虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用作治療兒童自閉癥的工具23

1、.：.；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用作治療兒童自閉癥的工具學(xué)號(hào)：1403110066姓名：黃 鑫簡(jiǎn) 介虛擬現(xiàn)實(shí)(VR),一個(gè)計(jì)算機(jī)模擬的真實(shí)世界,提供了用戶可以在現(xiàn)實(shí)生活中體驗(yàn)到的多感官,多維介質(zhì)交互(Burdea和Coiffet 2003)。虛擬現(xiàn)實(shí)有別于其他技術(shù)接口的兩個(gè)關(guān)鍵特性是:浸沒和互動(dòng)。浸沒指的是三維的現(xiàn)場(chǎng)感或虛擬環(huán)境中的“存在。這種劇烈的現(xiàn)場(chǎng)感經(jīng)過添加關(guān)注相關(guān)刺激和限制留意力分散以及現(xiàn)實(shí)義務(wù)無關(guān)的刺激加強(qiáng)學(xué)習(xí)(Witmer等 2005)。與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)交互的程度可以經(jīng)過任何覺得形狀,取決于所運(yùn)用的設(shè)備。虛擬現(xiàn)實(shí)工具包括可穿戴頭盔設(shè)備(HMDs),提供360度多種覺得的刺激,桌面系統(tǒng),傳統(tǒng)的計(jì)算

2、機(jī)屏幕上的虛擬世界,和投影系統(tǒng),它們可以捕獲和映射用戶的實(shí)時(shí)操作到虛擬環(huán)境中(Burdea和Coiffet 2003)。大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)程序運(yùn)用這三個(gè)系統(tǒng)的變化。虛擬現(xiàn)實(shí)正在獲得支持作為一個(gè)潛在的康復(fù)領(lǐng)域的有效工具,由于它可以在吸引和鼓勵(lì)用戶的同時(shí)提供某些治療的優(yōu)勢(shì)。這種快速開展的技術(shù)的潛力“不僅僅是現(xiàn)有的人類運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)簡(jiǎn)單的線性擴(kuò)展。虛擬現(xiàn)實(shí)提供了創(chuàng)建人體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),培訓(xùn)系統(tǒng)和治療環(huán)境的潛能,它們?cè)试S復(fù)雜的準(zhǔn)確控制,身臨其境,動(dòng)態(tài)三維刺激演示,在復(fù)雜的交互場(chǎng)景中,行為跟蹤和性能記錄的實(shí)現(xiàn) (Rizzo 和Kim 2005, 119頁)?；谶@些緣由,設(shè)計(jì)師和研討人員曾經(jīng)開場(chǎng)探求虛擬現(xiàn)實(shí)

3、作為一個(gè)自閉癥兒童的治療工具。虛擬現(xiàn)真實(shí)康復(fù)中的作用是一種新的但快速開展的領(lǐng)域。本章提供了這個(gè)領(lǐng)域中一個(gè)綜合的先進(jìn)技術(shù)開展程度知識(shí),以作為未來研討的平臺(tái)。下一節(jié)將討論運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)作為自閉癥兒童的治療工具的實(shí)際優(yōu)勢(shì),以下部分概述了當(dāng)前為這些孩子創(chuàng)建的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的治療環(huán)境和測(cè)試的綜述。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在自閉癥治療中的運(yùn)用運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)作為自閉癥兒童的康復(fù)工具有諸多益處。普通來說,虛擬現(xiàn)實(shí)可以合并現(xiàn)有的自閉癥治療方法,而傳統(tǒng)方法難以集成在一個(gè)框架。對(duì)自閉癥兒童勝利教育方案的根本組件包括提供現(xiàn)實(shí)的和相關(guān)的刺激,提供個(gè)性化程序,創(chuàng)建一個(gè)構(gòu)造化的學(xué)習(xí)環(huán)境并提供系統(tǒng)的指令(Iovannone 2003)。一個(gè)治

4、療的VR程序有才干滿足并且超越上述一切的這些期望。自閉癥固有的非均質(zhì)性導(dǎo)致了多種介入性方法的開展。從概念上講,孤單癥康復(fù)可以視為一系列上下相關(guān)的行為戰(zhàn)略來指點(diǎn)孩子,非構(gòu)造化的,自然的干涉措施。行為方法運(yùn)用反復(fù)原那么和強(qiáng)化改動(dòng)特定行為(Lovaas 1987),而自然的方法利用學(xué)習(xí)的時(shí)機(jī)當(dāng)他們出如今自然環(huán)境中(Cowan 2007)。行為方法的有效性曾經(jīng)在改動(dòng)自閉癥兒童特定的行為得到了廣泛的驗(yàn)證,比如添加目光接觸,表達(dá)需求,根據(jù)社會(huì)規(guī)范的行為,和學(xué)習(xí)根本的學(xué)術(shù)技藝,如閱讀、寫作、和批判性思索(Howlin 1998;Magliaro等2005)。行為主義方法的主要缺陷是指令主要是醫(yī)生或教師驅(qū)動(dòng),

5、加強(qiáng)行為的環(huán)境不一定模擬的是真實(shí)情況,從而影響技巧的泛化程度或技藝轉(zhuǎn)換到訓(xùn)練之外(Parsons等2002)。推行曾經(jīng)被以為是最流行和普及自閉癥治療的問題;這是特別明顯的行為干涉(Howlin 1998;Rao等1998年)。第二種方法是經(jīng)過自然干涉的措施教學(xué)和獎(jiǎng)勵(lì)在孩子的自然環(huán)境中的行為，旨在處理泛化的問題(Cowan和Allen2007)。然而,往往很難促進(jìn)劇烈反復(fù)或在一個(gè)復(fù)雜的自然情況下修正環(huán)境刺激。雖然每種方法相對(duì)的存在缺陷,他們通常很難合并在一個(gè)程序下運(yùn)轉(zhuǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)有才干填補(bǔ)這一缺口。VR設(shè)計(jì)師可以把行為戰(zhàn)略直接融入方案,其中包括直接指令,多個(gè)提示,指點(diǎn)和強(qiáng)化。虛擬現(xiàn)實(shí)也擅長(zhǎng)促進(jìn)多個(gè)

6、反復(fù)的時(shí)機(jī)。重要的是,虛擬現(xiàn)實(shí)程序可以概括關(guān)鍵原那么的整體自然的干涉措施,特別是在各種情況下加強(qiáng)技藝,運(yùn)用各種教學(xué)資料和特殊的教學(xué)方法,使教學(xué)環(huán)境類似于真實(shí)的環(huán)境,教會(huì)技藝背后的規(guī)那么和原那么而不是技藝本身,包括自然刺激和強(qiáng)化物(Cowan和Allen2007)。VR程序可以提供各種各樣的控制環(huán)境,設(shè)計(jì)自然刺激信號(hào),反響。虛擬環(huán)境根本上是用來模擬真實(shí)情況,因此,有一個(gè)高度的缺乏行為干涉措施的生態(tài)效度。生態(tài)效度是虛擬環(huán)境中模擬真實(shí)的環(huán)境的程度,高生態(tài)效度添加模擬環(huán)境中所學(xué)技藝將轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實(shí)世界中的能夠性(Rizzo和Kim2005)。此外,虛擬現(xiàn)實(shí)同時(shí)允許對(duì)環(huán)境刺激特殊控制,使程序可以合并為順序的

7、和包含日益復(fù)雜的感官刺激以及促進(jìn)多個(gè)反復(fù)的技巧,這兩者都是難以實(shí)現(xiàn)的自然的干涉措施。因此,虛擬現(xiàn)實(shí)有合并根本組件行為和自然的方法為一個(gè)一致的、集成的程序的潛能。除了提供一個(gè)集成的行為自然化方法,虛擬現(xiàn)實(shí)額外的一個(gè)益處是它進(jìn)一步為每個(gè)孩子提供個(gè)性化程序的容量。個(gè)性化的虛擬現(xiàn)實(shí)干涉可以經(jīng)過確定孩子的本身興趣和偏好,比如喜歡卡通人物或歌,將它們直接集成到程序中。這種最大化接觸,是勝利學(xué)習(xí)的最重要的預(yù)測(cè)因子之一(Hurth等1999;Rogers1999)。此外,虛擬環(huán)境的復(fù)雜性可以被修正。減少環(huán)境的復(fù)雜性或添加首選刺激可以提高孩子的關(guān)注度和參與度。自閉癥兒童最好能預(yù)測(cè)他們的一天。他們?cè)谔峁┝祟~外的支

8、持,協(xié)助 他們預(yù)測(cè)未來事件,了解行為估計(jì)的根底上更容易順應(yīng)日?；顒?dòng)的變化(Hurth等1999;Rogers1999)。虛擬環(huán)境可以創(chuàng)建可預(yù)測(cè)的、構(gòu)造化的學(xué)習(xí)環(huán)境同時(shí)在干涉程序和虛擬環(huán)境本身中有可預(yù)見性和一致性。在虛擬場(chǎng)景中的物理雜亂可以最小化,額外的支持,如視覺線索和時(shí)間表也可以合并促進(jìn)活動(dòng)中的改動(dòng)或轉(zhuǎn)換(Rogers1999)。在一個(gè)適當(dāng)?shù)臉?gòu)造化學(xué)習(xí)環(huán)境中,孩子們認(rèn)識(shí)到在學(xué)習(xí)過程中他們將做什么,最大化他們義務(wù)勝利的能夠性(Hurth等1999;Iovannone等2003)。傳統(tǒng)的自閉癥兒童學(xué)習(xí)方案是高度構(gòu)造化的和反復(fù)的,伴隨活動(dòng)中難度的遞增。這種反復(fù)需求教師以一種繼續(xù)的鼓勵(lì)方式呈現(xiàn)同樣的

9、練習(xí)。虛擬現(xiàn)實(shí)可以減輕教師的負(fù)擔(dān),由于它有“在一個(gè)身臨其境的虛擬環(huán)境中，系統(tǒng)交付才干和控制動(dòng)態(tài)、交互式3D刺激(Rizzo和Kim 2005)。完全控制虛擬現(xiàn)實(shí)義務(wù)的設(shè)計(jì)允許物理和程序相關(guān)的構(gòu)造被引入到干涉中。此外,額外的支持可以集成,環(huán)境可以根據(jù)訓(xùn)練義務(wù)的要求和孩子的需求被簡(jiǎn)化。對(duì)自閉癥兒童的系統(tǒng)指令需求為每個(gè)學(xué)生建立有意義的目的,建立一個(gè)特定的,直接指令方案實(shí)施教學(xué)過程和評(píng)價(jià)這些目的的實(shí)現(xiàn)程度(Hurth等1999;Iovannone等2003)。控制虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)用的設(shè)計(jì)允許系統(tǒng)的教學(xué)戰(zhàn)略被納入程序。指示,線索,提示可以集成到每個(gè)義務(wù)的階段。VR干涉也可以提供各種方式的反響和感官(Rizzo

10、和Kim2005)。因此,虛擬現(xiàn)實(shí)程序有才干整合關(guān)鍵方面的系統(tǒng)指令,從而促進(jìn)參與,最終提高學(xué)習(xí)。在兒科康復(fù)中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)的獨(dú)一益處是平安的保證,這是一個(gè)父母主要關(guān)懷的問題。這與通常沒有足夠的認(rèn)知才干了解危險(xiǎn)的概念的殘疾兒童的父母更加相關(guān),或者他們沒有足夠的身體的技藝來應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)情況。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了對(duì)在現(xiàn)實(shí)世界中被以為是危險(xiǎn)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境的平安訪問,如過人行橫道或消防平安。在一個(gè)虛擬環(huán)境中練習(xí)危險(xiǎn)的技藝讓孩子開辟足夠的認(rèn)知和物理技藝以及在現(xiàn)實(shí)世界中平安運(yùn)用這些技藝的自信心(我等2007)。無偏見環(huán)境可以開展一個(gè)在平安方面的自信心和才干,是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的最有價(jià)值的功能之一?？偟膩碚f,虛擬現(xiàn)實(shí)有才干將

11、不同介入方法合并成一個(gè)有凝聚力的工程去迎合自閉癥兒童獨(dú)特的學(xué)習(xí)要求,經(jīng)過構(gòu)造控制和系統(tǒng)的指令,高程度的現(xiàn)實(shí)主義,保證身體,心思和情感上的平安。雖然其實(shí)際優(yōu)勢(shì)明顯,虛擬現(xiàn)真實(shí)多大程度上實(shí)現(xiàn)了這種潛能將在下一節(jié)中討論。幾種方法將被提出,每個(gè)都將將虛擬現(xiàn)實(shí)納入自閉癥兒童的治療。虛擬現(xiàn)實(shí)和自閉癥治療當(dāng)前部分描畫了運(yùn)用VR作為自閉癥兒童的治療方式及其可用性。第一節(jié)著重于運(yùn)用虛擬處理三種孤單癥的根本缺乏中的兩個(gè),即社會(huì)和交際行為的中心妨礙。第二部分論述了虛擬現(xiàn)實(shí)的擴(kuò)展到其他非診斷性妨礙和技藝缺乏是自閉癥兒童常見的治療目的。處理根本缺乏虛擬現(xiàn)實(shí)有支持自閉癥兒童社會(huì)學(xué)習(xí)和交流開展的潛能。當(dāng)前節(jié)展現(xiàn)曾經(jīng)創(chuàng)建的四

12、個(gè)獨(dú)立程序,初步測(cè)試用于自閉癥兒童。每個(gè)程序在虛擬環(huán)境的設(shè)計(jì)和格式以及干涉本身的強(qiáng)度等方面用一種略微不同的方法改善自閉癥兒童社交和溝通行為。虛擬咖啡館是一個(gè)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)程序,旨在教導(dǎo)在公眾場(chǎng)所中適當(dāng)?shù)纳鐣?huì)行為。虛擬咖啡館里描畫了一個(gè)模擬環(huán)境,配有一個(gè)能購(gòu)買飲料,酒保和各種人坐在凳子上,排隊(duì)次序,站在吧臺(tái)前的計(jì)數(shù)器(見圖1)。該程序包含四個(gè)等級(jí),教導(dǎo)日益復(fù)雜的社會(huì)風(fēng)俗與訂購(gòu),支付,在人群中導(dǎo)航,在一家咖啡館坐下來。孩子為了完成義務(wù)收到口頭和文字提示。經(jīng)過完好的程序運(yùn)作之后,其中包括兩項(xiàng)訓(xùn)練,每項(xiàng)30 - 50分鐘長(zhǎng),青少年可以用言語表達(dá),更加復(fù)雜,將他們對(duì)社會(huì)風(fēng)俗的了解運(yùn)用在一個(gè)咖啡館環(huán)境以及可

13、以擴(kuò)展他們學(xué)習(xí)其他的虛擬場(chǎng)景(Mitchell 2007)。虛擬咖啡館工程反映了在自閉癥治療中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)常用方法:提供一個(gè)對(duì)常見場(chǎng)景的現(xiàn)實(shí)模擬,將更加突出線索,提示和加強(qiáng)和多個(gè)實(shí)際技藝的時(shí)機(jī)。能否真正的普遍化技藝于真實(shí)場(chǎng)景中(例如：在一個(gè)真正的咖啡館中),以及其他類似的社會(huì)風(fēng)俗場(chǎng)景尚不清楚。名叫“我要表現(xiàn)好似的觸摸屏虛擬現(xiàn)實(shí)工具是為了教自閉癥兒童如何思索想象(Herrera等2021)。這個(gè)程序?yàn)榱舜龠M(jìn)想象力或意味性思想而開發(fā),被以為是對(duì)開展前兆復(fù)雜的社會(huì)的了解?！拔乙憩F(xiàn)好似這一程序模擬一個(gè)虛擬超市內(nèi),孩子們可以對(duì)象逐漸有更多想象力的方式與各種雜貨相處。起初,孩子們探求超市。然后他們與對(duì)象

14、功能交互(例如，撿香蕉),最終學(xué)會(huì)以虛擬的方式(即操作對(duì)象。把香蕉用作)。實(shí)踐的干涉是非常密集的,由每周三個(gè)買賣日,每次20 - 30分鐘長(zhǎng),繼續(xù)約2 - 3個(gè)月。孩子們經(jīng)過多個(gè)程度和復(fù)雜度的程序逐漸提高。有兩個(gè)孩子的自閉癥試點(diǎn)研討中,兩個(gè)孩子均改善測(cè)試對(duì)象的運(yùn)用功能,偽裝玩,想象力,和魔法的了解(Herrera等2021)。這些結(jié)果對(duì)運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)工具來提高自閉癥兒童的意味性思想才干提供了初步支持;然而,需求更大規(guī)模的研討來驗(yàn)證這一結(jié)果和評(píng)價(jià)假設(shè)改好心味性思想轉(zhuǎn)化為社會(huì)發(fā)揚(yáng)行為的變化。圖一、虛擬城市運(yùn)用程序的屏幕截圖(米切爾等2007)?？Х瑞^就是從用戶的角度來看,其義務(wù)是選擇適宜的地方坐第三

15、個(gè)工程是StoryTable、多用戶觸控手勢(shì)投影系統(tǒng),它提供了一個(gè)創(chuàng)新的社會(huì)技藝和溝通培訓(xùn)方法(Bauminger等2007)。StoryTable程序采用協(xié)同虛擬環(huán)境中兩個(gè)孩子共同努力,創(chuàng)建一個(gè)虛擬的故事經(jīng)過選擇和排序的各種實(shí)時(shí)屏幕和故事元素,如設(shè)置,情節(jié)和主人公。一些故事元素必需同時(shí)被兩個(gè)用戶被挪動(dòng),這需求兩個(gè)孩子的協(xié)作。干涉本身偏重于教學(xué)和加強(qiáng)關(guān)鍵社會(huì)技藝如眼神、輪番、分享和結(jié)合指點(diǎn)行為。實(shí)踐的程序?yàn)楦吖δ茏蚤]癥兒童設(shè)計(jì),9到11歲,是構(gòu)造化的十多個(gè)20分鐘的會(huì)話。在治療期間,一對(duì)孩子在指點(diǎn)下一同創(chuàng)建和講述故事。三對(duì)孩子評(píng)價(jià)這個(gè)工程。完成課程后,一切的孩子都呈現(xiàn)出更多的積極的社會(huì)行為,勝

16、利地推行到另一個(gè)協(xié)作領(lǐng)域,非虛擬現(xiàn)實(shí)游戲。此外,兒童游戲的質(zhì)量改良從簡(jiǎn)單的平行游戲到復(fù)雜,協(xié)調(diào)的游戲，他們的溝通進(jìn)展從簡(jiǎn)單的短語到更復(fù)雜,深化的話語(Bauminger等2007)。StoryTable工程支持一種結(jié)合刺激,獎(jiǎng)勵(lì)可視化界面,與真實(shí)的人進(jìn)展學(xué)習(xí)和互動(dòng)時(shí)機(jī)的勝利方法。圖2 教師與學(xué)生虛擬協(xié)作活動(dòng)圖Cheng等2021義務(wù)中，學(xué)生需對(duì)教師的指令選擇適當(dāng)?shù)拿娌勘砬榉错懟貞?yīng)。多用戶虛擬環(huán)境自閉癥治療的才干最近被擴(kuò)展到“協(xié)作虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的概念(CVLEs),它允許多個(gè)人在同一個(gè)虛擬環(huán)境中相互作用(Cheng和Ye 2021)。這個(gè)CVLE程序旨在提高自閉癥兒童的社會(huì)才干。虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)包括兩

17、個(gè)虛擬場(chǎng)景：教室和戶外場(chǎng)景。場(chǎng)景包括單獨(dú)的化身(虛擬角色),每個(gè)代表一個(gè)教師或?qū)W生,涉及的社會(huì)義務(wù)包括化身之間言語和非言語溝通。例如,教師的化身將執(zhí)行一個(gè)行為,問一個(gè)問題,或表達(dá)一種情感,學(xué)生將被要求做出適當(dāng)反響(見圖2)。干涉方案是專為學(xué)齡兒童自閉癥干涉包括五個(gè)干涉課時(shí),每個(gè)30-40分鐘長(zhǎng)。三個(gè)自閉癥兒童的報(bào)告曾經(jīng)顯示在感知和表達(dá)言語和非言語溝通的程度和復(fù)雜度以及添加積極的行為,如眼神交流,適當(dāng)?shù)亩Y儀和傾聽他人的才干有漸進(jìn)式的提高(Cheng和Ye 2021)。因此,類似于StoryTable程序,可以推斷出,提供時(shí)機(jī)與虛擬和非虛擬中的人進(jìn)展交互能夠在虛擬或非虛擬中任何一個(gè)的效果要好。表1

18、虛擬現(xiàn)實(shí)的中心目的和自閉癥妨礙治療的程序。表1總結(jié)了4個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)程序，目的中心、診斷的自閉癥妨礙的討論部分主要處理的缺乏。三個(gè)工程注重社會(huì)行為和溝通行為，一個(gè)注重想象力和意味性思想。每個(gè)工程運(yùn)用不同類型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和不同的干涉強(qiáng)度。行為目的VR系統(tǒng)和壞境類型干涉強(qiáng)度相關(guān)文獻(xiàn)社會(huì)交際行為桌面VR，虛擬咖啡館兩個(gè)課時(shí)，每個(gè)30-50分鐘Mirchell等2007年想象力和意味性思想可觸桌面VR，“我要表現(xiàn)好似每周3個(gè)課時(shí)，每個(gè)20-30分鐘，繼續(xù)2-3個(gè)月Herrera等2021年社會(huì)交際行為多用戶觸控手勢(shì)VR，StoryTable運(yùn)用10個(gè)課時(shí)，每個(gè)20分鐘Bauminger等2007年社會(huì)交

19、際行為桌面VR，協(xié)作虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境5個(gè)課時(shí)，每個(gè)30-40分鐘Cheng等2021年總的來說,這四個(gè)工程顯示了改善特定社會(huì)和交際行為的潛力。每個(gè)程序方法處置問題的方式略有不同,但每個(gè)均關(guān)注提高個(gè)別技藝或行為并提供反復(fù)的實(shí)際時(shí)機(jī)(見表1工程總結(jié))。遇到的主要問題是在現(xiàn)實(shí)生活中這些技藝轉(zhuǎn)換的程度。目前還不清楚假設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)提供的高度的現(xiàn)實(shí)主義的推行能否會(huì)產(chǎn)生艱苦影響。一切程序需求將概括義務(wù)納入他們的評(píng)價(jià)過程?？偟膩碚f,程序明顯闡明一個(gè)現(xiàn)實(shí)，即使虛擬現(xiàn)實(shí)有潛力成為一個(gè)更大治療工程有價(jià)值的助手,但很能夠不夠作為一個(gè)孤立的手段為自閉癥兒童提供治療。處理其他缺乏雖然虛擬現(xiàn)實(shí)曾經(jīng)成為處理社會(huì)和交際妨礙定義自閉癥

20、的常見手段,也有能夠改動(dòng)其他領(lǐng)域的行為和思想方式。本節(jié)討論了利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來處理自閉癥兒童經(jīng)常遇到的普遍但非中心問題。創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)工程來提高平安行為,神經(jīng)認(rèn)知缺乏和覺得缺乏。平安行為自1992年以來，斯特里克蘭和他的同事為普遍發(fā)育緩慢的兒童開發(fā)各種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),包括自閉癥。其中的一個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)教家庭消防平安的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。程序本身的設(shè)計(jì)是基于美國(guó)消防管理局引薦的平安步驟,其中包括逃離的最短道路和召集小組到共同的聚會(huì)場(chǎng)所。在虛擬工程中,在消防平安教育的背景下的每一步,一個(gè)虛擬的房子,經(jīng)過動(dòng)畫籠統(tǒng)“巴迪“展現(xiàn)。程序?yàn)?和6歲的自閉癥和其他普遍發(fā)育妨礙兒童所設(shè)計(jì)，最初測(cè)試在孩子的家庭(1小時(shí)訓(xùn)

21、練)和在學(xué)校(多個(gè)10分鐘會(huì)話終了幾個(gè)月)都有。在最初的工程評(píng)價(jià)研討中,斯特里克蘭和他的同事報(bào)道,14個(gè)孩子中的11個(gè)勝利地學(xué)會(huì)了消防平安步驟,可以概括他們的新技藝,口頭描畫如何運(yùn)用平安措施回到本人家里(Strickland等2007)。但孩子們能否會(huì)在真正的緊急情況下執(zhí)行這些步驟尚未確定。在這些結(jié)果的根底上，他和他的同事(2007)創(chuàng)建了一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)程序,合并了火災(zāi)和龍卷風(fēng)的平安措施。此外,他們運(yùn)用ScentPalate(R),它提供了一種煙熏的氣味,從而實(shí)現(xiàn)了初次嗅覺的虛擬體驗(yàn)。這個(gè)工程是專門為年齡在6到12歲的自閉癥兒童設(shè)計(jì)的。程序提出了比斯特里克蘭和他的同事們的方案更高復(fù)雜度的義務(wù),涉

22、及到5周的訓(xùn)練。相比非虛擬現(xiàn)實(shí)的平安培訓(xùn)工程如那些運(yùn)用傳統(tǒng)的直接指點(diǎn),圖片卡及角色扮演相比，孩子在同一程度上完成虛擬培訓(xùn)工程的執(zhí)行。此外,VR程序與傳統(tǒng)的程序相比需求大約一半的時(shí)間管理,不包括額外的預(yù)備任務(wù)參與規(guī)劃和后期的組織資料(我等 2007)。因此,雖然孩子能夠經(jīng)過虛擬現(xiàn)實(shí)和非虛擬現(xiàn)實(shí)工程到達(dá)類似的掌握程度,但有些孩子從虛擬媒體比傳統(tǒng)工程會(huì)更有效地學(xué)習(xí)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)的才干,個(gè)性化的培訓(xùn)工程也對(duì)添加個(gè)人成就有協(xié)助 。除了緊急情況下的平安,過馬路的平安也是一個(gè)父母擔(dān)憂的主要問題。一個(gè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的過馬路工程為年齡在8-16歲的自閉癥兒童開發(fā)。程序要求孩子經(jīng)過控制他們的虛擬化身的行為平安的過馬

23、路。程序本身是由九個(gè)階段的學(xué)習(xí)組成,其間義務(wù)變得越來越困難,需求大約十六課時(shí)10-30分鐘的學(xué)習(xí)。在程序中,孩子學(xué)習(xí)使得化身在在穿越之前,要看兩方的馬路，不在紅燈期間過馬路,有綠燈變?yōu)榧t燈的認(rèn)識(shí),以及如何防止事故的發(fā)生。一群經(jīng)過虛擬現(xiàn)實(shí)中治療自閉癥兒童測(cè)試了這個(gè)程序;但是,只需大約一半的孩子可以運(yùn)用到真實(shí)生活中過馬路(Josman等人出版)。因此,雖然VR提高實(shí)踐推行實(shí)際,但這項(xiàng)研討的結(jié)果強(qiáng)調(diào),每個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)工程必需單獨(dú)評(píng)價(jià)其真正的生態(tài)效度和臨床適用性?？傊?這三個(gè)教學(xué)工程闡明虛擬現(xiàn)實(shí)教育自閉癥兒童平安行為的潛能。虛擬環(huán)境提供了孩子們一個(gè)平安的訓(xùn)練技藝的環(huán)境,否那么這些訓(xùn)練能夠在真實(shí)環(huán)境中相當(dāng)危

24、險(xiǎn)。孩子們犯的錯(cuò)誤,通常將給帶來災(zāi)難性的后果。然而,在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)的程度轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的行為是有問題的。在上述工程,參與者在真實(shí)的場(chǎng)景中的表現(xiàn)也變化很大。這種延續(xù)或答應(yīng)以經(jīng)過模擬更大程度的現(xiàn)實(shí),更大的沉浸度和在虛擬活動(dòng)中更大的參與度。神經(jīng)認(rèn)知缺乏自閉癥兒童神經(jīng)認(rèn)知缺乏曾經(jīng)反復(fù)證明,包括特定的妨礙,如留意力和執(zhí)行才干的缺陷(Hill2004)。自閉癥缺乏引起的神經(jīng)認(rèn)知缺乏與其他疾病的神經(jīng)認(rèn)知缺乏特征經(jīng)常重疊。有新興的旨在處理自閉癥兒童這些缺乏的程序。從概念上講,改善缺乏或許構(gòu)成了各種公開的行為的根底，能夠會(huì)導(dǎo)致更大的整體開展(Wang和Reid 2021)。馬克斯和伯克(1997)創(chuàng)建了一個(gè)夢(mèng)境驅(qū)

25、動(dòng)的虛擬游戲來處理自閉癥兒童的留意力缺陷。程序顯示了一個(gè)有龍和其他各種奧秘的生物三維山區(qū)。雖然有多個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)程序?yàn)閮和粢馊毕荻鄤?dòng)妨礙而開發(fā),當(dāng)前工程是獨(dú)一無二的,由于它是專門為年齡4-11歲的自閉癥兒童開發(fā)的。運(yùn)用一個(gè)頭戴設(shè)備,孩子可以檢測(cè)視覺和聽覺對(duì)象并與之交互。五個(gè)孩子患有自閉癥和五個(gè)發(fā)育正常的兒童參與評(píng)價(jià)的研討方案和評(píng)價(jià)改善留意力分散和時(shí)間的義務(wù)。自閉癥兒童在虛擬世界中表現(xiàn)出更高程度的關(guān)注事件和地點(diǎn),空間和定向聽覺刺激，這一景象證明在虛擬世界中有一個(gè)直接影響孩子們的“存在的覺得。因此,多系統(tǒng)提示參與虛擬工程有助于孩子專注義務(wù)和參與。然而,不同于為留意缺陷多動(dòng)妨礙兒童設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),

26、這個(gè)程序沒有詳細(xì)的目的、可衡量關(guān)注的組件。其他研討小組也在參與和改良報(bào)道出如今自閉癥兒童治療中的VR干涉措施。尤其是兩個(gè)小組,運(yùn)用投影虛擬現(xiàn)實(shí)、將虛擬環(huán)境投射到墻上或屏幕,用戶的籠統(tǒng)和動(dòng)作可以捕獲并實(shí)時(shí)投影到屏幕。Mineo和同事(2021)測(cè)試了一個(gè)虛擬環(huán)境,在其中孩子被映射在海灘上,被蛋形的物體包圍并在空中挪動(dòng)。孩子必需伸出手去觸摸的對(duì)象,經(jīng)過這樣做,促進(jìn)他們轉(zhuǎn)換成為鳥。研討人員進(jìn)展了一項(xiàng)研討,年齡6-18歲的42個(gè)自閉癥兒童被隨機(jī)分配到self-video(查看視頻本人從事虛擬現(xiàn)實(shí)活動(dòng)),其他視頻(查看視頻的一個(gè)熟習(xí)的人從事虛擬現(xiàn)實(shí)活動(dòng))和self-VR(實(shí)踐參與虛擬現(xiàn)實(shí)活動(dòng))。比較不同

27、群體,兒童self-VR集團(tuán)展現(xiàn)出最大的關(guān)注和實(shí)踐表現(xiàn)。這種支持虛擬環(huán)境中的自動(dòng)積極參與比被動(dòng)察看的類似事件展現(xiàn)出更大的潛力。與簡(jiǎn)單的外形分組不同,我們的運(yùn)用程序允許定義不同外形之間的機(jī)械聯(lián)絡(luò)(如圖4)。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié),一個(gè)棱形的結(jié)合和一個(gè)生硬的關(guān)節(jié)銜接。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)合,可以添加電動(dòng)機(jī)。它會(huì)導(dǎo)致其附加外形旋轉(zhuǎn)和常數(shù)徑向速度。運(yùn)用這樣的銜接可以創(chuàng)建更復(fù)雜的物理場(chǎng)景。例如,可以構(gòu)建一個(gè)離心調(diào)理器在PhysicsPlayground模擬這種方式(如圖9右)。修正和定位各銜接點(diǎn)要么是利用脈沖要么直接經(jīng)過選擇結(jié)合一個(gè)3D空間。分 析在每一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)中,我們能夠?qū)σ欢ㄕ鸺?jí)和性能的模擬對(duì)象感興趣。為了

28、可以區(qū)分虛擬仿真與真實(shí),在對(duì)象提取之前、期間和在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)提供準(zhǔn)確的物理性質(zhì)顯得尤為重要。出于教學(xué)的目的,這些數(shù)據(jù)可以用來學(xué)習(xí)的實(shí)際背景或用傳統(tǒng)方式確認(rèn)結(jié)果,例如,經(jīng)過運(yùn)用適當(dāng)?shù)墓?。以高興趣對(duì)物理震級(jí)的分析是速度、加速度、力、摩擦、能源和途徑。提供兩種機(jī)制都輸出這樣的數(shù)據(jù)：a)一種可以進(jìn)展間隔 丈量的簡(jiǎn)單工具b)一個(gè)強(qiáng)大的分析器,可以從外形提取和顯示一切有趣的、有關(guān)物理震級(jí)(如圖4右)。我們運(yùn)用一個(gè)示波器作為原型分析。一個(gè)示波器有兩個(gè)軸,一個(gè)時(shí)間軸和一個(gè)電壓軸。兩軸相等地用于我們的運(yùn)用程序。從價(jià)值軸我們可以得到除了絕對(duì)值,如電壓也由三維向量組成。這是必需的,由于像速度或途徑級(jí)有三個(gè)尺寸加值。因此

29、,我們的分析儀有四個(gè)輸入字段- x，y，z和絕對(duì)值。輸入字段可以銜接到不同的外形屬性,如速度和動(dòng)能能源。這個(gè)屬性經(jīng)過所謂的適配器表示。速度、能源和一個(gè)途徑適配器的支持。適配器必需手動(dòng)添加每個(gè)外形。一個(gè)額外的適配器聯(lián)接特定的物理級(jí),經(jīng)過適配器、數(shù)據(jù)可以插入分析儀。模擬過程中,適配器將不斷地發(fā)送它值一致的時(shí)間價(jià)值函數(shù)分析儀并實(shí)時(shí)繪制。這使得學(xué)生在運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)習(xí)一切的數(shù)據(jù)。此外,這些適配器不僅充任到分析器的接口同時(shí)我們也可以想象他們的價(jià)值。例如,途徑適配器(附加到一個(gè)對(duì)象)記錄和隨后畫它的軌跡,而速度適配器將在x,y和z方向分裂和可視化絕對(duì)速度值。力適配器除了具有分析才干的適配器,我們還添加了一個(gè)力

30、適配器。經(jīng)過力適配器,一個(gè)直接和動(dòng)態(tài)多變的力可以作用在一個(gè)外形上影響其運(yùn)動(dòng)。這是的在物理場(chǎng)景中有了許多新的能夠性。例如想象準(zhǔn)確模擬一個(gè)加速和減速一輛車。適配器的配置是經(jīng)過個(gè)人互動(dòng)面板配置的。中選擇適配器時(shí),可以運(yùn)用一個(gè)內(nèi)置的關(guān)鍵幀編輯器定義一個(gè)力的時(shí)間函數(shù)。最后這個(gè)函數(shù)在模擬過程中被執(zhí)行。這個(gè)功能表如今下一節(jié)的“教學(xué)閱歷:速度和速度的例子中。圖4、在虛擬現(xiàn)實(shí)中可視化的PhysicsPlayground元素在圖4中,顯示了上述PhysicsPlayground的構(gòu)件。A和B代表機(jī)械聯(lián)絡(luò)。兩個(gè)銜接一樣的外形,盒子和球體。轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)B制約兩者之間的身體沿旋轉(zhuǎn)軸(深色的箭頭指向外)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。棱柱結(jié)合A

31、限制了平移運(yùn)動(dòng)兩者之間的身體沿著矢量在A以下繪制。 C是一個(gè)更復(fù)雜的外形,一個(gè)翻跟斗。D顯示分組的外形,在模擬將一同運(yùn)動(dòng)。E表示分析儀銜接速度適配器F的一個(gè)球體。在模擬時(shí)F的速度值將要記錄。在分析儀結(jié)果中橙色曲線代表的是從早些時(shí)候的實(shí)驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)的球反彈究竟層平面和繼續(xù)滾下。僅僅經(jīng)過在橙線記錄上挪動(dòng)筆我們可以獲得準(zhǔn)確的時(shí)間流速值。G演示了丈量工具。目前,丈量的是一個(gè)盒子的長(zhǎng)度。教 育 用 例力和反作用力在下面,PhysicsPlayground對(duì)于學(xué)校實(shí)驗(yàn)和學(xué)校練習(xí)的適用性將經(jīng)過力和反作用力演示。如力和反作用力的影響經(jīng)過動(dòng)力學(xué)第三個(gè)公理描畫。它闡明每個(gè)力都有兩個(gè)涉力物體A和B導(dǎo)致了大小相等方向相反的

32、反作用力。我們運(yùn)用波爾(1931)描畫一個(gè)實(shí)驗(yàn)去證明力和反作用力。因此,兩人面對(duì)面站,各自站在各自的無摩擦力的挪動(dòng)車廂上(如圖5)。同時(shí),兩人抓住一個(gè)繩銜接他們。有了這樣的設(shè)置,我們可以進(jìn)展一系列的測(cè)試:一切參與者同時(shí)拉繩子。左邊的人拉繩子而右邊的人抓住繩子。同上面一樣，但只是右邊的人拉繩子。獨(dú)立的參與者拉繩子,兩車將從開場(chǎng)的點(diǎn)挪動(dòng)一樣的間隔 在中間的兩個(gè)碰撞。這是一個(gè)結(jié)果的力和反作用力。圖5、對(duì)于作用力和反作用力的解釋在我們的模擬實(shí)驗(yàn)中,馬車(人所站的地方)由兩個(gè)一樣的,無摩擦滑動(dòng)的盒子A和B交換。每個(gè)箱子有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的球體在中間,球體是經(jīng)過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)安裝在箱形框架。這些球體代表了兩個(gè)人。

33、繩子就經(jīng)過位于頂部的兩個(gè)球體間的一個(gè)木棒表示。此外,木棒和球體必需有一個(gè)最大化摩擦系數(shù)為1,這樣一切都正確的。接下來,我們希望參與者在模擬中拉繩子。因此,馬達(dá)必需附加到每個(gè)箱形框架的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)上。在物體A上,這個(gè)馬達(dá)必需自旋逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),而在物體B,它必需順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一個(gè)馬達(dá)模擬過程中被激活,它將把一個(gè)預(yù)定義的轉(zhuǎn)矩沿銜接球體的轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這將把球體用動(dòng)變成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這個(gè)球又將試圖把這個(gè)運(yùn)動(dòng)傳送到球和木棒的每個(gè)接觸點(diǎn)。這導(dǎo)致一個(gè)與球無關(guān)地反對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)的力F1。在另一個(gè)方向,它在木棒上施加一個(gè)反作用力F1和前面的力F1具有一樣的絕對(duì)值。無論一個(gè)或兩個(gè)馬達(dá)被激活,察看模擬實(shí)驗(yàn)的人會(huì)留意這兩種

34、仿真箱框架將總是在中點(diǎn)合為一體(在他們起點(diǎn)之間的中部位置)。此外,這可以證明在PhysicsPlayground經(jīng)過經(jīng)過軌跡適配器分析每箱形框架的途徑。在仿真中,分析儀將記錄一個(gè)類似于圖5右所示的曲線。學(xué)生可以讀取s1和s2分析器的間隔 。不論哪個(gè)人拉繩子,兩個(gè)車廂總是相等地挪動(dòng)。教學(xué)課：速度和速率這節(jié)課演示了PhysicsPlayground如何可以運(yùn)用到一個(gè)傳統(tǒng)物理課。選擇適當(dāng)?shù)奈锢磉\(yùn)動(dòng)(斯塔克,2002)。它實(shí)踐上是一部分高中最終的物理考試。在這個(gè)練習(xí)中,幻燈片上的兩個(gè)物體A和B均在一架飛機(jī)在全球坐標(biāo)系x軸上以不同的速度運(yùn)動(dòng)。在某個(gè)時(shí)間點(diǎn),兩個(gè)物體能夠發(fā)生碰撞。在這個(gè)設(shè)置下許多物理場(chǎng)景能

35、夠發(fā)生。我們將重新創(chuàng)建大多數(shù)學(xué)校義務(wù)(斯塔克,2002)和在后來擴(kuò)展的場(chǎng)景。在PhysicsPlayground中開場(chǎng)時(shí)設(shè)置包含一個(gè)平面和兩個(gè)物體A和B一樣如圖6步驟1所示。.圖6、完成PhysicsPlayground基于教學(xué)聯(lián)絡(luò)的設(shè)置后進(jìn)展的3步模擬過程學(xué)生的問題描畫如下：物體A代表一輛玩具車沿著X軸正方向運(yùn)動(dòng)。從它所處的位置開場(chǎng)運(yùn)動(dòng)加速時(shí)間與圖7所給出的力FA(t)相關(guān)，一切物體摩擦力為零。運(yùn)用PhysicsPlayground獲取到玩具車A的最終速度并用正常算法算出來的值檢驗(yàn)它。圖7、左圖為所給的力與時(shí)間關(guān)系圖，右圖為力順應(yīng)轉(zhuǎn)換在PhysicsPlayground的協(xié)助 下為理處理這個(gè)問題,首先學(xué)生不得不將時(shí)間-力的函數(shù)轉(zhuǎn)換到PhysicsPlayground中。 根本上,這是經(jīng)過添加一個(gè)力適配器,它指向x軸正方向到玩具車。這個(gè)適配器是顯示在圖6中,附加到對(duì)象A(點(diǎn)表示為)。在下一步,為了表示時(shí)間-力的函數(shù)關(guān)鍵幀的適配器必需進(jìn)展調(diào)整,如圖7所示。假設(shè)一切正常,在仿真開場(chǎng)后物體應(yīng)該沿著x軸運(yùn)動(dòng)。在為了檢驗(yàn)運(yùn)動(dòng),學(xué)生可以創(chuàng)建一個(gè)分析器銜接力適配器和輸入的分析器。假設(shè)分析儀的記錄等于圖7中時(shí)間-力的函數(shù),闡明前面的步驟都正確地執(zhí)行。下一步是調(diào)查玩具車的速度。這很簡(jiǎn)單我們只需求給物體A附