虛擬實境自然與都市環境恢復效益—以中高齡與高齡者為對象

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doi:10.6342/NTU201901429

國立臺灣大學生物資源暨農學院森林環境暨資源學系碩士論文

School of Forestry and Resource Conservation College of Bioresources and Agriculture

National Taiwan University Master Thesis

虛擬實境自然與都市環境恢復效益

—以中高齡與高齡者為對象

Restorative Effects of Virtual Reality Natural and Urban Environments on Middle-aged and Elderly Individuals

呂文馨 Wen-Hsin Lu

指導教授：余家斌博士 Advisor: Chia-Pin Yu, Ph.D.

中華民國 108 年 7 月

July 2019

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國立臺灣大學碩士學位論文

口試委員會審訂書

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謝誌

歷經良久，終於抵達碩士論文完成之日，這一路上也是受到了許多人的幫助才能走到今天。

首先要感謝指導教授余家斌老師，在我學習做研究和撰寫論文的過程中提供諸多指導，同時卻也留給我很大的自由空間，讓我能以自己的步調完成學業。也感謝口試委員蔡明哲處長、張俊彥老師與吳治達老師為論文提出修改意見，使這篇論文的內容能更加完善。

感謝心輔中心的連玉如老師，在我低潮時陪伴我梳理情緒，也協助我調整生活與工作的步調。

謝謝研究室的奐存學長，在熱心指導的同時也總是幫忙處理研究相關的大小事，是讓大家感到安心的後盾。謝謝研究室諸位同學們，從入學起到畢業前，時時提供具體協助與精神支持。因為有你們的相互提攜，碩士生涯不會讓人感到寂寞。

另外感謝彥均替大家拿到可用的測驗軟體，也在實驗期間幫我接待受試者，使實驗能順利進行。也感謝較少直接接觸的其他學長姐前輩們，各位遺留下來的文獻整理與研究資料，給予我非常多的幫助。

感謝男友嵩穆，在實驗準備和執行階段陪我到處奔走，平時除了提供情緒上的支持外，也總是叮嚀我注意飲食和作息。

感謝我的家人，一直以來在背後默默支持我，讓我能沒有後顧之憂，安心待在學校完成學業。

這一路上需要感謝的對象與事項事實上多如繁星，難以一一寫明。期許藉他人恩惠習得的學識與完成的這篇論文，能在未來也對他人產生貢獻。

文馨謹誌中華民國 108 年 7 月

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摘要

隨著國際性的人口高齡化，高齡者身心健康的議題漸受重視。時下興起的森林療癒及園藝、景觀治療等學說，倡導接觸自然可提升人類福祉。然而，像是行動不便的人士或是長者們，這些不方便舟車勞頓的族群是否就無法享受這樣的好處？

目前日漸普及的虛擬實境技術又提供了在室內重現自然環境的新方式，或許對於這樣的族群有幫助。但目前關於影音∕虛擬自然環境提升生心理效益的研究中，受試者經常是以年輕人為主，分析結果是否能應用到年長者族群尚未見相關研究。有鑒於年長者生理與心理功能與年輕族群不同，又虛擬實境科技對於身體不便之長者應用層面最廣，因此本研究選擇45 至 64 歲的中高齡族群與 65 歲以上高齡族群

（以下合稱中高齡族群）作為研究對象，以虛擬實境呈現自然與都市環境，調查兩種虛擬環境對中高齡族群的生心理恢復效益之影響。

本研究的主要目的為調查虛擬實境之自然與都市環境，對中高齡族群之生理、

情緒及注意力表現有何影響，並比較不同虛擬環境下測量值變化的差異。次要目的則是初步探查中高齡以上族群對虛擬實境體驗的感受，瞭解目前高沉浸度之虛擬實境設備，對於提供自然環境恢復效益給該族群是否適宜。

實驗之有效樣本受試者為34 人，每人參與二次實驗，分別進行虛擬自然環境或虛擬都市環境的體驗，兩次實驗間隔約一週。兩次實驗中，都會在虛擬實境體驗前後進行生理、情緒、注意力表現的測量。生理測量項目包含心跳速率、血壓、心率變異度（HRV），情緒部分使用盤斯心情量表（POMS），注意力表現部份則使用 SART 注意力測驗作為測量工具。為檢驗選用的兩種虛擬環境具恢復性環境特質的程度是否在受試者主觀判斷中有所差異，也使用恢復性組成量表（RCS）對虛擬環境進行評分。

研究結果顯示，生理部分之心跳速率、血壓及心率變異度中，僅心跳速率在兩組前後測間有隨時間降低，其餘皆沒有顯著變化，且兩種虛擬環境對生理數值的影

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響在任一項目上皆未具有顯著差異。情緒方面，POMS 量表整體結果符合虛擬自然環境較有益於情緒改善的預想。受試者在暴露於虛擬自然環境後，困惑、疲勞、緊張、沮喪等構面及TMD 指數皆顯著降低，表現出情緒改善；暴露於虛擬都市環境後，活力構面顯著下降，疲勞構面顯著上升，表現出情緒惡化、較感到疲憊。兩種環境對困惑、活力、疲勞、憤怒構面與TMD 指數的影響有顯著的不同，虛擬自然環境對情緒有較正向的影響。注意力表現部份，SART 錯誤次數在前後測間僅有未達顯著水準的微幅降低，且變化量在兩虛擬環境組間沒有顯著差異。在恢復性組成量表的分數上，虛擬自然環境的遠離性、延展性、魅力性與相容性評分皆顯著高於虛擬都市環境。

參與本研究之有效樣本受試者皆有至少一項視覺問題，例如老花或近視，但仍能正常使用虛擬實境。然而值得注意的是，有26.5%的受試者曾在虛擬實境體驗中感到身體不適，不適症狀以頭暈為主。

本研究證實虛擬自然環境對於年長族群確實能在情緒上提供效益，但虛擬實境使用中的舒適性等問題仍需要留意。

關鍵詞：虛擬實境、自然環境、中高齡、高齡族群、盤斯心情量表、SART 注意力測驗、心率變異度

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Abstract

The main purpose of this study is to investigate how the natural and urban virtual environment affects the physiological state, emotional state, and attention performance of middle-aged and elderly people. The secondary objective is to investigate how the middle-aged and elderly people feel about their virtual reality experience, and confirm that the current equipment of virtual reality is suitable for providing the restorative benefits of natural environment to them.

Thirty-four participants were recruited to the study. Each of them participated the experiment twice, the second time was about one week later than first visit. Each time they experienced one of two different virtual environments (nature and urban）. The measurements of physiological state, emotional state, and attention performance were taken before and after the virtual reality experience. There were heart rate, blood pressure, and heart rate variability（HRV）for physiological indicators, and the Profile of Mood State（POMS）for emotion, and the Sustained Attention to Response Test（SART）for attention performance as the measurement tools. In order to examine wether the quantity of restorative components in two virtual environments was different or not in the participants’ opinion, Restorative Components Scale（RCS）was also been used.

The results showed that there was no difference between two vitural environments in their effect on physiological states. In terms of emotions, the overall results of the POMS scale are in line with the expectation that the virtual natural environment is more conducive to emotional improvement. After the exposure to virtual natural environment, the scores of confusion, fatigue, tension, depression, and TMD were significantly lower than before, showing the improvement in mood. After the exposure to virtual urban environment, the score of vigor was significantly lower, and the score of fatigue was

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significantly higher than before, showing emotional deterioration and feeling exhausted.

There was difference between two vitural environments in their effect on the score of confusion, vigor, fatigue, anger, and TMD. Virtual natural environment was more beneficial to people’s emotions than the urban one. In terms of attention performance, there was no significant difference on number of SART errors between pre and post-test, even though the number had decreased slightly in both teams, and there was no difference between two environments in the declining quantity too. The scores of four restorative components in RCS, contained being away, fascination, extent, and compatibility, were all significant higher in virtual nature than the urban.

All of participants in the study had at least one visual problem, such as presbyopia or myopia, but most of them still can use VR normally. Despite this, 26.5% of the participants used to experience physical discomfort when they were using virtual reality.

Dizziness was the most common problem that they suffered from.

Overall, this study confirmed that virtual natural environment can provide emotional benefits for middle-aged and elderly individuals, but the issues of comfort are still need to be aware.

Keywords: Virtual Reality, Nature Environment, Middle-aged, Elderly, Profile of Mood State, Sustained Attention to Response Test, Heart Rate Variability

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圖目錄

圖1-3-1 研究流程圖 ... 4

圖2-1-1 內克立方體 ... 14

圖3-2-1 虛擬自然環境-片段一 ... 35

圖3-2-2 虛擬自然環境-片段二 ... 35

圖3-2-3 虛擬自然環境-片段三 ... 35

圖3-2-4 虛擬自然環境-片段四 ... 36

圖3-2-5 虛擬自然環境-片段五 ... 36

圖3-2-6 虛擬都市環境-片段一 ... 36

圖3-2-7 虛擬都市環境-片段二 ... 37

圖3-2-8 虛擬都市環境-片段三 ... 37

圖3-2-9 虛擬都市環境-片段四 ... 37

圖3-2-10 虛擬都市環境-片段五 ... 38

圖3-2-11 GoPro Fusion ... 39

圖3-2-12 Samsung Gear VR 頭戴式顯示器 ... 40

圖3-2-13 頭戴式顯示器使用示意圖 ... 41

圖3-2-14 QHRV 便捷健康評估系統之主要配件 ... 42

圖3-2-15 生理指標量測示意圖 ... 43

圖3-2-16 SART 測驗畫面之數字與遮罩示意圖... 44

圖3-3-1 實驗流程圖 ... 49

圖4-1-1 兩組別前後測心跳速率 ... 57

圖4-1-2 兩組別前後測收縮壓 ... 58

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圖4-1-3 兩組別前後測舒張壓 ... 59

圖4-1-4 兩組別前後測心率變異度 LF 值 ... 60

圖4-1-5 兩組別前後測心率變異度 HF 值 ... 61

圖4-1-6 兩組別前後測心率變異度 LF∕HF ... 62

圖4-1-7 自然組前後測 POMS 分數 ... 68

圖4-1-8 都市組前後測 POMS 分數 ... 68

圖4-1-9 兩組別 POMS 前後測分數變化比較 ... 69

圖4-1-10 虛擬自然與都市環境 RCS 各構面分數 ... 73

圖4-1-11 兩組別前後測 SART 錯誤次數 ... 74

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表目錄

表2-1-1 影音自然環境恢復效益相關研究整理表 ... 15

表2-2-1 虛擬自然環境恢復效益相關研究整理表 ... 26

表4-1-1 受試者背景資料統整摘要表 ... 54

表4-1-2 生理敘述性統計與前後測差異檢定結果 ... 63

表4-1-3 不同虛擬環境之生理變化差異檢定結果 ... 64

表4-1-4 POMS 敘述性統計與前後測差異檢定結果 ... 70

表4-1-5 不同虛擬環境之 POMS 情緒變化差異檢定結果 ... 71

表4-1-6 RCS 分數與成對樣本 t 檢定結果 ... 73

表4-1-7 SART 錯誤次數敘述性統計與前後測差異檢定結果... 75

表4-1-8 不同虛擬環境之 SART 注意力表現變化差異檢定結果 ... 75

表4-1-9 受試者對虛擬環境感受之摘要表 ... 76

表4-2-1 研究假設驗證統整表 ... 86

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第一章緒論

第一節研究背景與動機

研究顯示與自然環境接觸對人類健康有正面影響（e.g. Hartig, Mitchell, De Vries, & Frumkin, 2014）。自然環境除了能將噪音、汙染等傷害來源隔離開外，也能促進人類身心恢復，甚至還能提升運動意願及促進社會凝聚（Markevych et al., 2017）。在促進恢復的部分，其效益遍及舒緩緊張、改善情緒、提高注意力表現、

提振免疫力等各種層面。無論是在自然環境中活動身體，或是單純在其中以五感享受四周的自然成分，甚至僅是從室內眺望窗外的綠意，都能確認到自然環境之於人類生心理狀態的效益（Berman, Jonides, & Kaplan, 2008; Hartig, Evans, Jamner, Davis,

& Gärling, 2003; Lee et al., 2011; Li, 2010; Tennessen & Cimprich, 1995; Tsunetsugu et al., 2010）。

除了與自然環境進行實際接觸外，賴當代科技所賜，我們也能利用攝影、收音與放映設備將部分自然成分移動到原始環境以外，在某種程度上以模擬環境的形式重現。此方式已被利用在許多討論自然環境恢復效益的研究中，且與模擬自然環境的接觸也被證實能引發生理、情緒與注意力表現上的恢復效益（Berto, 2005;

Ulrich, 1979; Ulrich et al., 1991; van den Berg et al., 2003）。而近年來虛擬實境技術 日漸普及，提供更新穎的環境模擬方式。虛擬實境呈現之環境具有可對使用者的行動產生反饋的特性，且時常具備多種感官訊息的模擬，因此比起觀看傳統的相片或影片，虛擬實境更能營造出逼真的環境讓使用者投入其中，使人以更接近現實的方式在生心理或行為上發生反應（Higuera-Trujillo et al., 2017），同時又具有可人為操縱各種變因的人工模擬環境特性，因此，透過虛擬實境進行實驗，具有可同時達到高度可控制性與生態效度的優勢（Bohil, Alicea, & Biocca, 2011）。而無論是傳統影音媒體或虛擬實境，這些模擬的自然環境除了提供研究上的方便以外，還有一項重

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要價值，那就是對於不便在實際環境間移動的人們，例如老年人、身心障礙者、病患、忙於工作的勞動人口等，又或是不熟悉、不喜歡自然環境而尚有抗拒的人，能提供他們接觸虛擬自然而促進健康的可能性；並對於因天候或安全等因素需要在室內進行活動的一般人，亦可有增添效益的效果。

根據行政院下轄各部會公布之資訊，中華民國65 歲以上高齡人口占總人口比率在2018 年已超過 14%，成為「高齡社會」，並推估將於 2026 年邁入高齡人口占 20%以上的「超高齡社會」（內政部戶政司，2018；國家發展委員會，2018），因此高齡人口健康與照護議題的重要性逐年提升。若高齡者能透過與自然環境接觸提升身心福祉，社會整體的照護負擔亦能減輕。但高齡族群又往往因健康、體能上的限制難以長途旅行，對於接觸真實自然環境有較大的障礙。要提供高齡者自然成分帶來的效益，除了住家環境及周邊鄰里綠化外，傳統自然影音或虛擬實境也是能嘗試的方向。但關於虛擬實境自然環境之於使用者的生心理及認知功能效益，雖在國內外已有相關研究，然而受試者群體主要仍是年輕的大學生，針對中高齡族群進行的研究是缺乏的。有鑒於年長者生理與心理功能與年輕族群不同，又虛擬實境科技對於身體不便之長者應用層面最廣，在難以實際召募行動不便之長者參與研究之情況下，本研究將65 歲以上的高齡族群與 45 至 64 歲的中高齡族群，也就是年齡段較高且各項背景與身心狀態與行動不便之長者可能較為相似的群體，作為受試者，檢驗虛擬實境之自然與都市環境對於生心理恢復效益及認知功能的影響，並瞭解此一方式對於中高齡長者的適用性。

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第二節研究目的

本研究的主要目的是，調查虛擬實境技術展示之自然環境與都市環境，對中高齡以上族群之生心理及認知功能有何影響。次要目的則是初步探查中高齡以上族群對虛擬實境體驗的感受，瞭解虛擬實境技術應用於該族群的效益。針對上述目的，本研究提出以下三項目標：

一、探討虛擬實境自然與都市環境對中高齡與高齡族群之生心理恢復效益及注意力表現有何影響。

二、比較虛擬實境自然與都市環境對中高齡與高齡族群提供之恢復效益的差異。

三、調查中高齡與高齡族群對虛擬實境體驗之感受，包括是否會身體不適、開放式感想等。

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第三節研究流程

本研究以說明研究背景與動機，並確立研究目的開始。之後透過文獻回顧，探討自然環境影音作為實際環境的代替，對於人類生心理、情緒及注意力可能有何影響，並了解中高齡以上族群的特性，也蒐集以他們為對象的自然環境恢復效益相關研究。接著歸納文獻中的前人研究方法與結果，建立本研究之架構與假設，並進行實驗設計，實驗流程與測量項目皆有參考既有文獻。之後完成實驗所需之準備工作，並招募受試者進行施測。最後將所得資料進行處理分析，並由分析結果提出結論與建議。

圖1-3-1 研究流程圖實驗施測建立研究架構與假設

文獻回顧

資料處理與分析

結論與建議實驗設計研究背景與動機

確立研究目的

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第二章文獻回顧

第一節自然環境恢復效益

一、自然環境與都市環境定義

在自然環境恢復效益相關領域的研究中，自然環境指的是以植物、水體、砂土或岩石等非人造物件為主體，且其中沒有或少有人工構造物的環境，以陸域的森林、山岳、田園，及水域的湖泊、海濱等為典型，且常用人工化程度高的建築環境、

都市環境來與之進行對照比較（e.g. Herzog, Maguire, & Nebel, 2003; Laumann, Gärling, & Stormark, 2001; Purcell, Peron, & Berto, 2001）。前述的自然環境中，田野雖然有大量植物存在，卻是由人之手刻意創造出的結果，以生態角度視之，或許會認為並不那麼「自然」，但站在討論自然環境恢復效益的立場，田野、公園等受人為介入的環境，同樣能給予人類接觸自然元素並獲得效益的機會，因而在此領域中所指之自然環境不應僅限於全然只有自然元素且無人為介入之處所（Kaplan &

Kaplan, 1989）。Ulrich（1983）也以美國樣本群體的調查結果整理出民眾對自然視覺環境的定義，指出自然視覺環境不僅限於荒野（wilderness），也包含田園、多樹的公園、高爾夫球場等人造環境。一般而言，只要當中包含大量植被或水，且不存在突出的建築、車輛或人為建設特徵，大眾就傾向回報該環境是自然的。

參照前述概念，本研究中使用的「自然環境」一詞所指涉之對象包括但不限於極少人為干涉之野外環境，也囊括以自然風光為主體但有建築步道、圍欄等類型，

以及人為建立之高度綠化公園、庭園植樹、草坪等。而文獻回顧部分之「影音自然環境」指的是透過影音工具於室內模擬之自然環境，除前述以土地利用區分之自然環境分類外，也包括鳥鳴、水聲等自然音，及都市環境中的樹木、植栽等自然元素。

與之相對，都市環境則是指以人造建物為主體的環境，植物、天然水體等自然成分較少或幾乎不存在，其視覺環境主要由建築物及道路所填滿，有時也包括大量

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人、車，聽覺環境則常有人聲、行車噪音、各式人造聲音等（Ulrich et al., 1991）。

二、影音自然環境恢復效益相關研究與指標

本章節所謂自然環境影音，指的是為模擬自然環境或其中自然成分，而透過攝影、錄音等人工方式在室內重現之自然影像或聲音等刺激。許多研究者將自然環境影音應用在恢復效益相關研究上，以下依生理、心理、注意力三大恢復效益類型分類進行前人研究結果彙整，並解釋常用指標代表之意義。

(一) 生理效益相關研究

自然環境影音之於人類生理上的效益主要是降低生理喚起（arousal）。Ulrich

（1981）讓受試者觀看風景幻燈片，發現在觀看以水體或植物為主的自然景觀時，

與觀看都市景觀相比，大腦α 波振幅較大，表示大腦處在清醒但放鬆的狀態。Ulrich et al.（1991）也發現觀看包含樹林、溪流等自然風景的有聲影片，比觀看都市影片 更有助於讓皮膚電導、前額肌電值及脈搏傳導時間等生理指標從壓力中恢復到較放鬆的狀態。江彥政與張俊彥（2009）播放錄像影片的研究結果也指出，受試者在面對森林景觀時，大腦α 波振幅較大，心跳較慢，表現出比面對人工地盤時放鬆的生理狀態。Alvarsson、Wiens 與 Nilsson（2010）研究環境音的影響，發現在進行壓力性的心算任務使皮膚電導值升高後，相對暴露於大音量的交通噪音，聆聽噴泉加上鳥鳴的中等音量自然音可讓皮膚電導數值較快恢復。van den Berg et al.（2015）

讓受試者在激發壓力前後觀看綠地或建築環境的照片，並以自律神經活動作為衡量壓力與恢復情況的指標。其結果中，綠地影像雖未被證明對壓力反應有緩衝作用，但被發現有助於促進副交感神經活動強度在經歷壓力後的上升恢復。但在 Song、Ikei 與 Miyazaki（2018）讓受試者在大螢幕上觀看森林與都市圖片的研究中，則未發現影像種類對受試者自律神經指標有影響，雖然右前額葉的氧合血紅蛋白濃度在觀看森林影像時較低，顯示森林影像較讓人放鬆平靜。

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(二) 生理指標

1. 心跳速率（Heart Rate, HR）

部分研究者使用心跳速率作為自然環境效益的測量指標，例如Ulrich（1981）、 Ottosson 與 Grahn（2005）。心跳速率為單位時間內心臟跳動之次數，一般以每分鐘為單位計算。它可作為心理生理喚起程度的客觀指標，同時，較高的心跳速率往往與焦慮或恐懼等強烈情緒有關（Ulrich, 1981），在給予壓力刺激的情況下可代表較大的心理壓力（Meehan, Insko, Whitton, & Brooks, 2002）；但愉悅或恐懼等兩極化的狀態都可能導致心跳增快，在刺激性質不明確的情況下，宜藉受試者心理面向主觀報告來判斷心跳速率所顯示的意涵（江彥政、張俊彥，2009）。

2. 血壓（Blood Pressure, BP）

Parsons、Tassinary、Ulrich、Hebl 與 Grossman-Alexander（1998）、Kjellgren 與 Buhrkall（2010）等研究者使用血壓作為自然環境效益的測量指標。血壓是血液由心臟送出時在動脈血管內產生之壓力，單位為毫米汞柱（mmHg），可分為收縮壓

（systolic blood pressure, SBP）與舒張壓（diastolic blood pressure, DBP）——收縮壓為心臟收縮時產生之壓力，舒張壓則為心臟舒張時產生之壓力。當人產生強烈情緒，例如焦慮、恐懼時，血壓會受交感神經影響而上升（林一真、申永順、廖天賜、

許晏琦，2010；Ulrich, 1981）。因血壓過高會導致罹患心血管疾病的機率增加，因此自然環境恢復效益研究中常把血壓因壓力而上升後的降低回復視為重要的效益指標。部分研究（e.g. Ulrich et al., 1991）選擇使用脈搏傳輸時間（pulse transit time, PTT）作為與血壓相關的量測指標，它量測的是血液自心臟到達測量部位的傳輸時間長度，數值與收縮壓具高度相關性，血壓愈高則所需傳輸時間愈短。與傳統血壓量測方式相比，它具有可連續測量，以及無須以壓脈帶綁縛手臂因此對人體的侵入較小等優點（Ulrich et al., 1991）。

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3. 肌電圖（Electromyography, EMG）

肌電圖在部分自然環境恢復效益研究中作為生理指標使用（e.g. Ulrich et al., 1991; Parsons et al., 1998）。肌肉活動時會產生微弱的電流，儀器測得的肌電訊號強 弱反應肌肉活動程度的大小。許多研究者選擇測量前額肌電值，該處受中樞神經系統控制的骨骼肌，會在負面情感刺激出現時增加活動，產生皺眉的表情，因而該處測得之肌電值會因面對挑戰、壓力或放鬆而產生變化，通常在經歷壓力時增加，並在恢復期間減少（嚴婉甄，2007；Korpela, Klemettilä, & Hietanen, 2002; Ulrich et al., 1991）。亦有從臉頰兩側顴骨肌肉量測者，因該處肌肉活動會產生微笑的表情，其肌電值大小與正面情感刺激正向關聯，與前額肌電值相反（Korpela et al., 2002）。

4. 皮膚電導反應（Skin Conductance Response, SCR）

又稱膚電反應（galvanic skin response, GSR），在部分自然環境恢復效益研究中被作為生理指標（e.g. Ulrich et al., 1991; Valtchanov, Barton & Ellard, 2010）。皮膚電導反映了由自主神經系統控制的汗腺活動狀況——當人需要面對挑戰、感到緊張時，交感神經活動上升，使汗腺分泌較多的汗水，從而使皮膚表層的電阻降低、導電性提升，貼於皮膚上的兩電極間能傳導的電流量亦隨之提升；因此，膚電值通常在經歷壓力時增加，在恢復期間減少（林一真等，2010；Ulrich et al., 1991）。

5. 腦電圖（Electroencephalogram, EEG）

Ulrich（1981）、江彥政與張俊彥（2009）、廖健富（2014）將腦電圖中的 α 波作為一項生理測量指標。人類腦神經細胞傳遞電訊號時會產生電位變化，透過儀器偵測這些微小的電位變化並將之放大，以圖面記錄下來，即呈現波形的腦電圖，腦部的電位變化也因此稱為腦波。腦波可依頻率分類，自然環境恢復效益的研究中最常比較的是約8-12 Hz 的 α 波及約 13-30 Hz 的 β 波。α 波通常代表清醒且放鬆的狀態，β 波通常代表清醒而緊張的狀態。腦波檢測結果的個體差異大，並無固定的常態值可參考，僅能透過比較組間或前後測各頻率腦波的振幅強度差異，來推測受測

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者的意識狀態變化（林一真等，2010；洪聰敏，1998）。

6. 心率變異度（Heart rate variability, HRV）

心率變異度反映自律神經系統活動，在部分自然環境恢復效益研究中被作為生理指標使用（e.g. Song et al., 2018; Tsunetsugu et al., 2013）。人體自律神經系統有調節生理應激反應的作用（van den Berg et al., 2015），並可下分為交感神經系統與副交感神經系統。交感神經系統的功能包括使人清醒而警覺、心跳與呼吸加速等，

以資應付緊急情況；反之副交感神經系統的功能則是使人進入較放鬆、舒緩的休息狀態，可調控讓心跳及呼吸減緩、肌肉張力降低（黃勝宏、林榮輝、黃崇儒、洪聰敏，2008）。自律神經的調控是各種影響心跳速率的因素中最重要的一種，也因此可反過來透過心跳的變化推算出自律神經活性，心率變異度即屬於這樣非侵入性的測量方式（Camm et al., 1996；陳淑如、蔡月霞、羅映琪、蔡宜珊、鄭綺，2005）。其測量方式包括適用於長時間的「時域分析」與適用於短時間的「頻域分析」，後者被使用於部分自然環境恢復效益的研究中。在頻域分析中，一段時間（通常是5 分鐘）內的心跳間期被轉換為頻譜，供心率變異分析使用。其中高頻（HF）頻域約0.15-0.4 Hz，反應副交感神經活動，HF 愈高副交感神經調控強度愈高；低頻（LF）

部分約0.05-0.15 Hz，其代表之意義較有爭議，被認為主要正向反應交感神經活動，

或同時與交感與副交感神經兩者的活動有關，而低頻除以高頻之比值（LF∕HF）

被作為交感∕副交感神經平衡的指標，或交感神經活動程度的指標（Annerstedtet al., 2013; Camm et al., 1996；陳淑如等，2005）。壓力、焦慮與恐慌的情緒常伴隨著 較低的HF 功率與較高的 LF 功率或 LF∕HF 比值（Friedman & Thayer, 1998；黃勝宏等，2008）。

除心率變異度外，亦有其他由心臟動作推估自律神經活動的指標，例如與副交感神經活動正相關的呼吸性竇性心律不整（respiratory sinus arrhythmia, RSA）、與交感神經活動負相關的左心室射出前時間（pre-ejection period, PEP）等（van den Berg et al., 2015）。

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(三) 心理效益相關研究

自然環境影音在情緒狀態改善上能提供助益。Ulrich（1979）發現觀看植物等自然景觀彩色幻燈片可降低恐懼喚起並提升無憂、溫馨等正面情緒，都市景觀則使人悲傷。隨後Ulrich（1981）也在另一場觀看幻燈片的實驗中，發現相較於都市景觀，觀看自然景觀可得到較佳的情緒，較不悲傷、恐懼，且較容易維持對景觀的注意，其中以水體為主的自然景觀與城市景觀的差異尤其明顯。游菀瑋與林晏州

（1999）、游菀瑋、林晏州與張育森（2000）則發現都市景觀幻燈片中，植物所占面積愈大，愈能降低受試者的狀態焦慮評分。也就是說，公園綠地等都市中的綠化景觀有助於調節焦慮情緒。Ulrich et al.（1991）使用有聲影片進行實驗，發現在經歷壓力後，觀看自然影片者的恐懼、憤怒侵略、無憂和溫馨等情緒評價顯著好於觀看城市影片者。van den Berg、Koole 與 van der Wulp（2003）的有聲影片實驗則發現，受試者在產生壓力後，觀看森林影片並想像在其中行走，比城市影片更能帶來情緒上的恢復與改善，包括較高的幸福感，較低的壓力、憤怒、抑鬱、緊張。自然音亦對情緒有正面效益。部分實驗受試者在觀看無聲的森林景觀影片時內心會感到不安（江彥政、張俊彥，2009；Annerstedt et al., 2013），添加自然音是可能的改善方式。陳怡婷與林晏州（2007）發現親山步道的無聲影片，在加上鳥鳴、水聲、

蟬鳴等環境音後，受試者可感受到較多正向情緒。蕭任峰（2014）發現與城市的交通噪音相較，受試者聆聽鳥鳴、水聲、蟬鳴等三種自然音景後，狀態焦慮感受顯著較低。將自然音加上交通噪音一同播放後，狀態焦慮感受也仍比只有交通噪音的情況來得低。廖健富（2014）也發現在有都市交通噪音存在的情況下，若並列加上包含鳥、蛙、蟲鳴與水流、風動樹葉等自然聲，受試者情緒評價較好。Benfield、Taff、

Newman 與 Smyth（2014）發現在觀看令人不安的外科手術影片後，於三分鐘期間聆聽自然音的受試者情緒恢復程度較好，聆聽人聲、自然聲加上車輛噪音或無聲控制的組別則沒有顯著的恢復。

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(四) 心理指標

1. ZIPERS 情緒量表（Zuckerman Inventory of Personal Reactions, ZIPERS）

Ulrich（1979; 1981）、Ulrich et al.（1991）與 Valtchanov et al.（2010）使用 ZIPERS 量表作為心理指標。此量表由Zuckerman（1977）所建構，用以測量當下時間個體的情緒及焦慮狀態（Ulrich, 1979）。其評估項目可分為五種因子——恐懼喚起（fear arousal）、正面情感（positive affect）、憤怒侵略（anger and aggression）、專注應對

（attentive coping）、悲傷（sad）。共有 12 或 13 個問項，填答者以 5 點量尺評估當下感受來填寫（Ulrich, 1979; Fiorito & Simons, 1994）。問項內容諸如「我感到悲傷」、

「我感到無憂無慮」等，亦包含有涉及主觀生理反應的問項二題，內容為「我呼吸急促」、「我心跳快速」，Ulrich et al.（1991）在另外進行生理測量的情況下將此二項刪去不用。

2. 盤斯心情量表（Profile of Mood State, POMS）

POMS 量表又稱為情緒狀態量表，在自然環境恢復效益研究中被作為情緒指標使用（e.g. van den Berg et al., 2003），在森林益康研究中使用尤為普遍（e.g. Lee et al., 2011; Tsunetsugu et al., 2013）。此量表原為McNair、Lorr 與 Doppleman（1971）

所編制，用來測量精神病患的治療進步情形以及門診病患諮商狀況，具緊張—焦慮、沮喪—失意、疲勞—懶惰、活力—好動、困擾—迷惑、憤怒—敵意等六構面共 65 題項，是心理學領域用以評量暫時性情緒的量表之一。而後為縮短患者填答所需時間，Shacham（1983）將量表修訂為 37 題項，包含沮喪、活力、憤怒、緊張、

困惑、疲勞等六構面。

3. 狀態—特質焦慮量表（State-Trait Anxiety Inventory, STAI）

焦慮可概分為狀態焦慮（state anxiety）及特質焦慮（trait anxiety）兩種類型。

前者是一種由情境引發的短期性情緒反應，其產生和強度與個體對情境刺激的主觀知覺有關。後者則是長期的心理傾向，不受情境刺激的影響。兩種焦慮無必然的

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關聯性，低度特質焦慮的人可能在特定情況下產生高度狀態焦慮，具高度特質焦慮者亦可能在特定情境下表現出低度狀態焦慮（葛樹人，1988）。狀態—特質焦慮量表由Spielberger、Gorsuch 與 Lushene（1970）共同編定，分狀態焦慮與情境焦慮二部份，各有20 題簡短的自陳式語句，例如「我覺得很平靜」、「我覺得緊張不自在」

等，填答者依其敘述符合自身當下狀態或長期特質的程度選擇 1 到 4 的評分（游菀瑋、林晏州，1999）。狀態焦慮量表與情境焦慮量表可依研究目的選擇同時使用或分開單獨使用。游菀瑋等人（1999; 2000）、Annerstedt et al.（2013）與蕭任峰（2014）

使用狀態焦慮量表衡量自然成分對焦慮程度的影響。

(五) 客觀注意力效益相關研究

自然環境影音之於人類有維持或改善注意力的效益。van den Berg et al.（2003）

發現產生壓力後觀看有聲森林影片的受試者，相較於觀看都市影片者，d2 注意力測驗（d2 Mental Concentration Test）的部分表現結果較好。Berto（2005）使用自然和都市景觀照片進行實驗，結果顯示觀看自然景觀後 SART 注意力測驗的表現進步較多。欒婉玉（2007）發現在觀看人工景觀投影片後，受試者的 NCPC 注意力測驗表現下降，但觀看自然景觀投影片後表現則未下降甚至有所提升，而其中含水景的自然景觀對注意力維持的效益最大。Berman、Jonides 與 Kaplan（2008）讓受試者觀看景觀照片並進行測驗，發現受試者三種注意力網絡中的執行功能表現，在觀看自然照片後比觀看都市照片後好，且 DSBT 測驗表現在觀看自然照片後顯著提升，觀看都市照片後則未有顯著改變。蔡至展（2012）使用影像編輯軟體將樹木影像疊上都市街道景觀，並以播放投影片的方式進行實驗，發現受試者的 DSBT 測驗表現在觀看無樹木的原始街景後顯著下降，而在觀看有樹木的街景後，無論樹木是一直存在於畫面中或僅一閃而逝、受試者是否有特別注意樹木，受試者的DSBT 表現都有顯著提升且優於無樹木組，顯示只要視覺環境中有自然元素存在，不論經由的是閾下知覺、低度覺察或高度覺察，都有恢復受試者注意力的效果。

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(六) 客觀注意力指標

1. 數字廣度測驗（Digit Span test, DS）

數字廣度測驗是一種臨床注意力測驗，又分為順序數字廣度測驗（digit span forward, DSF）與反序數字廣度測驗（digit span backward, DSB）。Taylor、Kuo 與 Sullivan（2002）、Berman et al.（2008）與蔡至展（2012）皆曾使用 DSB 衡量自然 成分對注意力之影響。測驗方式為施測人員誦讀數字序列，受測者隨後以順序或倒序的方式覆誦，序列會逐漸增長，同長度有兩題，評分以受測者兩次都能正確覆誦的序列長度來決定（Kuo, 2001; Tennessen & Cimprich, 1995）。亦有採用紙筆測驗進行者，以螢幕撥放數字序列後，受測者填寫數字於答案紙中，適用於團體測驗（蔡至展，2012）。數字廣度測驗衡量受測者的注意力、短期聽覺及∕或視覺記憶等綜合能力，而自然環境恢復效益領域中較常被使用的 DSB，需要受測者主動對收到的數字訊息做進一步操弄整理，較多地涉及到視覺記憶、主動的訊息處理、計畫組織等能力（陳心怡、洪儷瑜，2004）。

2. 內克立方體（Necker Cube Pattern Control, NCPC）

Taylor et al.（2002）、Ottosson 與 Grahn（2005）及欒婉玉（2007）皆曾使用內 克立方體作為注意力指標以衡量自然成分的影響。內克立方體（如圖2-1-1）是結晶學家Louis Albert Necker 在 1832 年發表的一個視錯覺圖，它可被辨識為兩種不同方向的立體方塊。在30 秒的測驗時間內，受測者要盡可能地維持對同一種方向的判斷，方向發生翻轉時以動作告知施測人員或自行劃記下來，之後再重複一次30 秒的測驗並取兩回翻轉次數的平均值，翻轉次數愈少表示專注能力愈好，注意力疲勞則會導致翻轉次數上升（欒婉玉，2007；Hartig et al., 2003）。內克立方體有施測簡單、不易讓受測者猜測施測目的、可集體測驗等優點，在前人研究中也表現出可敏感測量與自然恢復性環境有關的注意力改善（欒婉玉，2007；Hartig et al., 2003;

Tennessen & Cimprich, 1995），但也有難以掌握受試者因分心而停止紀錄或回報翻轉次數之情形的缺點（蔡至展，2012）。

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圖2-1-1 內克立方體（欒婉玉，2007）

3. Sustained Attention to Response Test, SART

Berto（2005）使用 SART 測驗作為比較自然與人造景觀對注意力影響的指標。

SART 可測量受試者的持續性注意力（Robertson, Manly, Andrade, Baddeley, & Yiend, 1997）。此測驗需使用電腦設備，測驗進行時螢幕上每隔 1 秒左右會短暫顯示一個數字，受測者看到目標數字（例如：3）時不做任何動作，看到非目標的數字（假設目標為3 時，例如：0、1、2、4…）時則須盡快做出反應，即按下按鍵或點擊螢幕。測驗進行期間，受試者容易陷入單純對數字的出現做出重複反應的恍惚狀態，

若不保持警覺就很容易出錯（Manly & Robertson, 2005）。測驗完成後可得到測驗軟體紀錄的各項數值，可用以衡量注意力表現的項目包括目標出現時反應正確和錯誤的次數、對非目標數字錯失反應的次數及整體反應速度等。以Berto（2005）使用的SART 第 10 版為例，測驗中共會出現 240 個數字，而其中 24 個是目標，這樣的測驗可在5 分鐘內完成，且十分簡易，但對注意力有高度要求，易於造成認知疲勞。SART 沒有學習效應，且不同於數字廣度測驗，它也沒有記憶負荷的問題，

因為需要記得的目標數字僅有一個（Berto, 2005）。

4. d2 Mental Concentration Test

van den Berg et al.（2003）使用該測驗衡量自然與都市環境影片注意力層面的

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恢復效果。此測驗又名為d2 Test of Attention，是一種測量選擇性注意力及持續性注意力的紙筆測驗（Brickenkamp & Zillmer, 1998; Ross, 2005）。測驗紙上有 14 行由字母p 和 d 隨機排列而成的長序列，每個字母上下兩側各有 0 到 2 個「∣」符號標記，最多共 4 個。在每行僅 14 秒的作業時間中，受測者須在兩側共有 2 個標記的 d 上劃記，其他則不劃記。此測驗考驗受測者的視覺辨識精確度和作業速度，

注意力表現由劃記的正確與遺漏數量及完成識別的數量來衡量（Van den Berg et al., 2003）。

(七) 小結

綜上所述，自然環境影音之於人類的效益在生理壓力緩和、情緒改善、注意力維持或提升等方面，有經驗證的結果。本研究將相關研究成果整理如下表：

表2-1-1 影音自然環境恢復效益相關研究整理表

研究者(年份) 研究主題呈現方式呈現內容自然環境效益

Ulrich（1979）自然與都市景觀對心理

福祉之影響幻燈片自然/都市景觀改善情緒

Ulrich（1981）自然與都市景觀對人類

心理生理之影響幻燈片自然/都市景觀大腦狀態較放鬆、情

緒較佳 Ulrich et al.

（1991）

自然與都市環境曝露對

壓力恢復之影響有聲影片自然/都市景觀

有益於從壓力導致的生理喚起狀態恢復、

導致較佳的情緒游菀瑋、林晏州

（1999）

植栽量及色彩對降低焦

慮效果之影響幻燈片植栽的量與色彩不

同的都市景觀降低焦慮游菀瑋等

（2000）

各種變因對都市植栽降

低焦慮效果之影響幻燈片植栽量與所在環境

不同的都市景觀降低焦慮 van den Berg et

al.（2003）

壓力後自然環境對情緒

與注意力的恢復效益有聲影片森林/都市景觀改善情緒、改善注意

力 Berto（2005）恢復性（自然）環境曝

露對注意力恢復之影響螢幕照片自然/都市景觀改善注意力陳怡婷、林晏州

（2007）

環境音對情緒體驗的影響

無聲影片外加聲音

自然景觀、自然環境音

添加聲音後情緒體驗改善

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16 欒婉玉（2007）不同景觀型態對注意力

之影響投影片多種自然景觀、人

工景觀改善注意力

Berman et al.

（2008）

自然環境曝露的認知功

能效益照片自然/都市景觀改善注意力

江彥政、張俊彥

（2009）

不同土地使用類型之鄉村景觀對人類生心理之影響

慢速旋轉 360°影片

農地、林地、水

體、人工地盤生理狀態放鬆

Alvarsson et al.

（2010）

自然音與環境音對壓力

恢復之影響聲音

噴泉與鳥鳴聲、交通噪音、低程度環境噪音

有益於從壓力導致的生理喚起狀態恢復

蔡至展（2012）不同覺察程度之街道綠

化對注意力恢復之效果投影片樹木顯示時間不同

的都市景觀改善注意力

廖健富（2014）都市聲環境中不同音量

自然聲對生心理之影響聲音鳥、蛙、蟲、水、

風聲、交通噪音改善情緒蕭任峰（2014）自然音景與交通噪音對

焦慮情緒之影響聲音鳥鳴、蟬鳴、水

聲、交通噪音降低焦慮 Benfield et al.

（2014）

經歷壓力後自然音對情

緒恢復之影響聲音自然音、人聲、交

通噪音、無聲改善情緒 van den Berg et

al.（2015）

綠地影像是否對自律神經對壓力的反應有緩衝或促進恢復效果

螢幕照片綠地/建築景觀

促進因壓力降低的副交感神經活動強度恢復

Song et al.

（2018）

森林影像對前額葉及自

律神經活動的影響螢幕照片森林/都市景觀生理狀態放鬆

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三、自然環境恢復效益理論基礎

部分自然環境恢復效益之相關理論牽涉在自然環境中的身體活動，本文僅選擇較少或不牽涉身體活動，使得非現地之自然環境影音較可能適用的理論。

(一) 注意力恢復理論（Attention Restoration Theory, ART）

注意力恢復理論由Kaplan 與 Kaplan 所建構，該理論認為「個體對自然環境的認知和體驗使注意力得到恢復」是自然環境給予人恢復效益的根本。其背後的原始概念源自於William James（1892）提出的「自願性注意（voluntary attention）及非自願性注意（involuntary attention）」。自願性注意指的是個體具有選擇性的專注於並不特別引人注意的事情上，是一種刻意而為的注意，對於工作等有意識的各項日常活動十分重要，卻因費力而難以持久。與之相對，非自願性注意則會在面對引人注意的目標（例如移動的物體、光亮物體、野生動物、血液等）時自然發生，且不須付出努力。

Kaplan 與 Kaplan（1989）以 James 的概念為靈感，轉提出「導向性注意力

（directed attention）」（或譯：直接注意力）這一術語代替自願性注意，它具有可能出於習慣而不一定是刻意而為，但仍然費力的特性（Kaplan, 2001）。隨後 Kaplan

（1995）指出導向性注意力除了本身對於人類生活有重要作外，它的疲乏又與壓力存在互為因果的關係。當個體的導向性注意力或其他各種有形無形的資源不足，代表個體能用以應對任務或挑戰的資本減少，因而對個體造成壓力，而壓力也會反過來導致注意力資源被削減。且無論是注意力下降還是壓力過多，都可能是各項表現降低的原因。

承上，為了使人處在良好的狀態下，需要有讓疲勞的導向性注意力得到恢復的方法。除了睡眠能讓疲勞的導向性注意力恢復外，Kaplan（1995）整理 James（1892）

的論述，認為自願性注意與非自願性注意具有競爭抑制、相互拮抗的性質，因此當人處在非自願性注意的狀態時，導向性注意力也能得到休息並恢復。

引起非自願性注意的性質被以「魅力（fascination）」一詞來稱呼。魅力可來自

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「剛」與「柔」兩種極端情況。剛性魅力存在於觀看賽車等緊抓人們注意，使人緊繃的場面；與之相反，柔性魅力則以柔和的形式引起人的注意。柔性魅力可以存在於許多自然元素中，例如雲朵、夕陽、被微風吹動的樹葉等，當人被它們吸引的同時也能留下思考空間，因此特別有益於心智疲勞的恢復，其中當然也包括導向性注意力的恢復（Kaplan & Kaplan, 1989; Kaplan, 1995）。因此，具魅力的性質被他們視為有助導向性注意力恢復的環境所需之特性，而那樣的環境被稱為恢復性環境

（restorative environments）。

Kaplan 與 Kaplan 認為恢復性環境必須具有四種特質：（1）遠離性（being away）：能讓人從原先的精神勞動和環境中解放出來，而非指物理距離上的遠離。（2）魅力性（fascination）：自然地吸引人注意，令人著迷的性質。（3）延展性（extent）：環境的物質或精神內容足夠豐富，且具連貫性而能構成更大的整體，使環境具有感覺上的深廣度，可供人去觀察、體驗及思考，使人沉浸其中。（4）相容性（compatibility）：該環境可支持人的目的，人能自在地在環境中做想做的事。具有上述四項特質的環境有助於心智疲勞的改善，並藉以增進人們的福祉。而自然環境天生具有吸引人的魅力，傾向引起非自願性注意，使得導向性注意力得以恢復，且環境中的事物具有相當的深廣度、連貫協調與豐富性，並能提供人各種各樣的活動機會，因此是被推薦的恢復性環境之典型（Kaplan & Kaplan, 1989; Kaplan, 1995）。與之相對，都市環境充滿各種強勢拉取注意力之刺激，例如汽車喇叭、廣告宣傳等，人們在其中活動時，需要消耗導向性注意力以忽視不相干的刺激，並維持對特定事項的注意，才能達成自身的目的，是以都市環境較不具恢復性（Berman, Jonides, & Kaplan, 2008）。

若以恢復性環境四項特質來檢視，都市環境中的視覺與聽覺刺激，例如廣告招牌、

車輛喇叭、人聲等，強勢地抓取注意力而缺乏柔性魅力；因需要消耗導向性注意力才能專注於本身目的，因而相容性亦低；且都市環境中的各項物件是人們為各自的目的所配置，在缺乏整體規劃時往往不具連貫與協調性，因此延展性較低；而遠離性是都市環境與自然環境間差距最大的特性，或許是多數研究參與者在都市中工作、生活的緣故，都市環境被評為較不具有遠離性特質（Herzog et al., 2003）。

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另一方面，除了環境本身的性質外，在較新的論文中，Kaplan（2001）亦提醒主動參與之重要性。舉例而言，若人們身處恢復性環境中卻只專注於交談，缺乏與環境的互動，則難以得到恢復效果。他認為恢復性環境的四種特質，嚴格地說是來自於人與環境的相互作用，而非環境本身。

注意力恢復理論中的注意力分類，僅將注意力分為費力、不費力二類，不同於時下主流之分類法將注意力分為多種向度，例如選擇性注意力、持續性注意力等，

是在整合注意力相關文獻時須留意的事項。

(二) 心理演化理論（Psycho-evolutionary Theory）

Ulrich（1983）提出的心理演化論較直接地採用偏向演化、適應性（adaptive）

的觀點，並強調情緒的重要性，而非認知、注意。他指出人們接觸自然環境後，在極短時間內就會產生喜好、厭惡等情緒反應，這些初始情緒反應甚至先於對事物的具體認知和思考，在接觸的瞬間即產生，而這些即時、無意識觸發和啟動的情緒會導致之後對環境的趨近∕避開行為，同時也對注意力、後續有意識的認知處理、行為和生理反應有重大影響。舉例而言，懸崖峭壁、遮蔽視線的茂密樹叢等隱含威脅的環境或景觀，又或是蜘蛛、蛇等原始的威脅形象，會快速激發人類的壓力等負面情緒，並導致退避的衝動；組織成分豐富但安全、易於掌握狀況的景觀，則引起正面情緒，導致壓力性的意念被阻礙或減少，並吸引人持續親近。瞬間的情緒反應和即時激發的趨避衝動對於威脅或有益的事物能迅速反應，具有生物上的適應性價值，意即有利於人類在數百萬年間於自然環境中的生存、健康與福祉（Ulrich, 1983;

Ulrich et al., 1991）。

在恢復效益的應用上，整體而言，Ulrich et al.（1991）指出含有威脅性的景觀會導致觀察者產生壓力，而無害的自然成分能讓人在面臨壓力之後快速減壓，並促進身體能量恢復。都市環境提供恢復效果的可能性則未被討論。對於許多指出自然環境恢復效益優於都市環境的前人研究結果，他們引用Biological Preparedness 的概念，認為人類在自然環境經歷中數百萬年的演化，因而形成較適應自然的狀態，

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對自然環境的恢復潛能天生有所準備，對都市、人造建物則無。Ulrich（1983）透過前人研究整理出較受大眾偏好的自然景觀特性，或可做為恢復潛力較佳的參考：

（1）中等到偏高的複雜度、（2）容易掌握視線焦點且有秩序或模式可循、（3）中到高的視線可穿透度、（4）地表質地均勻平滑、（5）存在偏轉的遠景吸引人探索（正相關的前提是被判斷無威脅）、（6）威脅不存在或可忽略、（7）有水體存在（惡劣天候下的海洋和受污染之水體等少數特例除外）。

(三) 擁擠（Crowding）與隱私（Privacy）理論

擁擠與隱私的理論模型由Hammitt 與 Brown（1984）提出。在他們的理論中，

「隱私」的意涵廣泛，包括Westin（1967）整理的孤獨、親密、匿名、保留等四種基本層面。孤獨指的是個體的孤立，個人與群體分離且不受他人觀察。親密是指個人對所屬小群體內的一或多個成員，尋求建立密切、私人的關係。匿名指的是個人處在公共場合時，追求不受身分識別、他人監看和社會角色影響的自由。保留指的是維持與他人的心理距離，保留不揭露某些部分的權力。這四種隱私層面分別提供維持個人自主、釋放情緒、整合外在事件與私人經驗以自我評估、建立有界限的人際連結等功能。為了個人的心理福祉，人們會透過各種機制去調節自身需要的隱私程度，若隱私程度低於自身期望，會感到心理上的「擁擠」而產生壓力，若高於期望則可能產生孤立感。野外自然環境相較於都市環境，因為人的密度低而較可能獨處或僅與選擇的對象共處，有更多機會提供隱私而減少擁擠。Hamitt 與 Brown 整理研究結果後，指出野外環境的隱私的功能包括允許情緒釋放、避免自我受他人干涉，個人能擺脫日常角色並得到安寧，也可能因此得以將注意力放在反思性思考上，使壓力得到釋放。

(四) 文化（Culture）與學習（Learning）理論

Ulrich et al.（1983；1991）提及此類觀點：認為人們對自然環境的偏愛，即部 分正向情緒反應，相當程度地受後天學習影響。理由來自於美感教育，以及自然環

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境與假期、休閒體驗的連結，都市環境則可能反而與苦悶的工作連結等。近代的過度開發與環境汙染事件，以及隨之而起的環境保護、環境教育浪潮似乎也引導人們更加喜愛自然而厭斥人工環境，尤其是工廠等景觀。Zube、Pitt 與 Evans（1983）

調查各年齡層的景觀偏好，發現雖然年幼兒童偏好水體，但11 歲以下的兒童與 36 歲以上中、老年人同樣對自然度不同的景觀沒有明顯好惡，12-35 歲的受試者則明顯偏好自然程度較高者。據推測，原因可能是中老年人社會化的時間段先於1960- 70 年代的環保思潮興起，而青年、青少年受環保思潮影響較大。此研究結果對學習理論提供部分支持。

第二節虛擬實境

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

虛擬實境自然與都市環境恢復效益—以中高齡與高齡者為對象

國立臺灣大學生物資源暨農學院森林環境暨資源學系 碩士論文

School of Forestry and Resource Conservation College of Bioresources and Agriculture

National Taiwan University Master Thesis

虛擬實境自然與都市環境恢復效益

—以中高齡與高齡者為對象

Restorative Effects of Virtual Reality Natural and Urban Environments on Middle-aged and Elderly Individuals

呂文馨 Wen-Hsin Lu

指導教授：余家斌 博士 Advisor: Chia-Pin Yu, Ph.D.

中華民國 108 年 7 月

July 2019

國立臺灣大學碩士學位論文

口試委員會審訂書

口試委員會審訂書

謝誌

摘要

Abstract

目錄

圖目錄

表目錄

第一章 緒論

第一節 研究背景與動機

第二節 研究目的

第三節 研究流程

第二章 文獻回顧

第一節 自然環境恢復效益

第二節 虛擬實境

國立臺灣大學生物資源暨農學院森林環境暨資源學系碩士論文

指導教授：余家斌博士 Advisor: Chia-Pin Yu, Ph.D.

第一章緒論

第一節研究背景與動機

第二節研究目的

第三節研究流程

第二章文獻回顧

第一節自然環境恢復效益

第二節虛擬實境