虛擬現(xiàn)實技術在自閉癥兒童輔助教學中的應用

張晶晶 趙曉春

摘要：虛擬現(xiàn)實積木游戲為一名具有顏色和形狀識別有困難的自閉癥兒童開發(fā)制作，輔助她分辨基本的顏色和形狀，為自閉癥兒童輔助教學提供了新的手段，也為虛擬現(xiàn)實在教學和醫(yī)療方面的應用開闊了領域。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實；積木游戲；自閉癥兒童；輔助教學

1虛擬現(xiàn)實積木游戲制作緣由

虛擬現(xiàn)實是指以計算機技術為核心，借助于人機交互技術、計算機輔助制圖技術、人工智能技術等多種技術，將計算機、力學、聲學、、美學等多學科融為一體的虛擬環(huán)境，在這個虛擬環(huán)境中，體驗者借助特制的頭盔、手柄等設備，產(chǎn)生身臨其境的感受，并可與其中的事物進行人機交互。

目前，虛擬現(xiàn)實技術已廣泛應用于農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)療、工業(yè)等各個方面。國外已有應用虛擬現(xiàn)實技術對自閉癥患者展開社會功能、特定恐懼、情緒識別、語言技能、認知、生活技能等各方面干預治療的文獻記載，但國內(nèi)除文獻綜述[1]-[8]外還未有相關的成果展現(xiàn)。筆者在虛擬現(xiàn)實技術應用于自閉癥兒童輔助治療的研究中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)醫(yī)療方法及訓練課程會對兒童造成一定的心理壓力，導致治療效果不佳或不具有治療效果，而虛擬現(xiàn)實的虛擬世界對自閉癥兒童有著莫大的吸引力，可為自閉癥兒童的輔助治療提供一種新的方法。

在自閉癥康復中心志愿服務過程中，筆者觀察到有一名自閉癥兒童在顏色識別和形狀識別方面存在障礙：專業(yè)老師在耐心教導兒童識別顏色和形狀時，兒童總會不自覺地出現(xiàn)緊張和壓力感，導致很長時間都無法識認一種顏色。專業(yè)老師發(fā)現(xiàn)，該兒童并非色盲或色弱，她在視覺上可以將同一種顏色的東西進行歸類，只是無法將名稱與相應的顏色聯(lián)系起來。

在先前的其他游戲課程中，筆者為自閉癥兒童開發(fā)了虛擬現(xiàn)實園藝療法課程，包括這名兒童在內(nèi)，大部分兒童在虛擬世界中的學習熱情和主動性都非常高。鑒于這種情況，筆者與專業(yè)老師商議，利用兒童在虛擬世界中學習的積極性與主動性，專門為其開發(fā)識別顏色和形狀的虛擬現(xiàn)實積木游戲，觀察兒童的學習效果。

2虛擬現(xiàn)實積木游戲內(nèi)容

虛擬現(xiàn)實積木游戲軟件的用戶為自閉癥兒童，界面操作者為非計算機專業(yè)教師，為保證軟件的易操作性，虛擬現(xiàn)實積木游戲軟件不設計UI操作系統(tǒng)，對操作手柄只開發(fā)扳機按鍵功能，打開即可使用。

虛擬現(xiàn)實積木游戲軟件內(nèi)容包括積木模型，場景的搭建、以及人機互動設計三方面內(nèi)容。

積木模型的形狀選擇應直觀簡單，顏色選擇鮮艷的常見色，數(shù)量盡可能地少，因此將七巧板略做修改，形成五個三角形和兩個正方形，避免對兒童識別產(chǎn)生干擾，便于兒童的識別和識記。

為使兒童集中注意力，將整個虛擬房間設計為一個具有向心聚合性的圓形空間，在圓形空間中心處安放一張白色的環(huán)形桌子，桌子上每隔60度，擺放一套七巧板模型。每套模型上方，顯示要識別的圖形圖像，作為兒童識別形狀顏色時的參考。兒童戴上頭盔后的位置剛好處于環(huán)形桌內(nèi)，，兒童完成教師當天布置的識別任務后，方可由教師摘下頭盔，離開虛擬房間。

人機交互內(nèi)容包括兩方面內(nèi)容。一是手部動作識別：當兒童拿著手柄在場景中操作積木時，手部動作和虛擬世界中的動作需保持完全一致。二是特效設計：當兒童拿起正確的積木時，會出現(xiàn)相應顏色或形狀的特效及聲音。特效圖像選用三角形、方形等大小不一的圖形，幫助兒童在驚奇中進一步鞏固所學的知識；特效聲音選用兒童音“你真棒”與特效圖像共同呈現(xiàn)，作為積木游戲的獎勵機制。

3虛擬現(xiàn)實積木游戲軟件輔助課程

（1）設備

虛擬現(xiàn)實積木游戲所使用到的設備包括16G內(nèi)存的筆記本一臺及HTC VIVE有線頭盔一套。

（2）課程目標

幫助兒童在輕松愉悅的氛圍中掌握紅色、綠色、藍色、黃色等基本顏色及三角形、正方形這兩種基本形狀。

（3）課程內(nèi)容

虛擬現(xiàn)實積木游戲的內(nèi)容按照兒童的認知規(guī)律，循序漸進地設計游戲步驟，正確時及時對兒童做出獎勵，失敗時即時做出指正，讓兒童在嘗試中識別基本圖形和基本顏色。每次課程進行時間以兒童完成當日課程任務的時間為準，并在現(xiàn)實生活中請老師和家長針對兒童當天學到的知識幫助兒童進行鞏固。以下為軟件使用的的基本步驟：

步驟一：識別三角形。

請小朋友進入虛擬游戲空間，請小朋友站在紅色七巧板積木套裝旁，此時，套裝上方的紅色三角形會發(fā)光，同時發(fā)出“請拿起三角形，請拿起三角形”的連續(xù)聲音。當小朋友拿起桌上對應的三角形積木時，積木會發(fā)出“你真棒”的夸贊聲，并產(chǎn)生三角形禮花特效；若小朋友拿錯積木，積木會產(chǎn)生““不對，再試一次吧！請拿起三角形?！比绱酥貜投啻危钡絻和业綄膱D形。

步驟二：識別正方形。

請小朋友進入虛擬游戲空間，請小朋友站在綠色七巧板積木套裝旁，此時套裝上方的綠色正方形會發(fā)光，同時發(fā)出“請拿起正方形，請拿起正方形”的連續(xù)聲音。當小朋友拿起對應的正方形積木時，積木會發(fā)出“你真棒”的稱贊聲，并產(chǎn)生正方形禮花特效；若拿錯，三角形積木會做出提示：“不對，我是三角形，再試一次吧！請拿起正方形?！?/p>

步驟三：鞏固三角形的識別。

請小朋友進入虛擬游戲空間，請小朋友站在黃色七巧板積木套裝旁，套裝上方的黃色三角形會發(fā)光，同時發(fā)出“請拿起三角形，請拿起三角形”的連續(xù)提示音。當小朋友拿起桌上的三角形積木，積木會發(fā)出“你真棒”的稱贊聲，并產(chǎn)生三角形禮花特效；若拿錯，積木會產(chǎn)生“不對，我是正方形，再試一次吧！請拿起三角形。”如此重復多次，直到小朋友找到對應的積木。

步驟四：鞏固正方形的識別。

請小朋友進入虛擬游戲空間，請小朋友站在藍色七巧板積木套裝旁，此時套裝上方的藍色正方形會發(fā)光，同時發(fā)出“請拿起正方形，請拿起正方形”的連續(xù)提示音。當小朋友拿起桌上對應的正方形積木，積木會發(fā)出“你真棒”的稱贊聲，并產(chǎn)生正方形禮花特效；若拿錯，三角形積木會發(fā)出聲音：“不對，我是三角形，再試一次吧！請拿起正方形?！比绱酥貜投啻?，直到小朋友找到對應的積木。

步驟五：形象記憶法識別三角形和正方形。

請小朋友進入虛擬游戲空間，站在由兩個三角形一個正方形組成的雪松積木套裝前，此時套裝上方的三角形會發(fā)出白光，同時發(fā)出“請拿起三角形”的連續(xù)提示音。當小朋友拿起桌上對應的三角形積木時，積木會發(fā)出“你真棒”的稱贊聲，并產(chǎn)生三角形禮花特效；若拿錯，積木會產(chǎn)生“不對，這是正方形，再試一次吧！請拿起三角形?！?/p>

當小朋友正確識別三角形后，請兒童走到下一個放有兩個正方形和一個三角形的人臉積木套裝前，此時，套裝上方的正方形會發(fā)出白光，同時發(fā)出“請拿起正方形，請拿起正方形”的連續(xù)提示音。當小朋友拿起桌上的正方形積木時，積木會發(fā)出“你真棒”的稱贊聲，并產(chǎn)生正方形禮花特效；若拿錯，積木會發(fā)出：“不對，我是三角形，再試一次吧！請拿起正方形。”

步驟六：識別紅色

請小朋友進入虛擬游戲空間，站在紅、綠兩色七巧板積木套裝旁，此時積木模型會發(fā)出一閃一閃的紅光，并發(fā)出指示：“請拿起紅色積木，請拿起紅色積木?！碑斝∨笥涯闷鹱郎蠈募t色積木時，積木會發(fā)出“你真棒”的聲音，并產(chǎn)生紅色禮花特效；若拿錯，綠色積木會發(fā)出聲音：“不對，我是綠色，再試一次吧。請拿起紅色積木?！比绱酥貜投啻危钡叫∨笥涯闷鸺t色積木。

步驟七：識別綠色

請小朋友進入虛擬游戲空間，站在黃色、綠色兩色七巧板積木套裝旁，此時積木模型會發(fā)出一閃一閃的綠光，并發(fā)出指示：“請拿起綠色積木，請拿起綠色積木?！碑斝∨笥涯闷鹱郎蠈木G色積木時，積木會發(fā)出“你真棒”的聲音，并產(chǎn)生綠色禮花特效；若拿錯，黃色積木會發(fā)出聲音：“不對，我是黃色，再試一次吧。請拿起綠色積木。”如此重復多次，直到小朋友拿起綠色積木。

步驟八：識別黃色

請小朋友進入虛擬游戲空間，站在黃色、綠色兩色七巧板積木套裝旁，此時積木模型會發(fā)出一閃一閃的綠光，并發(fā)出指示：“請拿起綠色積木，請拿起綠色積木。”當小朋友拿起桌上對應的綠色積木時，積木會發(fā)出“你真棒”的聲音，并產(chǎn)生綠色禮花特效；若拿錯，黃色積木會發(fā)出聲音：“不對，我是黃色，再試一次吧。請拿起綠色積木?！比绱酥貜投啻?，直到小朋友拿起綠色積木。

步驟九：識別藍色

請小朋友進入虛擬游戲空間，站在藍色、紅色兩色七巧板積木套裝旁，此時積木模型會發(fā)出一閃一閃的藍光，并發(fā)出指示：“請拿起藍色積木，請拿起藍色積木。”當小朋友拿起桌上對應的藍色積木時，積木會發(fā)出“你真棒”的稱贊音，并產(chǎn)生藍色禮花特效；若拿錯，紅色積木會發(fā)出聲音：“不對，我是紅色，再試一次吧。請拿起藍色積木?！比绱酥貜投啻?，直到小朋友拿起藍色積木。

步驟十：形象記憶法識別紅色和綠色

請小朋友進入虛擬空間，站在放有由紅色花朵和綠色葉片組成的小花積木前，此時積木會發(fā)出紅光，同時發(fā)出“請拿起紅色積木”的連續(xù)提示音。當小朋友拿起桌上對應的紅色積木時，積木會發(fā)出“你真棒”的稱贊聲，并產(chǎn)生紅光特效；若小朋友拿錯積木，積木會發(fā)出：“不對，這是綠色，再試一次吧！請拿起紅色積木。”

當小朋友正確識別紅色后，請小朋友站在放有綠色葉子和黃色花瓣的小花積木模型前，此時積木會發(fā)出綠光，同時發(fā)出“請拿起綠色積木”的連續(xù)提示音。當小朋友拿起桌上對應的綠色積木時，積木會發(fā)出“你真棒”的稱贊聲，并產(chǎn)生綠光特效；若小朋友拿錯積木，積木會發(fā)出聲音：“不對，這是黃色，再試一次吧！”

步驟十一：形象記憶法識別藍色和黃色

請小朋友進入虛擬空間，站在放有黃色月亮、淺藍色星星和藍色天空的積木前，此時積木會發(fā)出藍光，同時發(fā)出“請拿起藍色積木”的連續(xù)提示音。當小朋友拿起桌上對應的藍色積木時，積木會發(fā)出“你真棒”的聲音，并產(chǎn)生藍光特效；若小朋友拿錯積木，積木會發(fā)出聲音：“不對，這是黃色，再試一次吧！請拿起藍色積木。”

當小朋友正確識別藍色后，請小朋友站在放有紅色太陽、黃色太陽光、藍色天空的積木模型前，積木會發(fā)出黃光，同時發(fā)出“請拿起黃色積木”的連續(xù)提示音。當小朋友拿起桌上對應的黃色積木時，積木會發(fā)出“你真棒”的聲音，并產(chǎn)生黃光特效；若拿錯，積木會產(chǎn)生“不對，這是紅/藍色，再試一次吧！請拿起黃色積木?！?/p>

4實驗結果

在日常生活中，當實驗者請該兒童辨認座椅的黃色和藍色，所穿衣服的紅色和綠色時，兒童可做出識別，實驗者拿著三角尺、魔方等物品請兒童辨認時，兒童可指出對應的形狀。因此，得出結論，該虛擬現(xiàn)實積木游戲對自閉癥兒童識別顏色和形狀方面有一定的作用。

5未來展望

將虛擬現(xiàn)實技術應用于自閉癥兒童的輔助治療過程，讓兒童在舒適愉悅的氛圍中積極主動地去學習相關課程，改善相應的能力，是一個具有良好前景的開發(fā)研究方向。在以后的開發(fā)項目中，可針對于自閉癥兒童具有的普發(fā)性障礙進行軟件開發(fā)，也可針對自閉癥兒童的個案進行虛擬現(xiàn)實應用方面的針對性研究，這為自閉癥兒童的康復治療提供了一種新的方法和思路。

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