摘" 要" 在安全、真實(shí)和可重復(fù)的環(huán)境中提升自閉癥兒童的社會(huì)適應(yīng)能力是自閉癥兒童教育與康復(fù)的核心目標(biāo)之一。從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)自閉癥兒童社會(huì)適應(yīng)能力干預(yù)的適用性出發(fā)，構(gòu)建基于此技術(shù)的沉浸式社會(huì)適應(yīng)干預(yù)系統(tǒng)，并分析此系統(tǒng)的應(yīng)用模式和特色。

關(guān)鍵詞" 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；自閉癥兒童；沉浸式社會(huì)適應(yīng)干預(yù)系統(tǒng)；沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)教室

中圖分類號(hào)：G766" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）08-0029-05

Construction of Immersive Social Adaptation Intervention"System for Children with Autism Spectrum Disorder Based"on Virtual Reality Technology//LIN Qing， LIU Qiaoyun， CHEN Dongfan

Abstract" Improving the social adaptation of children with autism spectrum disorder in safe， authentic and repeatable en-vironments is one of the core objectives of their education and"rehabilitation. Based on the applicability of virtual reality technology in social adaptation intervention of children with autism spectrum disorder， this paper discusses the construc-tion of immersive social adaptation intervention system based"on this technology， and analyzes the operation mechanism and characteristics of this system.

Key words" virtual reality technology; children with autism spectrum disorder; immersive social adaptation intervention system; immersive virtual reality intervention classroom

0" 引言

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）即以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，生成與真實(shí)視、聽、觸感等高度近似的數(shù)字化環(huán)境，使用戶借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互，可以產(chǎn)生親臨對(duì)應(yīng)真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)[1]。這一技術(shù)具有想象性（Imagination）、交互性（Interaction）和沉浸性（Immersion）三大特點(diǎn)[2]。根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的交互性和沉浸性程度的不同，分為非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（Non-Immersive System）、半沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（Semi-Immersive System）和沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（Immersive System）[3]。非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過一般的顯示器或三維顯示器作為使用者對(duì)話虛擬世界的一個(gè)端口；半沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過給用戶提供一些頭部追蹤技術(shù)提高用戶的沉浸感；沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過一些特定的設(shè)備（如位置跟蹤器、頭套顯示器、數(shù)據(jù)手套等）讓用戶產(chǎn)生較強(qiáng)的沉浸感和更自然的交互。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育初次融合始于20世紀(jì)80年代[4]，目前已被廣泛應(yīng)用于特殊兒童情緒識(shí)別[5]、運(yùn)動(dòng)功能[6]及社會(huì)功能[7]的教育與康復(fù)中。自閉癥譜系障礙（autism spectrum disorder，ASD）是一種精神障礙疾病，社會(huì)功能缺陷是其最顯著特征之一[8]。1996年，Strickland首次提出并驗(yàn)證了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以作為自閉癥兒童干預(yù)的一種有效手段[9]。與傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練手段比，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在自閉癥兒童社會(huì)適應(yīng)能力干預(yù)中有諸多優(yōu)勢(shì)。因此，本文提出基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建自閉癥兒童沉浸式社會(huì)適應(yīng)干預(yù)系統(tǒng)，并對(duì)此系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制和特色進(jìn)行討論。

1" 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)自閉癥兒童社會(huì)適應(yīng)

能力干預(yù)的適用性分析

無論自閉癥個(gè)體認(rèn)知能力或語言能力處于何種程度，社會(huì)性功能缺陷都是其最顯著的標(biāo)志之一，且該缺陷不能隨著發(fā)展而改善[10]。社會(huì)性功能缺陷導(dǎo)致自閉癥兒童社會(huì)適應(yīng)能力低下。社會(huì)適應(yīng)能力是指?jìng)€(gè)體為了滿足社會(huì)環(huán)境的要求而逐漸學(xué)會(huì)獨(dú)立地掌握社會(huì)規(guī)范、正確地處理人際關(guān)系、自我控制與調(diào)節(jié)，從而有效地適應(yīng)社會(huì)生活的能力[11]?；謴?fù)和改善自閉癥兒童的社會(huì)性功能，提高其社會(huì)適應(yīng)能力，是自閉癥兒童教育與康復(fù)的核心目標(biāo)之一。目前，自閉癥兒童社會(huì)適應(yīng)能力的主要干預(yù)手段是集中的行為康復(fù)訓(xùn)練，由于缺少專業(yè)培訓(xùn)的治療師，干預(yù)成本高，這一方法對(duì)大多數(shù)自閉癥兒童是不可行的[12]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為自閉癥兒童社會(huì)適應(yīng)能力的干預(yù)提供了新手段和新方向。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在自閉癥兒童社會(huì)適應(yīng)能力的提升中具有很強(qiáng)的適用性。

1）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能為自閉癥兒童營(yíng)造一種安全的干預(yù)環(huán)境。自閉癥兒童面對(duì)陌生的場(chǎng)景容易出現(xiàn)退縮、焦慮、恐懼等情緒[13]，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以減少兒童與真實(shí)情境的接觸，減少兒童焦慮。另外，這一技術(shù)的應(yīng)用只是營(yíng)造一種安全的社會(huì)適應(yīng)的實(shí)踐環(huán)境，并不意味著減少與真實(shí)情境的社會(huì)互動(dòng)。

2）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能呈現(xiàn)符合自閉癥兒童思維特點(diǎn)的信息媒介。自閉癥兒童被稱為視覺學(xué)習(xí)者[14]，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以逼真的視覺呈現(xiàn)效果為特點(diǎn)，可以為自閉癥兒童提供良好的學(xué)習(xí)媒介。

3）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以激發(fā)自閉癥兒童的想象力。研發(fā)者可以在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中自由構(gòu)造任何場(chǎng)景，自閉癥兒童可以從虛擬情境中獲取新知識(shí)，激發(fā)想象力。

4）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以促進(jìn)自閉癥兒童社會(huì)適應(yīng)能力的泛化。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不受時(shí)空限制，可以在不同場(chǎng)景中切換任務(wù)，也可以在不同場(chǎng)景中強(qiáng)化某一技能的習(xí)得，這些都有助于自閉癥兒童將習(xí)得的技能泛化到另一個(gè)場(chǎng)景中。另外，虛擬環(huán)境的高度逼真可以促進(jìn)自閉癥兒童將習(xí)得技能遷移到真實(shí)世界中。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在自閉癥兒童干預(yù)中具有上述優(yōu)點(diǎn)，因此有必要克服傳統(tǒng)教育康復(fù)手段的限制，設(shè)計(jì)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的，具有沉浸感、交互性和想象性的社會(huì)適應(yīng)干預(yù)系統(tǒng)，以激發(fā)自閉癥兒童的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，增加學(xué)習(xí)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)情境學(xué)習(xí)和知識(shí)遷移。

2" 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的自閉癥兒童沉浸式社會(huì)適應(yīng)干預(yù)系統(tǒng)的構(gòu)建

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的自閉癥兒童沉浸式社會(huì)適應(yīng)干預(yù)系統(tǒng)實(shí)際上是以社會(huì)適應(yīng)能力干預(yù)的資源為基礎(chǔ)，以一定的硬件結(jié)構(gòu)和專門的軟件系統(tǒng)為支持，通過沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)教室為自閉癥兒童提供個(gè)別化服務(wù)的智能系統(tǒng)。

2.1" 搭建沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)教室

為了讓自閉癥兒童充分沉浸在虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)環(huán)境中，開發(fā)一個(gè)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)教室。教室由兩個(gè)隔間組成，一個(gè)為沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)教室，用于自閉癥兒童康復(fù)訓(xùn)練活動(dòng)的開展；一個(gè)為實(shí)時(shí)觀察室，用于家長(zhǎng)等人員實(shí)時(shí)觀察兒童的訓(xùn)練情況。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)教室的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

康復(fù)訓(xùn)練室由拼接墻顯示系統(tǒng)、交互工具和音響組成。拼接墻顯示系統(tǒng)包括投影機(jī)組、投影幕組（含觸摸屏）。投影機(jī)組由圖像控制處理器（內(nèi)置在屏幕后面）、視頻分配器（視頻矩陣）和投影機(jī)組成，用于將社會(huì)適應(yīng)干預(yù)系統(tǒng)中的視頻、音頻等信息傳輸?shù)娇祻?fù)訓(xùn)練室的屏幕和音響中。投影幕組（含觸摸屏）由三面環(huán)屏顯示系統(tǒng)組成，相鄰的兩個(gè)屏幕間的視角為105°，用于圖片、視頻和動(dòng)畫等媒介的顯示。交互工具包括位置跟蹤器、頭套顯示器和數(shù)據(jù)手套等可穿戴設(shè)備，兒童通過這些設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互。音響用于聽覺刺激的輸出。

實(shí)時(shí)觀察室由機(jī)柜、同步顯示器和監(jiān)視顯示器組成，兒童在康復(fù)訓(xùn)練中使用的資源可同步顯示在同步顯示器中，監(jiān)視顯示器可實(shí)時(shí)直播兒童的訓(xùn)練過程。

2.2" 開發(fā)社會(huì)適應(yīng)能力課程資源

對(duì)自閉癥兒童的訓(xùn)練，不僅要注意他們已有的能力及局限，還要充分考慮他們所處環(huán)境對(duì)其發(fā)展的要求以及如何利用環(huán)境中的資源對(duì)其進(jìn)行支援與幫助[11]?；趦和粘Ｉ瞽h(huán)境，該系統(tǒng)設(shè)立家庭、學(xué)校、超市、餐廳、游樂場(chǎng)和過馬路六個(gè)主題，每一主題下有四個(gè)課件，共24個(gè)課件。在生態(tài)學(xué)理論指導(dǎo)下，根據(jù)對(duì)社會(huì)適應(yīng)能力的定義及結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，兒童社會(huì)適應(yīng)能力的評(píng)估指標(biāo)包括認(rèn)知能力、社會(huì)情感和社會(huì)行為[11]。根據(jù)兒童在六個(gè)主題中對(duì)社會(huì)適應(yīng)能力的具體需求，每一課件中設(shè)有10個(gè)劇情交互節(jié)點(diǎn)，用于提升兒童的認(rèn)知能力、社會(huì)情感和社會(huì)行為。

2.3" 設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程包括素材收集、場(chǎng)景建模、游戲場(chǎng)景搭建和打包發(fā)布四個(gè)環(huán)節(jié)，如圖2所示。

2.3.1" 素材收集" 素材包括游戲場(chǎng)景中的視覺資源及環(huán)境音、系統(tǒng)提示音等聽覺資源。視覺資源的位置和大小主要通過Google Earth等網(wǎng)站發(fā)布的標(biāo)尺測(cè)距進(jìn)行測(cè)量。聽覺資源中的環(huán)境音通過網(wǎng)絡(luò)搜集，由于聽覺反應(yīng)過度現(xiàn)象在自閉癥兒童中較為普遍[16]，本系統(tǒng)所有環(huán)境音均經(jīng)過聲音濾波處理技術(shù)處理。系統(tǒng)提示音由一名普通話專業(yè)的女性在安靜的實(shí)驗(yàn)室通過麥克風(fēng)和電腦錄制完成，通過Adobe Audition處理。

2.3.2" 場(chǎng)景建模" 為了更加逼真地再現(xiàn)社會(huì)適應(yīng)干預(yù)系統(tǒng)中的場(chǎng)景信息，增加此系統(tǒng)對(duì)自閉癥兒童的吸引力，需要對(duì)系統(tǒng)中的資源進(jìn)行建模。由于3ds Max在模型優(yōu)化和貼圖渲染方面存在優(yōu)勢(shì)，本研究中視覺資源的建模采用這一軟件。視覺資源建模的主要流程為：利用3ds Max中點(diǎn)、線、面的不斷拉伸、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)和增減構(gòu)建簡(jiǎn)單的模型；利用其貼圖制作添加逼真的貼圖效果；利用3ds Max自帶的動(dòng)畫系統(tǒng)制作添加動(dòng)畫效果。在聽覺資源方面，聲音建模主要是對(duì)虛擬場(chǎng)景中三維立體聲音的定位與跟蹤，讓置身于虛擬世界的人能實(shí)時(shí)識(shí)別聲音的類型和強(qiáng)度，判定聲源的位置[16]。

2.3.3" 游戲場(chǎng)景搭建" 三維模型必須依靠三維引擎才能實(shí)現(xiàn)游戲場(chǎng)景的虛擬呈現(xiàn)。Unity3D

在三維游戲或三維動(dòng)畫的設(shè)計(jì)中操作較為簡(jiǎn)單，互動(dòng)的內(nèi)容可以在多個(gè)平臺(tái)上運(yùn)行，游戲可發(fā)布至Windows、macOS、iOS和Android等常用的終端平臺(tái)，所以選用Unity3D搭建游戲場(chǎng)景。游戲場(chǎng)景搭建的主要流程為：將建模得到的三維模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity成為虛擬對(duì)象；在Unity中為視覺資源添加組件，并把對(duì)應(yīng)的聽覺資源綁定在組件上；為虛擬對(duì)象賦予交互功能。通過上述步驟構(gòu)建一個(gè)包括訓(xùn)練場(chǎng)景和具備一定交互性的漫游系統(tǒng)。

2.3.4" 打包發(fā)布" 利用Unity測(cè)試游戲、打包發(fā)布程序。

3" 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的自閉癥兒童沉浸式社會(huì)適應(yīng)干預(yù)系統(tǒng)的應(yīng)用模式及特色

3.1" 系統(tǒng)應(yīng)用模式

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的自閉癥兒童沉浸式社會(huì)適應(yīng)干預(yù)系統(tǒng)的應(yīng)用流程為：登錄社交適應(yīng)系統(tǒng)→建立兒童信息→進(jìn)行能力評(píng)估→根據(jù)評(píng)估結(jié)果選擇訓(xùn)練內(nèi)容→進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。上述流程在功能評(píng)估、康復(fù)資源訂制和康復(fù)方案制訂等三個(gè)子系統(tǒng)的支撐下完成。系統(tǒng)的應(yīng)用模式如圖3所示。

3.1.1" 進(jìn)行功能評(píng)估" 此過程在功能評(píng)估子系統(tǒng)的支撐下完成。評(píng)估中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)捕獲兒童的各項(xiàng)參數(shù)，并通過人工智能技術(shù)分析、處理相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合多維參數(shù)及其常模進(jìn)行模式識(shí)別。評(píng)估結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一份可視化報(bào)告單。

3.1.2" 制訂康復(fù)方案" 此過程在康復(fù)方案制訂子系統(tǒng)的支撐下完成?？祻?fù)方案的制訂需要以功能評(píng)估中的數(shù)據(jù)為依據(jù)，以康復(fù)資源的具體內(nèi)容為支撐。具體來說，康復(fù)方案制訂子系統(tǒng)接收來自功能評(píng)估子系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，并結(jié)合兒童特點(diǎn)，智能生成個(gè)性化康復(fù)方案。另外，此系統(tǒng)會(huì)從康復(fù)資源子系統(tǒng)中調(diào)用康復(fù)課件并推送給康復(fù)師，供其上課使用。

3.1.3" 實(shí)施康復(fù)訓(xùn)練" 兒童社會(huì)適應(yīng)能力干預(yù)活動(dòng)在沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)教室開展，康復(fù)師根據(jù)康復(fù)課件中的課程目標(biāo)和課程內(nèi)容進(jìn)行康復(fù)教學(xué)。課程開始前，兒童需佩戴位置跟蹤器、頭套顯示器和數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，用于訓(xùn)練過程中的人機(jī)交互。兒童在劇情交互點(diǎn)需作出正確反應(yīng)，如若不能，康復(fù)師進(jìn)行輔助教學(xué)。

3.2" 系統(tǒng)特色

3.2.1" 提供沉浸感極強(qiáng)的虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)場(chǎng)景" 兒童沉浸于計(jì)算機(jī)模擬的虛擬場(chǎng)景中的程度取決于顯示系統(tǒng)反饋的視覺、聽覺和觸覺等復(fù)合信號(hào)的真實(shí)度。與單面和雙面顯示系統(tǒng)相比，本研究中的三面環(huán)屏系統(tǒng)能更加真實(shí)地再現(xiàn)場(chǎng)景中的信息，讓使用者更充分地體驗(yàn)身臨其境之感。另外，人的雙眼視角為120°，三面環(huán)屏中兩個(gè)屏幕間的視角是105°，這一設(shè)計(jì)既能保證在兒童視角內(nèi)充分顯示視覺信息，也能最大限度地刺激兒童的感官，提升兒童的沉浸感。

3.2.2" 提供個(gè)性化的教育康復(fù)服務(wù)" 該系統(tǒng)可以根據(jù)自閉癥兒童的認(rèn)知能力、社會(huì)情感和社會(huì)行為情況，智能生成個(gè)性化、針對(duì)性的康復(fù)方案和康復(fù)資源。另外，康復(fù)師也可以根據(jù)兒童對(duì)刺激的反應(yīng)，調(diào)整刺激類型和刺激強(qiáng)度。通過上述兩種方式結(jié)合，為兒童提供個(gè)性化的教育康復(fù)服務(wù)。

3.2.3" 實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)評(píng)估、有效訓(xùn)練和實(shí)時(shí)監(jiān)控的有機(jī)整合" 自閉癥兒童社會(huì)適應(yīng)能力干預(yù)的過程是通過“精準(zhǔn)評(píng)估—有效治療—實(shí)時(shí)監(jiān)控”的循環(huán)模式來實(shí)現(xiàn)的。這一操作模式具有可操作性、實(shí)用性和科學(xué)性，是以生態(tài)學(xué)理論指導(dǎo)下的社會(huì)適應(yīng)能力結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)收集、分析和處理手段，并結(jié)合兒童對(duì)社會(huì)適應(yīng)能力的具體需求而形成的。社會(huì)交往能力評(píng)估是制訂康復(fù)方案、監(jiān)控康復(fù)進(jìn)程和提高康復(fù)質(zhì)量的重要保證，兒童的社會(huì)適應(yīng)能力便是在“評(píng)估—治療—監(jiān)控—評(píng)估—治療—監(jiān)控”的循環(huán)中螺旋上升的。

4" 結(jié)束語

本研究將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于自閉癥兒童社會(huì)適應(yīng)能力干預(yù)，為自閉癥兒童營(yíng)造一個(gè)安全性極高、沉浸感極強(qiáng)的康復(fù)服務(wù)系統(tǒng)。另外，精準(zhǔn)評(píng)估、有效訓(xùn)練和實(shí)時(shí)監(jiān)控的有機(jī)結(jié)合，也確保了干預(yù)方案的針對(duì)性、康復(fù)過程的科學(xué)性和干預(yù)效果的有效性。實(shí)踐表明，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于自閉癥兒童的教育與康復(fù)，是促進(jìn)其社會(huì)適應(yīng)能力提升的重要途徑。

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*項(xiàng)目來源：中華女子學(xué)院重點(diǎn)課題“唐氏綜合征兒童輔音清晰度的特征及干預(yù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：KY2020-0201）。

作者：林青，中華女子學(xué)院，博士，講師，研究方向?yàn)樘厥鈨和逃c康復(fù)（100101）；劉巧云，華東師范大學(xué)康復(fù)科學(xué)系，博士，副教授，研究方向?yàn)樘厥鈨和逃c康復(fù)；陳東帆，華東師范大學(xué)康復(fù)科學(xué)系，博士，副教授，研究方向?yàn)榻逃祻?fù)技術(shù)（200062）。