虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)于康復(fù)性景觀領(lǐng)域的應(yīng)用前景

文·圖 ◎ 韓旭 張競

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)于康復(fù)性景觀領(lǐng)域的應(yīng)用前景

文·圖 ◎ 韓旭 張競

圖片說明

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）是通過計(jì)算機(jī)來模擬三維的虛擬環(huán)境，為使用者提供視覺、聽覺等感官體驗(yàn)，讓使用者有身臨其境的感受，并可以實(shí)時(shí)地、無限制地觀察、操作甚至修改三維空間內(nèi)的事物。一方面，虛擬現(xiàn)實(shí)是數(shù)字化景觀中的重要組成部分，不僅可以通過可視化的虛擬景觀場景讓使用者在其中有沉浸感，還可以使用多種傳感設(shè)備在同虛擬景觀的交互中得到感官的刺激。而這種感官刺激在許多臨床心理治療研究中都證明可以影響使用者的認(rèn)知和行為，并以此來增進(jìn)正向的健康結(jié)果。另一方面，自然環(huán)境給人帶來的生理及心理效益是近年來健康學(xué)界與景觀學(xué)界研究的重要議題，研究者通常使用關(guān)于自然元素的照片、影像、窗景、居住環(huán)境或是將植物盆栽引進(jìn)室內(nèi)，來測試其對于人生理與心理上產(chǎn)生的影響。但是，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬自然環(huán)境對于身心健康的作用卻甚少被討論。

康復(fù)性景觀目前存在的不足

康復(fù)性景觀被認(rèn)為具有減輕焦慮、壓力、恐懼等負(fù)向情感，增加愉悅、積極、快樂感等正向的心情狀態(tài)，并具有能夠促進(jìn)疾病的康復(fù)及注意力的恢復(fù)等效果。此類以健康為目的的景觀多被應(yīng)用于醫(yī)療場所、福利機(jī)構(gòu)、校園以及公園等地，但是當(dāng)前康復(fù)性景觀建設(shè)仍存在著諸多局限性：

1．現(xiàn)有景觀多強(qiáng)調(diào)視覺的美感，缺乏對康復(fù)性景觀元素的重視；

2．不斷重復(fù)的景色與單調(diào)的活動設(shè)備顯得十分枯燥，難以有效調(diào)動使用者主動參與的積極性；

3．受到氣候、時(shí)間以及身體條件的限制，無法全天候地同景觀接觸；

4．缺少對不同年齡階段與不同身體條件的需求者針對性的設(shè)計(jì)；

5．自然環(huán)境中存在著危險(xiǎn)元素，有受傷的風(fēng)險(xiǎn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)同康復(fù)性景觀結(jié)合的理論基礎(chǔ)

1．人類80%的信息都源于視覺，作為現(xiàn)代康復(fù)性景觀假說奠基人的美國心理學(xué)家Ulrich博士，根據(jù)該理論提出觀看自然景觀可以促進(jìn)病人的康復(fù)，因?yàn)榄h(huán)境中不同的形態(tài)與色彩等均能誘發(fā)人們情緒的反應(yīng)并影響行為。有序且可控的環(huán)境可以幫助人們產(chǎn)生提高食欲、平靜心情、促進(jìn)睡眠等情緒及生理的改變。

2．現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，由于景觀的形象具有直觀的物態(tài)性、四維的時(shí)空性、全面的通感性，因此對大腦皮層和心理狀態(tài)有良好的調(diào)節(jié)作用。據(jù)此，美國環(huán)境心理學(xué)者Kaplan夫婦提出注意力恢復(fù)理論，認(rèn)為具備了遠(yuǎn)離、延展、魅力與兼容性元素的自然環(huán)境，甚至是反應(yīng)此類自然元素的照片、影片、窗景等都可以幫助人們經(jīng)由自然體驗(yàn)的正面影響因子，達(dá)到放松身心、穩(wěn)定情緒、幫助注意力恢復(fù)，并促進(jìn)學(xué)習(xí)等個人心理及生理的調(diào)適效果。

3．康復(fù)性景觀的設(shè)計(jì)原則——容易接近、明確的邊界、豐富的植物種類、增加庭院色彩及趣味性、增進(jìn)人與植物的親和性、易辨識的標(biāo)識、充滿季節(jié)韻律感的庭院等都可以使用計(jì)算機(jī)技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)中得以呈現(xiàn)。

由此可見，同樣注重于使用者視覺感知，并相比起二維的圖片等媒介，更為立體且具備互動性的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更能夠完整地將康復(fù)性景觀展現(xiàn)在使用者面前。

虛擬現(xiàn)實(shí)硬件與軟件設(shè)備

虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)性景觀的構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)

1. 總體目標(biāo)

正如Kaplan（2001）指出，內(nèi)在的動機(jī)是真實(shí)生活中產(chǎn)生恢復(fù)力的重要因子?？祻?fù)性景觀的修身養(yǎng)性理念同現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)融合在一起，必將會迸發(fā)出不一樣的火花。因此虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)性景觀設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)是：將景觀學(xué)科與康復(fù)醫(yī)學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行充分的學(xué)科交叉與融合，不僅打破傳統(tǒng)景觀的時(shí)空局限，讓人們在任何時(shí)間、地點(diǎn)都能夠通過虛擬技術(shù)足不出戶地進(jìn)行身臨其境的景觀體驗(yàn)，更能夠節(jié)省環(huán)境及時(shí)間需求的花費(fèi)，并利用其中具備康復(fù)性作用的虛擬景觀元素而得到身心的康復(fù)效益。

2. 主體構(gòu)成

虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)性景觀將由硬件與軟件兩部分組成。硬件主要為高性能的計(jì)算機(jī)與具備友好性的交互設(shè)備，其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的作用為實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)的輸入/輸出以及管理與生成虛擬場景等功能；交互設(shè)備則包括基于鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏等普通外設(shè)交互模式或基于體感設(shè)備、頭戴式虛擬顯示器等外設(shè)的虛擬交互模式。另一方面，目前主流的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件則包括Virtools、Nibiru、Quest3D等三維虛擬現(xiàn)實(shí)平臺以及諸如Unity3D、UDK、Cryengine這類的虛擬游戲開發(fā)引擎，均可以輕松重建景觀可視化、實(shí)時(shí)三維虛擬場景等多類型的互動內(nèi)容。

3. 設(shè)計(jì)方法

虛擬景觀中的康復(fù)性元素大體可以通過4個途徑來實(shí)現(xiàn)——人機(jī)交互的體驗(yàn)?zāi)Ｊ?、具備康?fù)性原理的景觀模型、聲音影像的多重刺激，以及能夠引起使用者興趣的任務(wù)設(shè)置。根據(jù)這四點(diǎn)可以從中發(fā)掘虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)性景觀的設(shè)計(jì)方法。

（1）以人為本的設(shè)計(jì)方法

以人為本的設(shè)計(jì)方法，應(yīng)以使用者、使用功能為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)虛擬環(huán)境中人與環(huán)境和諧的交互作用，無論是交互設(shè)備或是場景內(nèi)容都應(yīng)考慮把舒適和實(shí)用放在首位。并且，針對不同能力的使用者來調(diào)整搭配相應(yīng)的設(shè)備與內(nèi)容，這樣運(yùn)用于不同人群，可以為他們提供增進(jìn)健康的機(jī)會。

（2）具備康復(fù)性的虛擬景觀元素

虛擬景觀不僅能夠讓使用者沉浸在平衡、熟悉、有影音刺激的世界中，還可以在這樣一個可控的虛擬環(huán)境里利用康復(fù)性景觀的原理，構(gòu)建諸如Kaplan提出的自然助益假說中所具備遠(yuǎn)離、延展、魅力與兼容性的景觀元素，也可以通過設(shè)置開放的、光明的、類似自然界草原的虛擬環(huán)境元素，使人們在平靜的環(huán)境中達(dá)到鎮(zhèn)靜、恢復(fù)生理機(jī)能的效果。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還允許將其中的景觀元素進(jìn)行夸張化處理，以刺激感官；最后還能夠給予使用者自由的想象空間，拓展其認(rèn)知范圍，提高用戶的創(chuàng)新意識。

（3）具備可感知與可操作性的內(nèi)容

在普遍缺乏運(yùn)動的現(xiàn)代，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了諸如Omni虛擬現(xiàn)實(shí)跑步機(jī)、虛擬體感手套等設(shè)備讓使用者可以將身體的運(yùn)動同虛擬體驗(yàn)相結(jié)合。一方面，虛擬技術(shù)允許人們通過肢體控制來與虛擬的康復(fù)性環(huán)境進(jìn)行交互，從而帶來全新的感官刺激作用，更能活動肢體并降低疲倦感。另一方面，運(yùn)動搭配虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)可以增加使用者的沉浸感與真實(shí)感，提升長期持續(xù)運(yùn)動的機(jī)會與動力。此外，虛擬技術(shù)還可以為場景設(shè)置具備挑戰(zhàn)性的任務(wù)，為用戶帶來愉悅的運(yùn)動經(jīng)驗(yàn)，延長運(yùn)動的時(shí)間。最后，針對具有運(yùn)動障礙的病人與弱勢群體，虛擬康復(fù)性景觀還能根據(jù)其不同需求為之提供相應(yīng)具趣味性的虛擬交互肢體運(yùn)動訓(xùn)練。

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的康復(fù)性景觀模型結(jié)構(gòu)圖

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在康復(fù)性景觀領(lǐng)域中的應(yīng)用前景

1. 應(yīng)用于康復(fù)性景觀的設(shè)計(jì)與建設(shè)

采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行先期的演示和論證，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)方案中不協(xié)調(diào)的部分，并予以及時(shí)的修正，從而節(jié)省了投資和運(yùn)行的費(fèi)用；通過讓目標(biāo)群體虛擬體驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中所存在的缺陷，以避免大的風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)計(jì)的滿意度。

虛擬現(xiàn)實(shí)下的康復(fù)性景觀模型

2. 運(yùn)用于康復(fù)性景觀的研究

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為景觀研究者提供了探索景觀知覺及反應(yīng)的全新機(jī)會。因?yàn)樘摂M場景允許使用者控制行進(jìn)方向與觀察視角，可以在更復(fù)雜的環(huán)境認(rèn)知下提供更多的空間資訊，這樣不僅能夠增強(qiáng)大眾的健康與環(huán)境意識，還可以針對不同的康復(fù)需求設(shè)置相應(yīng)的虛擬景觀體驗(yàn)方案，為康復(fù)性景觀帶來量化的數(shù)據(jù)，從而促進(jìn)研究的發(fā)展。另外，通過多學(xué)科地交叉融合，將康復(fù)景觀理念滲透到生活的方方面面。

虛擬場景漫游通運(yùn)動的結(jié)合（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

3. 應(yīng)用于有需求的人群

若是能以虛擬方式來呈現(xiàn)康復(fù)性景觀，使人們可以在虛擬場景中與自然互動，沉浸于虛擬的自然景觀，進(jìn)而達(dá)到與真實(shí)環(huán)境中同樣的恢復(fù)效果。這種提供生理、心理方面效益的虛擬自然環(huán)境，可以運(yùn)用于不同人群，為他們提供增進(jìn)健康的機(jī)會。

浸入式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

（1）針對繁忙的都市上班族：可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)的康復(fù)性景觀體驗(yàn)，讓自身在態(tài)度和行為上產(chǎn)生微妙的改變，從而獲得減壓的效果。

（2）針對長時(shí)間從事電腦辦公的人群：可以提供他們一個接觸自然的誘因。

（3）應(yīng)用于健身房中，與散步、慢跑等室內(nèi)運(yùn)動相結(jié)合：除了運(yùn)動本身對身體的益處外，還能提供民眾心理上的樂趣，改善其運(yùn)動習(xí)慣、增加運(yùn)動的持久性及樂趣。

（4）對苦于氣候狀況或地理?xiàng)l件等限制因素的人們：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將人們偏好的自然景觀帶進(jìn)室內(nèi)，方便其得到身心的放松和注意力恢復(fù)的效果。

（5）應(yīng)用于醫(yī)療系統(tǒng)中：醫(yī)生可以對使用者的心跳、呼吸率、皮膚電阻、外層皮膚溫度、腦波活動等指標(biāo)進(jìn)行測量與監(jiān)控，從而借由生理回饋的訊息來了解健康狀況并據(jù)此來調(diào)適治療機(jī)制。

（6）對于行動不便的老人與所患疾?。嚎梢酝ㄟ^虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來游覽景觀，提供在現(xiàn)實(shí)生活中無法得到的體驗(yàn)并通過感官刺激來輔助康復(fù)治療。

（7）對于有康復(fù)需求的病人：這是一種新穎有趣的輔助治療方法，虛擬的體驗(yàn)過程如同游戲一樣引人入勝，讓人可以樂于其中，消除了傳統(tǒng)治療方法生硬的弱點(diǎn)。

針對患者的康復(fù)性虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

當(dāng)今的虛擬景觀應(yīng)用多以場景的展示為主，而將注意力恢復(fù)等康復(fù)性元素作為虛擬的主要目標(biāo)則尚處于空白階段，而且這種方法還缺乏相關(guān)治療案例和評估標(biāo)準(zhǔn)，以及存在設(shè)備昂貴等問題。但是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們可以期望，在不久的將來，虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)性景觀會成為一種時(shí)髦而有效的輔助治療手段出現(xiàn)在我們的生活中。

可以實(shí)時(shí)監(jiān)控與測量生理數(shù)值(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

韓旭 武漢大學(xué)城市設(shè)計(jì)學(xué)院風(fēng)景園林系博士研究生在讀，專業(yè)方向數(shù)字化園林。

張競 漢口學(xué)院管理學(xué)院，副教授，專業(yè)方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用。