虛擬實境與擴增實境之比較-虛擬電梯于幽閉恐懼癥之課件

虛擬實境與擴增實境之比較-

虛擬電梯於幽閉恐懼癥之應用國立中央大學資訊工程學系碩士論文研究生：余承芳指導教授：葉士青

中華民國101年6月虛擬實境與擴增實境之比較-

虛擬電梯於幽閉恐懼癥之應用國摘要近年來虛擬實境在復健醫(yī)療上的應用正快速發(fā)展中，它是復健治療一個重要輔助工具。在物理復健方面，結(jié)合虛擬實境電腦軟體技術並搭配適當?shù)妮o助器材，患者可藉由操作遊戲，重新訓練自己的多項身體功能，諸如手部抓取放鬆動作、心肺功能復健訓練、肢體認知協(xié)調(diào)性等等。在精神治療方面，在1995年發(fā)現(xiàn)虛擬實境能引發(fā)懼高癥患者的恐慌及焦慮心理後，經(jīng)過反覆的實驗及許多學者更深入的研究，醫(yī)療界現(xiàn)已承認虛擬實境在懼高癥上的治療效果。摘要近年來虛擬實境在復健醫(yī)療上的應用正快速發(fā)展中，它是復健治本研究針對幽閉恐懼癥的患者，創(chuàng)建了一封閉式的虛擬電梯環(huán)境，加入各種可能遭遇到之危險情境，製造沉浸式的環(huán)場效果，以測試能否引發(fā)受測者恐慌之心理，達到觸發(fā)焦慮的目的。除了虛擬實境，本實驗為求受測者能感覺更加真實，加入一組採用擴增實境技術，比較兩者之間的不同。為求精確，除設計三套問卷(焦慮評估、臨場感與知悉性、科技接受度)知悉受測者反應外，更測量HRV心跳變異率之生理資料，分析受測者在實驗過程中之生理反應，檢測其緊張程度。【關鍵字】：虛擬實境，擴增實境，幽閉恐懼癥，頭盔顯示器本研究針對幽閉恐懼癥的患者，創(chuàng)建了一封閉式的虛擬電梯環(huán)境，加1-1背景介紹

1-1-1幽閉恐懼癥常見癥狀一項研究指出世界上約有5%至7%左右的人口被數(shù)種幽閉恐懼癥所苦，但卻只有非常少數(shù)的人願意接受治療[4]。幽閉恐懼癥有兩個非常典型且關鍵的癥狀：對拘禁的空間感到恐懼以及懼怕受到壓迫或窒息[5，6]。典型幽閉恐懼癥的患者通常至少會對下列所述的封閉環(huán)境其中之一感到恐懼：狹小的房間。上鎖的房間。車內(nèi)。隧道內(nèi)。地下室或地窖。電梯內(nèi)。更甚者，由於對受拘束的恐懼感，會令幽閉恐懼癥患者害怕一些稀鬆平常的事[7]，如固定坐理髮店的椅子上、或在大排長龍的隊伍中等候等等。在心理上，幽閉恐懼癥的患者並不一定是害怕封閉的場景本身，而是害怕在這場景中，可能會發(fā)生什麼樣的事件。1-1背景介紹

1-1-1幽閉恐懼癥常見癥狀一項研1-2幽閉恐懼癥相關治療

1-2-1認知治療法

1-2-2活體暴露療法

1-2-3內(nèi)感暴露療法

1-2-4其餘傳統(tǒng)療法1-2幽閉恐懼癥相關治療1-2-1認知治療法

1-3數(shù)位科技的進步

1-3-1虛擬實境定義及其優(yōu)點虛擬實境（VirtualReality）簡稱為VR技術，也稱靈境技術或人工環(huán)境，源於IvanE.Sutherland(1965)所提出的「TheUltimateDisplay」觀點[21]，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三度空間的虛擬世界，提供使用者關於視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，透過電腦及相關設備創(chuàng)造、模擬出一個真實存在的世界；此環(huán)境並具有能與使用者互動的特性，使用者進行位置移動時，電腦可以即時運算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場感。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有三個基本特徵：沉浸─交互─構想（immersion─interaction─imagination）1-3數(shù)位科技的進步

1-3-1虛擬實境定義

1-3-2實驗所採用之相關技術本次實驗所採用的重要相關技術及設備有以下幾項：

3D虛擬實境擴增實境Z8003D頭盔顯示器MSIMyECGE3-80FirstProfessional-GradePortableElectrocardiogram1-3-2實驗所採用之相關技術本次實驗所採用的重要相

1-4研究目的本研究的目的有二：一:比較虛擬與擴增實境中，能不能同樣達到引發(fā)患者焦慮的結(jié)果？並進一步比較兩者間之不同二:探討調(diào)換實驗之順序，會不會對使用者造成影響？1-4研究目的本研究的目的有二：AR技術互動式技術VR技術沉浸式技術虛擬實境暴露療法焦慮情況存在感問卷焦慮感等級科技接受度心律變異性分析確認焦慮等級比較AR和VR開發(fā)醫(yī)療治療AR技術VR技術虛擬實境暴露療法焦慮情況存在感問卷第二章文獻探討

2-1恐懼癥在虛擬實境上之研究現(xiàn)在對於多種恐懼癥的研究，已有許多研究人員將實驗改為在虛擬實境(VirtualReality)中執(zhí)行[22，23]。虛擬實境提供一個較安全、較不感到難堪的環(huán)境，且比起在現(xiàn)實世界中重建一個實際的類似環(huán)境，不會耗費太多的資源。另外，藉由虛擬實境技術，我們也可以建造出一個在現(xiàn)實生活中很難找到的場景，而且比想像療法來的更有真實性。目前在許多研究實驗中，已經(jīng)證實虛擬實境在數(shù)種恐懼癥的治療上是一個相當有用的工具，例如懼高癥、蜘蛛恐懼癥[24]、對飛行的恐懼、幽閉恐懼癥及懼曠癥等等。第二章文獻探討

2-1恐懼癥在虛擬實境上之研究

2-2虛擬實境的應用從1995年開始，發(fā)現(xiàn)在虛擬實境中同樣可以引發(fā)患者對高度的恐懼與焦慮感(Foa&Kozak,1986)[25]，因此懼高癥的治療之研究大部分已採用虛擬實境暴露療法(VirtualRealityExposureTherapy,VRET)[26]患者與治療師不需診察室，不需擔心在公眾場合做活體暴露療法(VIVO)時，接受到大眾異樣眼光的不適。虛擬實境技術也可提供治療師與患者平時無法使用的環(huán)境，例如：飛機、一座摩天大樓等等。2-2虛擬實境的應用從1995年開始，發(fā)現(xiàn)在虛擬實虛擬實境與擴增實境之比較-虛擬電梯于幽閉恐懼癥之課件

2-3擴增實境的應用擴增實境的相關應用相當多元，例如在工業(yè)上能夠幫助技師修理汽車，或是讓使用者得到更特殊、有趣的遊戲經(jīng)驗例如美國的棒球卡公司Topps推出的Topps3DLive卡/2009/03/09/topps-launches-3d-live-baseball-cards-video-cards-on-deck//2-3擴增實境的應用擴增實境的相關應用相當多元，例如在在2009年reddotdesign概念獎得主所展出的作品，就是以擴增實境為應用的產(chǎn)品：「LookingGlass」。這套系統(tǒng)可用於手持裝置上，並能將攝影機鏡頭／觸控螢幕／GPS／3G網(wǎng)路巧妙地結(jié)為一體。透過GPS定位及網(wǎng)路，它能提供使用者鏡頭所拍攝到的建築物的各項資訊，包括地址、發(fā)展歷史、甚至建築結(jié)構圖，如圖5。在2009年reddotdesign概念第三章研究方法3-1模擬情境：為了配合一般人的生活經(jīng)驗，選擇臨床上懼曠癥可能發(fā)生的生活情境：封閉式電梯。搭配燈光及其他虛擬環(huán)境中之視覺、聽覺刺激，以期能激發(fā)受試者之焦慮感受。3-2系統(tǒng)架構：3D虛擬場景是以遊戲引擎Unity3D進行開發(fā)，使用Z8003DVisor頭盔型顯示器(HMD)做為輸出，並搭配其內(nèi)嵌的姿態(tài)辨識器，提供受試者360度全域視覺效果。擴增實境部分，使用LogitechHDProC910WebCamera。另外MSIMyECGE3-80First

Professional-GradeProtableElectrocardiogram量測受試者在接受實驗刺激當下的心跳變異率第三章研究方法3-1模擬情境：為了配合一般人的生活虛擬實境與擴增實境之比較-虛擬電梯于幽閉恐懼癥之課件3-5刺激度設計為了調(diào)整虛擬環(huán)境的刺激程度以循序漸進的刺激受試者，將虛擬環(huán)境設計了以下劇本以供調(diào)整：●電梯開關門●燈光明亮程度●警報音●火焰及濃煙●尖叫聲3-5刺激度設計為了調(diào)整虛擬環(huán)境的刺激程度以循序漸進的刺3-6實驗設計及實驗方法建立使用者檔案配戴HRV生理資訊量測儀器蒐集HRV數(shù)據(jù)(一小時)沉浸入VR/AR環(huán)境中HRV數(shù)據(jù)分析填寫問卷3-6實驗設計及實驗方法建立使用者檔案3-6-2實驗大綱及目的徵求18至35歲30位志願受試者，並將之分為兩組：V組與A組。V組的受測者將先做虛擬實境，再做擴增實境；而A組受測者剛好相反。探討在虛擬實境與擴增實境系統(tǒng)中，是否同樣能引發(fā)人對於幽閉空間之恐懼感，並比較兩者之間的差異性，及掉換實驗系統(tǒng)順序?qū)κ軠y者造成的影響。將採用HRV生理回饋資訊做為分析使用者生理上狀態(tài)的客觀資料，並使用問卷調(diào)查使用者感受性。3-6-2實驗大綱及目的徵求18至35歲30位3-7-1HRV心跳變異率生理資訊3-7-2焦慮程度評估:分成虛擬與擴增實境兩個分不同問卷3-7-3科技接受度問卷:個人對於資訊科技接受的程度，包括四個範疇：臨場感與知悉性(Awareness&Presence)、有用性

(Usefulness)、易用性(EaseofUse)、娛樂性(Playfulness)3-7資料擷取與分析3-7-1HRV心跳變異率生理資訊3-7資料擷取與在受測者第一次進入虛擬或擴增環(huán)境時，A組中的受測者在實驗感受性上明顯強於V組。但在比較兩組實驗時的生理資訊發(fā)現(xiàn)了一個很有趣的現(xiàn)象。V組受測者先做VR實驗，所得出的各項生理資訊均不能顯示受測者有焦慮心理；然而在A組受測者中，先做過AR實驗，再進行VR實驗，所得出的結(jié)果竟有改善的趨勢第四章討論在受測者第一次進入虛擬或擴增環(huán)境時，A組中的受測者在實驗感總結(jié)所得資料，在HRV生理資訊回饋系統(tǒng)的測量下，我們觀測到刺激事件在虛擬實境與擴增實境中均能造成受測者生理上出現(xiàn)緊張之反應，虛擬實境中生理雖有變化，但反應顯得較為平淡。經(jīng)過討論分析，我們認為除了受測者並非幽閉恐懼癥之患者外，本實驗在臨場感方面亦有不足。我們相信，虛擬實境應可產(chǎn)生和擴增實境相同的效果，只要加強顯示輸出設備增進臨場感，應同樣能引發(fā)人之焦慮情緒。然而在對幽閉恐懼癥的臨床治療上，擴增實境的應用有限。原因是除非特別搭建一現(xiàn)實存在的專屬環(huán)境，否則患者仍然必須出入公眾之特定場景，這對需要隱蔽性的患者而言容易產(chǎn)生排斥心理，很可能在復健的過程中放棄。第五章結(jié)論總結(jié)所得資料，在HRV生理資訊回饋系統(tǒng)的測量下，我們觀另外，在比較兩組因?qū)嶒烅樞蛑煌覀儼l(fā)現(xiàn)了受測者在經(jīng)過擴增實境的訓練後，在虛擬實境中的感受性提高了，在生理上的反應較為明顯，在焦慮問卷的回答上也顯得較為焦慮，並與另一組呈現(xiàn)顯著差異。這個發(fā)現(xiàn)令我們對虛擬實境的未來發(fā)展提出一個新的視野：未來也許能夠開發(fā)一擴增實境與虛擬實境結(jié)合之技術，融合兩種虛擬技術的優(yōu)點，藉由在擴增實境中訓練使用者，再將使用者導入虛擬實境中，藉此提高使用者的各項感受性，達至更優(yōu)良的效果。另外，在比較兩組因?qū)嶒烅樞蛑煌?，我們發(fā)現(xiàn)了受測者在經(jīng)過擴增在科技接受度上，依照受測者問卷的回饋，本實驗在遊戲場景的設計上，視覺、聽覺效果優(yōu)良，搭配虛擬事件的效果不錯，但希望能在場景中加入其他人物。在易用性方面，雖然多數(shù)受測者沒使用過頭盔顯示器及HRV量測系統(tǒng)，但經(jīng)過說明後即能很快熟悉，並操作得當，表示本系統(tǒng)在學習與操作上是相當容易的。在有用性方面，受測者們認為HRV生理回饋系統(tǒng)有助於資料分析，而頭盔顯示器也有發(fā)揮一定的沉浸效果，亦有助於受測者分辨自己的位置。未來若能發(fā)展出更先進的顯示技術，既可達到環(huán)場沉浸的效果，又能克服現(xiàn)有頭盔顯示器的不足之處，應能創(chuàng)造更好的品質(zhì)，讓受測者在不同的任務中享受到更多樂趣，從而增進使用意圖。在科技接受度上，依照受測者問卷的回饋，本實驗在遊戲場景的設計虛擬實境與擴增實境之比較-

虛擬電梯於幽閉恐懼癥之應用國立中央大學資訊工程學系碩士論文研究生：余承芳指導教授：葉士青

中華民國101年6月虛擬實境與擴增實境之比較-

虛擬電梯於幽閉恐懼癥之應用國摘要近年來虛擬實境在復健醫(yī)療上的應用正快速發(fā)展中，它是復健治療一個重要輔助工具。在物理復健方面，結(jié)合虛擬實境電腦軟體技術並搭配適當?shù)妮o助器材，患者可藉由操作遊戲，重新訓練自己的多項身體功能，諸如手部抓取放鬆動作、心肺功能復健訓練、肢體認知協(xié)調(diào)性等等。在精神治療方面，在1995年發(fā)現(xiàn)虛擬實境能引發(fā)懼高癥患者的恐慌及焦慮心理後，經(jīng)過反覆的實驗及許多學者更深入的研究，醫(yī)療界現(xiàn)已承認虛擬實境在懼高癥上的治療效果。摘要近年來虛擬實境在復健醫(yī)療上的應用正快速發(fā)展中，它是復健治本研究針對幽閉恐懼癥的患者，創(chuàng)建了一封閉式的虛擬電梯環(huán)境，加入各種可能遭遇到之危險情境，製造沉浸式的環(huán)場效果，以測試能否引發(fā)受測者恐慌之心理，達到觸發(fā)焦慮的目的。除了虛擬實境，本實驗為求受測者能感覺更加真實，加入一組採用擴增實境技術，比較兩者之間的不同。為求精確，除設計三套問卷(焦慮評估、臨場感與知悉性、科技接受度)知悉受測者反應外，更測量HRV心跳變異率之生理資料，分析受測者在實驗過程中之生理反應，檢測其緊張程度?！娟P鍵字】：虛擬實境，擴增實境，幽閉恐懼癥，頭盔顯示器本研究針對幽閉恐懼癥的患者，創(chuàng)建了一封閉式的虛擬電梯環(huán)境，加1-1背景介紹

1-1-1幽閉恐懼癥常見癥狀一項研究指出世界上約有5%至7%左右的人口被數(shù)種幽閉恐懼癥所苦，但卻只有非常少數(shù)的人願意接受治療[4]。幽閉恐懼癥有兩個非常典型且關鍵的癥狀：對拘禁的空間感到恐懼以及懼怕受到壓迫或窒息[5，6]。典型幽閉恐懼癥的患者通常至少會對下列所述的封閉環(huán)境其中之一感到恐懼：狹小的房間。上鎖的房間。車內(nèi)。隧道內(nèi)。地下室或地窖。電梯內(nèi)。更甚者，由於對受拘束的恐懼感，會令幽閉恐懼癥患者害怕一些稀鬆平常的事[7]，如固定坐理髮店的椅子上、或在大排長龍的隊伍中等候等等。在心理上，幽閉恐懼癥的患者並不一定是害怕封閉的場景本身，而是害怕在這場景中，可能會發(fā)生什麼樣的事件。1-1背景介紹

1-1-1幽閉恐懼癥常見癥狀一項研1-2幽閉恐懼癥相關治療

1-2-1認知治療法

1-2-2活體暴露療法

1-2-3內(nèi)感暴露療法

1-2-4其餘傳統(tǒng)療法1-2幽閉恐懼癥相關治療1-2-1認知治療法

1-3數(shù)位科技的進步

1-3-1虛擬實境定義及其優(yōu)點虛擬實境（VirtualReality）簡稱為VR技術，也稱靈境技術或人工環(huán)境，源於IvanE.Sutherland(1965)所提出的「TheUltimateDisplay」觀點[21]，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三度空間的虛擬世界，提供使用者關於視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，透過電腦及相關設備創(chuàng)造、模擬出一個真實存在的世界；此環(huán)境並具有能與使用者互動的特性，使用者進行位置移動時，電腦可以即時運算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場感。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有三個基本特徵：沉浸─交互─構想（immersion─interaction─imagination）1-3數(shù)位科技的進步

1-3-1虛擬實境定義

1-3-2實驗所採用之相關技術本次實驗所採用的重要相關技術及設備有以下幾項：

3D虛擬實境擴增實境Z8003D頭盔顯示器MSIMyECGE3-80FirstProfessional-GradePortableElectrocardiogram1-3-2實驗所採用之相關技術本次實驗所採用的重要相

1-4研究目的本研究的目的有二：一:比較虛擬與擴增實境中，能不能同樣達到引發(fā)患者焦慮的結(jié)果？並進一步比較兩者間之不同二:探討調(diào)換實驗之順序，會不會對使用者造成影響？1-4研究目的本研究的目的有二：AR技術互動式技術VR技術沉浸式技術虛擬實境暴露療法焦慮情況存在感問卷焦慮感等級科技接受度心律變異性分析確認焦慮等級比較AR和VR開發(fā)醫(yī)療治療AR技術VR技術虛擬實境暴露療法焦慮情況存在感問卷第二章文獻探討

2-1恐懼癥在虛擬實境上之研究現(xiàn)在對於多種恐懼癥的研究，已有許多研究人員將實驗改為在虛擬實境(VirtualReality)中執(zhí)行[22，23]。虛擬實境提供一個較安全、較不感到難堪的環(huán)境，且比起在現(xiàn)實世界中重建一個實際的類似環(huán)境，不會耗費太多的資源。另外，藉由虛擬實境技術，我們也可以建造出一個在現(xiàn)實生活中很難找到的場景，而且比想像療法來的更有真實性。目前在許多研究實驗中，已經(jīng)證實虛擬實境在數(shù)種恐懼癥的治療上是一個相當有用的工具，例如懼高癥、蜘蛛恐懼癥[24]、對飛行的恐懼、幽閉恐懼癥及懼曠癥等等。第二章文獻探討

2-1恐懼癥在虛擬實境上之研究

2-2虛擬實境的應用從1995年開始，發(fā)現(xiàn)在虛擬實境中同樣可以引發(fā)患者對高度的恐懼與焦慮感(Foa&Kozak,1986)[25]，因此懼高癥的治療之研究大部分已採用虛擬實境暴露療法(VirtualRealityExposureTherapy,VRET)[26]患者與治療師不需診察室，不需擔心在公眾場合做活體暴露療法(VIVO)時，接受到大眾異樣眼光的不適。虛擬實境技術也可提供治療師與患者平時無法使用的環(huán)境，例如：飛機、一座摩天大樓等等。2-2虛擬實境的應用從1995年開始，發(fā)現(xiàn)在虛擬實虛擬實境與擴增實境之比較-虛擬電梯于幽閉恐懼癥之課件

2-3擴增實境的應用擴增實境的相關應用相當多元，例如在工業(yè)上能夠幫助技師修理汽車，或是讓使用者得到更特殊、有趣的遊戲經(jīng)驗例如美國的棒球卡公司Topps推出的Topps3DLive卡/2009/03/09/topps-launches-3d-live-baseball-cards-video-cards-on-deck//2-3擴增實境的應用擴增實境的相關應用相當多元，例如在在2009年reddotdesign概念獎得主所展出的作品，就是以擴增實境為應用的產(chǎn)品：「LookingGlass」。這套系統(tǒng)可用於手持裝置上，並能將攝影機鏡頭／觸控螢幕／GPS／3G網(wǎng)路巧妙地結(jié)為一體。透過GPS定位及網(wǎng)路，它能提供使用者鏡頭所拍攝到的建築物的各項資訊，包括地址、發(fā)展歷史、甚至建築結(jié)構圖，如圖5。在2009年reddotdesign概念第三章研究方法3-1模擬情境：為了配合一般人的生活經(jīng)驗，選擇臨床上懼曠癥可能發(fā)生的生活情境：封閉式電梯。搭配燈光及其他虛擬環(huán)境中之視覺、聽覺刺激，以期能激發(fā)受試者之焦慮感受。3-2系統(tǒng)架構：3D虛擬場景是以遊戲引擎Unity3D進行開發(fā)，使用Z8003DVisor頭盔型顯示器(HMD)做為輸出，並搭配其內(nèi)嵌的姿態(tài)辨識器，提供受試者360度全域視覺效果。擴增實境部分，使用LogitechHDProC910WebCamera。另外MSIMyECGE3-80First

Professional-GradeProtableElectrocardiogram量測受試者在接受實驗刺激當下的心跳變異率第三章研究方法3-1模擬情境：為了配合一般人的生活虛擬實境與擴增實境之比較-虛擬電梯于幽閉恐懼癥之課件3-5刺激度設計為了調(diào)整虛擬環(huán)境的刺激程度以循序漸進的刺激受試者，將虛擬環(huán)境設計了以下劇本以供調(diào)整：●電梯開關門●燈光明亮程度●警報音●火焰及濃煙●尖叫聲3-5刺激度設計為了調(diào)整虛擬環(huán)境的刺激程度以循序漸進的刺3-6實驗設計及實驗方法建立使用者檔案配戴HRV生理資訊量測儀器蒐集HRV數(shù)據(jù)(一小時)沉浸入VR/AR環(huán)境中HRV數(shù)據(jù)分析填寫問卷3-6實驗設計及實驗方法建立使用者檔案3-6-2實驗大綱及目的徵求18至35歲30位志願受試者，並將之分為兩組：V組與A組。V組的受測者將先做虛擬實境，再做擴增實境；而A組受測者剛好相反。探討在虛擬實境與擴增實境系統(tǒng)中，是否同樣能引發(fā)人對於幽閉空間之恐懼感，並比較兩者之間的差異性，及掉換實驗系統(tǒng)順序?qū)κ軠y者造成的影響。將採用HRV生理回饋資訊做為分析使用者生理上狀態(tài)的客觀資料，並使用問卷調(diào)查使用者感受性。3-6-2實驗大綱及目的徵求18至35歲30位3-7-1HRV心跳變異率生理資訊3-7-2焦慮程度評估:分成虛擬與擴增實境兩個分不同問卷3-7-3科技接受度問卷:個人對於資訊科技接受的程度，包括四個範疇：臨場感與知悉性(Awareness&Presence)、有用性

(Usefulness)、易用性(EaseofUse)、娛樂性(Playfulness)3-7資料擷取與分析3-7-1HRV心跳變異率生理資訊3-7資料擷取與在受測者第一次進入虛擬或擴增