虛擬實境應用與教學探討

市面上有許多商用性虛擬實境系統，而系統設計多為青少年娛樂性 質使用，虛擬環境設置、操作動作或聲光效果不利於自閉症使用。本研 究採用國立臺灣師範大學工業教育學系團隊所自行設計虛擬實境系統，

並經研究來驗證對於自閉症訓練的有效性，研究工具會於第三章第三節 完整說明。

壹、 虛擬實境的起源與簡介

虛擬實境是利用電腦及相關設備創造出三度空間，可以模擬出真實 存在的世界或是想像中、虛構的世界，具有沉浸性（Immersion）、想像 性（Imagination）及互動性（Interactive）三種要素，使用者可以直接觀 察、操作、觸摸周圍環境及事物變化，虛擬的顯示畫面行走就如同在真 實情境中一樣的行走速度和方向，並與虛擬場景中的物體、角色進行互 動。同時可以使用其他可播放聲音和觸覺物體等設備來增加沉浸效果，

不再只是如電腦單一面螢幕所呈現的影像，是一種涵蓋所有感官的人機 互動方式，以及即時回饋反應讓使用者擁有身歷其境的感受（宋文旭等 人，2006；Blade ＆ Padgett, 2002；Parsons et al., 2004；Rosenberg & Vance, 2013）。

虛擬實境最初設計概念是源自於Heilig 在 1961 年發明的「Sensorama」

電視亭則加入氣味、立體聲、椅子震動和風吹等多感官體驗，被視為虛 擬實境的預言家；最初運用虛擬實境的是美國軍方為解決戰機飛行員的 訓練問題而由 Fourness 於 1966 年研發第一款飛行模擬器，而頭盔式顯 示器是在 1968 年由 Sutherland 首先提出，其後於 1977 年伊利諾伊大學 團隊研發出數據手套（dataglove），開啟新的虛擬實境互動方式。虛擬實 境第一次流行浪潮是1995 年由任天堂所開發的第一款 3D 遊戲機，開啟 虛擬實境於商業及娛樂的領域，然而因開發成本與價格昂貴、3D 顯示畫 面與效果差，並未在市場獲得商機；直至第二次浪潮 2012 年由 Luckey 自行研發的 Oculus Rift，不僅提高虛擬實境的視野角度、顏色對比與顯

示度，更是大幅降地製造成本，成為目前頭盔式顯示器的原型，不久後 許多開發者進行改進，漸漸的虛擬實境真正的進入到大眾的世界裡

（Heilig, 1992；Niall, 2013；Somrak, Humar, Hossain, Alhamid, Hossain, &

Guna, 2019）。

近年來電腦軟硬體的快速發展與因應目前消費市場趨勢，對於虛擬 實境的發展技術日趨完善與多元，然而依據使用設備對於視覺產生方式 所各有不同，主要可分為桌上式虛擬實境（Desktop VR）、模擬式虛擬實 境（Simulation VR）、投射式虛擬實境（Project VR）、沉浸式虛擬實境

（Immersion VR）和虛擬電傳（Telepresence VR）（宋文旭等人，2006；

李偉碩、邱鈺傑，2016；葉佳琪、孟瑛如，2019）。其中之沉浸式虛擬實 境在使用時需要穿戴和設置各式週邊設備，有頭戴式顯示器、動作控制 器、3D 滑鼠、數據手套、位置追蹤器、立體音效及其他感官裝置等，讓 使用者完全融入情境中，為目前沉浸與擬真性最佳的虛擬實境，成本會 因使用設備而有所不同，價格從數百元至數萬元均有，為目前商業市場 上作為娛樂和用於教學現場的常見系統，亦為本研究所採用之系統。

貳、 虛擬實境運用於特殊教育

虛擬實境最早應用於特殊教育領域是在1991 年由 Bricken 與英國諾 丁 漢 大 學 團 隊 成 立 虛 擬 實 境 應 用 研 究 小 組 （The Virtual Reality Applications Research Team），開始探討虛擬實境技術於特殊教育和訓練。

最初虛擬實境是應用於恐懼症治療、教導肢體障礙學生學習如何使用輪 椅、聽語障學生學習手語及讓認知發展障礙學生在虛擬環境中學習過馬 路、社交溝通、購物理財或日常生活技能等，證明虛擬實境在無障礙、

移動、學習和復健有潛在的應用機會（Cobb, 2007；Strickland, Marcus, Mesibov, & Hogan, 1996）。

虛擬實境優勢在於視覺化影像結合聽覺和觸覺等提供出一個多感官 學習環境，依據使用者的興趣和動機做個別化設置，在環境中可以增強 使用者的主動或被動的互動，有助於促發動機性；多感官的學習環境安

排了不同的感官刺激，進而達到休閒、治療、放鬆和教育的效果，對於 有焦慮、動機低落或好動的學生有所助益，尤其帶給多重或重度障礙者 教育的可能性。過去多項研究傾向使用桌上式虛擬實境，原因在於一般 電腦和滑鼠的取用性容易，在使用方面較為容易，相對於沉浸式虛擬實 境需要的裝配較多且須配戴至身上，這對於較為敏感和重度認知發展障 礙的學生來說較難以操控，且可能因為裝配重量較重，經過長時間的配 戴而出現不適感；直至Strickland 等人（1996）以沉浸式虛擬實境為研究 工具探討自閉症兒童的學習成效及可用性，扭轉沉浸式虛擬實境對於多 數人的負面想法。除此之外，搭配顯示器頭盔和操控器在於讓使用者可 以在虛擬環境中看到模擬手與真實雙手是相同的位置和方向，因為虛擬 手代表了真實雙手，而使用者能在控制的環境下任意的移動、不用遵循 預設路線、更透過不同視角與位置進行觀看與互動，相較於桌上式虛擬 實境，沉浸式虛擬實境增加身歷其境的真實性（鄭雅尹，2019；Cobb, 2007；

Rosenberg & Vance, 2013）。

可以看到虛擬實境多數佈置一系列活動任務，以遊戲化、階段式讓 使用者進行學習，加上沉浸效果會讓使用者更專注於完成遊戲任務；透 過影音遊戲來進行教育、訓練、探索和分析等活動，稱之為體感認知互 動訓練遊戲（serious games），目的在於利用遊戲的流程與設計來進行知 識的傳遞與技能運用，重心在於教育與訓練、不再純粹只有娛樂效果。

近年，沉浸式虛擬實境與體感認知互動訓練遊戲是相輔相成的，虛擬環 境除了讓使用者有高度的參與感和專注感之外，其中的現實感和空間意 識更助於建立認知學習過程。當使用者開始活動任務對產生興趣反應，

便會積極的投入在其中、動作行為與意識的一致會讓他們專注於眼前的 任務，而忽略時間的流逝；此種個人與環境互動產生的精神狀態改變便 是流動經驗（flow experience），源自 Csikszentmihalyi（1976）所提出的 流動理論（Flow Theory）意指個人會喜歡且專注於活動當中。流動經驗 對學生來說是一種積極有益的經驗，因為學生會發展自己的技能和能力

所採取行動（李淑玲，2008；Akman & Recep, 2019；Feng, González, Amor, Lovreglio, & Cabrera-Guerrero, 2018；Nakamura & Csikszentmihalyi, 2014）。

參、 虛擬實境於自閉症的應用

自閉症由於社會溝通困難、固著行為模式及興趣及感覺刺激接受困 難等障礙特質，對於自閉症的教學目標會是促進社會融合、環境適應和 日常生活技能訓練。近年來，虛擬實境技術發展日漸成熟、許多研究指 出對自閉症具有正向的介入成效，虛擬實境從治療恐懼症、設置情景畫 面教導如何穿越馬路、搭校車、在咖啡館與人群進行互動或是點餐消費、

抑或是在模擬商場學習物品購買和金錢支付，之後開始加入臉部辨識技 術進行面試技巧的訓練，多應用於社會技巧和生活技能訓練；除此之外 自閉症亦可能有動作發展的限制，這會影響姿勢和行動發展，而利用虛 擬實境結合動作模仿來增強體適能（葉佳琪、孟瑛如，2019；Bozgeyikli et al., 2016；Burke et al., 2018；Goldsmith & LeBlanc, 2004；Lotan, Yalon-Chamovitz, & Weiss, 2010；Opdyke, Williford, & North, 1995；Parsons et al., 2004；Parsons & Cobb, 2011；Strickland, 1997；Smith et al., 2014；Strickland et al., 1996）。經綜合文獻整理出七點對於自閉症使用虛擬實境進行學習 的優勢，以下分別述之。

一、 可控制的環境：自閉症對於感覺刺激的接收調節有困難，他們會 過度接受或完全忽略，可能會出現注意力缺失或不適宜的行為，然而 虛擬實境可以控制特定刺激的輸入或排除。

二、 類化功能：虛擬實境可以模擬出真實情境或把現實場景投入在畫 面中，而且在 3D 環境中移動有助於在虛擬和現實中轉移，場境越逼 真，類化能力越好。

三、 視覺和聽覺的環境：虛擬實境強調的是視覺和聽覺感受，特別是 自閉症具視覺學習的優勢，而 3D 的擬真畫面可以協助他們對抽象概 念的理解。

四、 更安全的學習環境：在虛擬實境中自閉症不用與真人進行互動交 流，這會減輕他們對人群的焦慮感，且在控制的環境下學習，自閉症 會顯得更自在、更安全，會更積極地學習。

五、 個別化調整：自閉症的異質性高，常需要個別化的教學策略調整，

而虛擬實境可制定符合個人等級難易度的訓練模式，根據個人的需 求與技能變化可不斷進行調整。

六、 電腦化教學：電腦結構化的方式、可重複操作練習、個別化調整，

且可即時紀錄與觀察，虛擬實境結合電腦化教學的學習優勢，成為適 合自閉症的學習輔助工具。

七、 追蹤互動：在沉浸式虛擬實境中使用頭盔顯示器、操控器或其他 設備，可同步追蹤身體部位移動路徑，直接的互動體驗會有如臨其境 的感覺。

別於傳統式教學教師多採用口頭講授、肢體互動協助、角色扮演或 是多媒體影像教材，學生多是被動學習，加上自閉症的學習特性各不相 同，會加重教師教材準備與教學的負擔。虛擬實境可以突破地理和時間 上的限制，僅需要一間教室便可以把超市、餐廳或外太空等實際或模擬 場景呈現出來，更利用電腦的操控特性降低環境的危險性，讓學生在安 全、舒適及高度真實性的環境下學習。可預測的結構化教學更能依據學 生個別狀況調整教學進度與難易度，同時也是可視化工具、用另外一個 視角來檢視學生學習狀況，更提供即時和一致性回饋系統，教師可以同 步紀錄與掌握學習進度；相較於傳統式教學、虛擬實境更具教學優勢（吳

別於傳統式教學教師多採用口頭講授、肢體互動協助、角色扮演或 是多媒體影像教材，學生多是被動學習，加上自閉症的學習特性各不相 同，會加重教師教材準備與教學的負擔。虛擬實境可以突破地理和時間 上的限制，僅需要一間教室便可以把超市、餐廳或外太空等實際或模擬 場景呈現出來，更利用電腦的操控特性降低環境的危險性，讓學生在安 全、舒適及高度真實性的環境下學習。可預測的結構化教學更能依據學 生個別狀況調整教學進度與難易度，同時也是可視化工具、用另外一個 視角來檢視學生學習狀況，更提供即時和一致性回饋系統，教師可以同 步紀錄與掌握學習進度；相較於傳統式教學、虛擬實境更具教學優勢（吳