虚拟现实技术在自闭症儿童辅助教学中的应用

张晶晶 赵晓春

摘要：虚拟现实积木游戏为一名具有颜色和形状识别有困难的自闭症儿童开发制作，辅助她分辨基本的颜色和形状，为自闭症儿童辅助教学提供了新的手段，也为虚拟现实在教学和医疗方面的应用开阔了领域。

关键词：虚拟现实；积木游戏；自闭症儿童；辅助教学

1虚拟现实积木游戏制作缘由

虚拟现实是指以计算机技术为核心，借助于人机交互技术、计算机辅助制图技术、人工智能技术等多种技术，将计算机、力学、声学、、美学等多学科融为一体的虚拟环境，在这个虚拟环境中，体验者借助特制的头盔、手柄等设备，产生身临其境的感受，并可与其中的事物进行人机交互。

目前，虚拟现实技术已广泛应用于农业、军事、医疗、工业等各个方面。国外已有应用虚拟现实技术对自闭症患者展开社会功能、特定恐惧、情绪识别、语言技能、认知、生活技能等各方面干预治疗的文献记载，但国内除文献综述[1]-[8]外还未有相关的成果展现。笔者在虚拟现实技术应用于自闭症儿童辅助治疗的研究中发现，传统医疗方法及训练课程会对儿童造成一定的心理压力，导致治疗效果不佳或不具有治疗效果，而虚拟现实的虚拟世界对自闭症儿童有着莫大的吸引力，可为自闭症儿童的辅助治疗提供一种新的方法。

在自闭症康复中心志愿服务过程中，笔者观察到有一名自闭症儿童在颜色识别和形状识别方面存在障碍：专业老师在耐心教导儿童识别颜色和形状时，儿童总会不自觉地出现紧张和压力感，导致很长时间都无法识认一种颜色。专业老师发现，该儿童并非色盲或色弱，她在视觉上可以将同一种颜色的东西进行归类，只是无法将名称与相应的颜色联系起来。

在先前的其他游戏课程中，笔者为自闭症儿童开发了虚拟现实园艺疗法课程，包括这名儿童在内，大部分儿童在虚拟世界中的学习热情和主动性都非常高。鉴于这种情况，笔者与专业老师商议，利用儿童在虚拟世界中学习的积极性与主动性，专门为其开发识别颜色和形状的虚拟现实积木游戏，观察儿童的学习效果。

2虚拟现实积木游戏内容

虚拟现实积木游戏软件的用户为自闭症儿童，界面操作者为非计算机专业教师，为保证软件的易操作性，虚拟现实积木游戏软件不设计UI操作系统，对操作手柄只开发扳机按键功能，打开即可使用。

虚拟现实积木游戏软件内容包括积木模型，场景的搭建、以及人机互动设計三方面内容。

积木模型的形状选择应直观简单，颜色选择鲜艳的常见色，数量尽可能地少，因此将七巧板略做修改，形成五个三角形和两个正方形，避免对儿童识别产生干扰，便于儿童的识别和识记。

为使儿童集中注意力，将整个虚拟房间设计为一个具有向心聚合性的圆形空间，在圆形空间中心处安放一张白色的环形桌子，桌子上每隔60度，摆放一套七巧板模型。每套模型上方，显示要识别的图形图像，作为儿童识别形状颜色时的参考。儿童戴上头盔后的位置刚好处于环形桌内，，儿童完成教师当天布置的识别任务后，方可由教师摘下头盔，离开虚拟房间。

人机交互内容包括两方面内容。一是手部动作识别：当儿童拿着手柄在场景中操作积木时，手部动作和虚拟世界中的动作需保持完全一致。二是特效设计：当儿童拿起正确的积木时，会出现相应颜色或形状的特效及声音。特效图像选用三角形、方形等大小不一的图形，帮助儿童在惊奇中进一步巩固所学的知识；特效声音选用儿童音“你真棒”与特效图像共同呈现，作为积木游戏的奖励机制。

3虚拟现实积木游戏软件辅助课程

（1）设备

虚拟现实积木游戏所使用到的设备包括16G内存的笔记本一台及HTC VIVE有线头盔一套。

（2）课程目标

帮助儿童在轻松愉悦的氛围中掌握红色、绿色、蓝色、黄色等基本颜色及三角形、正方形这两种基本形状。

（3）课程内容

虚拟现实积木游戏的内容按照儿童的认知规律，循序渐进地设计游戏步骤，正确时及时对儿童做出奖励，失败时即时做出指正，让儿童在尝试中识别基本图形和基本颜色。每次课程进行时间以儿童完成当日课程任务的时间为准，并在现实生活中请老师和家长针对儿童当天学到的知识帮助儿童进行巩固。以下为软件使用的的基本步骤：

步骤一：识别三角形。

请小朋友进入虚拟游戏空间，请小朋友站在红色七巧板积木套装旁，此时，套装上方的红色三角形会发光，同时发出“请拿起三角形，请拿起三角形”的连续声音。当小朋友拿起桌上对应的三角形积木时，积木会发出“你真棒”的夸赞声，并产生三角形礼花特效；若小朋友拿错积木，积木会产生““不对，再试一次吧！请拿起三角形。”如此重复多次，直到儿童找到对应的图形。

步骤二：识别正方形。

请小朋友进入虚拟游戏空间，请小朋友站在绿色七巧板积木套装旁，此时套装上方的绿色正方形会发光，同时发出“请拿起正方形，请拿起正方形”的连续声音。当小朋友拿起对应的正方形积木时，积木会发出“你真棒”的称赞声，并产生正方形礼花特效；若拿错，三角形积木会做出提示：“不对，我是三角形，再试一次吧！请拿起正方形。”

步骤三：巩固三角形的识别。

请小朋友进入虚拟游戏空间，请小朋友站在黄色七巧板积木套装旁，套装上方的黄色三角形会发光，同时发出“请拿起三角形，请拿起三角形”的连续提示音。当小朋友拿起桌上的三角形积木，积木会发出“你真棒”的称赞声，并产生三角形礼花特效；若拿错，积木会产生“不对，我是正方形，再试一次吧！请拿起三角形。”如此重复多次，直到小朋友找到对应的积木。

步骤四：巩固正方形的识别。

请小朋友进入虚拟游戏空间，请小朋友站在蓝色七巧板积木套装旁，此时套装上方的蓝色正方形会发光，同时发出“请拿起正方形，请拿起正方形”的连续提示音。当小朋友拿起桌上对应的正方形积木，积木会发出“你真棒”的称赞声，并产生正方形礼花特效；若拿错，三角形积木会发出声音：“不对，我是三角形，再试一次吧！请拿起正方形。”如此重复多次，直到小朋友找到对应的积木。

步骤五：形象记忆法识别三角形和正方形。

请小朋友进入虚拟游戏空间，站在由两个三角形一个正方形组成的雪松积木套装前，此时套装上方的三角形会发出白光，同时发出“请拿起三角形”的连续提示音。当小朋友拿起桌上对应的三角形积木时，积木会发出“你真棒”的称赞声，并产生三角形礼花特效；若拿错，积木会产生“不对，这是正方形，再试一次吧！请拿起三角形。”

当小朋友正确识别三角形后，请儿童走到下一个放有两个正方形和一个三角形的人脸积木套装前，此时，套装上方的正方形会发出白光，同时发出“请拿起正方形，请拿起正方形”的连续提示音。当小朋友拿起桌上的正方形积木时，积木会发出“你真棒”的称赞声，并产生正方形礼花特效；若拿错，积木会发出：“不对，我是三角形，再试一次吧！请拿起正方形。”

步骤六：识别红色

请小朋友进入虚拟游戏空间，站在红、绿两色七巧板积木套装旁，此时积木模型会发出一闪一闪的红光，并发出指示：“请拿起红色积木，请拿起红色积木。”当小朋友拿起桌上对应的红色积木时，积木会发出“你真棒”的声音，并产生红色礼花特效；若拿错，绿色积木会发出声音：“不对，我是绿色，再试一次吧。请拿起红色积木。”如此重复多次，直到小朋友拿起红色积木。

步骤七：识别绿色

请小朋友进入虚拟游戏空间，站在黄色、绿色两色七巧板积木套装旁，此时积木模型会发出一闪一闪的绿光，并发出指示：“请拿起绿色积木，请拿起绿色积木。”当小朋友拿起桌上对应的绿色积木时，积木会发出“你真棒”的声音，并产生绿色礼花特效；若拿错，黄色积木会发出声音：“不对，我是黄色，再试一次吧。请拿起绿色积木。”如此重复多次，直到小朋友拿起绿色积木。

步骤八：识别黄色

请小朋友进入虚拟游戏空间，站在黄色、绿色两色七巧板积木套装旁，此时积木模型会发出一闪一闪的绿光，并发出指示：“请拿起绿色积木，请拿起绿色积木。”当小朋友拿起桌上对应的绿色积木时，积木会发出“你真棒”的声音，并产生绿色礼花特效；若拿错，黄色积木会发出声音：“不对，我是黄色，再试一次吧。请拿起绿色积木。”如此重复多次，直到小朋友拿起绿色积木。

步骤九：识别蓝色

请小朋友进入虚拟游戏空间，站在蓝色、红色两色七巧板积木套装旁，此时积木模型会发出一闪一闪的蓝光，并发出指示：“请拿起蓝色积木，请拿起蓝色积木。”当小朋友拿起桌上对应的蓝色积木时，积木会发出“你真棒”的称赞音，并产生蓝色礼花特效；若拿错，红色积木会发出声音：“不对，我是红色，再试一次吧。请拿起蓝色积木。”如此重复多次，直到小朋友拿起蓝色积木。

步骤十：形象记忆法识别红色和绿色

请小朋友进入虚拟空间，站在放有由红色花朵和绿色叶片组成的小花积木前，此时积木会发出红光，同时发出“请拿起红色积木”的连续提示音。当小朋友拿起桌上对应的红色积木时，积木会发出“你真棒”的称赞声，并产生红光特效；若小朋友拿错积木，积木会发出：“不对，这是绿色，再试一次吧！请拿起红色积木。”

当小朋友正确识别红色后，请小朋友站在放有绿色叶子和黄色花瓣的小花积木模型前，此时积木会发出绿光，同时发出“请拿起绿色积木”的连续提示音。当小朋友拿起桌上对应的绿色积木时，积木会发出“你真棒”的称赞声，并产生绿光特效；若小朋友拿错积木，积木会发出声音：“不对，这是黄色，再试一次吧！”

步骤十一：形象记忆法识别蓝色和黄色

请小朋友进入虚拟空间，站在放有黄色月亮、浅蓝色星星和蓝色天空的积木前，此时积木会发出蓝光，同时发出“请拿起蓝色积木”的连续提示音。当小朋友拿起桌上对应的蓝色积木时，积木会发出“你真棒”的声音，并产生蓝光特效；若小朋友拿错积木，积木会发出声音：“不对，这是黄色，再试一次吧！请拿起蓝色积木。”

当小朋友正确识别蓝色后，请小朋友站在放有红色太阳、黄色太阳光、蓝色天空的积木模型前，积木会发出黄光，同时发出“请拿起黄色积木”的连续提示音。当小朋友拿起桌上对应的黄色积木时，积木会发出“你真棒”的声音，并产生黄光特效；若拿错，积木会产生“不对，这是红/蓝色，再试一次吧！请拿起黄色积木。”

4实验结果

在日常生活中，当实验者请该儿童辨认座椅的黄色和蓝色，所穿衣服的红色和绿色时，儿童可做出识别，实验者拿着三角尺、魔方等物品请儿童辨认时，儿童可指出对应的形状。因此，得出结论，该虚拟现实积木游戏对自闭症儿童识别颜色和形状方面有一定的作用。

5未来展望

将虚拟现实技术应用于自闭症儿童的辅助治疗过程，让儿童在舒适愉悦的氛围中积极主动地去学习相关課程，改善相应的能力，是一个具有良好前景的开发研究方向。在以后的开发项目中，可针对于自闭症儿童具有的普发性障碍进行软件开发，也可针对自闭症儿童的个案进行虚拟现实应用方面的针对性研究，这为自闭症儿童的康复治疗提供了一种新的方法和思路。

参考文献：

[1]林弋琪，王希，彭凯平等. 虚拟现实技术与自闭症谱系障碍治疗：科技新希望[J]. 心理科学进展，2018，3： 1～9.

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