虚拟疗愈环境及其疗愈效益研究进展

郝石盟 王晨 侯锐 张一嵩

随着医疗技术的发展以及对健康定义的再认知，健康的内涵已从传统的机体康健、没有疾病，扩展到生理、心理健康和社会适应性等多个方面[1-2]。人类的绝大部分时间都生活在建筑及建成环境中，因而健康建筑领域的研究视角从单纯关注生理健康，逐渐转向全面身心健康，情绪则是影响身心健康的重要因素之一，因此空间环境因素对情绪的影响得到了建筑学、医学、心理学、神经科学等领域研究者的普遍关注[3-6]。

虚拟疗愈环境是指以虚拟现实（virtual reality, VR）技术、增强现实（augmented reality,AR）技术等为媒介所呈现的对人身心健康有益的疗愈内容[7-8]，这些内容主要以视觉刺激为主，并伴随适当的听觉、嗅觉及其他感官刺激。已有研究证实了疗愈环境在促进积极情绪、减少消极情绪[9-10]、促进注意力恢复[11-12]、缓解压力[13]、改善认知能力[14]等方面的作用。在此基础上，多个研究团队探究了有关虚拟疗愈环境恢复性效益的研究，如Felnhofer等[15]发现利用虚拟的公园场景可有效诱导出受试者的快乐、悲伤和焦虑等情绪；Pallavicini等[16]发现高沉浸度的数字VR游戏则促进了年轻人幸福感的提升，并有效缓解了他们的精神压力。此外，相比于现实环境，将虚拟环境应用于身心疗愈有3个方面的优势。1）虚拟环境可以部分代偿自然环境的疗愈作用，如因个体运动能力退化、活动空间受限或突发公共卫生事件等原因，部分人群可能无法安全地参与需要接触自然的室外活动以获得必要的自然疗愈效益。已有研究证实了虚拟自然景观在一定程度上可以代偿真实自然环境的疗愈效益[17-18]。2）不同个体对环境刺激的反应有显著差异，虚拟环境可以基于个体的情绪反馈，为不同个体建立独立的交互数据库，实现个体的情绪支持效益最大化[19]。3）有研究表明个体具有较高的环境掌控力时可以减缓其压力的产生，虚拟环境的交互性较强，个体由单向被动信息接收转变为双向主动信息交换，交互行为本身也可以增强个体的环境掌控力，进一步激发个体的积极情绪[20]。

注意力恢复理论（attention restoration theory,ART）、减压理论（stress reduction theory, SRT）和亲生命假说（biophilia hypothesis, BH）作为疗愈环境（包括真实环境与虚拟环境）的重要理论基础，从机制上解释了环境对人认知水平、工作效率和情绪倾向的影响。ART阐述了自然环境对恢复人们认知能力的机制。城市环境和生活中过度的负面感官刺激，如拥挤无序的城市空间、交通噪声、空气污染带来的刺激性气味等，会使人大脑信息过载，从而导致疲劳、分心；而沉浸在自然环境中会激活人的副交感神经系统，有利于身心放松和注意力恢复[21-22]。SRT和BH则侧重于自然环境对人心理和情绪状态的影响，BH认为人类天性中具有被大自然所吸引的倾向[23]，沉浸在其中可以缓解压力，促进积极情绪的增加，并带来愉悦感[24-26]。

在上述理论的基础上，来自多学科领域的研究者及团队开展了有关疗愈环境的实证研究。近年来，随着VR技术的发展，越来越多的团队开始关注VR技术所呈现的虚拟疗愈环境，其研究成果广泛分布于循证医学、认知科学、临床心理学、计算机图形学、康复医学等领域，研究领域较为分散，因此需要进一步对虚拟疗愈环境领域相关研究进行系统梳理和总结。

本研究对虚拟疗愈环境领域相关的文献进行综述，系统梳理了虚拟疗愈环境的应用领域和呈现技术、疗愈效益的评价工具及影响因素，总结分析了研究中所用到的主客观评价指标，为后续相关领域的研究实践提供参考。

1 文献检索及筛选

以Web of Science、ScienceDirect数据库和中国知网作为国外和国内文献数据库基础，以英文文献主题TS=virtual reality AND（healing environment OR nature OR landscape OR psychotherapy OR emotional intervention）和中文文献主题=“虚拟疗愈环境”AND“虚拟自然环境”，对综述和研究性文献开展检索，检索时间跨度为2010—2022年，共检索到26 951篇相关文献，涉及计算机科学、建筑学、心理学、行为学等多个学科。针对上述文献中的研究性文献，使用以下纳入标准，以评估其和本研究主题的相关性：1）研究内容至少包括虚拟环境对人体生理、心理或情绪恢复影响中的一项；2）在实验过程中，研究者对参与者进行了问卷调查及生理指标测量。在得到的1 036篇与虚拟疗愈环境领域直接相关的文献中，通过阅读文献题目及摘要，将其中符合上述2条标准的文献挑出，共228篇（英文文献216篇，中文文献12篇）。对其研究背景、所使用的研究方法、实验范式、疗愈效益测量方法及主要结论进行总结与分析，共归纳出6种主要的虚拟疗愈环境的应用领域、2种虚拟疗愈环境的呈现技术和2种疗愈效益评价工具。

2 虚拟疗愈环境的应用领域和呈现技术

2.1 虚拟疗愈环境的应用领域

在恢复性景观、亲生物性设计、建筑光环境的研究中，VR技术常被用于构建实验环境、模拟和再现真实场景。而在此过程中，虚拟疗愈环境本身作为一种新型的沉浸式环境，其疗愈效益也得到了研究者的关注和实验数据的证实（图1）。虚拟疗愈环境在情绪干预、认知训练、运动康复、精神障碍治疗、睡眠干预、疼痛分散等领域显示出较为显著的效用[8,27-43]（表1）。

表1 虚拟疗愈环境的应用领域分类[8,27-43]Tab. 1 Classification of application fields of virtual healing environments[8,27-43]

1 虚拟疗愈环境的研究方向及疗愈效益框架Research directions and healing benefits framework of virtual healing environments

在恢复性景观的研究中，森林、海洋等自然倾向的景观影像被证实在情绪干预和认知训练方面的效益最高，人工化的自然景观（如城市绿地公园等）则有利于促进人们的社交倾向[44-47]。Yu等[48]考察了沉浸式虚拟城市环境与虚拟自然环境对人们情绪恢复性的影响，结果表明，相比虚拟城市环境，观看虚拟森林环境的受试者受到了更多的积极心理影响，并且他们的困惑、疲劳、愤怒、敌意、紧张和抑郁等负面心理情绪都有了显著的缓解。与此同时，对于缺乏锻炼的老年人群，在虚拟自然环境中的短时间沉浸，能够让其更有动力亲近真实的自然环境，激发他们参加户外活动的欲望[44]。与此同时，虚拟森林、海滩等场景还被证明可以有效帮助人们缓解应激压力[27]、分散疼痛感[49]。在亲生物性设计的研究中，Yin等[32]发现当受试者分别暴露于虚拟和真实亲生物性环境中时，其所表现出的生理反应和认知结果差异不显著，证实了虚拟亲生物性环境与真实亲生物性环境具有相似的疗愈效益。在建筑光环境的研究中，已有研究证实了彩色动态媒体界面能通过色彩和图形的变化进行情绪诱导，其中动态的色彩图案内容与静态内容相比，使人产生情绪效益的作用更明显[50]，此类彩色动态媒体界面应用于手术治疗室、分娩室、养老机构、精神病院等室内空间，在促进使用者的积极情绪、减缓病痛和减轻精神行为症状等方面也显示出较好的效用[27,51-52]。Kuijsters等[53]研究了情绪照明与老年受试者情绪倾向及唤醒度之间的关联，在对受试者施加悲伤的情绪刺激后，积极情绪倾向的氛围照明（红橙色光）比中性环境（白色光环境）能使人更快地从悲伤情绪中恢复过来；而施加焦虑情绪刺激后，放松情绪倾向的氛围照明（蓝紫色光）能使人更快地从焦虑中恢复过来。

2.2 虚拟疗愈环境的呈现技术

虚拟疗愈环境的呈现技术可分为头戴式设备（head-mounted device, HMD）[54]和交互媒体（interactive media）界面2类。交互媒体界面的常见类型除手机、电脑等人机交互界面外，还包含结合建筑室内界面（如墙面、地面等）设置的交互投影、交互屏幕等系统[55]，交互媒体界面系统会依据用户的输入信息（如语音、动作等）计算输出内容[56]。在2类虚拟疗愈环境的呈现技术中，HMD沉浸度较高，疗愈效果也被证实最趋近于真实自然环境，但容易造成晕动症（motion sickness）；此外，HMD的视角震颤、频闪等问题也会导致人视觉不适，反而降低疗愈效果[57]；而且HMD更依赖专业人员的指导和辅助，交互过程的学习成本相对较高。而交互媒体界面较少引发头晕等不良反应，且交互过程多为自然交互（语音、手势、动作、表情等），较少需要指导和协助，更适合作为日常环境的交互模式，用来呈现虚拟疗愈内容。近年来用交互媒体界面方式呈现虚拟疗愈环境的应用场景愈加广泛，包括运动康复室（如在平衡训练中作为激励场景）、医疗检查室（减缓压力和分散疼痛），以及为自闭症儿童和认知症患者提供的多感官室（认知功能训练和减轻精神行为症状），这些虚拟体验被证实可以帮助特定人群减轻焦虑、沮丧等负面情绪，刺激记忆和认知功能等恢复性效果[58-60]。

3 虚拟疗愈环境的疗愈效益评价工具及影响因素

3.1 虚拟疗愈环境的疗愈效益评价工具

虚拟疗愈环境的疗愈效益评价工具包括主观感知量表和生理指标测量2类。主观感知量表是应用最广泛的情绪测量工具，常用的量表包括正负情绪量表（the positive and negative affect scale, PANAS）、情绪状态量表（the profile of mood states, POMS）、厌恶敏感度量表（the disgust sensitivity scale, DSS）、多维态无聊量表（the multidimensional state boredom scale, MSBS）、状态焦虑问卷（the state-anxiety inventory, SAI）等。在恢复性效果评价方面，知觉恢复量表（the perceived restorative scale,PRS）是使用最为广泛的量表之一，也有研究者使用自然联结量表（the connectedness to nature scale, CNS）和自然美感量表（the engagement with beauty scale, EBS）来评价人暴露于自然环境中的恢复性效果[61]。

除主观感知量表外，生理指标也被广泛用来评价疗愈效益。当人遭遇压力或暴露于危险、恐怖的环境中时，人体神经系统中的交感神经会被激活，同时伴随着心跳加快、呼吸频率加快、体温升高、汗液分泌增加、瞳孔放大等应激反应；相反，当人身处放松和愉悦的环境中时，副交感神经则会被激活，从而抑制心脏、大脑、泌尿系统、呼吸系统等各器官组织的兴奋性，使人体得到充分的休息和恢复[62-64]。常用于评价真实和虚拟疗愈环境的疗愈效益的生理指标主要包括：心率（heart rate, HR）、脑电图（electroencephalograph,EEG）、皮肤电活动（electrodermal activity, EDA）、唾液皮质醇（salivary cortisol, SC）、唾液淀粉酶（salivary amylase, SA）、血压（blood pressure, BP）、眼动数据（表2）；针对不同的指标类型，分析方法包括时域分析、频域分析、时频域分析等，其中HR的数据多采用时域分析，EEG数据则更多采用频域分析。

表2 虚拟疗愈环境的疗愈效益评价中常用生理指标Tab. 2 Physiological indicators commonly used in the evaluation of healing benefits of virtual healing environments

3.2 虚拟疗愈环境的疗愈效益影响因素

除虚拟疗愈环境的呈现技术对疗愈效益有影响以外，虚拟疗愈环境提供的感官信息和虚拟疗愈环境的交互方式也是影响疗愈效益的重要因素[27,29,32,48,65-84]（表3）。

表3 不同虚拟疗愈环境的感官信息输出和交互方式汇总[27,29,32,48,65-84]Tab. 3 Summary of sensory information output and interaction modes for different virtual healing environments[27,29,32,48,65-84]

虚拟疗愈环境提供的感官信息通常包括视觉信息、听觉信息、嗅觉信息（一般通过放置有嗅觉刺激的物品或化学气味播放器实现）和触觉信息。虚拟疗愈环境的早期研究以视觉信息为主，随着关注多感官因素的实验研究的增多，有研究发现恢复性效益不仅局限于对视觉信息的反应，其他感官因素对恢复性和情绪效益也有显著影响[66-67]，具体效果取决于感官信息的内容是正向刺激因素还是负向刺激因素。此外，还与多感官信息之间是否协同密切相关。Park等[85]则观察到乡村声景比城市公园或城市环境中的声景具有更高的恢复效益。Hedblom等[81]的研究表明，嗅觉刺激可能比视觉刺激更有效地减少EDA，从而减少交感神经的活动。Serrano等[79]发现，当虚拟环境中存在触觉和嗅觉刺激时，受试者放松程度增加，唤醒度明显下降。Schebella等[82]的研究表明，与仅引入视觉刺激相比，视觉和嗅觉联合刺激更能激发情绪和情感反应，与此同时，多感官的刺激还有助于促进个体回忆并增加受试者在虚拟环境中的临场感[79-81]，其生理表现为前额叶皮层中氧合血红蛋白浓度显著降低。Annerstedt等[27]发现，虚拟环境中只有同时包含自然环境的视觉和声音信息时，才会增加人体副交感神经的活动，使人体得到充分的休息和恢复；单一的视觉刺激反而会抑制副交感神经系统的活动，当受试者在被剥夺听觉体验的同时观看寂静的森林环境，会产生不适和恐惧的情绪。

除感官信息外，由于VR系统的信息交互特征，参与者与虚拟环境的交互方式也会影响虚拟环境的疗愈效益，而交互方式会影响参与者在虚拟环境中的沉浸程度[66]。虚拟环境的沉浸程度可通过参与感（involvement）来描述，参与感是指用户在虚拟现实中与周围环境的沟通方式[85-86]和体验程度[63]，其中沟通方式指参与者对场景中的刺激做出反应，包括肢体动作、眼动及面部肌肉动作、语音交互和情绪反应等。参与感可以从沉浸感（immersion）、临场感（presence）和感知真实感（perceived realism）3个维度来评价。其中沉浸感用于评价交互环境为参与者提供的刺激及体验的连续性[85]；临场感是指个体在虚拟环境中身临其境的主观体验[87]；感知真实感是指参与者对虚拟环境真实与否的主观感受评价[88]。在虚拟环境中增强环境的交互性与人员的参与感，如允许参与者自主选择和控制视角[76]、与环境内容进行动作交互[69,71,74]、自主改变环境参数[79]（如照明的强度、环境的颜色等），那么人对于周围环境的临场感会显著提升，愉悦和放松等积极情绪水平也会显著增加，抑郁、焦虑等负面情绪水平则会明显降低，且积极情绪的提升水平也略高于固定视角的场景[76]。

4 总结与展望

随着新冠肺炎疫情常态化、高压快节奏生活的影响，VR技术和虚拟疗愈环境有望成为人们在工作生活间隙获得身心疗愈的有效工具。探索虚拟疗愈环境对人身心的疗愈作用，已成为循证医学、临床心理学、认知科学等学科的热点，也为健康建筑、康复景观、亲生物性设计等领域的研究者提供了新的视角。本研究对虚拟疗愈环境及其疗愈效益研究进展进行了较为系统的综述，并得出以下4点结论。

1）已有研究证实了虚拟疗愈环境在情绪干预、认知训练、运动康复等领域的疗愈效果，研究中涉及的场景内容包括虚拟自然景观、亲生物性环境和虚拟光环境，以及针对有运动康复需求人群的绿色运动等。

2）基于目前VR技术的发展水平，虚拟疗愈环境的呈现技术可分为HMD和交互媒体界面2类，其中HMD因其较高的沉浸度，更有利于提高恢复性效益，但也增加了产生晕动症等不良反应的风险。

3）主观感知量表结合多种类型的生理指标是实证研究中常用的疗愈效益评价工具，主观感知量表在辅助情绪分类、判断主观偏好等方面具有易用性，但受限于量表对即时应激反应的敏感度和被试个体差异，若想获得更为可靠的实验结论，仍需结合多种类型的生理指标数据（如HRV、SCL、EEG、SC等）。

4）除虚拟疗愈内容本身和虚拟疗愈环境呈现技术的影响以外，虚拟疗愈环境提供的感官信息类别、多感官信息之间的匹配度及虚拟疗愈环境的交互方式也是影响疗愈效益的重要因素，且不同的虚拟显示建模和呈现技术会直接影响人在虚拟场景的沉浸感、临场感与感知真实感。

目前相关领域研究也存在一定的局限性。1）已有研究来源于不同学科，对虚拟疗愈环境的定义、内涵以及具体分类仍需要更为系统的界定；2）实验多采用心理学实验范式，但对实验中使用的压力及情绪诱导方式缺乏验证，主观感知量表和生理指标的选用也存在很大差异，导致实验结论的信度难以验证；3）实验中涉及的被试者常为特殊人群（如脑卒中患者、精神障碍患者等），导致被试规模一般较小，数据质量偏低，实验操作难度较大；4）虚拟疗愈环境的交互方式被证实对疗愈效益有显著影响，但此方向的研究数量较少，并且其对疗愈效益的影响并不呈线性相关。因此今后的研究重点应放在探索最优的交互方式上，以期获得最佳的疗愈效益；同时，因人体的个体差异性较大，虚拟疗愈环境针对不同人群（如老年人、儿童、残疾人等）所产生的特殊疗愈效益也应该成为未来研究的重点方向。

图表来源(Sources of Figure and Tables)：

图1由作者绘制；表1由作者根据参考文献[8][27]～[43]整理绘制；表2由作者绘制；表3由作者根据参考文献[27][29][32][48][65]～[84]整理绘制。