虛擬實境

一、虛擬實境介紹

虛擬實境（virtual reality）是一種為了追求場景或事件的生動性而被發展的技 術，大致上可被描述為：由電腦實時運算而呈現出與使用者行為有聯動性的虛擬環 境，提供一至多種感官刺激，在訊號輸入與反饋裝置的配合使用下，可供人與虛擬 環境互動的人機介面形式（Burdea & Coiffet, 2003; Gutiérrez, Vexo, & Thalmann, 2008）。當代的虛擬實境可分為兩大類型式。其一是全程使用電腦，以 3D 建模與 渲染的方式從零開始建構虛擬環境，實際使用虛擬實境的同時也需要電腦投入大 量運算來展現即時的空間變化，屬於較傳統的類型。在此類型的虛擬實境中，使用 者可被允許較高程度地與虛擬環境互動是其優點，但具有前置作業較複雜與設備 需求較高的缺點，且環境與現實的貼近程度會受電腦運算能力限制。另一類則是影 像式虛擬實境（image-based VR），透過攝影機拍攝實際場景，隨後以電腦軟體進 行影像拼接來建構虛擬環境，屬於較新興的方式。在此類型的虛擬實境中，使用者 與虛擬環境的互動性相對有限，也無法在環境中靈活地移動位置，但具有環境影像 非常接近現實，且建立成本與設備需求較低的優點（Chen, 1995；吳世光、陳建和，

2002）。

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虛擬實境與其他傳統影音工具的相同之處在於：當它們被用於模擬真實環境 時，雖然能再現的環境成分與真實度有限，但有易於控制各種變因的優勢。例如可 將各種感官訊息拆解開，自由組合呈現，從而能獨立檢視各個感覺項目之影響

（Depledge, Stone, & Bird, 2011; Sanchez-Vives & Slater, 2005）。另外也能選擇要重 現出環境中的哪些部分，避開真實世界中可能存在的不必要干擾（Fox, Arena, &

Bailenson, 2009），例如前往特定場所的移動過程影響、天候條件變化等。而它們的 相異之處則在於：虛擬實境同時可能提供的感官刺激更豐富多樣，且不同感官訊息 間有可能達到較高的協調，使得使用者對虛擬環境的反應貼近真實世界，因而在實 驗利用上可能達到較高的生態有效性（Bohil et al., 2011）；同時，虛擬實境系統的 使用者並非完全被動地接受刺激，而是被給予較多的主動操作權，使用者的動作可 直接對媒體的呈現內容產生影響，也因此更吸引人投入到媒體內容中（Fox et al., 2009），產生較大的臨場感，意即感到自身存在於電腦建構之虛擬環境，而非身體 所在之真實世界（Kalawsky, 2000; Sanchez-Vives & Slater, 2005）；若在呈現虛擬環 境時選用完全沉浸式設備，例如完整包覆 360°視覺空間的頭戴式顯示器（head-mounted display, HMD）（Gutiérrez et al., 2008; Kalawsky, 2000），亦有隔離周邊真實 世界影響的效果。

另一方面，虛擬實境在各種優勢外也有缺點存在，那就是因為前庭覺與視覺訊 息不一致而引發虛擬動暈症（cybersickness）的可能性，虛擬動暈症會導致頭暈和 噁心等不適症狀（Bohil et al., 2011; Fox et al., 2009）。雖然非虛擬實境的傳統影片 也可能造成這類症狀，但虛擬實境影像往往使用動態性較高的內容，因此不適情況 較易在使用虛擬實境時出現。未來透過技術上的改善，例如減少人體動作與虛擬影 像反饋間的延遲，可望能減少虛擬動暈症的發生（Bohil et al., 2001; Fox et al., 2009）。

二、虛擬實境與健康照護

因為虛擬實境能喚起類似於現實的大腦與行為反應，其環境也具有能人為決 定內容，同時安全且易於控制的特性，許多人嘗試將其應用在醫療領域（Bohil et

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al., 2011; Carlin, Hoffman, & Weghorst, 1997; Hoffman, Garcia-Palacios, Carlin, Furness III, & Botella-Arbona, 2003）。

虛擬實境在治療上的應用以治療焦慮、恐懼相關的問題為主（Riva, 2005;

Sanchez-Vives & Slater, 2005），例如懼高症（Emmelkamp et al., 2002; Hodges et al., 1995）、飛行恐懼（Rothbaum, Hodges, Smith, Lee, & Price, 2000; Rothbaum, Hodges, Anderson, Price, & Smith, 2002）、蜘蛛恐懼症（Carlin et al., 1997; Hoffman et al., 2003）、創傷後壓力症候群（PTSD）（Difede & Hoffman, 2002; Rothbaum et al., 1999;

Rothbaum, Hodges, Ready, Graap, & Alarcon, 2001）。對於有上述症狀的患者，虛擬 實境在階段性的暴露療法中被用來模擬令他們焦慮的情境，虛擬情境的逼真或艱 鉅程度則在醫療人員監督下依患者的適應程度漸次提升，使患者得以逐步克服障 礙，降低特定情境引發焦慮的程度。至今已有多筆個案報告及實證研究的初步證 據，指出這些使用虛擬環境進行的治療對患者是有助益的。一項典型的例子是 Carlin et al.（1997）關於利用虛擬實境治療蜘蛛恐懼症的個案報告：案主是一位蜘 蛛恐懼症患者，她在面對蜘蛛或蛛網時會出現恐慌、焦慮、哭泣等反應，同時也為 自身對蜘蛛的反應感到羞恥，因此在開始接受恐懼症治療前，以避免接觸蜘蛛為目 的所展開的各種行動佔據了她的生活，具體行為包括每日在睡前用膠帶或毛巾完 全堵住臥房門窗、將所有衣物密封裝袋、頻繁洗車並使用殺蟲劑燻蒸車內等，甚至 也會因為害怕與蜘蛛接觸而對出門感到猶豫。對蜘蛛的強烈恐懼對她的生活造成 困擾，因而開始尋求治療。在治療的早期階段，患者依序透過對蜘蛛的照片、塑膠 模型等「沒那麼真實」的蜘蛛相關物品逐漸適應，降低自身對蜘蛛的恐懼程度，之 後才進入到虛擬實境治療的階段。在虛擬實境療程中，患者穿戴頭戴式顯示器及手 套，在虛擬環境中觀察蜘蛛，並透過手套與虛擬蜘蛛或蛛網進行接觸。一個月後，

則加入實體的蜘蛛玩偶來為虛擬蜘蛛提供觸覺訊息。在虛擬實境治療期間，研究人 員透過螢幕從旁查看虛擬實境中的情況，並時而改變虛擬蜘蛛的位置或操控牠的 動作，治療師則給予患者行動上的建議。虛擬蜘蛛的視覺訊息及玩偶提供的觸覺訊 息都能激起患者的焦慮情緒，且引發顫抖、大量出汗等身體症狀，但在經過二個月

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的療程後，同樣的虛擬蜘蛛不再引發強烈情緒反應及身體症狀。第三個月後，患者 對蜘蛛的恐懼程度已大幅下降，到了跟一般人接近的水準，並且不再讓對蜘蛛的恐 懼影響到日常生活，也就是無須再為了避開蜘蛛而做任何特殊的行動。這項治療案 例中充分發揮了虛擬實境治療的兩項優勢，一是能激起使用者與真實環境中相仿 的反應，二是能妥善控制現場情況以確保安全性（虛擬蜘蛛隨時能被移動或消失，

無須擔心會對患者產生過大的身心危害）。

另一方面，並非使人焦慮而是有趣、吸引人的虛擬實境則被應用在燒燙傷患者 的轉移注意力與緩解疼痛（Hoffman et al., 2004），以及中風患者的復健輔助或動力 提升上（Laver et al., 2017; Merians, Poizner, Boian, Burdea, & Adamovich, 2006）。在 Hoffman et al.（2004）的研究中，燒燙傷患者在治療期間操作一款以冰雪為背景的 虛擬實境雪球射擊遊戲。從患者的疼痛評分結果來看，虛擬實境成功降低了患者在 傷口護理期間的疼痛感及情感上的不愉快。同時，患者會想到自己的疼痛的時間在 使用虛擬實境中明顯的較少，也就是說，虛擬實境成功使患者從疼痛中分心。在中 風患者的復健中，虛擬實境遊戲則被用來提高復健活動的趣味性，從而使患者能忍 受更長的練習時間。同時，虛擬實境也能用以讓患者練習在醫院中難以實際從事的 活動，例如球類運動等（Laver et al., 2017）。

三、虛擬實境與自然環境恢復效益

關於本研究的主題，將虛擬實境應用於提供自然環境恢復效益的相關研究在 近幾年內才明顯增加。嚴婉甄（2007）使用 3D 建模的生態池畔虛擬場景與現地觀 看做比較，發現虛擬實境使用者中臨場感較高（較感到自己身處虛擬環境內）者前 額肌肉較放鬆，肌電值較低，環境恢復性知覺和環境偏好程度也較高，且愈認為虛 擬場景與現地相似者臨場感愈高。虛擬實境經驗程度與環境恢復性知覺則有負相 關，顯示較多經驗者可能對虛擬場景的恢復性有較嚴苛的評價。Valtchanov、Barton 與Ellard（2010）使用電玩遊戲內建模組製作 3D 虛擬自然環境，受試者透過 HMD 體驗的同時可利用滑鼠與轉身來在環境中移動，並收到來自腳下的震動反饋與森

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林氣味的嗅覺刺激，以此與利用HMD 觀看抽象繪畫的控制組做比較。結果發現經 歷壓力後，探索虛擬自然環境的受試者皮膚電導下降，正面情緒提升，控制組則無 變化。Annerstedt et al.（2013）使用 CAVE™投影系統呈現有視覺立體感的虛擬森 林環境，分成有聲、無聲模式與非自然控制組做比較，發現自然環境音的存在可促 進壓力恢復，而無聲的虛擬森林環境可能引發恐懼，但最終除了有聲虛擬森林環境 的副交感神經活動強度指標上升較多以外，三組在壓力恢復上沒有明顯差異。

Anderson et al.（2017）則使用 HMD 呈現 360°全景虛擬實境，以無生物的教室與 戶外自然環境進行比較，結果顯示虛擬自然環境使負面情緒與膚電值下降較多，教 室場景則使正面情緒降低。經歷實驗後，受試者對VR 可促進放鬆、能提供效益的 認同度上升。Schutte、Bhullar、Stilinović 與 Richardson（2017）同樣使用 HMD 呈 現 360°全景虛擬實境，但以自然環境與都市環境做比較，結果顯示虛擬環境類型 對正面情緒有顯著影響。這主要歸因於虛擬都市環境導致正面情緒減少，尤其是與 自然連結程度較高的受試者傾向有此情況。虛擬自然環境則使正面情緒微幅上升，

但未達顯著。Yu、Lee 與 Luo（2018）也使用 HMD 進行虛擬自然與都市環境的比 較，隨後確認到虛擬自然環境對情緒的影響比虛擬都市環境更正面，虛擬自然環境 使 負 面 情 緒 降 低 、 正 面 情 緒 上 升 ， 虛 擬 都 市 環 境 則 有 反 效 果 。Yin 、 Zhu、

但未達顯著。Yu、Lee 與 Luo（2018）也使用 HMD 進行虛擬自然與都市環境的比 較，隨後確認到虛擬自然環境對情緒的影響比虛擬都市環境更正面，虛擬自然環境 使 負 面 情 緒 降 低 、 正 面 情 緒 上 升 ， 虛 擬 都 市 環 境 則 有 反 效 果 。Yin 、 Zhu、