空間存在：虛擬環境中何以產生身臨其境之感？*

王素娟 張雅明

(1河北大學教育學院心理學系; 2河北大學新聞傳播學院,保定 071000)

1 引言

近年來隨著新媒體的迅速發展,心理學研究者們面臨著一個具有挑戰性的問題——媒介使用者是如何理解并體驗媒介所呈現的虛擬世界的？媒介使用者經常報告他們有一種置身于虛擬環境的“身臨其境”感。正是這種身臨其境的感覺,使得媒介使用者相信自己“身”“心”確實處于虛擬環境中,由此空間存在應運而生。國外已經有很多研究致力于空間存在的探索。研究者們對這一現象的產生過程進行了多方面的驗證與探討,其中Glenberg提出的兩步驟理論、Wirth等人提出的空間存在形成過程模型在理論建構方面影響巨大。研究者們也開展了空間存在實證檢驗方面的研究,探討不同媒介因素與個人特質兩方面對空間存在的影響。

新媒體時代很多現實問題都和空間存在有關,比如教育中的慕課、游戲中的成癮、虛擬技術在新聞傳播中的使用、培訓形式的創新、心理治療中的真實性體驗等等。因此,空間存在研究成為媒介心理學研究的一個新方向。而目前國內針對空間存在的研究寥寥無幾,故此,本文將對空間存在的理論模型以及實證研究進行梳理,以期對相關研究的開展提供一個清晰的框架與方向。

2 空間存在的概念

“空間存在”可以簡單的定義為媒介使用者在虛擬空間中對“being there”的主觀感覺,是媒介產品使用者在虛擬媒介空間中對身體位置感知的觀察報告。研究者認為空間存在是一種有意識的體驗或者感覺,Lee,Kim,Rizzo和Park (2004)把空間存在定義為“一種心理狀態,在這種狀態中,虛擬的物體被體驗成在感覺方式上或者非感覺方式上的真實物體”。Wirth等(2007)提出的空間存在動態模型把空間存在視為一個兩維度的結構：使用者的自我定位(self-location)和在媒介環境中的可能行為(possible action)。

不同研究者對“空間存在”稱謂上略有不同,有些學者(Wirth et al.,2007; Rambli & Muhaiyuddin,2014; Hartmann et al.,2016)稱作“空間存在體驗”(spatial presence experiences),有些學者(Schubert,2009)稱做“空間存在感” (spatial presence feelings),而在實證研究中(Wissmath,Weibel,& Mast,2010;Martin & Wiemeyer,2012; Weibel,Schmutz,Pahud,& Wissmath,2015),研究者往往直接使用“空間存在” (spatial presence),本文中統一使用“空間存在” (spatial presence)這一稱謂。

3 空間存在的理論建構研究

Glenberg (1997)曾提出一個關于空間存在的兩步驟理論。一個步驟闡述了一個關于虛擬環境連續空間的心理模型以及虛擬環境中可能發生的行為。另一個步驟則是有關注意的研究,即把注意力集中在虛擬環境與真實環境的兼容性信息上,同時排斥那些環境中的不兼容信息。這兩個認知過程分別命名為空間存在與卷入。

顯然,空間存在的形成是一個動態的過程,受到多方面的影響。Wirth等(2007)在兩步驟理論基礎上提出了空間存在形成的過程模型,成為空間存在理論發展的里程碑。該模型是此后這一領域研究的理論基礎所在,此前的研究也可通過這一理論加以重新審視和整合。文獻查閱發現,目前國內尚無對這一理論的完整系統介紹。該模型圍繞兩個水平展開。首先是空間情境模型(spatial situation model,SSM)的建構,這個過程是在注意分配的研究基礎上建立起來的。SSM是空間存在發生的前提條件。第二個水平是空間存在的形成,通過SSM形成的一個特殊的概念性假設,稱為“媒介作為自我為中心的坐標參照系統假設” (mediumas-PERF-hypothesis,PERF即primary egocentric reference frame),即把體驗到的媒介環境作為以自我為中心的參照系統,感知到了自我定位確實是媒介環境中。在空間存在形成的過程中,各種媒介因素和個體特質會影響模型的兩個水平,可能是促進作用也可能是阻礙作用(見圖1) (Wirth et al.,2007)。下面對模型的建立過程進詳細闡述。

圖1 空間存在兩水平模型示意圖

3.1 空間情景模型(SSM)

3.1.1 空間情境模型的形成

只有當注意力指向并集中在媒介上時,媒介使用者才有可能建構更高水平的媒介體驗,所以注意是空間存在形成的最基礎的感知覺過程。媒介產品能夠吸引到個體可能是因為媒介環境的某些特異性或者非特異性屬性吸引了個體的無意注意; 也可能是媒介產品與個體感興趣的某一領域相關,激發了個體朝向媒介產品的動機。空間存在的發展過程中包含這兩種注意,它們此消彼長。當注意力從現實環境轉向虛擬環境的時候,空間存在就有可能被誘發。

接下來,個體會根據媒介產品提供的空間線索建立空間認知表征。把這些空間線索和認知表征結合起來,形成空間情境模型 SSM。第一個激發SSM建構的因素是空間情境。個體把感知到的空間線索納入自己的認知結構,并且為其在大腦中搜索一個匹配的空間情境。第二個因素是概念管理(概念驅動),通過“瞬時”合理的假設和個體先前的經驗而來。在這些線索加工的同時,個體會持續評價SSM與感知空間環境的一致性,如果二者之間有很大的差異,那么SSM將被重新建構或者替代。

3.1.2 支持SSM形成的因素

支持 SSM 形成的因素包括媒介因素與個體特質因素兩方面。

媒介產品的形式與內容是建構 SSM 的決定性空間線索因素。在空間存在形成的第一級水平上,核心心理建構過程包括：(1)個體是否相信媒介刺激確實描述了一個空間,比如有黑白線分開的電視屏幕,觀眾看到有白色墻體的房子; (2)想象空間的方式,有的是視覺空間想象占主導地位,有的是聽覺空間想象,當二者一致的時候有利于空間存在的產生。例如在看電視節目時,畫面與配音不同步時,觀眾就會覺得不一致不舒服,就會阻礙空間存在的形成; (3)空間線索多大程度上填滿了想象; (4)想象的空間有多符合邏輯與一致性。假如一個人正在看動作片,主人公發現一個遺址,他很好奇主人公到底進入了一個什么樣的建筑里面。他可能根據相關的知識假設：這個建筑可能是一個歷史久遠的寺廟。這會促使他尋找建筑物上有關宗教功能的線索,比如符號和雕像。如果接下來的電視信息支持了他的想象,SSM就可能建立起來。如果接下來的媒介信息和預期是不一致的,他就會形成一個新的想象空間,指向建筑物本質的概念性過程就會再次開啟。一般認為,空間線索是 SSM 的核心建構模塊。SSM會因為(1)準確性與內部邏輯的一致性與(2)它所覆蓋的空間元素的豐富性與數量這兩個方面而不同。豐富性與一致性是SSM力量的主要支柱。但是,有的時候提供不利空間線索的媒介產品也可能引起一個強有力的 SSM,這是因為使用者的內部加工過程影響了SSM的建構與質量。

個體加工能力會部分地決定個體能否建立一個由媒介產品描繪的穩定而生動的空間序列心理表征。其中最重要的個體特質是空間視覺想象能力,它增加了空間結構的認知程度,使得個體更容易理解虛擬環境的空間。

3.2 從SSM到PERF

媒介使用者一旦建立了穩定的 SSM,就要確定他們把自己主觀定位在哪個環境中：是在媒介化的虛擬環境中,還是一直停留在真實空間中。這取決于個體如何定義他的基本自我中心參考框架(primary egocentric reference frame,PERF)。

為了確定在空間環境中的自我定位,個體必須持續地操控空間環境并檢查這些外部的媒介表征與自我定位相關的內部情景之間的矛盾。只有這樣才能在自我中心的參照框架(egocentric reference frame,ERF)中持續地建構空間世界。ERF指的是在當下的環境中以第一人稱的視角為開端建立的空間心理模型。個體通過不同的感覺通道不斷更新空間心理模型來維持 ERF。盡管個體只是感覺到了環境的一部分,但是存在感的更新會產生一個連續的環境知覺。人們對所有物體的空間感知都是根據ERF進行定位的。因此,ERF告訴個體,在一個空間環境中他到底在哪里。

同樣,媒介化的環境也能夠提供一個 ERF,這個媒介 ERF是 SSM在建構過程中逐漸“累積”起來的。媒介的ERF和真實環境中的ERF是不一樣的。ERF來自不同的感知覺,不同的心理模型會產生不同的 ERF。個體為了維持他們在媒介環境中的行動力,排除表面過多的干擾,很可能試著找到一種平衡的、和諧的ERF。這個和諧的ERF被叫做基本自我中心的參照框架(PERF),個體將會在這個框架內進行感知覺與行為的調整。當一個人把一種虛擬環境作為 PERF時,空間存在就會發生,因為此時個體能夠知覺到自我定位(self-location)在虛擬空間內,知覺到在媒介環境中的可能行為(possible action)。

個體可以建構多個 ERF,但是這里面只有一個是由虛擬環境引起的,其它的是真實環境引發的。使用者只有把媒介化的ERF作為PERF的時候,空間存在才會出現。否則,他們仍會覺得還是在真實環境中。一般情況下,人們會有多種假設,他們必須決定在認知過程中要依賴哪種假設。而最終被選擇的假設取決于它在這些競爭性假設中的強度。

3.3 媒介作為 PERF假設(Medium-as-PERFHypothesis)的驗證以及空間存在的出現

當存在兩種競爭性的知覺假設時,就會出現PERF的不確定性情境：一種假設暗示真實世界是PERF,另一種暗示虛擬環境是PERF。當SSM根據媒介產品的細化空間線索建立起來,與SSM相一致的 ERF就會挑戰個體來自真實世界的 ERF,媒介作為PERF假設得到驗證。當媒介作為PERF假設被加工過的信息反復證明并隨著時間穩固的時候,空間存在就會出現; 另一方面,如果媒介作為 PERF假設被矛盾的信息證明是弱的,媒介作為 PERF假設就會消失,空間存在就不會出現,其它的備用假設就會被選擇并進行檢驗。此外,當我們的視覺通道感知到的媒介環境與內部前庭器官感知到的位置信息相一致時,就更有可能接受 ERF,二者交互作用可以為媒介作為 PERF假設提供一個強有力的支持。

3.4 對空間存在的出現有積極貢獻的個體因素

高動機狀態會部分的增強媒介PERF假設,使其接受程度提高。因此,如果使用者是在高動機狀態下參與低沉浸感媒介產品,空間存在也有可能出現。影響這一過程的個體變量有：卷入(involvement)與懷疑暫停(suspension of disbelief)和全神貫注(absorption)。

卷入意味著對媒介化世界積極與深入地加工,比如對媒介內容的思考、解釋、精細化、評估與相關性分析。空間存在強調的是“在(being)”媒介世界中的體驗。所以,其出現是因為強有力的媒介 PERF假設或者動機,而不是因為使用者費力的壓制現實因素,使其不能成為PERF。

懷疑暫停以直接的方式支持空間存在。懷疑暫停被定義為：媒介環境的某種技術或者內容使個體停止或者抑制了對媒介刺激與內部認知中相矛盾的干擾因素的懷疑。例如,看科幻片的人會忽視影片呈現的重力錯誤,體驗一種在太空飛船里的感覺。全神貫注作為影響媒介 PERF假設的最重要的個體特質,指的是個體在用復雜的方式達到目標的過程中所處的動機狀態和具備的技能。高全神貫注的個體傾向于高度卷入某種事物并且能夠毫不費力地對其“癡迷”。因此,全神貫注與注意力分配、空間結構的識別、卷入、懷疑暫停是呈正相關的,是影響空間存在最重要的個人特質。

當個體暴露在媒介環境中時,媒介因素與使用者的個體因素都會影響媒介 PERF假設的檢驗結果,兩者可能相互彌補了對方的缺陷與建模過程中的障礙：媒介產品的空間線索不足可能會被使用者的卷入與懷疑暫停中和掉; 使用者體驗空間存在的動機缺乏可能會被普遍的、可信的媒介特點彌補。

4 空間存在的實證檢驗研究

4.1 空間存在的實驗研究范式

近 10年來有關空間存在的研究大多數是以Wirth等(2007)的空間存在兩水平模型為依據展開的,內容包括：檢驗空間存在形成過程中的影響因素; 測量工具的編制; 如何提高空間存在以及在實踐中的應用。目前關于空間存在的實證研究主要是實驗室中的準實驗研究,被試年齡在18～40歲之間,以不同形式與內容的媒介產品為材料。多數研究中空間存在作為因變量,探究空間存在的產生受到哪些因素影響; 部分研究中,空間存在作為自變量,探討空間存在在學習、娛樂、任務完成中的作用。

空間存在的實驗研究基本程序通常為,首先用問卷測定被試的個性心理特質,如人口學變量、動機、特定領域的興趣、認知卷入傾向等,并設計預實驗讓被試熟悉正式實驗的流程; 然后進行正式實驗,被試的個人特質作為被試間變量;媒介本身的特質作為被試內變量。被試進入虛擬環境,完成不同實驗任務; 最后檢驗假設,驗證前兩部分的結果或者產生的影響,使用相關空間存在量表/問卷對被試在不同媒介中空間存在進行測量; 有的研究中最后進行深度訪談,了解被試在整個試驗中的感受。

4.2 空間存在的測量

4.2.1 語義量表

現有研究大多把空間存在操作定義為包括虛擬環境自我定位(self-location)與可能行為(possible action )的兩維度結構。

目前研究中常用的測量工具是語義量表。基于Wirth等人(2007)提出的概念,Wirth (2016)編制了8個題目自我報告式量表The Spatial PresenceExperience Scale (SPES),其中在自我定位轉化與感知行為可能性維度上分別有 4個題目,測量使用者在不同媒介環境中(文本、電影、超文本、虛擬環境)中的空間存在。SPES的信度(兩維度信度為0.81、0.92)和效度良好。語義量表還有Vorderer等人(2004)編制的MEC-SPQ空間存在問卷,共16道題目,采用李克特 5點計分,用來檢驗在不同的媒介刺激中,如電影、閱讀、電腦游戲,VR設備中的空間存在,量表有較高的信效度。此外,The Independent Television Commission-Sense of Presence Inventory (ITC-SOPI)用于評估不同類型媒介的空間存在; 其中存在感問卷(Presence Questionnaire,PQ)用來測量在沉浸式虛擬環境中的空間存在。

語義量表測量空間存在并非完美,有學者對此提出質疑。Wissmath等人(2010)指出：語義量表基于口頭判斷,一些問題的描述措辭復雜,模棱兩可,表述模糊; 還帶有一些生僻詞語、專業術語,雙重否定或者不合適的語言結構等等,導致學齡前兒童與文化水平較低的人看不懂,容易產生偏見。

4.2.2 圖示量表

針對語義量表的缺點,Weibel等人(2015)編制了圖示量表Pictorial Presence self-assessmentmanikins (SAM)。評估發現SAM存在感維度和決定性因素與MEC-SPQ很接近,效度很高; 與語義區分量表相比,被試對圖示量表圖畫一目了然,需要更少的心理負荷,反應時間更短,評估存在感更直接,SAM 題目清晰易于理解,沒有文化差異困擾。當暴露在媒介環境中時,圖示量表能更有效測量空間存在。

4.3 空間存在的影響因素研究

4.3.1 媒介產品本身的特征

影響空間存在產生的媒介產品特征包括：吸引個體注意力的媒介屬性; 激發SSM建構的空間線索因素; 媒介產品的形式與內容。已有研究大多數是圍繞媒介產品的形式與內容進行的。

媒介產品的形式包括“Where”與“What”兩部分。Where是指媒介產品的客觀技術(technological)方面的特征,針對的是使用者具體的知覺或生理感受。Where包括立體合成虛擬環境的種類,與身體的交互作用、視野、在設備中的運動,虛擬環境中是否可以隱蔽等。What包括虛擬環境的真實性程度、材質貼圖分辨率、仿真/運動的真實性等(Lee et al.,2004)。產生虛擬情境的媒介分為三種：傳統媒介呈現的沒有交互作用的紙版文本;新媒體中沒有交互作用的超文本(含有指向其它文本文件鏈接的文本)與電視、電影; 由高度沉浸式科技呈現的有交互作用的虛擬環境(virtual environment,VR)。有交互作用的虛擬環境包括有人機界面即操作臺的平面虛擬環境與置身其中的3D虛擬環境。高度沉浸式合成虛擬環境包括幾何式虛擬現實(Geometry-based Virtual Reality,GBVR)與影像式虛擬現實(Image-based Virtual Reality,IBVR)。幾何式虛擬現實(GBVR)主要針對虛擬物體進行建模,構建了真實的3D模型; 而影像式虛擬現實(IBVR)主要是針對真實場景進行的建模,只是使用了真實場景的照片進行貼圖。IBVR雖然實時性和逼真性都很好,但由于其建立的場景實際上并不是真三維實體,因此,只能實時瀏覽,進行縮放、平移和熱點跳躍的導航,而不能實時交互操縱; 同時,目前還沒有高效實用的全景漫游算法實現虛擬場景自由漫游; GBVR雖然具備操作對象、操作環境、導航環境,以及逼真的全景虛擬環境,支持實時操縱,但數據量大,在動態建模、碰撞檢測等方面還存在技術難點。所以未來這一系列研究將包括IBVR應用程序中新的虛擬環境位置/元素的的開發,汲取IBVR與GBVR的優點于一體,在技術上為人機交互提供更多的便利。

Martin和Wiemeyer (2012)發現,操作平臺游戲界面比電腦桌面游戲界面更能促進空間體驗中的自我定位的出現。Weigel和 Wiemeyer (2012)對足球比賽電視呈現的研究指出,立體 3D呈現,運動員角度(第一人稱的視角)的拍攝都能使觀眾體驗到更深刻的空間存在。讓被試在虛擬的迷宮中發現他們自己的代表人物之后記住自己的位置,其中一組在虛擬劇院進行操作任務,另一組則在筆記本電腦 laptop進行任務,有無游戲經驗與內外向控制點作為影響空間存在與心流(flow)的變量進行分析(Schuster,Hoffmann,Bach,Richert,&Jeschke,2014)。研究顯示,虛擬影院被試報告了更多的全神貫注,導致更多的心流。這是因在虛擬劇院允許自然走動能夠支持被試產生潛入(dive)虛擬環境的感覺。用虛擬劇院的學生報告了更高的虛擬環境自我定位,虛擬劇院確實導致了更多的空間存在與心流,但是對任務完成有負向的作用,這和一般性假設沉浸感導致更好的學習效果是相矛盾的。以往研究發現,低水平的、感知覺的空間線索也能夠產生空間存在,但是需要充分的時間進入。

媒介內容指的是媒介產品的非技術(nontechnological)方面,包括故事、情節、焦點、抽象互動、角色扮演、情感、社會互動等(Lee et al.,2004),Rambl和Muhaiyuddin (2014)研究證實,從頭至尾清晰又易于理解的故事情節可以激發空間存在; 故事情節的可接受性,完整的好的開頭與結尾對空間存在的產生都有促進作用。虛擬環境中平靜的聲音、平靜的內容、平靜的顏色、平靜的故事情節與感受到平靜都會促進空間存在的產生(Rambli & Muhaiyuddin,2014)。

4.3.2 個體的心理特質

Lee等(2004)研究表明,注意與關注、認同/共鳴、社交互動、情緒、先驗知識等都會對空間存在產生影響。對空間存在影響最大的心理特征是動機性因素,比如興趣,全神貫注、投入。Weibel和Wissmath (2011)的研究表明,沉浸趨勢與動機都會正向影響存在感與心流,這可以解釋電子游戲為何如此受歡迎。積極參與到虛擬環境中會體驗更高水平的空間存在。Havranek,Langer,Cheetham和J?ncke (2012)發現想象力與媒介環境存在交互作用,在不同媒介中對空間存在產生的影響是不同的,擁有高想象力的被試在文本材料中會體驗到更多的空間存在。

先前的知識經驗對空間存在的產生也有一定影響。Wu和Skalski (2011)研究發現,先前的真實經驗和虛擬經驗以及游戲技能和態度對 SSM 的建立均具有促進作用。Weigelt與Wiemeyer (2012)研究結果表明,在積極參與的條件下,第一人稱比第三人稱能體驗到更強烈的空間存在。

4.4 空間存在在實踐應用方面的研究

研究者已經把空間存和學習、治療、侵犯、廣告效果等諸多心理與社會行為相關聯。根據遷移理論,“身處”虛擬媒介環境中的“真實”感受與在其中做出的“可能性行為”,能夠遷移到真實環境中。空間存在實踐中的應用研究主要在以下四方面：

一是學習。研究者發現,利用空間存在能夠更好的進行學習、訓練和提升認知技能。

二是娛樂。Telotte (2011)探討了空間存在在迪斯尼的奧斯瓦爾德喜劇中應用,發現設計高沉浸感的動畫場景,能夠提高觀眾的空間存在,提高節目的收視率。電子游戲之所以吸引玩家,是因為在游戲的過程中,玩家感覺到真實的存在,做自己在現實中不可能做的事情,使自己享受其中。

三是培訓。可通過測量空間存在來評估虛擬訓練系統的有效性。對那些重型機器和昂貴設備的操作直接用真實的機器培訓不現實,利用虛擬訓練環境中的存在感就很有必要(Tichon,2007a;Tichon,2007b)。

四是治療。Robillard,Bouchard,Fournier和Renaud (2003)研究了在沉浸式電腦游戲中的焦慮與存在感的關系。虛擬現實可以給恐懼癥患者提供恐懼刺激,通過在虛擬環境中進行脫敏,在現實中的恐懼癥狀隨之減輕,恐懼水平明顯降低。有研究表明,接受沉浸式電子游戲會提高我們接受真實生活中冷漠情緒的程度,即對負性情緒的忍耐程度會提高(Weger & Loughnan,2014)。

5 展望

未來的研究還需要在以下四個方面對空間存在做進一步的探討。

5.1 理論模型的發展與檢驗

Wirth等(2007)提出,未來關于空間存在的研究應該努力檢驗過程模型的一系列假設,并把它應用在媒介心理學與傳播學研究中的基礎性與應用性問題上。10年過去了,模型涉及的一些假設得到證實,但尚缺乏綜合性的研究項目來檢驗空間存在理論模型成分之間的關系,未來通過對空間存在形成進行系統研究,可為進一步發展修改空間存在相關理論提供依據。

5.2 研究效度的提升

目前,空間存在的測量工具并不統一,且各個量表的測量維度也有差異,測量工具的信效度以及敏感度尚待提高,其它測量方法也有待發展。研究樣本人數普遍偏少(一般在8到40人),有些無關變量,如影響空間存在產生的先前經驗,沒能很好地控制。使用圖示量表測量空間存在雙重任務時,不能保證被試的一致性(Weibel et al.,2015)。所有這些研究中的效度問題都需要后續研究者進一步完善。

5.3 神經生理機制方面研究

目前只有極少文章涉及到空間存在產生的生理機制。Lee等人(2004)假設空間存在是一種知覺過程,視覺系統中有Where與What兩條感覺輸入的加工路徑：視網膜水平上內容必須與形式形成協同效應才會對空間存在的產生影響。Havranek等人(2012)研究游戲中不同操作人稱與參與度在腦區活動上的差異發現,操作人稱與積極參與程度通過直接或者間接的調節額頂葉神經網絡的自我中心視覺過程的建立來影響空間存在的形成。從SSM到PERF之間的認知過程的神經生理機制是什么？從無意識的空間知覺加工過程到有意識的體驗,中間又是什么生理機制？特別是空間存在兩水平之間的神經機制需繼續進行深入的研究。

5.4 與現實問題相結合的應用研究

新媒體時代很多現實問題都和空間存在有關,研究者可以把空間存在應用到任何虛擬的環境中,比如理解個體如何加工和體驗電視節目,出版物,音頻廣播,電腦媒介,游戲等諸多方面。應用性研究是檢驗現有理論的有效途徑。空間存在的研究也可為現實問題的解決提供新的方向,比如可否通過降低空間存在來幫助網癮者與吸毒者從上癮的狀態中“跳戲”不再上癮？又如,通過閱讀網絡小說而戒斷毒癮的媒體個案報道,或許能引發研究者對空間存在問題研究的新思考。