實驗心理學(xué)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用

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摘要：心理學(xué)作為一門實驗科學(xué)，其研究方法離不開實驗，然而實驗法因其對自變量和因變量的嚴格控制，外部推廣效度比較低，無法推廣。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為新的技術(shù)手段，因其特性引起了心理學(xué)家的關(guān)注?，F(xiàn)今虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實驗心理學(xué)中，不僅在心理治療中發(fā)揮作用，同時各大實驗室也開始進行建設(shè)，并逐步應(yīng)用在具體的研究和平臺建設(shè)中，其地位則顯得尤為重要，不容忽視。未來可擴大虛擬場景建設(shè)，豐富虛擬現(xiàn)實資源庫，為開展心理學(xué)研究提供更多的環(huán)境。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；實驗心理學(xué)；心理治療

引言

虛擬現(xiàn)實主要是借助于計算機建立一個與真實環(huán)境相似的虛擬環(huán)境，使用者再借助于傳感設(shè)備投入此環(huán)境中。近年來，隨著科技的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在多個領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用，例如醫(yī)療、軍事等行業(yè)，教育行業(yè)也不例外，國家越來越重視虛擬現(xiàn)實技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用，目前教育部在一些重點大學(xué)已批準建立虛擬仿真教學(xué)實驗室以探索該技術(shù)其應(yīng)用，受此影響，無論傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式還是教學(xué)方式，均在發(fā)生變化。目前，國際上關(guān)于虛擬現(xiàn)實在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在課堂教學(xué)法、學(xué)習(xí)環(huán)境以及醫(yī)學(xué)、工程、地理等具體學(xué)科。國內(nèi)則主要集中在虛擬學(xué)習(xí)資源建設(shè)、理論探索和仿真校園環(huán)境建設(shè)等方面。心理學(xué)是介于自然科學(xué)與社會科學(xué)之間的交叉學(xué)科，既具有自然科學(xué)的特點還具備社會科學(xué)的特點，其目的是研究個體的心理和行為的發(fā)展歷程，而個體的心理認知活動具有不易觀察和復(fù)制的特性，因而不論是心理學(xué)教學(xué)還是研究均離不開科學(xué)嚴謹?shù)膶嶒?。在傳統(tǒng)心理學(xué)研究中，研究方法不盡相同，莫雷等人根據(jù)對象的特征將研究方法分為兩個層次：一被稱為心理學(xué)研究設(shè)計方法，通過研究變量與變量的關(guān)系，來揭示心理現(xiàn)象與規(guī)律；二被稱為變量數(shù)據(jù)的獲得方法，利用各種方法采集變量的量化數(shù)據(jù)，然后再用量化的方法揭示變量與變量之間的關(guān)系，即測評法、實驗心理范式、認知神經(jīng)科學(xué)范式。測評法是通過問卷、測量、評定等方法獲得變量的數(shù)據(jù)；實驗心理范式是在一些經(jīng)典研究中形成的關(guān)于某些特質(zhì)或者特征的量化數(shù)據(jù)的獲取范式；認知神經(jīng)科學(xué)范式，主要是借助fMRI、EEG等技術(shù)手段來了解大腦神經(jīng)元的活動數(shù)據(jù)，從而從生理層面來揭示心理現(xiàn)象和規(guī)律。盡管該范式起步比較晚，但現(xiàn)今已是心理學(xué)研究方法的主流趨勢。在3種研究方法中，后兩者被統(tǒng)稱為實驗法的技術(shù)范式。實驗法是最嚴謹?shù)?，自然科學(xué)的進步依賴于實驗方法的進步，心理學(xué)亦如此。然而在心理學(xué)研究中，實驗法還面臨一些問題，比如實驗法的外部效度比較低。實驗法的研究目的是確定自變量與因變量兩者間對應(yīng)的數(shù)量化關(guān)系，故而要對實驗環(huán)境進行控制，該操作可保證研究具有較高的內(nèi)部效度，而外部效度就比較低，結(jié)果無法推廣到類似環(huán)境中[1]。此外在實驗法中，研究對象是作為獨立個體的人類，必然會出現(xiàn)諸如特殊環(huán)境難以在實驗室呈現(xiàn)、大型儀器設(shè)備使用成本昂貴等問題。而虛擬仿真實驗存在不受時空限制、低廉、風(fēng)險低等優(yōu)點，其必將成為心理學(xué)真實實驗的有益補充[2]。李婷發(fā)現(xiàn)將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用到心理學(xué)實驗中有4種優(yōu)勢：第一，在實驗中被試的自主性比較高，可實現(xiàn)對場景的全面控制，增加被試的選擇性；第二，虛擬現(xiàn)實存在較高的仿真度，個體可以體驗到增強的卷入感和真實感；第三，實驗室具有高度的自由，能自由更換實驗場景，選擇匹配度最高的場景；第四，數(shù)據(jù)易搜集、易量化，可實時記錄個體反應(yīng)數(shù)據(jù)[3]。鑒于此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實驗心理學(xué)教學(xué)中的地位則顯得尤為重要，不容忽視。

1虛擬現(xiàn)實的定義和特征

目前，關(guān)于虛擬現(xiàn)實的定義學(xué)術(shù)界并未達成一致，主要有3種觀點。一是由國內(nèi)學(xué)者劉光然提出的，認為虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種由交互計算機仿真組成的一種媒介形式，能夠獲取參與者的一些信息，然后替代或者增強一種或者多種感官反饋，進而出現(xiàn)精神沉浸于或感覺在仿真環(huán)境中的感覺[4]。二是由學(xué)者趙沁平從數(shù)字環(huán)境視角提出的，認為虛擬現(xiàn)實在視覺、聽覺、觸覺等感覺方面與原環(huán)境高度相似的數(shù)字化環(huán)境，通過某些設(shè)備來實現(xiàn)與其中對象進行互動，從而產(chǎn)生與真實環(huán)境相對應(yīng)的感受和體驗。三是有些學(xué)者認為虛擬現(xiàn)實技術(shù)是計算機技術(shù)的拓展，是綜合三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)、高分辨顯示技術(shù)等于一體的科學(xué)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種仿真系統(tǒng)，具有3大特性：沉浸性、想象性、交互性。沉浸性指個體在虛擬環(huán)境中所獲得的感受和真實環(huán)境高度相似，包括視覺聽覺、嗅覺等。想象性指虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以結(jié)合個體的理性與感性，創(chuàng)建大腦里面構(gòu)思出來的事物和情境，進行思維創(chuàng)新。交互性是指個體課借助一些交互設(shè)備，以自然方式與虛擬環(huán)境進行互動。

2心理學(xué)虛擬現(xiàn)實實驗室建設(shè)

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，國家也加大了該方面的投入。2013年教育部“關(guān)于開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知”，指出虛擬仿真實驗教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。為響應(yīng)國家的號召，國內(nèi)一些院校開啟了建設(shè)虛擬仿真實驗室的熱潮。比如，華中師范大學(xué)依托心理學(xué)院建立了首個國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心，與行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)結(jié)合，研發(fā)出多個基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的心理學(xué)實驗教學(xué)項目，現(xiàn)今該中心建成的虛擬實驗項目平臺主要有虛擬認知心理實驗、虛擬學(xué)習(xí)與教學(xué)實驗、虛擬發(fā)展心理實驗、虛擬心理咨詢與治療實驗、虛擬人格與社會實驗。通過這些項目，學(xué)生不僅對空間認知等基礎(chǔ)心理學(xué)的課題進行研究，還可借助該技術(shù)來探索人格社會心理學(xué)以及應(yīng)用心理學(xué)中的難題[5]。隨著虛擬仿真實驗室的建立，各地均開始有所嘗試，蘇州大學(xué)結(jié)合傳統(tǒng)心理學(xué)實驗的局限以及虛擬仿真實驗的優(yōu)點，建立了虛擬仿真與實體實驗相結(jié)合的教學(xué)中心。該平臺包括7個子平臺，即生理心理學(xué)虛擬仿真平臺、認知行為實驗虛擬仿真平臺、特殊被試心理特征虛擬仿真平臺、特殊環(huán)境虛擬仿真平臺、大型儀器設(shè)備操作使用虛擬仿真平臺、心理咨詢虛擬仿真平臺和遠程行為觀察平臺[6]。而華南師范大學(xué)為了解決心理學(xué)公共課的一校多區(qū)、一課多校、一課多專業(yè)和一課多開設(shè)形式的復(fù)雜開課問題，建立了心理學(xué)公共課虛擬仿真項目，開發(fā)了30多個虛擬仿真實驗項目，以遠程互動的方式來開展教學(xué)，解決了任課教師攜帶設(shè)備不便無法演示和學(xué)生進實驗室實驗的問題，創(chuàng)新了公共課心理學(xué)的教學(xué)模式，提升了教學(xué)效果[7]。江漢大學(xué)心理與行為實驗中心為解決心理學(xué)教學(xué)所面臨的相同問題，也建立了心理學(xué)虛擬仿真實驗室，該實驗室由云端的軟件系統(tǒng)和實驗室的相關(guān)設(shè)備組成，包括資源平臺、管理和預(yù)約平臺以及自主科研平臺，其中資源平臺作為核心建設(shè)含有6個子模塊，如腦與認知虛擬仿真實驗?zāi)K、特殊被試虛擬仿真實驗?zāi)K等，每個子模塊里面又設(shè)計了多個具體的實驗項目，比如心理加工虛擬仿真實驗?zāi)K包括心理旋轉(zhuǎn)實驗、錯誤信念實驗等[8]。

3虛擬現(xiàn)實在心理學(xué)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國外的研究起步比較早，其最早應(yīng)用主要體現(xiàn)在心理治療中，用來解決一些來訪者的問題，比如恐高癥，利用虛擬技術(shù)建立高空環(huán)境，然后讓來訪者一步一步暴露在該環(huán)境中，從而逐漸地降低來訪者的焦慮感。目前，國內(nèi)學(xué)者已在醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、計算機科學(xué)、軍事學(xué)、新聞學(xué)等多個領(lǐng)域開展了相關(guān)研究。其中，在心理學(xué)領(lǐng)域主要體現(xiàn)在心理治療和實驗心理學(xué)。VRT在心理治療領(lǐng)域主要體現(xiàn)在各類心理障礙或者疾病診斷和輔助治療中。2010年，劇友飛等人以認知暴露療法為理論依據(jù)，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在患有創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的患者的治療中，彌補了傳統(tǒng)心理治療方法的不足，增加了心理治療的手段[9]。2018年，中科院心理研究學(xué)者李勇輝、周力丹等人，申請了一項基于VRT的成癮輔助治療技術(shù)的專利，并公開了包含用戶界面層、領(lǐng)域抽象功能層、數(shù)據(jù)及知識庫共享管理層和硬軟件設(shè)備驅(qū)動接口層的平臺以及使用方法，可為研究人員提供定制虛擬環(huán)境[10]。2019年，魏祥程學(xué)者又將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在青少年心理干預(yù)中，他通過分析已有研究中青少年特定心理問題虛擬現(xiàn)實干預(yù)系統(tǒng)的開發(fā)過程，結(jié)合青少年的心理特點、傳統(tǒng)青少年心理干預(yù)流程和產(chǎn)品開發(fā)流程,提出了一套將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到青少年心理干預(yù)中的規(guī)范、普適的方法。同時，他還開發(fā)了一套基于虛擬現(xiàn)實的高中生考試焦慮心理干預(yù)系統(tǒng)，并在北京宏志中學(xué)心理輔導(dǎo)中心進行了測試[11]。2020年，朱穎之等研究者將虛擬視景生物反饋系統(tǒng)用于治療廣泛性焦慮障礙患者，并針對該類人的心理特點，設(shè)計了一套3D虛擬視景生物反饋系統(tǒng)，同時將其應(yīng)用于15例廣泛性焦慮障礙患者的治療中，觀察患者治療前后漢密爾頓焦慮量表與癥狀自評量表的評分變化，發(fā)現(xiàn)運用虛擬視景生物反饋系統(tǒng)治療GAD能夠取得較好的臨床效果[12]。在實驗教學(xué)中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)同樣也發(fā)揮著非常重要的作用，其被用于各類學(xué)科學(xué)習(xí)中，尤其是心理學(xué)實驗教學(xué)。心理實驗教學(xué)多年來一直采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，即教師在實驗學(xué)習(xí)中帶領(lǐng)學(xué)生做相關(guān)的實驗。隨著科技的發(fā)展，許多研究者也將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在心理學(xué)的實驗研究和教學(xué)中。比如，國內(nèi)學(xué)者呂志明等人，考慮到國內(nèi)一些城市是地震頻發(fā)區(qū)，為了提高個體的地震逃生心理素質(zhì)，于2015年利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，結(jié)合地震安全訓(xùn)練設(shè)置了模擬的地震逃生游戲，從而為我國地震緊急疏散提供指導(dǎo)。研究者趙小軍以B2C系統(tǒng)為研究平臺，使用行為實驗法、腦機連接技術(shù)等方法，創(chuàng)設(shè)了符合現(xiàn)實的大尺度空間環(huán)境，從而揭示大眾網(wǎng)絡(luò)購物的接受心理模型。吳施儀利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對該狀態(tài)視覺誘發(fā)態(tài)下腦電和眼動的情緒分類進行了研究，創(chuàng)建3種共36張符合國際標準的情緒VR圖片庫，并搭建了3個場景的自動交互型VR視覺誘發(fā)實驗環(huán)境。該研究為創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實誘發(fā)態(tài)下帶情緒標簽生理信號庫打下堅實的基礎(chǔ),為基于VR誘發(fā)的腦電信號去噪處理提供了可實施方案,為基于前額二導(dǎo)聯(lián)腦電的情緒分類研究提供了有效的參考。而陳玉嬌學(xué)者則利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對恐懼情緒進行研究，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、腦電采集設(shè)備和移動手機組建情緒誘發(fā)系統(tǒng)，然后通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)觀看恐懼視頻，創(chuàng)新性地提出了把虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到腦電情緒誘發(fā)中,從而將虛擬現(xiàn)實技術(shù)和視頻刺激結(jié)合起來,更好地誘發(fā)了被試者的恐懼情緒腦電，極大地豐富了虛擬現(xiàn)實在實驗心理學(xué)方面的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅在實驗研究方面給各位學(xué)者帶來了便利，同時也在不斷發(fā)展，其不再被認為僅是一種技術(shù)，而是作為一種整體的環(huán)境。閆沛學(xué)者發(fā)明了一項虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)心理教育教學(xué)系統(tǒng)的專利，該系統(tǒng)由頭戴式虛擬現(xiàn)實設(shè)備、仿真教學(xué)資源云平臺及個人數(shù)據(jù)庫3個部分組成。以名師教學(xué)實景為綱,通過三維數(shù)字技術(shù)生成教學(xué)虛擬現(xiàn)實資源,存儲于服務(wù)器建立仿真教學(xué)資源云平臺。用戶根據(jù)自身需求從云平臺下載所需學(xué)習(xí)資源建立個人學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫,通過頭戴式虛擬現(xiàn)實設(shè)備獲得沉浸式學(xué)習(xí)體驗。該系統(tǒng)的建立可以緩解優(yōu)資教育資源分布不均勻的現(xiàn)象。莊雅玲利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立了心理健康教育系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，用戶可與遠端心理健康教育輔導(dǎo)專家進行病情交互，模擬用戶作為主角存在于模擬環(huán)境，遠端專家根據(jù)數(shù)據(jù)進行分析和方案改進。虛擬環(huán)境中的物體可依據(jù)現(xiàn)實世界的物理運動定律,釋放現(xiàn)代人的壓力,緩解失眠、焦慮、抑郁的輕微癥狀,避免出現(xiàn)嚴重的心理健康問題，可以讓更多個體享受該服務(wù)。

4結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展至今，雖然已經(jīng)進行了多年的研究，然而在心理學(xué)方面的研究還是冰山一角，還存在一些問題亟需改變。比如，現(xiàn)實環(huán)境存在多樣性和復(fù)雜性，一旦外界的一種事物發(fā)生變化，現(xiàn)實環(huán)境很可能就會引起改變，而虛擬現(xiàn)實環(huán)境無法衡量環(huán)境中的變化，做不到與真實環(huán)境一致。同時，外界環(huán)境的種類有很多，心理學(xué)實驗更是數(shù)不勝數(shù)，而虛擬現(xiàn)實的資源庫還是有限的，無法實現(xiàn)所有的心理學(xué)實驗都在其中進行，存在單一性等特點，這是需要豐富和改進的。此外，因為人類是特殊的生物，有自己獨特的感知和思維系統(tǒng)，雖然虛擬環(huán)境和真實環(huán)境的相似度比較高，但是其帶給個體的主觀感受還是存在一定的差異，那么虛擬環(huán)境如何消除該差異也是以后研究的方向。總之，虛擬現(xiàn)實技術(shù)雖然在一定程度上能夠彌補現(xiàn)今心理學(xué)實驗的不足，但是仍需要開展進一步的研究，以提高其在實驗心理學(xué)方面的應(yīng)用。

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作者：鄭敏曉 單位：江漢大學(xué)