助兒童提前適應(yīng)環(huán)境，如圖6。

（三）實(shí)驗(yàn)流程

在實(shí)驗(yàn)開始前事先與輔導(dǎo)教師溝通，優(yōu)先派出經(jīng)常接觸并喜歡接觸手機(jī)電腦等電子產(chǎn)品的兒童參與實(shí)驗(yàn)。并會邀請所在機(jī)構(gòu)的輔導(dǎo)教師率先對每個(gè)空間進(jìn)行體驗(yàn)和游覽，檢測每個(gè)互動空間是否包含對自閉癥兒童的身心有損害的信息與環(huán)節(jié)。

在三個(gè)空間中，首先通過主界面空間按鈕擺放位置和語言引導(dǎo)，讓參與者依次游覽三個(gè)空間。三個(gè)空間的難度逐步遞增，在第一個(gè)康復(fù)漫游場地空間中，并未設(shè)置出走動、傳送和開門之外的互動環(huán)節(jié)。主要目的為讓參與兒童首先適應(yīng)VR空間，該空間活動范圍較大可供其充分游覽適應(yīng)，該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)體驗(yàn)時(shí)間為3分鐘。

在第二個(gè)海邊空間中，互動環(huán)節(jié)設(shè)置較為簡單，且玩家需要做的任務(wù)只有尋找聲音氣泡和戳破聲音氣泡。以便自閉癥兒童能對動手互動環(huán)節(jié)有了初步的了解，并且通過分?jǐn)?shù)獎勵(lì)的方法使其克服恐懼音源，該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)體驗(yàn)時(shí)間為2分鐘。規(guī)定時(shí)間內(nèi)，獲得的分?jǐn)?shù)越高，對其能力評價(jià)也越高。

而第三個(gè)空間實(shí)驗(yàn)流程較為復(fù)雜，設(shè)置了多個(gè)互動環(huán)節(jié)，受試兒童首先要開門走進(jìn)事先設(shè)計(jì)好的商店空間，之后要去去貨架上挑選自己想要的貨品，最后要走到柜臺前完成支付貨款的任務(wù)。以模擬真實(shí)互動的環(huán)節(jié)幫助自閉癥兒童減緩社交恐懼的癥狀。該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)體驗(yàn)時(shí)間為3分鐘。

（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本次設(shè)計(jì)改善通過虛擬技術(shù)多方面改善了孤獨(dú)癥兒童康復(fù)方法不足的問題，大部分孤獨(dú)癥兒童對這些虛擬空間并未出現(xiàn)強(qiáng)烈不適應(yīng)情況。借由VR控制器傳送移動選擇一片活動范圍，再通過設(shè)定空間內(nèi)走動，允許用戶去到任何想去的地方，這樣的體驗(yàn)方式讓虛擬空間可以被參與者自由探索，充分滿足了參與者的好奇心，更為用戶帶來高質(zhì)量的體驗(yàn)感受。將整體VR交互空間的可探索率提升到最高，充分利用每一塊空間。

所有受試兒童在全部試驗(yàn)流程結(jié)束后根據(jù)笑臉3評測量表對本設(shè)計(jì)進(jìn)行評分，除一名戴上VR頭顯后不敢睜眼的兒童外，其他兒童的評價(jià)均為5分。應(yīng)該值得注意的是：本次評分的準(zhǔn)確性有待考量，此結(jié)果不排除包含輔導(dǎo)教師對患兒平時(shí)進(jìn)行的禮貌性教育的影響。除總體性評價(jià)外，我們還咨詢每位兒童對三個(gè)空間的分別喜愛程度，大部分兒童都選擇了第二個(gè)海邊互動空間，因?yàn)槠漭^為卡通的設(shè)計(jì)風(fēng)格以及游戲化的體驗(yàn)流程，都更受兒童的喜愛。

在父母與教師的評價(jià)中，該套虛擬康復(fù)交互軟件在一定程度上解決了自閉癥兒童難以外出與他人交流溝通的難題?？梢栽谧悴怀鰬舻那闆r下為患兒鋪好踏向社會的第一塊磚。虛擬空間，同時(shí)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)整合的時(shí)候，有相關(guān)學(xué)者針對第二個(gè)海洋實(shí)驗(yàn)環(huán)境的結(jié)果指出：嚴(yán)肅游戲的康復(fù)效能固然突出，但也應(yīng)注意到游戲的成癮性對兒童的影響，不能使得自閉癥兒童克服特定恐懼卻又陷入游戲游戲依賴。綜上所述，本次實(shí)驗(yàn)利用虛擬技術(shù)在自閉癥患兒康復(fù)輔療環(huán)節(jié)中能起到補(bǔ)充和拓展的重要作用。驗(yàn)證了國內(nèi)外研究對于虛擬技術(shù)輔助療法的可行性。

結(jié)論與展望

對弱勢群體的關(guān)懷與設(shè)計(jì)與我們這個(gè)時(shí)代而言是一個(gè)循序漸進(jìn)的主題，孤獨(dú)癥兒童的心理康護(hù)要結(jié)合時(shí)代先進(jìn)技術(shù)，創(chuàng)新地開發(fā)與應(yīng)用其價(jià)值。

孤獨(dú)癥在兒童群體中逐年高發(fā)，但是對其護(hù)理較高、康復(fù)手段較少的問題遲遲沒有一個(gè)良好的解決方案，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步，為更多的孤獨(dú)癥患兒提供了心理康復(fù)的可能性。文章用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的方式為自閉癥兒童提供了定制式的設(shè)計(jì)方案，以虛擬的空間的多種多樣的視聽表現(xiàn)來完成現(xiàn)實(shí)生活中難以實(shí)現(xiàn)的康復(fù)交互體驗(yàn)。VR頭顯的尺寸與重量也存在著改良的空間，如果該項(xiàng)技術(shù)廣泛普及，長期配搭VR頭顯進(jìn)行輔療，對自閉癥兒童的頭部和頸椎的發(fā)育時(shí)候是否有影響，以及佩戴的時(shí)長頻率對其發(fā)育影響的程度也沒有想關(guān)研究對其論證。更應(yīng)注意到孤獨(dú)癥的致病原因復(fù)雜，僅僅幾套交互空間沒辦法決絕所有的兒童心理康復(fù)問題。我們應(yīng)著手開發(fā)針對不同孤獨(dú)癥兒童的具體癥狀而設(shè)計(jì)的虛擬空間，并且密切關(guān)注虛擬技術(shù)在軟硬件上的綜合發(fā)展。以期用創(chuàng)新的技術(shù)與設(shè)計(jì)關(guān)愛和解決自閉癥兒童的成長問題。