1、.：.；虛擬現(xiàn)實技術(shù)用作治療兒童自閉癥的工具學號：1403110066姓名：黃 鑫簡 介虛擬現(xiàn)實(VR),一個計算機模擬的真實世界,提供了用戶可以在現(xiàn)實生活中體驗到的多感官,多維介質(zhì)交互(Burdea和Coiffet 2003)。虛擬現(xiàn)實有別于其他技術(shù)接口的兩個關(guān)鍵特性是:浸沒和互動。浸沒指的是三維的現(xiàn)場感或虛擬環(huán)境中的“存在。這種劇烈的現(xiàn)場感經(jīng)過添加關(guān)注相關(guān)刺激和限制留意力分散以及現(xiàn)實義務無關(guān)的刺激加強學習(Witmer等 2005)。與虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)交互的程度可以經(jīng)過任何覺得形狀,取決于所運用的設備。虛擬現(xiàn)實工具包括可穿戴頭盔設備(HMDs),提供360度多種覺得的刺激,桌面系統(tǒng),傳統(tǒng)的計算

2、機屏幕上的虛擬世界,和投影系統(tǒng),它們可以捕獲和映射用戶的實時操作到虛擬環(huán)境中(Burdea和Coiffet 2003)。大多數(shù)虛擬現(xiàn)實程序運用這三個系統(tǒng)的變化。虛擬現(xiàn)實正在獲得支持作為一個潛在的康復領(lǐng)域的有效工具,由于它可以在吸引和鼓勵用戶的同時提供某些治療的優(yōu)勢。這種快速開展的技術(shù)的潛力“不僅僅是現(xiàn)有的人類運用計算機技術(shù)的一個簡單的線性擴展。虛擬現(xiàn)實提供了創(chuàng)建人體實驗系統(tǒng),培訓系統(tǒng)和治療環(huán)境的潛能,它們允許復雜的準確控制,身臨其境,動態(tài)三維刺激演示,在復雜的交互場景中,行為跟蹤和性能記錄的實現(xiàn) (Rizzo 和Kim 2005, 119頁)?；谶@些緣由,設計師和研討人員曾經(jīng)開場探求虛擬現(xiàn)實

3、作為一個自閉癥兒童的治療工具。虛擬現(xiàn)真實康復中的作用是一種新的但快速開展的領(lǐng)域。本章提供了這個領(lǐng)域中一個綜合的先進技術(shù)開展程度知識,以作為未來研討的平臺。下一節(jié)將討論運用虛擬現(xiàn)實作為自閉癥兒童的治療工具的實際優(yōu)勢,以下部分概述了當前為這些孩子創(chuàng)建的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的治療環(huán)境和測試的綜述。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在自閉癥治療中的運用運用虛擬現(xiàn)實作為自閉癥兒童的康復工具有諸多益處。普通來說,虛擬現(xiàn)實可以合并現(xiàn)有的自閉癥治療方法,而傳統(tǒng)方法難以集成在一個框架。對自閉癥兒童勝利教育方案的根本組件包括提供現(xiàn)實的和相關(guān)的刺激,提供個性化程序,創(chuàng)建一個構(gòu)造化的學習環(huán)境并提供系統(tǒng)的指令(Iovannone 2003)。一個治

4、療的VR程序有才干滿足并且超越上述一切的這些期望。自閉癥固有的非均質(zhì)性導致了多種介入性方法的開展。從概念上講,孤單癥康復可以視為一系列上下相關(guān)的行為戰(zhàn)略來指點孩子,非構(gòu)造化的,自然的干涉措施。行為方法運用反復原那么和強化改動特定行為(Lovaas 1987),而自然的方法利用學習的時機當他們出如今自然環(huán)境中(Cowan 2007)。行為方法的有效性曾經(jīng)在改動自閉癥兒童特定的行為得到了廣泛的驗證,比如添加目光接觸,表達需求,根據(jù)社會規(guī)范的行為,和學習根本的學術(shù)技藝,如閱讀、寫作、和批判性思索(Howlin 1998;Magliaro等2005)。行為主義方法的主要缺陷是指令主要是醫(yī)生或教師驅(qū)動,

5、加強行為的環(huán)境不一定模擬的是真實情況,從而影響技巧的泛化程度或技藝轉(zhuǎn)換到訓練之外(Parsons等2002)。推行曾經(jīng)被以為是最流行和普及自閉癥治療的問題;這是特別明顯的行為干涉(Howlin 1998;Rao等1998年)。第二種方法是經(jīng)過自然干涉的措施教學和獎勵在孩子的自然環(huán)境中的行為，旨在處理泛化的問題(Cowan和Allen2007)。然而,往往很難促進劇烈反復或在一個復雜的自然情況下修正環(huán)境刺激。雖然每種方法相對的存在缺陷,他們通常很難合并在一個程序下運轉(zhuǎn)。虛擬現(xiàn)實有才干填補這一缺口。VR設計師可以把行為戰(zhàn)略直接融入方案,其中包括直接指令,多個提示,指點和強化。虛擬現(xiàn)實也擅長促進多個

6、反復的時機。重要的是,虛擬現(xiàn)實程序可以概括關(guān)鍵原那么的整體自然的干涉措施,特別是在各種情況下加強技藝,運用各種教學資料和特殊的教學方法,使教學環(huán)境類似于真實的環(huán)境,教會技藝背后的規(guī)那么和原那么而不是技藝本身,包括自然刺激和強化物(Cowan和Allen2007)。VR程序可以提供各種各樣的控制環(huán)境,設計自然刺激信號,反響。虛擬環(huán)境根本上是用來模擬真實情況,因此,有一個高度的缺乏行為干涉措施的生態(tài)效度。生態(tài)效度是虛擬環(huán)境中模擬真實的環(huán)境的程度,高生態(tài)效度添加模擬環(huán)境中所學技藝將轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實世界中的能夠性(Rizzo和Kim2005)。此外,虛擬現(xiàn)實同時允許對環(huán)境刺激特殊控制,使程序可以合并為順序的

7、和包含日益復雜的感官刺激以及促進多個反復的技巧,這兩者都是難以實現(xiàn)的自然的干涉措施。因此,虛擬現(xiàn)實有合并根本組件行為和自然的方法為一個一致的、集成的程序的潛能。除了提供一個集成的行為自然化方法,虛擬現(xiàn)實額外的一個益處是它進一步為每個孩子提供個性化程序的容量。個性化的虛擬現(xiàn)實干涉可以經(jīng)過確定孩子的本身興趣和偏好,比如喜歡卡通人物或歌,將它們直接集成到程序中。這種最大化接觸,是勝利學習的最重要的預測因子之一(Hurth等1999;Rogers1999)。此外,虛擬環(huán)境的復雜性可以被修正。減少環(huán)境的復雜性或添加首選刺激可以提高孩子的關(guān)注度和參與度。自閉癥兒童最好能預測他們的一天。他們在提供了額外的支

8、持,協(xié)助 他們預測未來事件,了解行為估計的根底上更容易順應日?；顒拥淖兓?Hurth等1999;Rogers1999)。虛擬環(huán)境可以創(chuàng)建可預測的、構(gòu)造化的學習環(huán)境同時在干涉程序和虛擬環(huán)境本身中有可預見性和一致性。在虛擬場景中的物理雜亂可以最小化,額外的支持,如視覺線索和時間表也可以合并促進活動中的改動或轉(zhuǎn)換(Rogers1999)。在一個適當?shù)臉?gòu)造化學習環(huán)境中,孩子們認識到在學習過程中他們將做什么,最大化他們義務勝利的能夠性(Hurth等1999;Iovannone等2003)。傳統(tǒng)的自閉癥兒童學習方案是高度構(gòu)造化的和反復的,伴隨活動中難度的遞增。這種反復需求教師以一種繼續(xù)的鼓勵方式呈現(xiàn)同樣的

9、練習。虛擬現(xiàn)實可以減輕教師的負擔,由于它有“在一個身臨其境的虛擬環(huán)境中，系統(tǒng)交付才干和控制動態(tài)、交互式3D刺激(Rizzo和Kim 2005)。完全控制虛擬現(xiàn)實義務的設計允許物理和程序相關(guān)的構(gòu)造被引入到干涉中。此外,額外的支持可以集成,環(huán)境可以根據(jù)訓練義務的要求和孩子的需求被簡化。對自閉癥兒童的系統(tǒng)指令需求為每個學生建立有意義的目的,建立一個特定的,直接指令方案實施教學過程和評價這些目的的實現(xiàn)程度(Hurth等1999;Iovannone等2003)?？刂铺摂M現(xiàn)實運用的設計允許系統(tǒng)的教學戰(zhàn)略被納入程序。指示,線索,提示可以集成到每個義務的階段。VR干涉也可以提供各種方式的反響和感官(Rizzo

10、和Kim2005)。因此,虛擬現(xiàn)實程序有才干整合關(guān)鍵方面的系統(tǒng)指令,從而促進參與,最終提高學習。在兒科康復中運用虛擬現(xiàn)實的獨一益處是平安的保證,這是一個父母主要關(guān)懷的問題。這與通常沒有足夠的認知才干了解危險的概念的殘疾兒童的父母更加相關(guān),或者他們沒有足夠的身體的技藝來應對危險情況。虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供了對在現(xiàn)實世界中被以為是危險的現(xiàn)實環(huán)境的平安訪問,如過人行橫道或消防平安。在一個虛擬環(huán)境中練習危險的技藝讓孩子開辟足夠的認知和物理技藝以及在現(xiàn)實世界中平安運用這些技藝的自信心(我等2007)。無偏見環(huán)境可以開展一個在平安方面的自信心和才干,是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的最有價值的功能之一。總的來說,虛擬現(xiàn)實有才干將

11、不同介入方法合并成一個有凝聚力的工程去迎合自閉癥兒童獨特的學習要求,經(jīng)過構(gòu)造控制和系統(tǒng)的指令,高程度的現(xiàn)實主義,保證身體,心思和情感上的平安。雖然其實際優(yōu)勢明顯,虛擬現(xiàn)真實多大程度上實現(xiàn)了這種潛能將在下一節(jié)中討論。幾種方法將被提出,每個都將將虛擬現(xiàn)實納入自閉癥兒童的治療。虛擬現(xiàn)實和自閉癥治療當前部分描畫了運用VR作為自閉癥兒童的治療方式及其可用性。第一節(jié)著重于運用虛擬處理三種孤單癥的根本缺乏中的兩個,即社會和交際行為的中心妨礙。第二部分論述了虛擬現(xiàn)實的擴展到其他非診斷性妨礙和技藝缺乏是自閉癥兒童常見的治療目的。處理根本缺乏虛擬現(xiàn)實有支持自閉癥兒童社會學習和交流開展的潛能。當前節(jié)展現(xiàn)曾經(jīng)創(chuàng)建的四

12、個獨立程序,初步測試用于自閉癥兒童。每個程序在虛擬環(huán)境的設計和格式以及干涉本身的強度等方面用一種略微不同的方法改善自閉癥兒童社交和溝通行為。虛擬咖啡館是一個桌面虛擬現(xiàn)實程序,旨在教導在公眾場所中適當?shù)纳鐣袨椤Ｌ摂M咖啡館里描畫了一個模擬環(huán)境,配有一個能購買飲料,酒保和各種人坐在凳子上,排隊次序,站在吧臺前的計數(shù)器(見圖1)。該程序包含四個等級,教導日益復雜的社會風俗與訂購,支付,在人群中導航,在一家咖啡館坐下來。孩子為了完成義務收到口頭和文字提示。經(jīng)過完好的程序運作之后,其中包括兩項訓練,每項30 - 50分鐘長,青少年可以用言語表達,更加復雜,將他們對社會風俗的了解運用在一個咖啡館環(huán)境以及可

13、以擴展他們學習其他的虛擬場景(Mitchell 2007)。虛擬咖啡館工程反映了在自閉癥治療中運用虛擬現(xiàn)實常用方法:提供一個對常見場景的現(xiàn)實模擬,將更加突出線索,提示和加強和多個實際技藝的時機。能否真正的普遍化技藝于真實場景中(例如：在一個真正的咖啡館中),以及其他類似的社會風俗場景尚不清楚。名叫“我要表現(xiàn)好似的觸摸屏虛擬現(xiàn)實工具是為了教自閉癥兒童如何思索想象(Herrera等2021)。這個程序為了促進想象力或意味性思想而開發(fā),被以為是對開展前兆復雜的社會的了解?！拔乙憩F(xiàn)好似這一程序模擬一個虛擬超市內(nèi),孩子們可以對象逐漸有更多想象力的方式與各種雜貨相處。起初,孩子們探求超市。然后他們與對象

14、功能交互(例如，撿香蕉),最終學會以虛擬的方式(即操作對象。把香蕉用作)。實踐的干涉是非常密集的,由每周三個買賣日,每次20 - 30分鐘長,繼續(xù)約2 - 3個月。孩子們經(jīng)過多個程度和復雜度的程序逐漸提高。有兩個孩子的自閉癥試點研討中,兩個孩子均改善測試對象的運用功能,偽裝玩,想象力,和魔法的了解(Herrera等2021)。這些結(jié)果對運用虛擬現(xiàn)實工具來提高自閉癥兒童的意味性思想才干提供了初步支持;然而,需求更大規(guī)模的研討來驗證這一結(jié)果和評價假設改好心味性思想轉(zhuǎn)化為社會發(fā)揚行為的變化。圖一、虛擬城市運用程序的屏幕截圖(米切爾等2007)?？Х瑞^就是從用戶的角度來看,其義務是選擇適宜的地方坐第三

15、個工程是StoryTable、多用戶觸控手勢投影系統(tǒng),它提供了一個創(chuàng)新的社會技藝和溝通培訓方法(Bauminger等2007)。StoryTable程序采用協(xié)同虛擬環(huán)境中兩個孩子共同努力,創(chuàng)建一個虛擬的故事經(jīng)過選擇和排序的各種實時屏幕和故事元素,如設置,情節(jié)和主人公。一些故事元素必需同時被兩個用戶被挪動,這需求兩個孩子的協(xié)作。干涉本身偏重于教學和加強關(guān)鍵社會技藝如眼神、輪番、分享和結(jié)合指點行為。實踐的程序為高功能自閉癥兒童設計,9到11歲,是構(gòu)造化的十多個20分鐘的會話。在治療期間,一對孩子在指點下一同創(chuàng)建和講述故事。三對孩子評價這個工程。完成課程后,一切的孩子都呈現(xiàn)出更多的積極的社會行為,勝

16、利地推行到另一個協(xié)作領(lǐng)域,非虛擬現(xiàn)實游戲。此外,兒童游戲的質(zhì)量改良從簡單的平行游戲到復雜,協(xié)調(diào)的游戲，他們的溝通進展從簡單的短語到更復雜,深化的話語(Bauminger等2007)。StoryTable工程支持一種結(jié)合刺激,獎勵可視化界面,與真實的人進展學習和互動時機的勝利方法。圖2 教師與學生虛擬協(xié)作活動圖Cheng等2021義務中，學生需對教師的指令選擇適當?shù)拿娌勘砬榉错懟貞?。多用戶虛擬環(huán)境自閉癥治療的才干最近被擴展到“協(xié)作虛擬學習環(huán)境的概念(CVLEs),它允許多個人在同一個虛擬環(huán)境中相互作用(Cheng和Ye 2021)。這個CVLE程序旨在提高自閉癥兒童的社會才干。虛擬現(xiàn)實設計包括兩

17、個虛擬場景：教室和戶外場景。場景包括單獨的化身(虛擬角色),每個代表一個教師或?qū)W生,涉及的社會義務包括化身之間言語和非言語溝通。例如,教師的化身將執(zhí)行一個行為,問一個問題,或表達一種情感,學生將被要求做出適當反響(見圖2)。干涉方案是專為學齡兒童自閉癥干涉包括五個干涉課時,每個30-40分鐘長。三個自閉癥兒童的報告曾經(jīng)顯示在感知和表達言語和非言語溝通的程度和復雜度以及添加積極的行為,如眼神交流,適當?shù)亩Y儀和傾聽他人的才干有漸進式的提高(Cheng和Ye 2021)。因此,類似于StoryTable程序,可以推斷出,提供時機與虛擬和非虛擬中的人進展交互能夠在虛擬或非虛擬中任何一個的效果要好。表1

18、虛擬現(xiàn)實的中心目的和自閉癥妨礙治療的程序。表1總結(jié)了4個虛擬現(xiàn)實程序，目的中心、診斷的自閉癥妨礙的討論部分主要處理的缺乏。三個工程注重社會行為和溝通行為，一個注重想象力和意味性思想。每個工程運用不同類型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和不同的干涉強度。行為目的VR系統(tǒng)和壞境類型干涉強度相關(guān)文獻社會交際行為桌面VR，虛擬咖啡館兩個課時，每個30-50分鐘Mirchell等2007年想象力和意味性思想可觸桌面VR，“我要表現(xiàn)好似每周3個課時，每個20-30分鐘，繼續(xù)2-3個月Herrera等2021年社會交際行為多用戶觸控手勢VR，StoryTable運用10個課時，每個20分鐘Bauminger等2007年社會交

19、際行為桌面VR，協(xié)作虛擬學習環(huán)境5個課時，每個30-40分鐘Cheng等2021年總的來說,這四個工程顯示了改善特定社會和交際行為的潛力。每個程序方法處置問題的方式略有不同,但每個均關(guān)注提高個別技藝或行為并提供反復的實際時機(見表1工程總結(jié))。遇到的主要問題是在現(xiàn)實生活中這些技藝轉(zhuǎn)換的程度。目前還不清楚假設虛擬現(xiàn)實提供的高度的現(xiàn)實主義的推行能否會產(chǎn)生艱苦影響。一切程序需求將概括義務納入他們的評價過程?？偟膩碚f,程序明顯闡明一個現(xiàn)實，即使虛擬現(xiàn)實有潛力成為一個更大治療工程有價值的助手,但很能夠不夠作為一個孤立的手段為自閉癥兒童提供治療。處理其他缺乏雖然虛擬現(xiàn)實曾經(jīng)成為處理社會和交際妨礙定義自閉癥

20、的常見手段,也有能夠改動其他領(lǐng)域的行為和思想方式。本節(jié)討論了利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來處理自閉癥兒童經(jīng)常遇到的普遍但非中心問題。創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實工程來提高平安行為,神經(jīng)認知缺乏和覺得缺乏。平安行為自1992年以來，斯特里克蘭和他的同事為普遍發(fā)育緩慢的兒童開發(fā)各種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),包括自閉癥。其中的一個系統(tǒng)是一個教家庭消防平安的桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。程序本身的設計是基于美國消防管理局引薦的平安步驟,其中包括逃離的最短道路和召集小組到共同的聚會場所。在虛擬工程中,在消防平安教育的背景下的每一步,一個虛擬的房子,經(jīng)過動畫籠統(tǒng)“巴迪“展現(xiàn)。程序為3和6歲的自閉癥和其他普遍發(fā)育妨礙兒童所設計，最初測試在孩子的家庭(1小時訓

21、練)和在學校(多個10分鐘會話終了幾個月)都有。在最初的工程評價研討中,斯特里克蘭和他的同事報道,14個孩子中的11個勝利地學會了消防平安步驟,可以概括他們的新技藝,口頭描畫如何運用平安措施回到本人家里(Strickland等2007)。但孩子們能否會在真正的緊急情況下執(zhí)行這些步驟尚未確定。在這些結(jié)果的根底上，他和他的同事(2007)創(chuàng)建了一個虛擬現(xiàn)實程序,合并了火災和龍卷風的平安措施。此外,他們運用ScentPalate(R),它提供了一種煙熏的氣味,從而實現(xiàn)了初次嗅覺的虛擬體驗。這個工程是專門為年齡在6到12歲的自閉癥兒童設計的。程序提出了比斯特里克蘭和他的同事們的方案更高復雜度的義務,涉

22、及到5周的訓練。相比非虛擬現(xiàn)實的平安培訓工程如那些運用傳統(tǒng)的直接指點,圖片卡及角色扮演相比，孩子在同一程度上完成虛擬培訓工程的執(zhí)行。此外,VR程序與傳統(tǒng)的程序相比需求大約一半的時間管理,不包括額外的預備任務參與規(guī)劃和后期的組織資料(我等 2007)。因此,雖然孩子能夠經(jīng)過虛擬現(xiàn)實和非虛擬現(xiàn)實工程到達類似的掌握程度,但有些孩子從虛擬媒體比傳統(tǒng)工程會更有效地學習。利用虛擬現(xiàn)實的才干,個性化的培訓工程也對添加個人成就有協(xié)助 。除了緊急情況下的平安,過馬路的平安也是一個父母擔憂的主要問題。一個基于虛擬現(xiàn)實的過馬路工程為年齡在8-16歲的自閉癥兒童開發(fā)。程序要求孩子經(jīng)過控制他們的虛擬化身的行為平安的過馬

23、路。程序本身是由九個階段的學習組成,其間義務變得越來越困難,需求大約十六課時10-30分鐘的學習。在程序中,孩子學習使得化身在在穿越之前,要看兩方的馬路，不在紅燈期間過馬路,有綠燈變?yōu)榧t燈的認識,以及如何防止事故的發(fā)生。一群經(jīng)過虛擬現(xiàn)實中治療自閉癥兒童測試了這個程序;但是,只需大約一半的孩子可以運用到真實生活中過馬路(Josman等人出版)。因此,雖然VR提高實踐推行實際,但這項研討的結(jié)果強調(diào),每個虛擬現(xiàn)實工程必需單獨評價其真正的生態(tài)效度和臨床適用性?？傊?這三個教學工程闡明虛擬現(xiàn)實教育自閉癥兒童平安行為的潛能。虛擬環(huán)境提供了孩子們一個平安的訓練技藝的環(huán)境,否那么這些訓練能夠在真實環(huán)境中相當危

24、險。孩子們犯的錯誤,通常將給帶來災難性的后果。然而,在虛擬環(huán)境中學習的程度轉(zhuǎn)化為實踐的行為是有問題的。在上述工程,參與者在真實的場景中的表現(xiàn)也變化很大。這種延續(xù)或答應以經(jīng)過模擬更大程度的現(xiàn)實,更大的沉浸度和在虛擬活動中更大的參與度。神經(jīng)認知缺乏自閉癥兒童神經(jīng)認知缺乏曾經(jīng)反復證明,包括特定的妨礙,如留意力和執(zhí)行才干的缺陷(Hill2004)。自閉癥缺乏引起的神經(jīng)認知缺乏與其他疾病的神經(jīng)認知缺乏特征經(jīng)常重疊。有新興的旨在處理自閉癥兒童這些缺乏的程序。從概念上講,改善缺乏或許構(gòu)成了各種公開的行為的根底，能夠會導致更大的整體開展(Wang和Reid 2021)。馬克斯和伯克(1997)創(chuàng)建了一個夢境驅(qū)

25、動的虛擬游戲來處理自閉癥兒童的留意力缺陷。程序顯示了一個有龍和其他各種奧秘的生物三維山區(qū)。雖然有多個虛擬現(xiàn)實程序為兒童留意缺陷多動妨礙而開發(fā),當前工程是獨一無二的,由于它是專門為年齡4-11歲的自閉癥兒童開發(fā)的。運用一個頭戴設備,孩子可以檢測視覺和聽覺對象并與之交互。五個孩子患有自閉癥和五個發(fā)育正常的兒童參與評價的研討方案和評價改善留意力分散和時間的義務。自閉癥兒童在虛擬世界中表現(xiàn)出更高程度的關(guān)注事件和地點,空間和定向聽覺刺激，這一景象證明在虛擬世界中有一個直接影響孩子們的“存在的覺得。因此,多系統(tǒng)提示參與虛擬工程有助于孩子專注義務和參與。然而,不同于為留意缺陷多動妨礙兒童設計的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),

26、這個程序沒有詳細的目的、可衡量關(guān)注的組件。其他研討小組也在參與和改良報道出如今自閉癥兒童治療中的VR干涉措施。尤其是兩個小組,運用投影虛擬現(xiàn)實、將虛擬環(huán)境投射到墻上或屏幕,用戶的籠統(tǒng)和動作可以捕獲并實時投影到屏幕。Mineo和同事(2021)測試了一個虛擬環(huán)境,在其中孩子被映射在海灘上,被蛋形的物體包圍并在空中挪動。孩子必需伸出手去觸摸的對象,經(jīng)過這樣做,促進他們轉(zhuǎn)換成為鳥。研討人員進展了一項研討,年齡6-18歲的42個自閉癥兒童被隨機分配到self-video(查看視頻本人從事虛擬現(xiàn)實活動),其他視頻(查看視頻的一個熟習的人從事虛擬現(xiàn)實活動)和self-VR(實踐參與虛擬現(xiàn)實活動)。比較不同

27、群體,兒童self-VR集團展現(xiàn)出最大的關(guān)注和實踐表現(xiàn)。這種支持虛擬環(huán)境中的自動積極參與比被動察看的類似事件展現(xiàn)出更大的潛力。與簡單的外形分組不同,我們的運用程序允許定義不同外形之間的機械聯(lián)絡(如圖4)。當前實現(xiàn)了一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié),一個棱形的結(jié)合和一個生硬的關(guān)節(jié)銜接。對于轉(zhuǎn)動結(jié)合,可以添加電動機。它會導致其附加外形旋轉(zhuǎn)和常數(shù)徑向速度。運用這樣的銜接可以創(chuàng)建更復雜的物理場景。例如,可以構(gòu)建一個離心調(diào)理器在PhysicsPlayground模擬這種方式(如圖9右)。修正和定位各銜接點要么是利用脈沖要么直接經(jīng)過選擇結(jié)合一個3D空間。分 析在每一個物理實驗中,我們能夠?qū)σ欢ㄕ鸺壓托阅艿哪M對象感興趣。為了

28、可以區(qū)分虛擬仿真與真實,在對象提取之前、期間和在運轉(zhuǎn)時提供準確的物理性質(zhì)顯得尤為重要。出于教學的目的,這些數(shù)據(jù)可以用來學習的實際背景或用傳統(tǒng)方式確認結(jié)果,例如,經(jīng)過運用適當?shù)墓?。以高興趣對物理震級的分析是速度、加速度、力、摩擦、能源和途徑。提供兩種機制都輸出這樣的數(shù)據(jù)：a)一種可以進展間隔 丈量的簡單工具b)一個強大的分析器,可以從外形提取和顯示一切有趣的、有關(guān)物理震級(如圖4右)。我們運用一個示波器作為原型分析。一個示波器有兩個軸,一個時間軸和一個電壓軸。兩軸相等地用于我們的運用程序。從價值軸我們可以得到除了絕對值,如電壓也由三維向量組成。這是必需的,由于像速度或途徑級有三個尺寸加值。因此

29、,我們的分析儀有四個輸入字段- x，y，z和絕對值。輸入字段可以銜接到不同的外形屬性,如速度和動能能源。這個屬性經(jīng)過所謂的適配器表示。速度、能源和一個途徑適配器的支持。適配器必需手動添加每個外形。一個額外的適配器聯(lián)接特定的物理級,經(jīng)過適配器、數(shù)據(jù)可以插入分析儀。模擬過程中,適配器將不斷地發(fā)送它值一致的時間價值函數(shù)分析儀并實時繪制。這使得學生在運轉(zhuǎn)實驗時學習一切的數(shù)據(jù)。此外,這些適配器不僅充任到分析器的接口同時我們也可以想象他們的價值。例如,途徑適配器(附加到一個對象)記錄和隨后畫它的軌跡,而速度適配器將在x,y和z方向分裂和可視化絕對速度值。力適配器除了具有分析才干的適配器,我們還添加了一個力

30、適配器。經(jīng)過力適配器,一個直接和動態(tài)多變的力可以作用在一個外形上影響其運動。這是的在物理場景中有了許多新的能夠性。例如想象準確模擬一個加速和減速一輛車。適配器的配置是經(jīng)過個人互動面板配置的。中選擇適配器時,可以運用一個內(nèi)置的關(guān)鍵幀編輯器定義一個力的時間函數(shù)。最后這個函數(shù)在模擬過程中被執(zhí)行。這個功能表如今下一節(jié)的“教學閱歷:速度和速度的例子中。圖4、在虛擬現(xiàn)實中可視化的PhysicsPlayground元素在圖4中,顯示了上述PhysicsPlayground的構(gòu)件。A和B代表機械聯(lián)絡。兩個銜接一樣的外形,盒子和球體。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)B制約兩者之間的身體沿旋轉(zhuǎn)軸(深色的箭頭指向外)的轉(zhuǎn)動運動。棱柱結(jié)合A

31、限制了平移運動兩者之間的身體沿著矢量在A以下繪制。 C是一個更復雜的外形,一個翻跟斗。D顯示分組的外形,在模擬將一同運動。E表示分析儀銜接速度適配器F的一個球體。在模擬時F的速度值將要記錄。在分析儀結(jié)果中橙色曲線代表的是從早些時候的實驗運轉(zhuǎn)的球反彈究竟層平面和繼續(xù)滾下。僅僅經(jīng)過在橙線記錄上挪動筆我們可以獲得準確的時間流速值。G演示了丈量工具。目前,丈量的是一個盒子的長度。教 育 用 例力和反作用力在下面,PhysicsPlayground對于學校實驗和學校練習的適用性將經(jīng)過力和反作用力演示。如力和反作用力的影響經(jīng)過動力學第三個公理描畫。它闡明每個力都有兩個涉力物體A和B導致了大小相等方向相反的

32、反作用力。我們運用波爾(1931)描畫一個實驗去證明力和反作用力。因此,兩人面對面站,各自站在各自的無摩擦力的挪動車廂上(如圖5)。同時,兩人抓住一個繩銜接他們。有了這樣的設置,我們可以進展一系列的測試:一切參與者同時拉繩子。左邊的人拉繩子而右邊的人抓住繩子。同上面一樣，但只是右邊的人拉繩子。獨立的參與者拉繩子,兩車將從開場的點挪動一樣的間隔 在中間的兩個碰撞。這是一個結(jié)果的力和反作用力。圖5、對于作用力和反作用力的解釋在我們的模擬實驗中,馬車(人所站的地方)由兩個一樣的,無摩擦滑動的盒子A和B交換。每個箱子有一個可旋轉(zhuǎn)的球體在中間,球體是經(jīng)過兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)安裝在箱形框架。這些球體代表了兩個人。

33、繩子就經(jīng)過位于頂部的兩個球體間的一個木棒表示。此外,木棒和球體必需有一個最大化摩擦系數(shù)為1,這樣一切都正確的。接下來,我們希望參與者在模擬中拉繩子。因此,馬達必需附加到每個箱形框架的一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)上。在物體A上,這個馬達必需自旋逆時針方向旋轉(zhuǎn),而在物體B,它必需順時針旋轉(zhuǎn)。當一個馬達模擬過程中被激活,它將把一個預定義的轉(zhuǎn)矩沿銜接球體的轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動。這將把球體用動變成一個轉(zhuǎn)動運動。這個球又將試圖把這個運動傳送到球和木棒的每個接觸點。這導致一個與球無關(guān)地反對其轉(zhuǎn)動的力F1。在另一個方向,它在木棒上施加一個反作用力F1和前面的力F1具有一樣的絕對值。無論一個或兩個馬達被激活,察看模擬實驗的人會留意這兩種

34、仿真箱框架將總是在中點合為一體(在他們起點之間的中部位置)。此外,這可以證明在PhysicsPlayground經(jīng)過經(jīng)過軌跡適配器分析每箱形框架的途徑。在仿真中,分析儀將記錄一個類似于圖5右所示的曲線。學生可以讀取s1和s2分析器的間隔 。不論哪個人拉繩子,兩個車廂總是相等地挪動。教學課：速度和速率這節(jié)課演示了PhysicsPlayground如何可以運用到一個傳統(tǒng)物理課。選擇適當?shù)奈锢磉\動(斯塔克,2002)。它實踐上是一部分高中最終的物理考試。在這個練習中,幻燈片上的兩個物體A和B均在一架飛機在全球坐標系x軸上以不同的速度運動。在某個時間點,兩個物體能夠發(fā)生碰撞。在這個設置下許多物理場景能

35、夠發(fā)生。我們將重新創(chuàng)建大多數(shù)學校義務(斯塔克,2002)和在后來擴展的場景。在PhysicsPlayground中開場時設置包含一個平面和兩個物體A和B一樣如圖6步驟1所示。.圖6、完成PhysicsPlayground基于教學聯(lián)絡的設置后進展的3步模擬過程學生的問題描畫如下：物體A代表一輛玩具車沿著X軸正方向運動。從它所處的位置開場運動加速時間與圖7所給出的力FA(t)相關(guān)，一切物體摩擦力為零。運用PhysicsPlayground獲取到玩具車A的最終速度并用正常算法算出來的值檢驗它。圖7、左圖為所給的力與時間關(guān)系圖，右圖為力順應轉(zhuǎn)換在PhysicsPlayground的協(xié)助 下為理處理這個問題,首先學生不得不將時間-力的函數(shù)轉(zhuǎn)換到PhysicsPlayground中。 根本上,這是經(jīng)過添加一個力適配器,它指向x軸正方向到玩具車。這個適配器是顯示在圖6中,附加到對象A(點表示為)。在下一步,為了表示時間-力的函數(shù)關(guān)鍵幀的適配器必需進展調(diào)整,如圖7所示。假設一切正常,在仿真開場后物體應該沿著x軸運動。在為了檢驗運動,學生可以創(chuàng)建一個分析器銜接力適配器和輸入的分析器。假設分析儀的記錄等于圖7中時間-力的函數(shù),闡明前面的步驟都正確地執(zhí)行。下一步是調(diào)查玩具車的速度。這很簡單我們只需求給物體A附