基于VR/AR技术缓解老年人认知衰退的严肃游戏设计策略研究

刘悦婉

摘要：提出VR/AR严肃游戏的设计策略，帮助缓解人口老龄化背景下老年人正在面临的认知衰退问题。通过对可用的VR/AR严肃游戏案例进行整理，分析了该类游戏目前的研究现状和发展困境，基于老年人的生理与心理需求，根据案例中存在的主要问题探讨了相应的游戏设计策略。总结出VR/AR严肃游戏的设计原则。该方法可为优化老年群体的认知训练干预措施提供参考。

关键词：老年人 认知衰退 游戏设计 严肃游戏 VR/AR

中图分类号：J03 文献标识码：A文章编号：1003-0069（2023）13-0066-04

Abstract：The design strategy of VR/AR serious game is proposed to help alleviate the cognitive decline of the elderly under the background of population aging.Through sorting out the available serious game cases of VR/AR，the article analyzes the current research status and development dilemma of such kind of game. Based on the physical and psychological needs of the elderly，the corresponding game design strategies were discussed combining the main issues in the cases.Summarize the design principles of VR/AR serious games.The method is of reference value for optimizing cognitive training interventions for the elderly population.

Keywords：The elderly Cognitive decline Game design Serious games VR/AR

引言

目前，人口老龄化已经成为了全球性问题，并呈现进程加快的趋势，随着老年人口的日益增长，老年群体在衰老过程中产生的认知功能衰退问题正在受到广泛关注。其因认知下降所造成的记忆减退、心理老化、睡眠困难等症状给老年人的生活带来了诸多不便，如果不进行积极及时的干预，长期的认知衰退还可能转化为认知障碍疾病。因此，如何帮助老年人有效地预防认知老化、缓解认知衰退是建设健康老龄化社会的关键要素。

近年来的研究表明，使用严肃游戏训练干预能够改善老年人的认知功能，降低患病风险，而将新型技术，如虚拟现实技术（VR）和增强现实技术（AR）介入严肃游戏训练的有效性也逐渐被证实。VR/ AR技术的使用可以为老年人提供丰富的虚拟环境与沉浸式的训练体验，并通过训练多种认知功能提升综合改善效果。目前虽然基于VR/ AR技术的严肃游戏对老年人认知能力提升的可用性已得到普遍实验证明，但仍缺乏对游戏本身的设计策略研究，其展现出的游戏结构单一、情感化缺失和技术鸿沟难以被老年群体识别并接受。鉴于此，本文拟通过对VR/AR技术视域下的认知类严肃游戏案例进行分析，探索该类游戏的设计与应用策略。VR/AR严肃游戏的推广，不仅能够协助老年群体维持认知健康，提高日常活动和独立生活能力，还能提升公共健康意识，推动社会向积极老龄化的方向发展。

一、老年人认知衰退现状的分析

（一）老年人认知衰退的原因与表现：认知过程是一种帮助人脑与复杂环境进行交互的多方面过程，当注意力、记忆、语言等功能受到损害时，大脑便无法正确处理信息并避免干扰，从而导致一系列认知问题[1]。与年轻人相比，老年人的认知能力呈现显著下降趋势，这与年龄增长所造成的生理功能減退和衰老过程中附带的病理性因素[2]具有一定的关系。老年人因身体机能下降（见表1）而引发的认知衰退不仅会降低自身独立生活的能力，还会对心理健康产生负面影响[3]，而病理性认知功能的下降将会增加认知障碍疾病的患病风险，较严重的还会发展成痴呆症[4]等难以逆转的神经退行性疾病。由此可见，及时发现认知衰退的现象，并在前期采取有效的干预措施，对保持健康和防控疾病都有重要作用。

（二）老年人认知衰退所面临的问题：近年来，社会的老龄化趋势持续加速，第七次人口普查数据显示中国65岁以上的老年人口已占全国人口的18.7%，这表明越来越多的老年群体面临着认知能力衰退所带来的潜在问题。首先，认知类疾病的恶化率较高，约25%的主观认知功能下降（SCD）患者将在4年内患上轻度认知障碍（MCI）[5]，遗忘性轻度认知障碍（aMCI）患者每年有10%-15%的概率转化为阿尔茨海默病（AD）[6]，这意味着一旦患上认知类疾病，家庭很可能面临长期的经济与精神负担。其次，目前市场上缺少平价且推广度高的认知干预类产品和训练工具，对于产品的适老化、智能化与交互体验的设计也不够完善；而医用干预类产品使用的时间、场地有限，难以为老年人提供便捷的训练条件。

老年群体缺乏社交主动性，易与社会脱节，其对认知干预训练的概念很难有充分全面的了解，对于使用VR/AR等新技术的认知训练工具，还可能因认知负荷和科技恐惧症产生抗拒心理。面对老年人认知能力衰退的严峻现状，将严肃游戏作为一种认知训练方式用于前期干预阶段，既可以有效地帮助老年人提高认知能力，也能够带给老年人更安全、舒适的训练体验。

二、通过严肃游戏设计改善老年人认知能力的必要性

严肃游戏是一种用于娱乐以外的目的导向型游戏，正在逐渐被视为可用的认知训练工具，在帮助老年人提高认知能力的同时，还能够改善老年人的物理和身体机能，并提供丰富的训练体验感与持续性的训练条件。

（一）改善老年人的物理和身体机能：严肃游戏的使用在改善老年人物理与身体机能方面显示出巨大的潜力。严肃游戏作为一种电子游戏，需要借助辅助设备实现互动科技应用，而老年人与辅助设备的交互过程能够为其提供手部锻炼的条件。近期一项研究表明，老年人在使用手机游戏训练时，手部的运动功能与协调能力均得到了提高[7]。如果将严肃游戏与身体能动性结合，还可以帮助老年人在游戏过程中进行体能锻炼。例如，运动游戏即为一种依靠传感器捕捉动作，并通过运动回应游戏指令的严肃游戏，有研究显示老年人可以通过运动游戏改善自身的执行能力与平衡能力[8]。身体能力的提高有利于老年人增强自信心，同时预防跌倒等易发生的老年危险行为。

（二）增加老年人的训练体验感：传统的干预措施通常采取反复记忆或重复动作等相对枯燥的训练方式，忽视了老年人在训练过程中的情感感知，而严肃游戏能够通过构建游戏背景、交互流程、激励反馈等一系列灵活的训练框架，带给老年人更愉快的训练体验。例如，Mark Scase等人设计并测试了4款认知游戏在老年群体中的体验评价，参与者不仅给予了积极评分，其在游戏期间使用技术的信心也有所提高。Jinhui Li等人也通过实验证明运动游戏训练能够比单一运动训练产生更多的积极情绪，降低抑郁阈值。相较于传统干预训练，严肃游戏在增加老年人的训练积极性和治疗依从性方面显示出了可观的优越性。

（三）为老年人提供持续性的训练条件：严肃游戏作为一种有效的非药物治疗形式，可以降低治疗成本与副作用风险，满足老年人长期训练的需求。一方面，严肃游戏对训练场所要求较低，训练条件不易受时间、天气等客观因素影响，能够提供安全的设备支持与熟悉的居家训练环境。另一方面，严肃游戏通过系统与人机交互功能引导操作流程，支持老年人自主训练，减轻家属或医疗人员的陪护负担，同时还可以通过系统更新进行迭代升级，定期提供新内容，优化玩法与流程，减少老年人在游戏过程中产生的倦怠感。由此可见，使用严肃游戏训练有助于解决老年人训练中常遇的障碍问题，提供稳定、持续性的训练条件。

三、基于VR/AR技术的严肃游戏设计案例分析

（一）VR/AR技术介入严肃游戏的必要性：VR是一种利用计算机模拟技术与交互设备创建沉浸式虚拟环境的技术，AR是将虚拟信息与物理环境融合的技术，随着科技的发展，VR、AR等新技术开始逐渐应用于严肃游戏的设计中，并致力于突破传统的认知训练模式。一个显著的优势是VR/AR技术提供了多感官感知和具有实时反应的人机交互途径，增大了老年群体的可操作性与整体感知力。其中VR游戏提供的沉浸式环境体验和基于躯干的动作体验还能够激活大脑的各个区域，有助于老年人进行脑认知训练[9]，而AR技术能帮助老年人更轻松地感知和理解真实环境，有研究显示，将AR技术融入游戏可以提高老年用户的黏性[10]。将VR/AR技术介入严肃游戏满足了老年群体的操作需求和实用需求，是一种有针对性的认知训练方式。

（二）案例分析：本文旨在通过对现有VR/AR技术介入的三个严肃游戏案例展开调查，分析游戏在设计架构、交互流程等方面的侧重点与老年参与者的体验评价，归纳总结该类游戏的优势与目前存在的问题，并提出相关的严肃游戏设计策略。

1.农场打地鼠游戏：农场打地鼠游戏是一款由Xiaoxuan Li等人研发的VR运动视频游戏，主要通过头戴显示器和四肢控制器进行交互映射，其目的是为了帮助老年人同时进行认知与身体训练。游戏过程中参与者需要对形状、颜色、方向、动作等多种因素进行快速判断，以对应肢体动作的配合运动完成打地鼠任务。游戏具有不同分层的难度选择，对连续成功的动作会显示可视化的激励信息。测试后，参与者大多表现出对VR技术的好感，并對游戏主题给予了积极评价。这款游戏采取多任务范式，将身体运动与认知训练相结合，其结果证明，老年人可以通过该游戏提高自身的工作记忆和执行功能，对推理能力和平衡能力的增强也具有明显作用，如图1。

2.CITYQUEST：CITYQUEST是一款由Testaluna？制作的VR严肃游戏，Niamh A等人测试并评估了该游戏对老年人空间认知能力的影响。参与者需要使用WBB平衡板以体重转移的方式控制虚拟角色穿过城市景观，完成系统派给的收集和避障任务，具有多阶段的体验设置与明确的激励信息。除此之外，Niamh团队还考虑到游戏的实用与推广问题，通过设置教程帮助老年参与者学习智能设备的使用方法。其次，团队选择简单且低精度的WBB平衡板作为主控制器，在增加游戏便捷性的同时，减少老年人的认知负担。经过测试，参与者显示出积极的游戏体验，并报告了平衡信心和主观认知方面的提升。CITYQUEST将VR技术、避障训练与空间导航模式相结合，有效地改善了老年人的空间认知能力和身体平衡功能，如图2。

3.怀旧者：怀旧者是大同大学研究团队设计的一款融合AR技术协作认知的合作桌游，用于帮助老年人进行认知锻炼与社交参与。该游戏由物理拼图与AR应用两个部分组成，需要多名玩家通过合作拼图任务构建怀旧对象的完整图像，游戏主要通过回合制协作任务激励老年人之间相互交流并解决问题，AR技术的引入鼓励了协作过程中的学习行为。团队在游戏设计中使用大量怀旧元素，以不同时期的桌椅、斗笠、老式电话等视觉形象反映台湾的文化和历史，通过唤起玩家特定记忆的方式激发情感。测试结果验证了怀旧物品在游戏中起到的积极效应，参与者反映他们能够在认知训练的同时获得愉快的游戏体验和成就感，如图3。

（三）目前存在的问题：上述内容展示了三种基于VR/AR技术的认知类严肃游戏案例（见表2）。除了对新技术的使用，部分案例还将运动疗法、回忆疗法等辅助方式应用于游戏体验中，显示出严肃游戏设计的多样性与其提升多种认知的潜力。但是，目前該类游戏还处在研发的初级阶段，研发目的多用于测试游戏对认知能力提升的可用性和有效性，尚缺乏针对老年群体特点的游戏设计策略。以游戏动机为例，案例中的游戏均使用被试招募的方式检测，游戏设计中缺少对老年人主观参与动机的论述，如何吸引老年人主动参与游戏、评估老年人对新技术游戏的可接受性将是普及认知类严肃游戏的重要条件。其次，认知类严肃游戏设计应当考虑通用性与无障碍原则，但案例中的游戏设计同质性较大，对参与者的自身条件要求严苛，未对特殊群体进行个性化设计。

研究证明，老年群体的认知功能呈非线性的下降趋势，探索有效的早期干预措施至关重要。因此，本文选取处于衰老过程中的认知衰退与因病理性因素具有一定疾病风险的老年群体作为主要研究对象，并根据案例中存在的问题，为针对该类群体的VR/AR认知类严肃游戏设计提出相关策略。

四、相关设计策略的提出

（一）提高老年人的参与动机

1.通过宣传增加游戏吸引力：社会角色的变化使老年群体与社会的交流逐渐减少，长期的信息闭塞和对新事物的谨慎态度导致大多老年人缺乏对严肃游戏训练的认知，虽然案例显示了老年群体在游戏过程中建立对新技术好感的可能性，但仍缺乏主动参与游戏体验的动机引导。通过对9户老年家庭的详细访谈调研，文章总结了其在训练干预活动前后的常见问题（见表3）。针对老年人对严肃游戏的认知匮乏现状与对新技术未知风险的担忧，可以尝试通过宣传减少信息差与科技壁垒，提高老年人对VR/AR严肃游戏训练方式的接受程度与信任感。Wang[11]等人认为，老年人对技术的使用受到其感知到的有用性或满足其需求能力的影响，即他们更倾向于接受对自身有利的技术，这说明VR/AR严肃游戏的宣传需要以群体需求为基础，对其在认知衰退中所面临的困境提供相匹配的利好措施，以增加游戏对老年群体的吸引力。

从游戏宣传方式的角度出发，宣传地点需要根据老年群体空间活动范围的特征，选取在接触率较高的路径，如养老院、社区等聚集性强的活动路径，或公园、广场等放松身心的休闲路径，以增加老年群体获知游戏信息的途径。宣传场所可以定期设置体验式设备，采用激励反馈的方式帮助老年人增加接触新技术的机会和尝试新技术的信心。其次，使用收音机广播、招贴海报、复古电视广告等老年群体感到亲切的传播媒介进行宣传，通过激发老年人对过往生活的独特记忆和熟悉感，使宣传更具人文关怀。

另一方面，从游戏的宣传内容上看，还需根据痛点问题提供针对性方案，以凸显严肃游戏的功能性优势。首先，严肃游戏训练比传统训练更具独立性，即游戏训练过程无需家属陪同协助，在减轻陪护负担的同时，还能提供安全舒适的家庭式训练环境。当训练结束时，系统会以数据可视化的方式及时反馈训练效果，在效用层面上满足受训者的心理需求。最后，游戏训练具有友好性，作为缓解认知衰退的目的导向型产品，游戏设计能够充分考虑到老年群体的身心状况，设置简单易上手的操作模式与适老化的智能引导，并确保老年人获取有趣、愉悦的游戏体验。

2.研发适合老年人的交互形式：老年群体感知觉的退行性变化让他们在学习技术的难度和适应度方面比年轻人更加困难，这在一定程度上导致了老年人的认知负荷和科技恐惧症。VR/AR严肃游戏设计作为新技术应用的训练产品，应充分考虑老年群体的行为操作习惯和心理状态，降低交互复杂度，设置符合老年人习惯的交互方式。

VR/AR严肃游戏的交互形式可以从降低认知负荷与增强心理关怀两个角度进行考虑。减轻认知负荷是指通过在游戏体验中缓解老年人因身体机能下降而造成的认知顾虑，例如可视化教学与简化的操作介绍可以作为前期辅助工具，帮助老年人缓解因记忆力下降、思维迟钝产生的学习负担。教程设计需要简化交互层级与引导步骤，使用通俗易懂的白话解说，降低专业名词的使用频率，从而减轻老年人的精力消耗。界面设计应遵循拟物化原则，使用老年人更易识别的图标与视觉形象。其次，游戏设备应具有易使用的特点，如在设备表面喷绘清晰的手部、足部剪影与引导符号，便于老年人直观地识别和理解信息，对于无VR/AR设备使用经验的老年人，还需配备易读的使用说明。

增强心理关怀是指通过设计合理的互动模式降低老年人在游戏操作过程中的心理顾虑。在面对科技产品时，老年人常常会因害怕错误而产生缺乏自信、情绪敏感等负面心理因素，在操作流程中设置及时反馈机制可以有效地缓解这一问题，例如在操作成功时显示奖励页面或激励信息，在操作失败时亦能及时提醒并给予正确引导，以降低老年人在操作思考方面的压力。同时，游戏可以通过提升老年人的主观能动性减少其因科技陌生感而产生的心理疲劳和潜在忧虑，例如，在游戏中提供时长设定选择，或增设一键召唤、一键暂停等便捷性按键等，此外，还可以通过对身体数据的监测，根据训练状况提供实时的休息、安抚等提示，增加老年人对游戏的安全感和信任力。由于老年人的感官功能下降，在游戏体验中可能存在因感知觉不敏感而无法达到心理预期的问题，游戏可以采取多感官联觉的方式，在加强原有视听觉感知的同时，结合触觉、嗅觉等新的感官系统，给予老年人多方位的感知觉体验。在游戏中研发适合老年人的交互形式，是对老年群体游戏体验感的重视，老年人参与动机的提高能够为积极老龄化提供助力因素（见图4）。

（二）加强游戏的个性化设计

1.设置适合特殊群体的服务功能：老年人作为异质性较大的群体，对训练需求呈现出多样化趋势，VR/AR严肃游戏服务系统应跟随需求变化丰富自身功能，以扩大受众群体的覆盖范围。老年群体的认知老化会随着年龄的增长逐渐加深，除了年龄因素，生活环境和文化背景的差异也会改变他们对同一事物的认知力，Ayres[12]等人的研究表明学习任务的复杂度会影响老年人的参与积极性。因此，游戏设计需要参考不同年龄与背景下老年人的技能水平，增加更多的难度等级，减少不同等级之间的难度差值，为老年人提供多维选择条件，以防他们对游戏失去兴趣或感到沮丧。

另一方面，無障碍设计缺失的问题也应在游戏设计中受到重视。对于残障群体，游戏的虚拟组件应具备可拆分与独立使用的功能，以帮助残障老人使用分支组件进行局部训练与针对性训练。对于视听等功能性障碍群体，游戏应增设可调节的色彩、声音或感官导向功能，帮助他们更好地理解与感受游戏。例如，SAYSHOPPING App为视障用户提供了全语音的购物引导功能，支持用户在不借助视觉界面的情况下安全完成交易；而康复游戏《VR Walk》通过拉伸其他部位的感知能力作为听觉代偿，弥补了听障玩家游戏感知力的缺损。为特殊群体设置适合的服务系统，完善他们在游戏体验中的多方位需求，对游戏与用户之间的供需平衡关系提供了有效支持。

2.增加社交功能，丰富情感体验：长期独处与居家养老的状态使老年人逐渐与社会脱节，情绪容易变得更加敏感脆弱，VR/AR严肃游戏可以成为老年群体情感寄托的载体，缓解日常交流限制产生的孤独、抑郁等消极情绪。以社交功能为例，游戏可以设置排行榜、挑战等联机功能，根据训练需求进行智能化匹配，以奖励反馈的方式激发老年人游戏社交的主动性与积极性；也可考虑设置沉浸感强的数字平台，通过简便的语音与视频通话操作在虚拟空间中帮助老年人“面对面”进行群组交流。在社区，养老院等老年人聚集的场所可以设置公共游戏区，线下帮助老年人通过游戏合作与互助增加社交联系的机会。其次，游戏需要设置多情感特征的体验形式，优化老年人游戏体验的整体感受，激发更多的情感共鸣。例如，在游戏中加入丰富的故事情节，增加游戏的叙事性和交互点，根据个人资料生成独特的游戏角色，创造独立、可体验的沉浸式情景，增加老年人在游戏过程中的情感互动；还可以开发游戏的探索功能，设定旅游、工作、探险等多种导向任务，为老年人提供具有体验感的模拟出行规划，同时根据游戏探索流程生成个性化语音故事集，通过记录与分享游戏轨迹的方式为老年人增添情感记忆。

3.强化智能化设计：智能化设计的强化主要指在使用VR/AR技术提升游戏体验的基础上，结合硬件设备与智能技术的特点改进游戏的辅助机能，形成完整的游戏训练系统。例如，增加游戏训练效果的实时评估功能，通过分析生成可视化的评估报告，制订合适的个性化游戏方案，评估结果还可通过线上更新实现与医护人员的数据共享，为老年人身体的健康监测提供技术支持。此外，游戏需要增加便携性，在辅助传感器的设计中使用移动充电功能，减轻设备的体积与重量，添加可供折叠或拆分的收纳功能，以增加游戏的可移动性与灵活性。例如德国Offenburg大学研究团队为康复患者设计的腰带投影仪，其原理采取穿戴在腰部的袖珍AR设备在地面上投影景象，从而帮助老年康复患者随时随地进行自主康复训练。

结语

在日益严重的老龄化社会背景下，认知衰退所造成的问题正在时刻影响着老年群体的日常生活与心理健康。基于VR/AR技术的严肃游戏以帮助老年人提高认知功能为首要目的，拥有更安全、稳定、有沉浸感的训练条件，并在实验中展现出良好的治疗作用，作为一种新兴产业显现了巨大的发展潜力。目前，VR/AR严肃游戏设计尚处于发展的起步阶段，其设计策略需要根据老年人的需求优化设备结构，提升游戏体验，建立完善的游戏设计体系，同时合理的引导还能够有效减缓老年群体对新技术的担忧，提高生活质量和自信心。对VR/AR严肃游戏的研发和市场化发展有助于降低认知类疾病的发病率，减轻社会负担，对健康老龄化与积极老龄化社会的可持续发展具有重要意义。

参考文献

[1]王静爽，陈净莲.中国老龄化设计：老年产品开发与反思[J].设计，2021，34（23）：65-67.

[2]Scase M，Kreiner K，Ascolese A. Development and Evaluation of Cognitive Games to Promote Health and Wellbeing in Elderly People with Mild Cognitive Impairment[C]//eHealth. 2018：255-262.

[3]Scase M，Kreiner K，Ascolese A. Development and Evaluation of Cognitive Games to Promote Health and Wellbeing in Elderly People with Mild Cognitive Impairment[C]//eHealth. 2018：255-262.

[4]徐佳辰，沈杰.游戏化视角下老年人健身产品设计研究[J].设计，2021，34（23）：68-70.

[5]黄偲媛，章立.基于情感体验的音乐类手机游戏交互设计研究[J].设计，2021，34（05）：72-75.

[6]Li X，Niksirat K S，Chen S，et al. The impact of a multitasking-based virtual reality motion video game on the cognitive and physical abilities of older adults[J]. Sustainability，2020，12（21）：9106.

[7]Merriman N A，Roudaia E，Romagnoli M，et al. Acceptability of a custom-designed game，CityQuest，aimed at improving balance confidence and spatial cognition in fall-prone and healthy older adults[J]. Behaviour & Information Technology，2018，37（6）：538-557.

[8]Chen Y F，Janicki S. A cognitive-based board game with augmented reality for older adults：Development and usability study[J]. JMIR serious games，2020，8（4）：e22007.

[9]Bovim L P V，Valved L，Bleikli B，et al. Theoretical rationale for design of tasks in a virtual reality-based exergame for rehabilitation purposes[J]. Frontiers in Aging Neuroscience，2021：717.

[10]Korn O，Buchweitz L，Rees A，et al. Using augmented reality and gamification to empower rehabilitation activities and elderly persons. a study applying design thinking[C]//International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics. Springer，Cham，2018：219-229.