虚拟现实技术于康复性景观领域的应用前景
2015-07-13韩旭张竞
文·图 ◎ 韩旭 张竞
虚拟现实技术于康复性景观领域的应用前景
文·图 ◎ 韩旭 张竞
图片说明
虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）是通过计算机来模拟三维的虚拟环境，为使用者提供视觉、听觉等感官体验，让使用者有身临其境的感受，并可以实时地、无限制地观察、操作甚至修改三维空间内的事物。一方面，虚拟现实是数字化景观中的重要组成部分，不仅可以通过可视化的虚拟景观场景让使用者在其中有沉浸感，还可以使用多种传感设备在同虚拟景观的交互中得到感官的刺激。而这种感官刺激在许多临床心理治疗研究中都证明可以影响使用者的认知和行为，并以此来增进正向的健康结果。另一方面，自然环境给人带来的生理及心理效益是近年来健康学界与景观学界研究的重要议题，研究者通常使用关于自然元素的照片、影像、窗景、居住环境或是将植物盆栽引进室内，来测试其对于人生理与心理上产生的影响。但是，以虚拟现实技术模拟自然环境对于身心健康的作用却甚少被讨论。
康复性景观目前存在的不足
康复性景观被认为具有减轻焦虑、压力、恐惧等负向情感，增加愉悦、积极、快乐感等正向的心情状态，并具有能够促进疾病的康复及注意力的恢复等效果。此类以健康为目的的景观多被应用于医疗场所、福利机构、校园以及公园等地，但是当前康复性景观建设仍存在着诸多局限性：
1．现有景观多强调视觉的美感，缺乏对康复性景观元素的重视；
2．不断重复的景色与单调的活动设备显得十分枯燥，难以有效调动使用者主动参与的积极性；
3．受到气候、时间以及身体条件的限制，无法全天候地同景观接触；
4．缺少对不同年龄阶段与不同身体条件的需求者针对性的设计；
5．自然环境中存在着危险元素，有受伤的风险。
虚拟现实技术同康复性景观结合的理论基础
1．人类80%的信息都源于视觉，作为现代康复性景观假说奠基人的美国心理学家Ulrich博士，根据该理论提出观看自然景观可以促进病人的康复，因为环境中不同的形态与色彩等均能诱发人们情绪的反应并影响行为。有序且可控的环境可以帮助人们产生提高食欲、平静心情、促进睡眠等情绪及生理的改变。
2．现代医学研究表明，由于景观的形象具有直观的物态性、四维的时空性、全面的通感性，因此对大脑皮层和心理状态有良好的调节作用。据此，美国环境心理学者Kaplan夫妇提出注意力恢复理论，认为具备了远离、延展、魅力与兼容性元素的自然环境，甚至是反应此类自然元素的照片、影片、窗景等都可以帮助人们经由自然体验的正面影响因子，达到放松身心、稳定情绪、帮助注意力恢复，并促进学习等个人心理及生理的调适效果。
3．康复性景观的设计原则——容易接近、明确的边界、丰富的植物种类、增加庭院色彩及趣味性、增进人与植物的亲和性、易辨识的标识、充满季节韵律感的庭院等都可以使用计算机技术在虚拟现实中得以呈现。
由此可见，同样注重于使用者视觉感知，并相比起二维的图片等媒介，更为立体且具备互动性的虚拟现实技术更能够完整地将康复性景观展现在使用者面前。
虚拟现实硬件与软件设备
虚拟现实康复性景观的构成与实现
1. 总体目标
正如Kaplan（2001）指出，内在的动机是真实生活中产生恢复力的重要因子。康复性景观的修身养性理念同现代虚拟现实体验融合在一起，必将会迸发出不一样的火花。因此虚拟现实康复性景观设计的总体目标是：将景观学科与康复医学、虚拟现实技术进行充分的学科交叉与融合，不仅打破传统景观的时空局限，让人们在任何时间、地点都能够通过虚拟技术足不出户地进行身临其境的景观体验，更能够节省环境及时间需求的花费，并利用其中具备康复性作用的虚拟景观元素而得到身心的康复效益。
2. 主体构成
虚拟现实康复性景观将由硬件与软件两部分组成。硬件主要为高性能的计算机与具备友好性的交互设备，其中计算机系统的作用为实时处理数据的输入/输出以及管理与生成虚拟场景等功能；交互设备则包括基于键盘、鼠标、触摸屏等普通外设交互模式或基于体感设备、头戴式虚拟显示器等外设的虚拟交互模式。另一方面，目前主流的虚拟现实软件则包括Virtools、Nibiru、Quest3D等三维虚拟现实平台以及诸如Unity3D、UDK、Cryengine这类的虚拟游戏开发引擎，均可以轻松重建景观可视化、实时三维虚拟场景等多类型的互动内容。
3. 设计方法
虚拟景观中的康复性元素大体可以通过4个途径来实现——人机交互的体验模式、具备康复性原理的景观模型、声音影像的多重刺激，以及能够引起使用者兴趣的任务设置。根据这四点可以从中发掘虚拟现实康复性景观的设计方法。
（1）以人为本的设计方法
以人为本的设计方法，应以使用者、使用功能为基础，强调虚拟环境中人与环境和谐的交互作用，无论是交互设备或是场景内容都应考虑把舒适和实用放在首位。并且，针对不同能力的使用者来调整搭配相应的设备与内容，这样运用于不同人群，可以为他们提供增进健康的机会。
（2）具备康复性的虚拟景观元素
虚拟景观不仅能够让使用者沉浸在平衡、熟悉、有影音刺激的世界中，还可以在这样一个可控的虚拟环境里利用康复性景观的原理，构建诸如Kaplan提出的自然助益假说中所具备远离、延展、魅力与兼容性的景观元素，也可以通过设置开放的、光明的、类似自然界草原的虚拟环境元素，使人们在平静的环境中达到镇静、恢复生理机能的效果。此外，虚拟现实技术还允许将其中的景观元素进行夸张化处理，以刺激感官；最后还能够给予使用者自由的想象空间，拓展其认知范围，提高用户的创新意识。
（3）具备可感知与可操作性的内容
在普遍缺乏运动的现代，虚拟现实技术提供了诸如Omni虚拟现实跑步机、虚拟体感手套等设备让使用者可以将身体的运动同虚拟体验相结合。一方面，虚拟技术允许人们通过肢体控制来与虚拟的康复性环境进行交互，从而带来全新的感官刺激作用，更能活动肢体并降低疲倦感。另一方面，运动搭配虚拟现实体验可以增加使用者的沉浸感与真实感，提升长期持续运动的机会与动力。此外，虚拟技术还可以为场景设置具备挑战性的任务，为用户带来愉悦的运动经验，延长运动的时间。最后，针对具有运动障碍的病人与弱势群体，虚拟康复性景观还能根据其不同需求为之提供相应具趣味性的虚拟交互肢体运动训练。
基于虚拟现实的康复性景观模型结构图
虚拟现实技术在康复性景观领域中的应用前景
1. 应用于康复性景观的设计与建设
采用虚拟现实技术进行先期的演示和论证，有助于及时发现方案中不协调的部分，并予以及时的修正，从而节省了投资和运行的费用；通过让目标群体虚拟体验来发现设计中所存在的缺陷，以避免大的风险，提高设计的满意度。
虚拟现实下的康复性景观模型
2. 运用于康复性景观的研究
虚拟现实技术为景观研究者提供了探索景观知觉及反应的全新机会。因为虚拟场景允许使用者控制行进方向与观察视角，可以在更复杂的环境认知下提供更多的空间资讯，这样不仅能够增强大众的健康与环境意识，还可以针对不同的康复需求设置相应的虚拟景观体验方案，为康复性景观带来量化的数据，从而促进研究的发展。另外，通过多学科地交叉融合，将康复景观理念渗透到生活的方方面面。
虚拟场景漫游通运动的结合（图片来自网络）
3. 应用于有需求的人群
若是能以虚拟方式来呈现康复性景观，使人们可以在虚拟场景中与自然互动，沉浸于虚拟的自然景观，进而达到与真实环境中同样的恢复效果。这种提供生理、心理方面效益的虚拟自然环境，可以运用于不同人群，为他们提供增进健康的机会。
浸入式虚拟现实设备(图片来自网络)
（1）针对繁忙的都市上班族：可以通过虚拟现实的康复性景观体验，让自身在态度和行为上产生微妙的改变，从而获得减压的效果。
（2）针对长时间从事电脑办公的人群：可以提供他们一个接触自然的诱因。
（3）应用于健身房中，与散步、慢跑等室内运动相结合：除了运动本身对身体的益处外，还能提供民众心理上的乐趣，改善其运动习惯、增加运动的持久性及乐趣。
（4）对苦于气候状况或地理条件等限制因素的人们：虚拟现实技术可以将人们偏好的自然景观带进室内，方便其得到身心的放松和注意力恢复的效果。
（5）应用于医疗系统中：医生可以对使用者的心跳、呼吸率、皮肤电阻、外层皮肤温度、脑波活动等指标进行测量与监控，从而借由生理回馈的讯息来了解健康状况并据此来调适治疗机制。
（6）对于行动不便的老人与所患疾病：可以通过虚拟现实技术来游览景观，提供在现实生活中无法得到的体验并通过感官刺激来辅助康复治疗。
（7）对于有康复需求的病人：这是一种新颖有趣的辅助治疗方法，虚拟的体验过程如同游戏一样引人入胜，让人可以乐于其中，消除了传统治疗方法生硬的弱点。
针对患者的康复性虚拟现实体验(图片来自网络)
当今的虚拟景观应用多以场景的展示为主，而将注意力恢复等康复性元素作为虚拟的主要目标则尚处于空白阶段，而且这种方法还缺乏相关治疗案例和评估标准，以及存在设备昂贵等问题。但是随着技术的不断发展，我们可以期望，在不久的将来，虚拟现实康复性景观会成为一种时髦而有效的辅助治疗手段出现在我们的生活中。
可以实时监控与测量生理数值(图片来自网络)
韩旭 武汉大学城市设计学院风景园林系博士研究生在读，专业方向数字化园林。
张竞 汉口学院管理学院，副教授，专业方向为计算机应用。
