积极和消极虚拟环境对大学生情绪的影响

杨勇涛张忠秋 林玲

1天津体育学院竞技运动心理和生理调控重点实验室（天津300381）

2国家体育总局体育科学研究所 3武汉体育学院

情绪图片和音乐是常用的情绪诱发方法，目前国内外已建立了国际情感图片系统[1]、国际情感数码声音系统[2]，中国情绪图片系统[3]和中国情感数码声音系统[4]。随着研究的深入，研究者开始使用多通道的情绪诱发方法，即同性质的视觉、嗅觉和听觉联合呈现会增强情绪诱发的效果，并取得了明显成效[5-7]。此外，基于情境性的情绪诱发方法也被经常使用，如电脑游戏、博弈游戏和表情姿势等[8]。

虚拟现实技术是新的情绪诱发方法[9]。研究证实，焦虑和放松性质的虚拟环境分别诱发了被试的焦虑和放松感[10-13]。上述研究中，研究者使用暴露疗法治疗患者的各种恐惧症且效果显著，最主要原因是因为虚拟暴露疗法诱发了与患者症状相关的情绪。另外，对运动员的研究也发现，积极虚拟放松环境显著提高运动员的自我效能感和心境[14，15]，并且有良好的放松效果[16]。虽然已有研究能够在一定程度上证实虚拟现实技术模拟虚拟环境的情绪诱发效果，但研究多集中在临床心理治疗领域，对其他人群的研究较少且国内尚无此类研究。因此，本研究使用虚拟现实技术模拟虚拟环境，以普通大学生为被试，探讨不同虚拟环境对普通大学生情绪变化的影响，进一步为虚拟现实技术这一新的情绪诱发方法提供实证支持。

1 对象与方法

1.1 被试

30名普通大学生自愿参加被实验，均为男性，为国家体育总局科研所部分研究生、实习生和北京个别高校大学生。所有被试身体健康，无重大疾病史和精神疾病史，裸眼视力正常，年龄22～25岁。

1.2 实验设计和控制

采用2虚拟环境（积极、消极）×2测量（（前测、后测）被试内设计。

本研究在国家体育总局运动心理学重点实验室进行。该实验室隔音效果佳，温度保持在25～27摄氏度，实验时间为每天下午2～5点，每名被试实验时间约40～45分钟，共19天。为了控制性别和实验顺序对情绪诱发效果的影响，本实验只选择男性参与实验，并采用ABBA设计平衡实验顺序，即一半被试先观看积极虚拟环境，再观看消极虚拟环境，另一半被试则以相反顺序观看。填写心理评估问卷时，要求被试凭第一感觉做出选择，不在每道题目上花费太多时间。另外，提前告知被试实验前一天不吸烟、不饮酒，不进行剧烈身体运动。

1.3 测试仪器和设备

（1）高性能专业图形工作站:专门针对虚拟现实等高强度三维应用，在X86平台实现最优图形性能的专业图形运算系统；支持VR-Platform，支持500万面超大规模虚拟现实场景的实时漫游，每帧频率不低于30FPS；CPU主频不低于3.3GHz，内存容量4GB，显卡为NVIDIA GeForce9800。

（2）中视典三维互动虚拟平台（VRP 11.0），英伟达3D立体眼镜，三菱主动立体工程投影机 （4500流明），投影幕布（4 m × 3 m）。

（3）荷兰Mind Media BV公司生产的NeXus-10无线生理监测和反馈仪，用来记录被试实验前后及实验过程中被试的皮电、皮温、呼吸、心率和心率变异性（HRV），其中，皮电电极连接于右手食指和中指指端，皮温电极连接于右手无名指指端，呼吸传感器连接于被试胸部，心电使用一次性电极以“LeadⅡ”方式与被试连接。

1.4 虚拟情绪诱发情景

本研究使用的积极虚拟情绪诱发情景由成都斯普瑞特科技有限公司和中视典科技有限公司制作，然后由国家体育总局体育科学研究所运动心理学重点实验室研究人员在此基础上增加了部分物体以及虚拟人物，同时加入积极性质的音乐。而消极虚拟环境则主要在积极虚拟环境的基础上使用VRP 11.0进行了改变，具体情况如下。

（1）积极虚拟情境模拟的是一个风景优美的海洋小岛，整个小岛环绕在蔚蓝的海水中，绿意盎然。岛上有眺望塔、凉亭、座椅，天气晴朗，阳光普照海面，天空万里无云，海浪声、海鸥声、鸟鸣声不绝于耳，有游人在岛上休息或漫步。背景音乐为贝多芬的《田园》。

（2）消极虚拟情境仍为积极虚拟情境中的海洋小岛，为了营造消极的氛围，我们对其中大部分内容进行了处理，模拟成一个经过海啸和地震袭击的小岛。整个背景为暗色调，如灰色阴暗的天空，孤零零的树干，瞭望塔、小屋、凉亭倒塌，地面下陷，也没有了海鸥声、鸟叫声等。添加了巴顿的《弦乐柔板》这一曲消极性质的背景音乐。

1.5 测试量表

（1）状态特质焦虑问卷（STAI）: 由Charles Spielberger于1970年编制，并于1980年开始使用修订版，1989年译成中文。本量表共40个条目，分焦虑状态（S-Anxiety）和焦虑习性（T-Anxiety）两部分[17]，前者反映被试者当前焦虑症状的严重程度，后者反映被试者一贯或平时的焦虑情况。

（2） 心境量表（POMS）: 我国学者祝蓓里等（1995）[18]在对Grove等的POMS量表进行修订的基础上，建立了中国大中学生常模，各分量表信度为0.60～0.82。该量表包括紧张、愤怒、疲劳、抑郁、精力、慌乱和与自我有关的情绪七个维度，采用Likert 5点记分法。

（3）中文简化版PAD情绪量表:中国科学院心理研究所李晓明等（2008）[19]对Mehrabian编制的简化版PAD量表进行了汉化并修订，修订后的中文简化版PAD情绪量表包括愉悦度、激活度和优势度三个维度，每个维度4个项目，每个项目由一对表示不同情感状态的形容词构成。量表采用9点评分法，每对词所表示的情感在其所属维度上的量值相反，而在其他2个维度上基本相同。该量表具有较好的内部一致性信度和结构效度。

1.6 实验程序

步骤1:进入实验室后，实验人员向被试介绍实验情况和目的，并说明如果在实验中有任何不适感可随时退出实验。然后让被试签署知情同意书。

步骤2:被试在实验人员指导下填写心理量表，作为心理状态的基线值。

步骤3:实验人员引导被试坐在投影屏幕5.4米处，给被试佩戴生理电极，包括呼吸、皮电、心率、皮温，记录被试安静状态下的生理基值8分钟，取后5分钟的平均值作为基线值。

步骤4:被试佩戴3D眼镜，开始观看虚拟情境，继续记录期间被试生理变化，共15分钟，取后5分钟的平均值作为实验期数据指标。然后进行第二次心理量表测评，作为实验期的心理指标。

步骤5:实验结束，撤去电极片和呼吸带。第二天同一时间，重复步骤2～4，但观看另一种虚拟环境。

步骤6:实验结束，发放劳务费。

1.7 统计学分析

使用SPSS 15.0软件进行统计分析，描述性结果以M±SD表示，对被试基线期的数据进行单因素方差分析，对基线期实验期的数据进行双因素方差分析，显著性水平为P<0.05。

2 结果

2.1 大学生积极和消极虚拟环境中的情绪状态比较

对大学生观看积极和消极虚拟环境前即基线期的情绪状态进行单因素方差分析，结果表明两种条件下被试各情绪维度无显著差异，因此以各情绪维度为因变量分别进行双因素[不同性质虚拟环境（积极的和消极的）、测量（前测、后测）]方差分析，结果见表1、表2。

表2显示，大部分情绪维度虚拟环境和测量的交互作用显著。再分别对这些情绪维度进行简单效应检验，结果显示，测量在七个情绪维度上的简单效应显著，分别为紧张[F（1，29）=26.523，P<0.05]、愤怒[F （1，29）=30.673，P<0.05]， 疲劳 [F （1，29）=34.627，P<0.05]、 抑 郁 [F （1，29）=11.220，P<0.05]、精力[F（1，29）=40.223，P<0.05]、状态焦虑[F（1，29）=16.461，P<0.05]、 愉 悦 度 [F（1，29）=28.523，P<0.05]，即观看积极虚拟环境后消极情绪维度如紧张、愤怒、疲劳、抑郁、状态焦虑水平显著降低，积极情绪维度如精力和愉悦度等显著升高，观看消极虚拟环境后消极情绪如紧张、愤怒、抑郁、慌乱和状态焦虑水平等显著升高，积极情绪如精力和愉悦度等显著降低，其他情绪维度虽有变化但无统计学意义。

2.2 大学生积极和消极虚拟环境中的生理状态比较

对大学生观看积极和消极虚拟环境前即基线期的生理指标皮电、皮温、心率、呼吸频率和心率变异性进行单因素方差分析，结果表明，基线期生理指标皮电[F（1，29）=1.03，P=0.318]、呼吸[F（1，29）=0.733，P=0.399]、 皮 温 [F （1，29）=1.551，P=0.223]、心率[F（1，29）=0.545，P=0.833]、低频HRV[F（1，29=1.840，P=0.183）、高频HRV[F（1，29）=3.110，P=0.086]、LF/HF [F （1，29）=0.788，P=0.380]均无显著性差异。以生理指标为因变量分别进行双因素方差分析[不同性质虚拟环境（积极的和消极的）、测量（前测、后测）]，结果表明，虚拟环境主效应部分显著，测量主效应部分显著，虚拟环境和测量的交互作用部分显著，结果见表3、表4。

表1 积极和消极虚拟环境基线期实验期各情绪维度平均值和标准差（M±SD，n=30）

表2 各情绪维度双因素方差分析结果（n=30）

表4显示，部分生理指标虚拟环境和测量的交互作用显著。再分别对这些生理维度进行简单效应检验， 结果表明， 测量在皮电 [F （1，29）=4.362，P<0.05]、高频HRV[F（1，29）=32.337，P<0.05]、低频/高频（LF/HF）[F（1，29）=43.150，P<0.05]维度上的简单效应显著，即观看积极虚拟环境后期皮电显著降低，高频HRV显著升高，低频HRV也升高，LF/HF显著降低，观看消极虚拟环境后期皮电、高频HRV显著降低，低频HRV显著升高，LF/HF也显著升高，其它生理维度也有变化但无统计学意义。

3 讨论

3.1 积极和消极虚拟环境对大学生情绪状态的影响

本实验结果表明，在积极虚拟环境中，大学生积极情绪如精力和愉悦度升高，消极情绪如紧张、疲劳、抑郁、状态焦虑水平等降低，表明积极虚拟环境能诱发个体积极情绪，也证实积极虚拟环境在调节

表3 积极和消极虚拟环境基线期实验期各生理指标平均值和标准差（M±SD，n=30）

表4 各生理指标双因素方差分析结果（n=30）

个体消极情绪方面的有效性。愉悦度增加表明个体体验到更多的活力性和愉快情绪，以及一种觉醒和放松状态。而消极虚拟环境中的个体情绪体验相反，消极情绪如紧张、愤怒、抑郁、慌乱和状态焦虑水平明显升高，精力感和愉悦度则显著降低。这表明消极虚拟环境诱发了消极体验，也降低了个体的积极情绪水平。观看消极虚拟环境后个体愉悦度水平显著下降，表明个体在消极虚拟环境中有强烈的愤怒和受控体验，降低了个体的愉悦感。另外，消极虚拟环境下的特质焦虑水平也显著升高，特征焦虑与人格特征联系密切，不易受到外界环境的影响，间接表明消极虚拟环境诱发了更高水平的消极情绪体验。虽目前的研究尚未专门探讨虚拟环境的情绪诱发效果，但基于虚拟环境的虚拟暴露治疗[10，12，13]和压力应激训练[16，20，21]等相关研究间 接证实了虚拟环境的情绪诱发效果。尤其在恐高症等暴露治疗研究中，往往通过诱发患者的消极情绪体验以达到一定的治疗效果。针对运动员的研究也发现，积极虚拟放松环境有良好的放松效果[16]。

本实验中，虽然积极和消极虚拟环境均诱发了相应的情绪，但相比消极环境中被试消极情绪的显著变化，积极情绪的变化相对较小。这种现象可以用“积极起点”效应解释[9，22]，即人们通常处于一种轻度

的积极情绪中，很难诱发高强度的积极情绪，导致与中性情绪相比，积极情绪不能凸显情绪效价的差异。

日常生活中，人们较少体验到消极情绪，消极情绪常出现在特殊情况如工作不顺利、考试不理想、家庭变故、运动训练中意外受伤等情况，相应的激活阈限较低。因此，遭遇负面情景时容易诱发强烈的消极情绪。另外，人类对消极情绪更敏感可能是自然进化的原因，远古时代的祖先们往往面临更多威胁，对危险情景更警觉，但进化并不能直接作用于情绪本身，而是通过一定的生理基础表现出来，并存在一定差异[23]。

3.2 积极和消极虚拟环境对大学生生理状态的影响

个体生理状态和唤醒水平受其所处环境的影响，如压力情境下，交感神经系统活动水平增加，呼吸频率增加，心率加快，皮肤电升高；而在放松情境中，交感神经系统活动水平降低，呼吸频率降低，心率减慢，皮肤电降低。本研究结果显示，大学生在积极虚拟环境中的皮电显著降低，表明积极虚拟环境诱发了积极情绪，个体处于比较愉快放松的情绪状态。高频HRV显著升高，LF/HF比值降低，反映了个体交感神经兴奋性降低，副交感神经兴奋性增强，但低频HRV仍升高表明被试仍有一定的紧张和焦虑感。消极虚拟环境中大学生皮电显著升高，呼吸频率显著增加，表明消极虚拟环境诱发了消极情绪，个体体验到了明显的紧张、生气、焦虑情绪，同时低频HRV显著增多，高频HRV显著减少，LF/HF比值增加，反映了交感神经兴奋性增强，副交感神经兴奋性减弱。这与已有研究结果一致[24]。

关于情绪和生理的关系，Gross认为情绪是个体对重要的机遇或事件做出的适应性生物反应倾向[25]。虽然该观点有一定缺陷，但情绪和生理之间关系密切毋庸置疑。1983年，Ekman发现愤怒、恐惧比快乐引起更多的心率加快，恐惧、厌恶比快乐引起更大的皮肤电升高[26]。之后有研究认为，暴力威胁性质的电影使心率明显加快[27]，强烈的正性情绪能够诱发短时间的生理激活如心率升高、肾上腺素、去甲肾上腺素分泌增多，与免疫相关的生理激活如SIgA分泌增多和皮质醇水平下降，以及哮喘病人肺功能的短时恢复等[28]，悲伤情绪下皮肤电反应显著升高[29]。 本研究消极虚拟环境中，大学生皮电显著升高、心率明显加快支持了上述结论，但刘贤敏研究却发现皮电不受情绪影响，而受性别影响[30]。另外，积极和消极虚拟环境中被试皮温均上升，且积极虚拟环境中的皮温高于消极环境，这与刘贤敏研究中皮温的变化趋势相吻合[30]。但积极虚拟环境中被试呼吸频率降低，消极虚拟环境中被试呼吸频率显著增加，这与贾静、刘贤敏和研究结果又不一致。贾静研究发现，悲伤情绪和愉快情绪都引起呼吸频率降低[29]，而刘贤敏研究发现，呼吸频率、呼吸幅度无明显差异[30]。

另外，研究者认为，情绪唤起的各种生理反应，如皮肤电、心跳R-R间期和心率等大部分属于非条件反射，主要受自主神经系统支配，不受意识支配。情绪心理生理学研究认定，正负性情绪之间的自主神经反应模式不同，存在“负性偏倚”现象，即负性情绪较正性情绪有更大的自主神经激活，生理唤醒水平更高[31，32]。如由负性情绪引起的心跳R间期增宽更明显，皮肤电反应更大且差异显著；而个体处于积极情绪状态时自主神经系统活动很小，生理唤醒水平很低[33]。这是进化心理学不断发展的结果，是负性情绪的适应意义，身体对负性情绪有更强的应激作用。本研究结果显示，消极虚拟环境中，大学生生理唤醒水平比积极虚拟环境中更高，支持了“负性偏倚”现象。积极和消极情绪均引起个体自主神经系统激活，负性情绪激活程度更大，但原因是副交感神经系统单独活动，还是交感和副交感神经共同活动但副交感神经活动占优势，目前尚无一致性的结论。

4 本研究存在的不足

本研究模拟的是一个综合的虚拟环境，从试验结果看，诱发的情绪也是多维度的，无法确定积极和消极情绪何者占主导。由于未在被试观看虚拟环境时使用问卷进行情绪测评，导致生理和情绪指标测评不同步，使后测的情绪状态可能与被试观看虚拟环境后期的情绪强度有一定差别。本研究只考察了虚拟环境对个体情绪的影响，未来研究应该进一步对诱发情绪的持续时程进行研究。本研究也没有评价积极和消极虚拟环境中被试的沉浸感，而虚拟环境沉浸感是其能否诱发产生心理效应及心理效应大小的关键因素之一，编制或引进国外沉浸感测评工具也是未来研究需要着力解决的问题。

5 结论

（1）积极虚拟环境能诱发积极情绪，观看积极虚拟环境后被试的积极情绪强度升高，消极情绪强度降低。（2）消极虚拟环境能够诱发消极情绪，观看消极虚拟环境后被试的消极情绪强度显著升高，积极情绪强度显著降低。（3）虚拟现实技术可以作为一种有效的情绪诱发方法。

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