实验心理学虚拟现实技术应用

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摘要：心理学作为一门实验科学，其研究方法离不开实验，然而实验法因其对自变量和因变量的严格控制，外部推广效度比较低，无法推广。虚拟现实技术作为新的技术手段，因其特性引起了心理学家的关注。现今虚拟现实技术在实验心理学中，不仅在心理治疗中发挥作用，同时各大实验室也开始进行建设，并逐步应用在具体的研究和平台建设中，其地位则显得尤为重要，不容忽视。未来可扩大虚拟场景建设，丰富虚拟现实资源库，为开展心理学研究提供更多的环境。

关键词：虚拟现实；实验心理学；心理治疗

引言

虚拟现实主要是借助于计算机建立一个与真实环境相似的虚拟环境，使用者再借助于传感设备投入此环境中。近年来，随着科技的发展，虚拟现实技术在多个领域均得到了广泛应用，例如医疗、军事等行业，教育行业也不例外，国家越来越重视虚拟现实技术在该领域的应用，目前教育部在一些重点大学已批准建立虚拟仿真教学实验室以探索该技术其应用，受此影响，无论传统学习方式还是教学方式，均在发生变化。目前，国际上关于虚拟现实在教育领域的应用主要集中在课堂教学法、学习环境以及医学、工程、地理等具体学科。国内则主要集中在虚拟学习资源建设、理论探索和仿真校园环境建设等方面。心理学是介于自然科学与社会科学之间的交叉学科，既具有自然科学的特点还具备社会科学的特点，其目的是研究个体的心理和行为的发展历程，而个体的心理认知活动具有不易观察和复制的特性，因而不论是心理学教学还是研究均离不开科学严谨的实验。在传统心理学研究中，研究方法不尽相同，莫雷等人根据对象的特征将研究方法分为两个层次：一被称为心理学研究设计方法，通过研究变量与变量的关系，来揭示心理现象与规律；二被称为变量数据的获得方法，利用各种方法采集变量的量化数据，然后再用量化的方法揭示变量与变量之间的关系，即测评法、实验心理范式、认知神经科学范式。测评法是通过问卷、测量、评定等方法获得变量的数据；实验心理范式是在一些经典研究中形成的关于某些特质或者特征的量化数据的获取范式；认知神经科学范式，主要是借助fMRI、EEG等技术手段来了解大脑神经元的活动数据，从而从生理层面来揭示心理现象和规律。尽管该范式起步比较晚，但现今已是心理学研究方法的主流趋势。在3种研究方法中，后两者被统称为实验法的技术范式。实验法是最严谨的，自然科学的进步依赖于实验方法的进步，心理学亦如此。然而在心理学研究中，实验法还面临一些问题，比如实验法的外部效度比较低。实验法的研究目的是确定自变量与因变量两者间对应的数量化关系，故而要对实验环境进行控制，该操作可保证研究具有较高的内部效度，而外部效度就比较低，结果无法推广到类似环境中[1]。此外在实验法中，研究对象是作为独立个体的人类，必然会出现诸如特殊环境难以在实验室呈现、大型仪器设备使用成本昂贵等问题。而虚拟仿真实验存在不受时空限制、低廉、风险低等优点，其必将成为心理学真实实验的有益补充[2]。李婷发现将虚拟现实技术运用到心理学实验中有4种优势：第一，在实验中被试的自主性比较高，可实现对场景的全面控制，增加被试的选择性；第二，虚拟现实存在较高的仿真度，个体可以体验到增强的卷入感和真实感；第三，实验室具有高度的自由，能自由更换实验场景，选择匹配度最高的场景；第四，数据易搜集、易量化，可实时记录个体反应数据[3]。鉴于此，虚拟现实技术在实验心理学教学中的地位则显得尤为重要，不容忽视。

1虚拟现实的定义和特征

目前，关于虚拟现实的定义学术界并未达成一致，主要有3种观点。一是由国内学者刘光然提出的，认为虚拟现实技术是一种由交互计算机仿真组成的一种媒介形式，能够获取参与者的一些信息，然后替代或者增强一种或者多种感官反馈，进而出现精神沉浸于或感觉在仿真环境中的感觉[4]。二是由学者赵沁平从数字环境视角提出的，认为虚拟现实在视觉、听觉、触觉等感觉方面与原环境高度相似的数字化环境，通过某些设备来实现与其中对象进行互动，从而产生与真实环境相对应的感受和体验。三是有些学者认为虚拟现实技术是计算机技术的拓展，是综合三维图形生成技术、多传感交互技术、高分辨显示技术等于一体的科学技术。虚拟现实技术作为一种仿真系统，具有3大特性：沉浸性、想象性、交互性。沉浸性指个体在虚拟环境中所获得的感受和真实环境高度相似，包括视觉听觉、嗅觉等。想象性指虚拟现实技术可以结合个体的理性与感性，创建大脑里面构思出来的事物和情境，进行思维创新。交互性是指个体课借助一些交互设备，以自然方式与虚拟环境进行互动。

2心理学虚拟现实实验室建设

随着虚拟现实技术的发展，国家也加大了该方面的投入。2013年教育部“关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知”，指出虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。为响应国家的号召，国内一些院校开启了建设虚拟仿真实验室的热潮。比如，华中师范大学依托心理学院建立了首个国家级虚拟仿真实验教学中心，与行业领先企业结合，研发出多个基于虚拟现实技术的心理学实验教学项目，现今该中心建成的虚拟实验项目平台主要有虚拟认知心理实验、虚拟学习与教学实验、虚拟发展心理实验、虚拟心理咨询与治疗实验、虚拟人格与社会实验。通过这些项目，学生不仅对空间认知等基础心理学的课题进行研究，还可借助该技术来探索人格社会心理学以及应用心理学中的难题[5]。随着虚拟仿真实验室的建立，各地均开始有所尝试，苏州大学结合传统心理学实验的局限以及虚拟仿真实验的优点，建立了虚拟仿真与实体实验相结合的教学中心。该平台包括7个子平台，即生理心理学虚拟仿真平台、认知行为实验虚拟仿真平台、特殊被试心理特征虚拟仿真平台、特殊环境虚拟仿真平台、大型仪器设备操作使用虚拟仿真平台、心理咨询虚拟仿真平台和远程行为观察平台[6]。而华南师范大学为了解决心理学公共课的一校多区、一课多校、一课多专业和一课多开设形式的复杂开课问题，建立了心理学公共课虚拟仿真项目，开发了30多个虚拟仿真实验项目，以远程互动的方式来开展教学，解决了任课教师携带设备不便无法演示和学生进实验室实验的问题，创新了公共课心理学的教学模式，提升了教学效果[7]。江汉大学心理与行为实验中心为解决心理学教学所面临的相同问题，也建立了心理学虚拟仿真实验室，该实验室由云端的软件系统和实验室的相关设备组成，包括资源平台、管理和预约平台以及自主科研平台，其中资源平台作为核心建设含有6个子模块，如脑与认知虚拟仿真实验模块、特殊被试虚拟仿真实验模块等，每个子模块里面又设计了多个具体的实验项目，比如心理加工虚拟仿真实验模块包括心理旋转实验、错误信念实验等[8]。

3虚拟现实在心理学中的应用

虚拟现实技术在国外的研究起步比较早，其最早应用主要体现在心理治疗中，用来解决一些来访者的问题，比如恐高症，利用虚拟技术建立高空环境，然后让来访者一步一步暴露在该环境中，从而逐渐地降低来访者的焦虑感。目前，国内学者已在医学、心理学、计算机科学、军事学、新闻学等多个领域开展了相关研究。其中，在心理学领域主要体现在心理治疗和实验心理学。VRT在心理治疗领域主要体现在各类心理障碍或者疾病诊断和辅助治疗中。2010年，剧友飞等人以认知暴露疗法为理论依据，将虚拟现实技术应用在患有创伤后应激障碍的患者的治疗中，弥补了传统心理治疗方法的不足，增加了心理治疗的手段[9]。2018年，中科院心理研究学者李勇辉、周力丹等人，申请了一项基于VRT的成瘾辅助治疗技术的专利，并公开了包含用户界面层、领域抽象功能层、数据及知识库共享管理层和硬软件设备驱动接口层的平台以及使用方法，可为研究人员提供定制虚拟环境[10]。2019年，魏祥程学者又将虚拟现实技术应用在青少年心理干预中，他通过分析已有研究中青少年特定心理问题虚拟现实干预系统的开发过程，结合青少年的心理特点、传统青少年心理干预流程和产品开发流程,提出了一套将虚拟现实技术应用到青少年心理干预中的规范、普适的方法。同时，他还开发了一套基于虚拟现实的高中生考试焦虑心理干预系统，并在北京宏志中学心理辅导中心进行了测试[11]。2020年，朱颖之等研究者将虚拟视景生物反馈系统用于治疗广泛性焦虑障碍患者，并针对该类人的心理特点，设计了一套3D虚拟视景生物反馈系统，同时将其应用于15例广泛性焦虑障碍患者的治疗中，观察患者治疗前后汉密尔顿焦虑量表与症状自评量表的评分变化，发现运用虚拟视景生物反馈系统治疗GAD能够取得较好的临床效果[12]。在实验教学中，虚拟现实技术同样也发挥着非常重要的作用，其被用于各类学科学习中，尤其是心理学实验教学。心理实验教学多年来一直采用传统的教学方法，即教师在实验学习中带领学生做相关的实验。随着科技的发展，许多研究者也将虚拟现实技术应用在心理学的实验研究和教学中。比如，国内学者吕志明等人，考虑到国内一些城市是地震频发区，为了提高个体的地震逃生心理素质，于2015年利用虚拟现实技术，结合地震安全训练设置了模拟的地震逃生游戏，从而为我国地震紧急疏散提供指导。研究者赵小军以B2C系统为研究平台，使用行为实验法、脑机连接技术等方法，创设了符合现实的大尺度空间环境，从而揭示大众网络购物的接受心理模型。吴施仪利用虚拟现实技术，对该状态视觉诱发态下脑电和眼动的情绪分类进行了研究，创建3种共36张符合国际标准的情绪VR图片库，并搭建了3个场景的自动交互型VR视觉诱发实验环境。该研究为创建虚拟现实诱发态下带情绪标签生理信号库打下坚实的基础,为基于VR诱发的脑电信号去噪处理提供了可实施方案,为基于前额二导联脑电的情绪分类研究提供了有效的参考。而陈玉娇学者则利用虚拟现实技术对恐惧情绪进行研究，使用虚拟现实技术、脑电采集设备和移动手机组建情绪诱发系统，然后通过虚拟现实技术观看恐惧视频，创新性地提出了把虚拟现实技术应用到脑电情绪诱发中,从而将虚拟现实技术和视频刺激结合起来,更好地诱发了被试者的恐惧情绪脑电，极大地丰富了虚拟现实在实验心理学方面的应用。虚拟现实技术不仅在实验研究方面给各位学者带来了便利，同时也在不断发展，其不再被认为仅是一种技术，而是作为一种整体的环境。闫沛学者发明了一项虚拟现实培训心理教育教学系统的专利，该系统由头戴式虚拟现实设备、仿真教学资源云平台及个人数据库3个部分组成。以名师教学实景为纲,通过三维数字技术生成教学虚拟现实资源,存储于服务器建立仿真教学资源云平台。用户根据自身需求从云平台下载所需学习资源建立个人学习数据库,通过头戴式虚拟现实设备获得沉浸式学习体验。该系统的建立可以缓解优资教育资源分布不均匀的现象。庄雅玲利用虚拟现实技术建立了心理健康教育系统，在该系统中，用户可与远端心理健康教育辅导专家进行病情交互，模拟用户作为主角存在于模拟环境，远端专家根据数据进行分析和方案改进。虚拟环境中的物体可依据现实世界的物理运动定律,释放现代人的压力,缓解失眠、焦虑、抑郁的轻微症状,避免出现严重的心理健康问题，可以让更多个体享受该服务。

4结语

虚拟现实技术发展至今，虽然已经进行了多年的研究，然而在心理学方面的研究还是冰山一角，还存在一些问题亟需改变。比如，现实环境存在多样性和复杂性，一旦外界的一种事物发生变化，现实环境很可能就会引起改变，而虚拟现实环境无法衡量环境中的变化，做不到与真实环境一致。同时，外界环境的种类有很多，心理学实验更是数不胜数，而虚拟现实的资源库还是有限的，无法实现所有的心理学实验都在其中进行，存在单一性等特点，这是需要丰富和改进的。此外，因为人类是特殊的生物，有自己独特的感知和思维系统，虽然虚拟环境和真实环境的相似度比较高，但是其带给个体的主观感受还是存在一定的差异，那么虚拟环境如何消除该差异也是以后研究的方向。总之，虚拟现实技术虽然在一定程度上能够弥补现今心理学实验的不足，但是仍需要开展进一步的研究，以提高其在实验心理学方面的应用。

参考文献

[1]李婷.应用虚拟现实技术增强心理学实验的外部效度[J].衡水学院学报,2019,21(4):123-128.

[2]王爱君.虚拟仿真在高校心理学实验教学过程中的应用[J].教育现代化,2017(45):197-198.

[3]李婷.应用虚拟现实技术增强心理学实验的外部效度[J].衡水学院学报,2019,21(4):123-128.

[4]刘光然.虚拟现实技术[M].北京:清华大学出版社,2011.

[5]崔芷君,谢冬婵,匡谨,等.基于虚拟现实技术的心理学实验教学资源建设[J].实验技术与管理,2017(3):199-203.

[6]疏德明,冯成志.心理学虚拟仿真实验教学中心的建设与共享[J].实验室研究与探索,2018,37(2):139-143.

[7]曾祥炎.心理学公共课虚拟仿真实验教学系统的构建与应用[J].实验技术与管理,2017,34(3):111-114.

[8]陈丹文.心理学虚拟仿真实验室的建设探索[J].中国多媒体与网络教学学报,2019(8):83-84.

[9]剧友飞,徐忠平.应用虚拟现实技术治疗创伤后应激障碍的研究[J].考试周刊,2010(45):239-240.

[10]李勇辉,周力丹,田甜,等.基于虚拟现实的成瘾辅助治疗技术平台及使用方法:中国,CN109727659A[P].2019-05-07.

[11]魏祥程.虚拟现实在青少年心理干预中的应用研究[D].北京:北京林业大学,2019.

[12]朱颖之,舒京平,周宸之,等.虚拟视景系统在广泛性焦虑障碍中的开发与应用[J].中国卫生信息管理杂志,2020,17(1):116-120.

作者：郑敏晓 单位：江汉大学