VR虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用作治療兒童自閉癥的工具

VR虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用作治療兒童自閉癥的工具虛擬現(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Coiffet2003)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。這種強(qiáng)烈的現(xiàn)場(chǎng)感通過增加關(guān)注相關(guān)刺激和限制注意力分散以及現(xiàn)實(shí)任務(wù)無關(guān)的刺激增強(qiáng)學(xué)習(xí)(Witmer等2005)過任何感覺形態(tài),(HMDs),提供360度多種感覺的刺激,桌面系統(tǒng),傳統(tǒng)的計(jì)算機(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Coiffet2003)。大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)程序使用這三個(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,因?yàn)樗軌蛟隗w試驗(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)雜的精確控制,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Kim2005,119頁)?；谶@些原因,設(shè)計(jì)師和研究人員已經(jīng)開始探索虛擬現(xiàn)實(shí)作為一個(gè)自閉癥兒童的治療工具。域中一個(gè)綜合的先進(jìn)技術(shù)發(fā)展水平知識(shí),以作為未來研究的平臺(tái)。下一節(jié)將討論使用虛擬現(xiàn)實(shí)作為自閉癥兒童的治療工具的理論優(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)在自閉癥治療中的應(yīng)用使用虛擬現(xiàn)實(shí)作為自閉癥兒童的康復(fù)工具有諸多好處。一般來說,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)自閉癥兒童成功教育計(jì)劃的基本組件包括提供現(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)結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)環(huán)境并提供系統(tǒng)的指令(Iovannone2003)。一個(gè)治療的VR程序有能力滿足并且超越上述所有的這些期望。自閉癥固有的非均質(zhì)性導(dǎo)致了多種介入性方法的發(fā)展。從概念上講,孤獨(dú)癥康復(fù)可以視為一系列上下相關(guān)的行為策略來指導(dǎo)孩子,非結(jié)構(gòu)化的,自然的干預(yù)措施。行為方法使用重復(fù)原則和強(qiáng)化改變特定行為(Lovaas1987),而自然的方法利用學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)當(dāng)他們出現(xiàn)在自然環(huán)境中(Cowan2007)。行為方法的有效性已經(jīng)在改變自閉癥兒童特定的行為得到了廣泛的驗(yàn)證,比如增加目光接觸,表達(dá)需求,根據(jù)社會(huì)規(guī)范的行為,和學(xué)習(xí)基本的學(xué)術(shù)技能,如閱讀、寫作、和批判性思考(Howlin1998;Magliaro等2005)。行為主義方法的主要缺點(diǎn)是指令主要是醫(yī)生或老師驅(qū)動(dòng),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能轉(zhuǎn)換到訓(xùn)練之外(Parsons等2002)。推廣已經(jīng)被認(rèn)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預(yù)(Howlin1998;Rao等1998年)。第二種方的問題(Cowan和Allen2007)。然而,往往很難促進(jìn)強(qiáng)烈重復(fù)或在一個(gè)復(fù)雜的自然情況下修改環(huán)境刺激。雖然每種方法相對(duì)的存在缺點(diǎn),他們通常很難合并在一個(gè)程序下運(yùn)行。虛擬現(xiàn)實(shí)有能力填補(bǔ)這一缺口。VR設(shè)計(jì)師能夠把行為策略直接融入計(jì)劃,其中包括直接指令,多個(gè)提示,指導(dǎo)和強(qiáng)化。虛擬現(xiàn)實(shí)也善于促進(jìn)多個(gè)重復(fù)的機(jī)會(huì)。重要的是,虛擬現(xiàn)實(shí)程序可以概括關(guān)鍵原則的整體自然的干預(yù)措施,特別是在各種情況下加強(qiáng)技能,使用各種教學(xué)材料和特殊的教學(xué)方法,使教學(xué)環(huán)境類似于真實(shí)的環(huán)境,教會(huì)技能背后的規(guī)則和原則而不是技能本身,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),擬真實(shí)情況,因此,環(huán)境中模擬真實(shí)的環(huán)境的程度,高生態(tài)效度增加模擬環(huán)境中所學(xué)技能將轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實(shí)世界中的可能性(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和包含日益復(fù)雜的感官刺激以及促進(jìn)多個(gè)重復(fù)的技巧,,虛擬現(xiàn)實(shí)有合并基本組件行為和自然的方法為一個(gè)統(tǒng)一的、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)好處是它進(jìn)一步自身興趣和偏好,比如喜歡卡通人物或歌,接觸,是成功學(xué)習(xí)的最重要的預(yù)測(cè)因子之一(Hurth等1999;Rogers1999)虛關(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~外的支持,幫助他們預(yù)測(cè)未來事件,了解行為預(yù)計(jì)的基礎(chǔ)上更容易適應(yīng)日?；顒?dòng)的變化(Hurth等1999;Rogers1999)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)中的改變或轉(zhuǎn)換(Rogers1999)。在一個(gè)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)環(huán)境中,孩子們意識(shí)到在學(xué)習(xí)過程中他們將做什么,最大化他們?nèi)蝿?wù)成功的可能性(Hurth等1999;Iovannone等2003)統(tǒng)的自閉癥兒童學(xué)習(xí)計(jì)劃是高度結(jié)構(gòu)化的和重復(fù)的,伴隨活動(dòng)中難度的遞增。這的負(fù)擔(dān),因?yàn)樗小霸谝粋€(gè)身臨其境的虛擬環(huán)境中，系統(tǒng)交付能力和控制動(dòng)態(tài)、交互式3D刺激和Kim2005),額外的支持可以集成,環(huán)境可以根據(jù)訓(xùn)練任務(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)指令需要為每個(gè)學(xué)生建立有意義的目標(biāo),建立一個(gè)特定的,直接指令計(jì)劃實(shí)施教學(xué)過程和評(píng)估這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度(Hurth等1999;Iovannone等2003)?？刂铺摂M現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的設(shè)計(jì)允許系統(tǒng)的教學(xué)策略被納入,線索,提示可以集成到每個(gè)任務(wù)的階段。VR干預(yù)也可以提供各種形式的反饋和感官(Rizzo和Kim2005)。因此,虛擬現(xiàn)實(shí)程序有能力整合關(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)中使用虛擬現(xiàn)實(shí)的唯一好處是安全的保證,這是一個(gè)父母主要關(guān)相關(guān),或者他們沒有足夠的身體的技能來應(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)世界中被認(rèn)為是危險(xiǎn)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境的安全訪問,如過人行橫道或消防安全。在一個(gè)虛擬環(huán)境中練習(xí)危險(xiǎn)的技能讓孩子開拓足夠的認(rèn)知和物理技能以及在現(xiàn)實(shí)世界中安全運(yùn)用這些技能的信心(我等2007)方面的信心和能力,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)有能力將不同介入方法合并成一個(gè)有凝聚力的項(xiàng)目去迎合自閉癥兒童獨(dú)特的學(xué)習(xí)要求,通過結(jié)構(gòu)控制和系統(tǒng)的指令,高程度的現(xiàn)實(shí)主義,保證身體,,虛擬現(xiàn)實(shí)在多大程度上實(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)前部分描述了使用VR于使用虛擬解決三種孤獨(dú)癥的基本不足中的兩個(gè),即社會(huì)和交際行為的核心障礙。第二部分論述了虛擬現(xiàn)實(shí)的擴(kuò)展到其他非診斷性障礙和技能不足是自閉癥兒童常見的治療目標(biāo)。解決基本不足建的四個(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)和格式以及干預(yù)本身的強(qiáng)度等方面用一種稍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)合中適當(dāng)?shù)纳鐣?huì)行,配有一個(gè)能購買飲料,酒保和各種人坐在凳子上,排隊(duì)秩序,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)習(xí)俗與訂購,支付,在人群中導(dǎo)航,在一家咖啡館坐下來。孩子為了,其中包括兩項(xiàng)訓(xùn)練每項(xiàng)30-50分鐘長(zhǎng),青少年能夠用言語表達(dá),更加復(fù)雜,將他們對(duì)社會(huì)習(xí)俗的理解應(yīng)用在一個(gè)咖啡館環(huán)境以及可以擴(kuò)展他們學(xué)習(xí)其他的虛擬場(chǎng)景(Mitchell2007)擬咖啡館項(xiàng)目反映了在自閉癥治療中使用虛擬現(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,普遍化技能于真實(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)習(xí)俗場(chǎng)景尚不清楚?！拔乙憩F(xiàn)好像的觸摸屏虛擬現(xiàn)實(shí)工具是為了教自閉癥兒童如何思考想象(Herrera等2008)。這個(gè)程序?yàn)榱舜龠M(jìn)想象力或象征性思維而開發(fā),被認(rèn)為是對(duì)發(fā)展前兆復(fù)雜的社會(huì)的理解。“我要表現(xiàn)好像”這一程序模擬一個(gè)虛擬超市內(nèi),,孩子們探索(),最終學(xué)會(huì)以虛構(gòu)的方式(即操作對(duì)象。把香蕉用作電話)。實(shí)際的干預(yù)是非常密集的,由每周三個(gè)交易日,每次20-30分鐘長(zhǎng),持續(xù)約2-3有兩個(gè)孩子的自閉癥試點(diǎn)研究中,兩個(gè)孩子均改善測(cè)試對(duì)象的使用功能,假裝玩,想象力,和魔法的理解(Herrera等2008)。這些結(jié)果對(duì)使用虛擬現(xiàn)實(shí)工具來提高自閉癥兒童的象征性思維能力提供了初步支持;然而,需要更大規(guī)模的研究來驗(yàn)證這一結(jié)果和評(píng)估假設(shè)改善象征性思維轉(zhuǎn)化為社會(huì)發(fā)揮行為的變化。(米切爾等2007),其任務(wù)是選擇合適的地方坐第三個(gè)項(xiàng)目是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)技能和溝通培訓(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)虛擬的故事通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。一些故事元素必須同時(shí)被兩個(gè)用戶被移動(dòng),分享和聯(lián)合指導(dǎo)行為。實(shí)際的程序?yàn)楦吖δ茏蚤]癥兒童設(shè)計(jì),9到11歲,是結(jié)構(gòu)化的十多個(gè)20,一對(duì)孩子在指導(dǎo)下一起創(chuàng)建和講述故事。三對(duì)孩子評(píng)估這個(gè)項(xiàng)目。完成課程后,所有的孩子都呈現(xiàn)出更多的積極的社會(huì)行為,成功地推廣到另一個(gè)合作領(lǐng)域,非虛擬現(xiàn)實(shí)游戲。此外,兒童游戲的質(zhì)量改進(jìn)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,深刻的話語(Bauminger等2007)StoryTable項(xiàng)目支持一種結(jié)合刺激,獎(jiǎng)勵(lì)可視化界面,與真實(shí)的人進(jìn)行學(xué)習(xí)和互動(dòng)機(jī)會(huì)的成功方法。圖2Cheng等2010面部表情反應(yīng)回應(yīng)?！皡f(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Ye2010)CVLE程序旨在提高自閉癥兒童的社會(huì)能力。虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)包括兩個(gè)虛擬場(chǎng)景：(虛擬角色),每個(gè)代表一個(gè)教師或?qū)W生涉及的社會(huì)任務(wù)包括化身之間語言和非語言溝通。例如,老師的化身將執(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)反應(yīng)(見圖2)。干預(yù)計(jì)劃是專為學(xué)齡兒童自閉癥干預(yù)包括五個(gè)干預(yù)課時(shí),每個(gè)30-40分鐘長(zhǎng)。三個(gè)自閉癥兒童的報(bào)告已經(jīng)顯示在感知和表達(dá)語言和非語言溝通的程度和復(fù)雜度以及增加積極的行為,如眼神交流,適當(dāng)?shù)亩Y儀和傾聽他人的能力有漸進(jìn)式的進(jìn)步(Cheng和Ye2010),類似于StoryTable程序,可以推斷出,提供機(jī)會(huì)與虛擬和非虛擬中的人進(jìn)行交互可能在虛擬或非虛擬中任何一個(gè)的效果要好。表11總結(jié)了4個(gè)注重想象力和象征性思維。每個(gè)項(xiàng)目使用不同類型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和不同的干預(yù)強(qiáng)度。行為目標(biāo)VR系統(tǒng)和壞境類型干預(yù)強(qiáng)度相關(guān)文獻(xiàn)社會(huì)交際行為桌面VR兩個(gè)課時(shí)，每個(gè)30-50分鐘Mirchell等2007年可觸桌面VR“我要每周3個(gè)課時(shí)，想象力和象征性思維每個(gè)20-30分鐘，Herrera等2008年表現(xiàn)好像”持續(xù)2-3個(gè)月社會(huì)交際行為多用戶觸控手勢(shì)VR，StoryTable應(yīng)用10個(gè)課時(shí)，每個(gè)20分鐘Bauminger等2007年社會(huì)交際行為桌面VR，合作虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境5個(gè)課時(shí)，每個(gè)30-40分鐘Cheng等2010年總的來說,這四個(gè)項(xiàng)目顯示了改善特定社會(huì)和交際行為的潛力。每個(gè)程序方法處理問題的方式略有不同,但每個(gè)均關(guān)注提高個(gè)別技能或行為并提供重復(fù)的實(shí)踐機(jī)會(huì)(見表1項(xiàng)目總結(jié))目前還不清楚如果虛擬現(xiàn)實(shí)提供的高度的現(xiàn)實(shí)主義的推廣是否會(huì)產(chǎn)生重大影響。所有程序需要將概括任務(wù)納入他們的評(píng)價(jià)過程。總的來說,程序明顯說明一個(gè)事實(shí)，即使虛擬現(xiàn)實(shí)有潛力成為一個(gè)更大治療項(xiàng)目有價(jià)值的助手,但很可能不夠作為一個(gè)孤立的手段為自閉癥兒童提供治療。解決其他不足盡管虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)成為解決社會(huì)和交際障礙定義自閉癥的常見手段,也有可兒童經(jīng)常遇到的普遍但非核心問題。創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目來提高安全行為,神經(jīng)認(rèn)知不足和感覺不足。安全行為自1992年以來，斯特里克蘭和他的同事為普遍發(fā)育遲緩的兒童開發(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)教家庭消防安全的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。程序本身的設(shè)計(jì)是基于美國消防管理局推薦的安全步驟,其中包括逃離的最短路線和召集小組到共同的聚會(huì)場(chǎng)所。在虛擬項(xiàng)目中,在消防安全教育的背景下的每一步,一個(gè)虛擬的房子,通過動(dòng)畫形象“巴迪“3和6歲的(1小時(shí)訓(xùn)練)和在學(xué)校(多個(gè)10分鐘會(huì)話結(jié)束幾個(gè)月),斯特里克蘭和他的同事報(bào)道,14個(gè)孩子中的11個(gè)成功地學(xué)會(huì)了消防安全步驟,能夠概括他們的新技能,口頭描述如何應(yīng)用安全措施回到自己家里(Strickland等2007)孩子們是否會(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)果的基礎(chǔ)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)的安全措施。此外,他們使用ScentPalate(R),它提供了一種煙熏的氣味,6到12歲的任務(wù),涉及到5周的訓(xùn)練。相比非虛擬現(xiàn)實(shí)的安全培訓(xùn)項(xiàng)目如那些使用傳統(tǒng)的直接指導(dǎo),此外,VR程序與傳統(tǒng)的程序相比需要大約一半的時(shí)間管理,不包括額外的準(zhǔn)備工作參與規(guī)劃和后期的組織材料(我等2007),雖然孩子可能通過虛擬現(xiàn)實(shí)和非虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目達(dá)到相似的掌握水平,但有些孩子從虛擬媒體比傳統(tǒng)項(xiàng)目會(huì)更有效地學(xué)習(xí)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)的能力,個(gè)性化的培訓(xùn)項(xiàng)目也對(duì)增加個(gè)人成就有幫助。除了緊急情況下的安全,過馬路的安全也是一個(gè)父母擔(dān)心的主要問題。一個(gè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的過馬路項(xiàng)目為年齡在8-16歲的自閉癥兒童開發(fā)。程序要求孩子成,其間任務(wù)變得越來越困難,需要大約十六課時(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,,有綠燈變?yōu)榧t燈的意識(shí),以及如何避免事故的發(fā)生。一群通過虛擬現(xiàn)實(shí)中治療自閉癥兒童測(cè)試了這個(gè)程序;但是,只有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,盡管VR提高實(shí)際推廣理論,但這項(xiàng)研究的結(jié)果強(qiáng)調(diào),每個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目必須單獨(dú)評(píng)估其真正的生態(tài)效度和臨床適用性?？傊?這三個(gè)教學(xué)項(xiàng)目說明虛擬現(xiàn)實(shí)教育自閉癥兒童安全行為的潛能。虛擬環(huán)境提供了孩子們一個(gè)安全的訓(xùn)練技能的環(huán)境,否則這些訓(xùn)練可能在真實(shí)環(huán)境中,,在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)的程度轉(zhuǎn)化為實(shí)際的行為是有問題的。在上述項(xiàng)目,參與者在真實(shí)的場(chǎng)景中的表現(xiàn)也變化很大。這種間斷或許可以通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)知不足自閉癥兒童神經(jīng)認(rèn)知不足已經(jīng)反復(fù)證明,包括特定的障礙,如注意力和執(zhí)行能力的缺陷(Hill2004),改善不足或許構(gòu)成了各種公開的行為的基礎(chǔ)，可能會(huì)導(dǎo)致更大的整體發(fā)展(Wang和Reid2009)。馬克斯和伯克(1997)創(chuàng)建了一個(gè)夢(mèng)境驅(qū)動(dòng)的虛擬游戲來解決自閉癥兒童的虛擬現(xiàn)實(shí)程序?yàn)閮和⒁馊毕荻鄤?dòng)障礙而開發(fā),當(dāng)前項(xiàng)目是獨(dú)一無二的,因?yàn)樗菍ｉT為年齡4-11歲的自閉癥兒童開發(fā)的。使用一個(gè)頭戴設(shè)備,孩子能夠檢測(cè)視出更高程度的關(guān)注事件和地點(diǎn),空間和定向聽覺刺激，這一現(xiàn)象證明在虛擬世界中有一個(gè)直接影響孩子們的“存在”的感覺。因此,多系統(tǒng)提示加入虛擬項(xiàng)目有助于孩子專注任務(wù)和參與。然而,不同于為注意缺陷多動(dòng)障礙兒童設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),這個(gè)程序沒有具體的目標(biāo)、可衡量關(guān)注的組件。其他研究小組也在參與和改進(jìn)報(bào)道出現(xiàn)在自閉癥兒童治療中的VR干預(yù)措施。尤其是兩個(gè)小組,,用戶的形象和動(dòng)作可以捕獲并實(shí)時(shí)投影到屏幕。Mineo和同事(2009)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移動(dòng)。孩子必須伸出手去觸摸的對(duì)象,通過這樣做,促進(jìn)他們轉(zhuǎn)換成為鳥。研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)研究,年齡6-18歲的42個(gè)自閉癥兒童被隨機(jī)分配到self-video(查看視頻自己從事虛擬現(xiàn)實(shí)活動(dòng)),其他視頻()self-VR(實(shí)際參與虛擬現(xiàn)實(shí)活動(dòng))。比較不同群體,兒童self-VR集團(tuán)展現(xiàn)出最大的關(guān)注和實(shí)際表力。與簡(jiǎn)單的形狀分組不同,我們的應(yīng)用程序允許定義不同形狀之間的機(jī)械聯(lián)系(如圖4),于轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)合,可以添加電動(dòng)機(jī)。它會(huì)導(dǎo)致其附加形狀旋轉(zhuǎn)和常數(shù)徑向速度。運(yùn)用這樣的連接可以創(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)節(jié)器在PhysicsPlayground模擬這種方式(如圖9右)沖要么直接通過選擇聯(lián)合一個(gè)3D空間。分析在每一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)中,我們可能對(duì)一定震級(jí)和性能的模擬對(duì)象感興趣。為了能夠區(qū)分虛擬仿真與真實(shí),在對(duì)象提取之前、期間和在運(yùn)行時(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)的理論背景或用傳統(tǒng)方式確認(rèn)結(jié)果,例如,通過使用適當(dāng)?shù)墓健Ｒ愿吲d趣對(duì)物理震級(jí)的分析是速度、加速度、力、摩擦、能源和路徑。提供兩種機(jī)制都輸出這樣的數(shù)據(jù)：a)一種可以進(jìn)行距離測(cè)量的簡(jiǎn)單工具b)一個(gè)強(qiáng)大的分析器,可以從形狀提取和顯示所有有趣的、有關(guān)物理震級(jí)(如圖4右)。我們使用一個(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應(yīng)用程序。從價(jià)值軸我們可以得到——除了絕對(duì)值,如電壓——,因?yàn)橄袼俣然蚵窂郊?jí)有三個(gè)尺寸加值。因此,我們的分析儀有四個(gè)輸入字段-x，y，z和絕對(duì)值。輸入字段可以連接到不同的形狀屬性,如速度和動(dòng)能能源。這個(gè)屬性通過所個(gè)形狀。一個(gè)額外的適配器聯(lián)接特定的物理級(jí),通過適配器、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)行實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)習(xí)所有的數(shù)據(jù)。此外,這些適配器不僅充當(dāng)?shù)椒治銎鞯慕涌谕瑫r(shí)我們也可以想象他們的價(jià)值。例如,路徑適配器(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能力的適配器,一有了許多新的可能性。例如想象精確模擬一個(gè)加速和減速一輛車。適配器的配置是通過個(gè)人互動(dòng)面板配置的。當(dāng)選擇適配器時(shí),可以使用一個(gè)這個(gè)功能表現(xiàn)在下一節(jié)的“教學(xué)經(jīng)驗(yàn):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)系。兩個(gè)連接相同的形狀,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)A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)雜的形狀,一個(gè)翻跟斗。D顯示分組的形狀,在模擬將一起運(yùn)動(dòng)。E表示分析儀連接速度適配器F的一個(gè)球體。在模擬時(shí)F的速度值將要記面和繼續(xù)滾下。僅僅通過在橙線記錄上移動(dòng)筆我們可以獲得準(zhǔn)確的時(shí)間流速值。G演示了測(cè)量工具。目前,測(cè)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)的適用性將通過力和力都有兩個(gè)涉力物體A和B導(dǎo)致了大小相等方向相反的反作用力。我們使用波爾(1931)描述一個(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移動(dòng)車廂上(如圖5),兩人抓住一個(gè)繩連接他們。有了這樣的設(shè)置,我們可以進(jìn)行一系列的測(cè)試:1.所有參與者同時(shí)拉繩子。2.左邊的人拉繩子而右邊的人抓住繩子。3.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,兩車將從開始的點(diǎn)移動(dòng)相同的距離在中間的兩個(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,()由兩個(gè)相同的,無摩擦滑動(dòng)的盒子A和B替換。每個(gè)箱子有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的球體在中間,球體是通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)安裝,木棒和球體必須有一個(gè)最大化摩擦系數(shù)為1,這樣一切都正確的。接下來,,馬達(dá)必須附加到每個(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)必須自旋逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),而在物體B,它必須順時(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)矩沿連F1。在另一個(gè)方向,F1和前面的力F1具有相同的絕對(duì)值。無論一個(gè)或兩個(gè)馬達(dá)被激活,觀察模擬實(shí)驗(yàn)的人會(huì)注意這兩種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,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分析器的距離。不管哪個(gè)人拉繩子,兩個(gè)車廂總是相等地移動(dòng)。教學(xué)課：速度和速率這節(jié)課演示了PhysicsPlayground如何可以應(yīng)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)際上是一部分高中最終的物理考試。在這個(gè)練習(xí)中,ABx軸上以不同的速度運(yùn)動(dòng)。在某個(gè)時(shí)間點(diǎn),兩個(gè)物體可能發(fā)生碰撞。在這個(gè)設(shè)置下許多物理場(chǎng)景可能發(fā)生。我們將重新創(chuàng)建大多數(shù)學(xué)校任務(wù)(斯塔克,2002)和在后來擴(kuò)展的場(chǎng)景。在PhysicsPlayground中開始時(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)系的設(shè)置后進(jìn)行的3步模擬過程學(xué)生的問題描述如下：物體A代表一輛玩具車沿著X間與圖7所給出的力FA(t)相關(guān)，所有物體摩擦力為零。使用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，右圖為力適應(yīng)轉(zhuǎn)換在PhysicsPlayground的幫助下為了解決這個(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。基本上,這是通過添加一個(gè)力適配器,它指向x6中,附加到對(duì)象A(點(diǎn)表示為<F>)。在下一步,為了表示時(shí)間-力的函數(shù)關(guān)鍵幀的適配器必須進(jìn)行調(diào)整,如圖7果一切正常,在仿真開始后物體應(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)7中時(shí)間-力的函數(shù),說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)單我們只需要給物體A附上一個(gè)速度適配器。這樣做之后,速度適配器必須與x輸入的分析儀相連接,學(xué)生可以從分析器讀