虛擬實境與擴增實境之比較- 虛擬電梯於幽閉恐懼症之應用

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1 虛擬實境與擴增實境之比較- 虛擬電梯於幽閉恐懼症之應用
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

2 摘要 近年來虛擬實境在復健醫療上的應用正快速發展中，它是復健治療一個重要輔助工具。
在物理復健方面，結合虛擬實境電腦軟體技術並搭配適當的輔助器材，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、肢體認知協調性等等。 在精神治療方面，在 1995 年發現虛擬實境能引發懼高症患者的恐慌及焦慮心理後，經過反覆的實驗及許多學者更深入的研究，醫療界現已承認虛擬實境在懼高症上的治療效果。

3 本研究針對幽閉恐懼症的患者，創建了一封閉式的虛擬電梯環境，加入各種可能遭遇到之危險情境，製造沉浸式的環場效果，以測試能否引發受測者恐慌之心理，達到觸發焦慮的目的。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，幽閉恐懼症，頭盔顯示器

4 1-1 背景介紹 幽閉恐懼症常見症狀 一項研究指出世界上約有 5%至 7%左右的人口被數種幽閉恐懼症所苦，但卻只有非常少數的人願意接受治療[4]。 幽閉恐懼症有兩個非常典型且關鍵的症狀：對拘禁的空間感到恐懼以及懼怕受到壓迫或窒息[5，6]。典型幽閉恐懼症的患者通常至少會對下列所述的封閉環境其中之一感到恐懼： 狹小的房間。 上鎖的房間。 車內。 隧道內。 地下室或地窖。 電梯內。 更甚者，由於對受拘束的恐懼感，會令幽閉恐懼症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，幽閉恐懼症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，可能會發生什麼樣的事件。

5 1-2 幽閉恐懼症相關治療 1-2-1 認知治療法 1-2-2 活體暴露療法 1-2-3 內感暴露療法 1-2-4 其餘傳統療法
1-2 幽閉恐懼症相關治療 認知治療法 活體暴露療法 內感暴露療法 其餘傳統療法 其餘傳統療法例如： 心理教育建設、反制約法、呼吸訓練等等。當然也可以使用一些抗憂鬱或抗高血壓、 心臟病的藥物，來舒緩患者在焦慮衝擊發作時造成的不適[13，14，15，16]。

6 1-3 數位科技的進步 1-3-1 虛擬實境定義及其優點
1-3 數位科技的進步 虛擬實境定義及其優點 虛擬實境（Virtual Reality）簡稱為 VR 技術，也稱靈境技術或人工環境，源於Ivan E. Sutherland(1965)所提出的「The Ultimate Display」觀點[21]，是利用電腦模擬產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造、模擬出一個真實存在的世界；此環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 世界影像傳回產生臨場感。 虛擬現實系統具有三個基本特徵：沉浸─交互─構想（immersion─interaction─imagination） 從過去人只能從計算機系統的外部去觀測處理的結果，到人能夠沉浸到計算機系統所創建的環境中，從過去人只能通過鍵盤、滑鼠與計算環境中的單維數字信息發生作用，到人能夠用多種感測器與多維信息的環境發生交互作用；從過去的人只能以定量計算為主的結果中啟發從而加深對事物的認識，到人有可能從定性和定量綜合集成的環境中得到感知和理性的認識從而深化概念和萌發新意。

7 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
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  Z800 3D 頭盔顯示器  MSI MyECG E3-80 First Professional-Grade Portable Electrocardiogram

8 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患者 焦慮的結果？並進一步比較兩者間之不同 二: 探討調換實驗之順序，會不會對使用者造成影響？

9 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 開發醫療治療

10 第二章 文獻探討 2-1 恐懼症在虛擬實境上之研究
第二章 文獻探討 恐懼症在虛擬實境上之研究 現在對於多種恐懼症的研究，已有許多研究人員將實驗改為在虛擬實境(Virtual Reality)中執行[22，23]。虛擬實境提供一個較安全、較不感到難堪的環境，且比起在現實世界中重建一個實際的類似環境，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，已經證實虛擬實境在數種恐懼症的治療上是一個相當有用的工具，例如懼高症、蜘蛛恐懼症[24]、對飛行的恐懼、幽閉恐懼症及懼曠症等等。

11 2-2 虛擬實境的應用 從 1995 年開始，發現在虛擬實境中同樣可以引發患者對高度的恐懼與焦慮感(Foa & Kozak, 1986)[25]，因此懼高症的治療之研究大部分已採用虛擬實境暴露療法(Virtual Reality Exposure Therapy,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境，例如：飛機、一座摩天大樓等等。

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13 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、有趣的遊戲經驗 例如美國的棒球卡公司 Topps 推出的 Topps 3D Live 卡 擴增實境

14 在 2009年 reddot design 概念 獎得主所展出的作品，就是 以擴增實境為應用的產品： 「Looking Glass」。這套系統 可用於手持裝置上，並能將 攝影機鏡頭／觸控螢幕／ GPS／3G 網路巧妙地結為一 體。透過 GPS 定位及網路， 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、發展歷史、甚至建築結構圖，如圖 5。

15 第三章 研究方法 3-1 模擬情境：為了配合一般人的生活經驗，選擇臨床上懼曠症可能發生的生活情境：封閉式電梯。搭配燈光及其他虛擬環境中之視覺、聽覺刺激，以期能激發受試者之焦慮感受。 3-2 系統架構 ： 3D 虛擬場景是以遊戲引擎 Unity 3D 進行開發，使用 Z800 3DVisor 頭盔型顯示器(HMD)做為輸出，並搭配其內嵌的姿態辨識器，提供受試者 360 度全域視覺效果。擴增實境部分，使用 Logitech HD Pro C910 WebCamera 。另外 MSI MyECG E3-80 First Professional-Grade Protable Electrocardiogram 量測受試者在接受實驗刺激當下的心跳變異率

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17 3-5 刺激度設計 為了調整虛擬環境的刺激程度以循序漸進的刺激受試者，將虛擬環境設計了以下劇本以供調整： ●電梯開關門 ●燈光明亮程度 ●警報音 ●火焰及濃煙 ●尖叫聲

18 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數據(一小時) 沉浸入VR/AR環境中
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數據(一小時) 沉浸入VR/AR環境中 HRV數據分析 填寫問卷

19 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中，是否同樣能引發人對於幽閉空間之恐懼感，並比較兩者之間的差異性，及掉換實驗系統順序對受測者造成的影響。將採用 HRV 生理回饋資訊做為分析使用者生理上狀態的客觀資料，並使用問卷調查使用者感受性。

20 3-7 資料擷取與分析 3-7-1 HRV 心跳變異率生理資訊 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(Ease of Use)、娛樂性(Playfulness)

21 第四章 討論 在受測者第一次進入虛擬或擴增環境時，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現了一個很有趣的現象。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，所得出的結果竟有改善的趨勢

22 第五章 結論 總結所得資料， 在 HRV 生理資訊回饋系統的測量下，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。經過討論分析，我們認為除了受測者並非幽閉恐懼症之患者外，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，應同樣能引發人之焦慮情緒。然而在對幽閉恐懼症的臨床治療上，擴增實境的應用有限。原因是除非特別搭建一現實存在的專屬環境，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生排斥心理，很可能在復健的過程中放棄。

23 另外，在比較兩組因實驗順序之不同，我們發現了受測者在經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，並與另一組呈現顯著差異。這個發現令我們對虛擬實境的未來發展提出一個新的視野：未來也許能夠開發一擴增實境與虛擬實境結合之技術，融合兩種虛擬技術的優點，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，達至更優良的效果。

24 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， 雖然多數受測者沒使用過頭盔顯示器及 HRV 量測系統，但經過說明後即能很快熟悉，並操作得當，表示本系統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 生理回饋系統有助於資料分析，而頭盔顯示器也有發揮一定的沉浸效果，亦有助於受測者分辨自己的位置。未來若能發展出更先進的顯示技術，既可達到環場沉浸的效果，又能克服現有頭盔顯示器的不足之處，應能創造更好的品質，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。 cave顯示裝置