虛擬現實環境中存在感的產生及影響因素

朱藝璇 李林 宋靜靜 周春燕 侯金波

摘 要 虛擬現實環境中的存在感指個人感覺與虛擬刺激環境有關或參與的程度，它是虛擬現實技術有效性的關鍵影響因素，包括空間存在感、參與和真實性三個維度。具身存在和情感歸因兩類理論，以認知、情感為不同側重點，解釋了存在感的產生機制。存在感通過自陳問卷并輔以電生理指標進行評估;受使用者個體特征、情緒狀態以及虛擬現實系統特征等因素影響;它是決定虛擬現實技術應用的重要因素。未來研究需完善存在感的客觀評價指標，明確情緒與存在感的關系及其作用機制，對比其在普通被試與認知功能障礙的臨床被試中的差異。

關鍵詞 虛擬現實; 存在感; 具身存在理論; 情緒; 沉浸感

分類號 B840

DOI： 10.16842/j.cnki.issn2095-5588.2021.09.006

近年來，虛擬現實（VR）技術在心理學領域應用日益廣泛。該技術生成一種與現實世界高度相似的數字化環境，讓研究者能夠在高保真、可重復的條件下，更加詳細地了解人類行為，或進行心理行為訓練和治療（Pan & Hamilton， 2018）。VR的最終目標是對真實環境的準確可信的模擬，因此無論是作為實驗的輔助工具，還是臨床的治療方式，保證使用者有身臨其境的感覺（即存在感）是VR技術得到有效利用的先決條件（張為忠，連榕，許艷鳳，2018; Weech， Kenny， & Barnett-Cowan， 2019）。早期有關VR環境中存在感的研究主要聚焦于存在感的本質及產生機制，并從不同角度提出相應理論模型（Witmer & Singer， 1998; Zahorik & Jenison， 1998）。隨著VR技術的不斷發展，研究者將注意力轉向對影響VR環境中存在感的具體因素的探討（Cummings & Bailenson， 2015; Rambli & Muhaiyuddin， 2014; Shin， 2018）。有研究對多種媒介環境中空間存在的產生機制進行過梳理（王素娟， 張雅明， 2018），但VR場景中的存在感較之空間存在有更豐富的概念維度。本文將聚焦VR環境，就存在感的產生、測量以及影響因素等研究進行綜述，并基于此提出未來可能的研究方向。

1 虛擬現實中存在感的概念與結構

虛擬現實相關研究中，早期研究者沿用傳播學中“遠程臨場感”（telepresence）的概念來描述存在感，指身處物理上遙遠的地點或在某一虛擬的地點感受到的存在，它經由“虛擬場感”（virtual presence）演化而來。其后，Ijsselsteijn等（2000）從心理學視角進行分析，認為遠程臨場感和存在感兩個術語本質上是同義的，并將存在感分為空間存在感和社會存在感。前者指個體在虛擬環境中感受到身體存在的心理狀態，忽略該狀態涉及的沉浸式技術，接受虛擬環境的“真實性”。后者指人與人之間通過溝通媒介互動與聯系的程度，如社交網絡中人們常用的“刷存在感”。本文涉及的存在感專指前者，與虛擬環境相關的空間存在感。

存在感作為一種主觀的心理感受，是促進個體在虛擬環境中做出現實反應的關鍵要素，隨著虛擬現實技術日趨成熟，其作用也愈發凸顯（Slater， 2009）。因此，學者們開始專門針對虛擬現實環境中的存在感進行概念界定，不同學者給出的定義中以Slater和Wilbur （1997）的概念界定影響最為深遠，本文也沿用該概念界定。Slater （1997）認為其本質上是使用者心理的一種功能，是意識到自身存在于另一個空間內，即存在感是指個人感覺到與虛擬刺激或環境的相關或參與的程度。他們還區分了一個與存在感相似的概念——“沉浸感”（immersion）。沉浸感是對系統技術的客觀度量，用以衡量VR系統在排除物理現實的同時，呈現出生動的虛擬環境的程度（M. Kim， Jeon， & J. Kim， 2017; Slater & Wilbur， 1997）。總之，存在感是在虛擬環境中的主觀感覺，沉浸感則是對系統技術方面的客觀描述，是影響存在感的因素之一。

關于存在感的結構，Schubert等（2001）認為它包括空間認知（沉浸）和注意力（參與）兩個方面，并提出產生存在感應該反映如下兩個過程：意識到可能的行動模式個體在所處環境中能夠采取的各種行動）和意識到建構心理模型所需的注意力分配。通過因素分析的方法，他們明確了空間認知與注意力方面的區別，并確定了虛擬環境中存在感的三個維度：（1）空間存在感，即人在物理上處于虛擬空間中的感覺;（2）參與，是人們將注意力集中在虛擬刺激上而忽略競爭性不一致信息的程度;（3）真實性，即虛擬刺激與真實刺激的期望相吻合的程度。Schubert等對于存在感結構維度的描述在后續研究中得到廣泛應用。

2 存在感產生的原因：從認知到情緒

虛擬現實中的存在感是如何產生的呢？雖然目前尚無成熟理論對其進行解答，但研究者們對此給出了各自的解釋。

2.1 存在感的認知理論

早期研究者從不同的認知角度對存在感的產生及性質提出各自的觀點。Witmer和Singer （1998）認為存在感在一定程度上取決于注意力資源的分配，參與和沉浸是感受到存在的必需因素。Zahorik和Jenison （1998）從生態角度出發，認為用戶通過使用VR設備的方式來感知VR環境，在環境中成功地行動會使其產生存在感。Schubert等（2001）則以具身認知理論為基礎，強調身體在認知過程中的作用，并整合前人觀點，提出了具身存在理論。該理論認為，虛擬世界的最終意義由個體在其中可能的行動所構成，個體通過在心理上結合可能行動來感知、理解虛擬環境，這種“可能的行動”則源于環境線索啟示和相關記憶。VR使用過程中，個體需要構建關于虛擬空間的心理模型，并認為自己的身體被包含在此空間中，身體的可能動作是這個心理模型的核心。個體與虛擬環境的核心交互是身體（或身體部位）在其中的導航（準確定位、規劃和遵循路線的過程或活動），此外的交互還包括對虛擬體（虛擬世界中計算機生成的有自己意圖與行為模式的客體）和虛擬化身的操縱。具身存在理論的核心在于：存在感源于使用者將身體（或身體部位）的導航表征為為虛擬世界中可能的行動。存在感是對媒介環境感知的結果，因此在虛擬現實體驗過程中，個體來自環境和來自機體的各項感知覺信息的匹配就顯得至關重要，如個體在虛擬環境中看見與自身行走相關的動作表現（視覺），而此時身體的真實動作與之對應（動覺），那么其體驗到的存在感就會更強。在構建心理模型的同時，個體還會抑制虛擬環境中與真實情景不一致的沖突信息，如來自現實環境的噪音、個體視野的限制等。Slater （2018）則認為，存在感是一種“在那里”的錯覺（盡管你確定并非如此）。這是一種感知而非認知錯覺，例如，感知系統識別出顯著的威脅（懸崖），大腦-身體系統自動、快速地做出反應（恐懼、回避等），而認知系統則相對緩慢地對信息進行加工并得出結論——“這不是真的”，但此時大腦與身體對于刺激的反應已經發生。對虛擬現實設備中呈現內容的自發且迅速的反應和對沖突信息的主動抑制，也解釋了為什么在虛擬環境中個體盡管感知到一些與真實世界相沖突的特征，但仍可以體驗到存在感。

2.2 存在感的情感理論

近些年，研究者們開始關注存在感產生過程中情緒的作用和聯系。Seth等（2012）的理論不限于VR環境，他們認為存在感是一種日常現象，是“正常意識體驗的基本屬性”，并提出存在感的互感預測編碼模型。該模型認為，存在感的產生有賴于個體對自身情緒狀態的持續預測。例如，當遇到與恐懼相關的刺激時，個體的預測結果將是恐懼情緒以及在恐懼期會經歷的身心慣有變化;隨后，個體將實際感覺到的身心狀態與預測狀態進行比較，但實際上也總會有一定程度的不匹配。存在感的產生就源于個體成功地對這種不匹配進行了抑制。在此基礎上，Diemer等（2015）提出了存在感的內在歸因模型，該模型同樣考慮了情緒對存在感的影響，但側重于個體判斷如何產生存在感的歸因過程。在該模型中，VR系統特征影響個體的沉浸感，VR呈現的內容則喚醒個體的情緒，沉浸感和情緒喚醒交互影響使用者的存在感;使用者基于沉浸感和喚醒程度兩個方面對自己體驗到的存在感進行評價。內在歸因模型模型在存在感產生的認知加工過程基礎上，考慮情緒在其中的作用和影響方式，為研究VR中的存在感、情緒體驗及其關系提供了新的框架，但Diemer等（2015）也指出，未來還需對個體判斷存在感產生的情感歸因和認知歸因過程作進一步區分。

上述理論從不同角度對存在感的產生作出解釋，理論關注點經歷了從部分認知特征到整體認知過程，從“冷”認知方式到結合“熱”的情緒因素的發展變化。這些理論各有側重，整體上并未有顯著的沖突或矛盾，而是在前人基礎上不斷發展和完善的關系。然而，無論是具身存在理論，還是存在感的情感歸因理論模型，目前都鮮有實證研究證據支持。未來還需要結合更多的客觀測量方式，從感知覺到認知加工的不同階段和過程對存在感的發生機制進行檢驗和探討，更好地認識和理解存在感的實質。

3 虛擬現實環境中存在感的測量

為了對存在感進行有效度量，研究者們主要進行了兩方面的工作：一是編制主觀的自陳問卷，其中最常用的自陳問卷是基于前述具身存在理論開發;二是發展客觀的生理、行為指標，存在感的生理指標的建立主要是以存在感與情緒的積極聯系為基礎。

3.1 存在感的主觀測量

Schubert等（2001）從具身認知視角開發了14個條目的IPQ問卷（Igroup Presence Questionnaire）。其中1個項目整體評估存在感，另外13個項目考察存在感的三個維度：空間存在，參與程度，虛擬場景的現實程度。王希等（2019）在中國文化環境中對其進行了修訂和檢驗，結果表明IPQ量表中文版符合心理測量學要求，可作為中國成人存在感的測量工具。Witmer和Singer （1998）的存在感問卷（Presence Questionnaire， PQ）主要考察與存在感有關的4個因素：參與、沉浸、感知逼真度和界面質量，共33個項目。上述問卷信效度良好，是目前評估VR中存在感的常用量表。Makransky等（2017）基于Lee對于廣泛意義上的存在感的理解（存在感是由物理、社會和自我存在組成的多維結構），進行虛擬現實環境中學習場景的標準化測量問卷（MPS）的開發，并使用驗證性因素分析和項目反應理論進行驗證，結果支持了MPS在一個新的背景下的有效性和通用性，問卷項目數量為15個（3個維度，各5個項目）。盡管問卷測量法是當前研究存在感的主要方法，但有無法定量的區分虛擬體驗與真實體驗，測量的是體驗過后關于存在感的記憶而不是存在感本身等問題，因此，有研究者開始探尋測量存在感的客觀方法和指標。

3.2 存在感的客觀評價指標

存在感的客觀評價分為生理指標測量和行為測量兩類，用以衡量個體在虛擬環境中的心理行為反應與現實世界的相似性，作為判斷個體存在感的輔助觀測指標。

心率與皮膚電反應數據是評價VR中不同情緒狀態下存在感高低最常見的電生理指標，然而，有關其適用性的研究結果并不一致，Gorini等（2011）和Phillips等（2012）研究均未發現心率、皮膚電反應與存在感的相關性，Felnhofer（2014）的研究也得出類似的結果，他們認為心率僅是個體對具有情感意義線索的反應的有效指標。與之不同的是，Terkildsen和Makransky（2019）以皮膚電反應（GSR）和事件相關電位（ERPs）作為潛在客觀指標，以研究它們與被試報告存在感的相關性，結果顯示GSR的峰值和最小值，ERP成分中的N1和MMN與存在感顯著相關。有研究者指出，使用者不同反應和情緒改變可能受到存在感的影響，但心率并不是對存在感的直接衡量（Cumming & Bailenson， 2015）。另外有研究者還通過功能性核磁共振（fMRI）（Clemente et al.， 2013）和腦電（EEG） （Clemente et al.， 2014）等方式研究存在感與神經活動的潛在相關性，結果發現在VR體驗過程中，被試報告具有高度存在感時，楔葉、島葉和頂葉區域的差異性激活，說明功能性核磁共振和腦電可能是評估存在感的有效方法。由于設備成本或技術要求較高等原因，目前它們并未被廣泛使用，但功能性核磁共振和腦電方法可以較好的區分情緒和存在感在神經活動中的不同反應，未來可考察其測量存在感的有效性，構建針對性的指標。

行為測量法的依據是個體在虛擬環境中感知的存在感越高，其對刺激的反應就越接近其在相同的真實環境中所表現出的行為，例如對壓力等刺激的姿勢反應， 伸手去拿虛擬物體等（Freeman， 2000）。目前，采用行為反應來評估VR中的存在感的研究較少，原因一方面可能是在VR體驗中被試的行為反應既可能來自環境內容，也可能來自VR系統本身（如感到眩暈等）;另一方面是在評估被試的行為時，評分者有可能意識到實驗條件，并有意或無意地偏向其想要的結果（Insko， 2003）。

4 虛擬現實中存在感的影響因素

從前述存在感的產生理論過程可知，存在感的產生具有主動性和創造性，而不僅是對大量感官信息的被動處理，這表明存在感會受到個體因素的影響（Alsina-Jurnet & Gutiérrez-Maldonado， 2010），且存在感是基于虛擬現實系統實現，VR系統本身的特征可能也是重要影響因素。

4.1 個體特征因素對存在感的影響

從人格特質的角度來看，不同個體對VR中存在感的影響有所不同。沉浸傾向指使用者對一連串刺激流的良好反應與卷入程度，是人格特質的一種，大部分研究結果表明沉浸傾向與存在感之間的正相關（Ling， Nefs， Brinkman， Qu， & Heynderickx， 2013;Servotte et al.， 2020; Wallach， Safir， & Samana， 2010）。共情能力與存在感之間也存在正相關關系，在有虛擬化身的虛擬環境中，溫暖、同情和關心他人的感覺會影響使用者的存在感（Ling et al.， 2013;Shin， 2018）。Shin等（2018）認為共情和心流 （flow）都是影響存在感的因素，但心流的作用效果要弱于共情。羞怯水平也會影響被試體驗到存在的程度，高羞怯個體有更高的自我意識，更傾向于參照自身的因素，在虛擬環境中，較少參照情境線索，沉浸程度相對更低（卞玉龍，韓磊，周超，陳英敏，高峰強，2015）。此外，認知風格和控制點對存在感也有一定影響。VR環境中，與場依存個體相比，場獨立個體報告其在體驗過程中存在感更強（Hecht & Reiner， 2007）。Murray等（2007）和Wallach等（2010）的研究結果發現控制點與存在感之間顯著相關，而Ling等（2013）在虛擬演講環境中并未得出這一結果，對此，他們認為是因為在其單純的演講實驗環境中，需要被試對虛擬環境進行的控制較少。Weech等（2019）指出，個體特征因素造成的存在感差異原因尚不清楚，實驗結果可能是源于個體在反應水平上的差異，而非不同人格類型之間的存在感體驗差異。

認知能力的缺乏可能會使虛擬世界相關的心理表征產生問題，因此也有研究者考察了認知能力的作用。Alsina-Jurnet等（2011）研究考試焦慮環境中空間智能對存在感的影響發現，空間智能會影響高考試焦慮學生的存在感，對低考試焦慮的學生的影響并不顯著。雖然Ling等（2013）的研究沒有發現存在感和空間智能間的顯著關系，但他們認為是由于實驗所呈現的虛擬環境不同所致，在復雜的三維空間中進行搜索和在導航至關重要的實驗環境中，空間智能有可能發揮更重要的作用來激發存在感。此外，研究使用者心理意象能力與存在感高低的相關性的實驗結果表明被試形成心理圖像的生動性越高，報告的存在感就越強，但控制心理意象的能力與存在感的相關性較弱（Iachini et al.， 2018）。

總結相關研究發現，大五人格特征（Sacau， Laarni & Hartmann， 2008）、計算機使用經驗（Alsina-Jurnet & Gutierrez-Maldonado， 2010）等個體因素對存在感的影較小，對于VR中存在感的人口統計學差異，相關實證研究較少，目前也未形成一致結論（Iachini et al.， 2018; Ling et al.， 2013; Narciso， Bessa， Melo， Coelho， Vasconcelos-Raposo， 2017）。有研究者指出可能只有在情緒被喚醒的狀態下，被試個體特征對存在感的影響才會顯著（Alsina-Jurnet & Gutierrez-Maldonado， 2010）。Gromer等（2019）則認為，在研究恐懼感與存在感的實驗中，個體特征影響了存在感與恐懼感的因果關系。在對存在感的影響上，個體特征可能和情緒因素存在交互作用，其中的具體作用方式仍待探索。

4.2 情緒因素對存在感的影響

VR技術通過模擬現實生活中有危險或難以控制的特殊環境，能夠在實驗室中喚醒被試在現實生活情境中出現的不同情緒。不同情緒的喚醒個體是否會報告不同的存在感呢？

當前研究較多的是焦慮與存在感的關系。研究者普遍認為二者之間具有某種聯系，但尚不清楚這種聯系是兩者間的線性關系，還是存在感只是焦慮出現的先決條件。早期一項研究中發現，情緒虛擬現實公園場景（焦慮和放松）和中性公園場景（無情緒喚醒）中被試的存在感存在差異，情緒場景中的被試報告了更高的存在感（Riva et al.， 2007）。IJsselsteijn等（2000）則認為情緒與存在感的正相關可能僅僅是由于使用者把情緒和存在感混為一談（被試會認為“我更焦慮，所以我必須體驗到更多存在感”）。Alsina-Jurnet等（2011）的實驗結果表明，學生在虛擬的考試焦慮環境中比在中性環境中感覺到更大的存在感;而在中性環境中，存在感與焦慮無關。Felnhofer等（2014）研究了高/低社交焦慮組個體在虛擬現實演講場景中的焦慮程度，通過協變量分析發現個體的存在感對其即時焦慮水平沒有顯著影響，他們認為存在感可能只作為喚醒情緒的充分條件，而不影響其強度。在隨后的研究中，他們還發現包含焦慮在內的五種不同情緒場景中，被試報告的存在感并無顯著差異（Felnhofer et al.， 2015）。Ling、Nefs、Morina、Heynderickx和Brinkman（2014）的元分析發現，虛擬現實暴露療法中焦慮情緒與存在感之間呈中等程度正相關（r=0.28， k=33， N=1196），且與非臨床人群相比，焦慮癥被試的焦慮情緒和存在感間相關性更強。

恐懼情緒相關實驗通常出現在針對特定恐懼癥的虛擬現實暴露療法（VRET）中，用VR場景模擬威脅環境和刺激。Peperkorn和Mühlberger等（2013）將蜘蛛恐懼癥被試和健康對照組暴露于VR蜘蛛情景中，結果發現，和對照組相比，恐懼癥被試組報告了更強的存在感，且該組被試的存在感和恐懼之間正相關，但該研究未進一步考察本研究結果是否存在地板效應或與健康樣本中恐懼等級的降低有關。患有特定恐懼癥的患者與健康人群在VR環境中可能有不同的體驗，從而影響他們的存在感。為了進一步確定存在感與恐懼的關系，Gromer等（2019）在虛擬環境中，通過操縱環境高度（恐懼操縱）與感官刺激的仿真度（存在感操縱）來考察存在感與恐懼的關系，結果顯示，恐懼操縱對存在感有影響，與中性環境相比，高空環境中個體的存在感評分更高，但存在感操縱對恐懼反應沒有影響。被試第一次接觸高仿真度的中性VR情景時的存在感評分，可以預測其后期在虛擬高空環境中的恐懼反應。該研究結果支持了在虛擬環境中經歷情緒反應會導致更強烈的存在感，但沒有支持存在感作為前因變量對恐懼的影響。存在感對恐懼的影響似乎更為復雜，一方面，因VR環境質量而提升的存在感不會影響恐懼情緒;另一方面，存在感的變化可能是由使用者的個體差異所致（Gromer， Reinke， Christner， & Pauli， 2019）。

其他情緒類型的研究結果也尚未統一。Baos等（2008）采用虛擬現實中的情感感應范式研究了不同情緒狀態對存在感的影響，結果顯示健康被試的存在感與悲傷、愉快以及放松狀態之間顯著相關。Felnhofer等（2015）設計了五種不同的情緒場景（快樂、悲傷、厭倦、憤怒和焦慮），分析在不同情緒的虛擬現實場景中被試的存在感是否存在差異，被試報告的IPQ結果顯示，五種虛擬場景中個體的存在感水平沒有顯著差異，但較之基線水平都有所提升。這表明無論情緒內容如何，所有虛擬場景都能引發個體類似水平的存在感，這可能是因為不同情緒場景有類似的喚醒程度，而喚醒程度與存在感之間存在積極聯系。喚醒與存在感的聯系，一定程度上揭示了存在感產生的生理基礎，這類研究結果可能也為情感歸因理論提供了支持。

對于前述不一致的研究發現，有學者指出情緒與存在感之間可能是一種雙向關系，或者二者之間還涉及其他變量的作用，如沉浸感。有研究發現，相對于沉浸感較低的VR系統，在沉浸感更高的環境中，個體的情緒反應有所增加，報告的存在感更強（Price， Mehta， Tone， & Anderson， 2011）。更多的研究則是把情緒作為沉浸感與存在感的調節變量來進行探討。Baos等（2004）和Gorini等（2011）的研究都發現，情緒中立情景下被試的沉浸感會影響其存在感評分，但在情緒喚醒情景中，沉浸感對存在感的影響效果會減弱。Visch等（2010）則認為，沉浸感與存在感的關系是受喚醒程度的影響，特別是恐懼等高喚醒情緒。前述內在歸因模型觀點與之一致，認為沉浸感本身并沒有增加情緒體驗，沉浸式技術通過增加仿真度從而增強情緒的作用，僅限于喚醒情緒。VR中與情感相關的刺激增強了虛擬現實環境，使其更加有趣，更具影響力，從而增加個體的情緒喚醒（至少在最初階段），并增強個體的存在感。喚醒是情緒體驗的一個基本維度，不同情緒類型與沉浸感、存在感關系或許能通過喚醒來進行統一。

4.3 虛擬現實系統特征對存在感的影響

沉浸感是實現存在感的關鍵因素，它直接指向虛擬現實系統技術層面。沉浸式技術影響使用者空間存在的形成，VR系統的技術水平越高，越能保證生成一個令人信服的虛擬空間，從而影響心理上的存在感（Cummings & Bailenson， 2015）。VR系統特征既有客觀技術特征，如設備的配置、視場的范圍和系統模擬的感覺系統的數量等，也有VR交互方式（如何感知線索）和場景內容等方面的特點。

在技術特征方面，有研究結果表明與較簡單的設備相比，技術更先進，沉浸感更強的系統會帶來更強的存在感（Ling， Brinkman， Nefs， Qu， & Heynderickx， 2012）。 Cummings和Bailenson（2015）就技術特征對沉浸感的影響進行元分析，結果表明，更新率、跟蹤水平、立體視覺和視場對使用者的存在感具有影響較大。視覺呈現方面，尤為重要的是VR模擬的感覺數據與個體感覺的匹配程度——例如，當參與者的頭部轉動時，系統呈現相關視覺和聽覺效果的速度和準確程度。另外，聲音對存在感也有高度顯著的影響，相關研究表明，個體在空間化的聲音環境下比沒有聲音或非空間化的聲音環境下報告了更高的存在感，使用HRTFs（一個基于頭部和耳廓的形狀的過濾器函數，重建一個高度真實的三維立體音）技術的VR系統與被試報告的存在感呈顯著正相關（Hendrix， C. & Barfield， W.， 1996; Vljame， Larsson， Vstfjll & Kleiner ， 2006）。而圖像質量、分辨率和聲音質量的影響相對較小，Gromer等（2019）也發現視覺逼真度對使用者注意力、識別或主觀體驗影響很小。除視覺外，在感知線索方面，個體觸摸虛擬物體的發生和觸摸反饋同步對個體報告的存在感有顯著影響（Pritchard， Regine， Vince， Kaplan， Williams， 2016）。VR交互中多通道的感知線索也會增加沉浸感，和單一刺激呈現方式相比，多通道感知線索條件下（例如觸覺與視覺結合，觸覺和溫覺結合等）被試會報告更高的存在感（Peperkorn & Mühlberger， 2013; M.Kim， Jeon， & J.Kim， 2017）。在場景內容方面，VR中的場景特征、互動方式和故事情節等會直接引起不同程度的存在感。Rambli和Muhaiyuddin （2014）的研究表明，虛擬環境中平靜的故事情節、聲音和顏色能促進個體感受到存在感。此外，VR場景中虛擬物體的運動有助于個體存在感的提高（Triberti & Riva， 2016）。

5 存在感對虛擬現實技術應用的影響

存在感是虛擬現實技術得以有效應用的關鍵因素。在虛擬現實環境中，存在感的產生與否、高低程度會導致不同的實驗結果或使用體驗。

存在感對VR技術的影響結果研究主要表現在以下四個方面。第一，用戶體驗方面，“身臨其境”是VR游戲等產品的目標。用戶報告的存在感越高，說明產品效果越好。和傳統媒介相比，VR技術會使被試產生更強的存在感，對用戶的信息接受效果有更積極的影響（王鐸， 王晰巍， 李玥琪， 韋雅楠， 2020）。第二，暈屏。許多用戶在體驗中報告了一定程度的眩暈癥狀，這是沉浸在虛擬環境中對使用者造成的負面結果之一，原因可能是個體在使用VR系統時的感受和視覺顯示的屬性之間存在不一致（Rebenitsch & Owen， 2016）。有研究指出存在感可能與體驗中這種眩暈癥有關，表現為存在感的增加會緩和眩暈癥狀（Weech et al.， 2019），這可能是因為注意力被轉移到諸如感官沖突之類的因素上，或暈屏的分散效應可能抑制了人們對存在狀態所需的VR環境的關注（Cooper et al.， 2016）。第三，情緒反應。早期已有研究表明，體驗到更高水平存在感的被試更容易對消極的觀眾做出消極的反應，對積極的觀眾做出積極的反應（Baos et al.， 2008; Riva et al.， 2007）。第四，VR療法效果。使用VR的心理治療方法已經在不同的精神疾病的治療中顯示出良好的效果（Riva et al.， 2016），存在感則是決定這類療法有效性的重要因素之一。暴露的虛擬情境與真實情境越類似，被試的存在感越高，其在真實的生活環境中的焦慮情緒與回避行為才會相應減少，治療效果也就更好（Owens & Beidel， 2015）。

6 總結與展望

本文圍繞虛擬現實環境，就存在感產生與構成、評價指標以及影響因素等研究進行了總結。早期學者們從不同的理論視角對存在感的概念進行界定并提出理論說明，隨著VR技術的飛速發展，學者愈發重視VR應用相關的研究，因此后期大多重在討論存在感的影響因素。梳理當前研究結果發現，不管是內部的個體本身因素還是外部的VR技術因素，均對被試報告的存在感產生影響，但部分因素的影響力度與方向結果尚未統一，變量間可能還存在更復雜的關系。其中，情緒是當前的研究熱點，本文梳理過往研究結果后認為，在已有實證研究過程中，由于被試樣本、測量方式以及技術設備的不同，且被試本身的變量控制上也存在差異，因此，被試情緒狀態可能與個體特征、VR技術等因素發生交互作用，表現為情緒狀態中的個體不僅會報告更高的存在感，還會加強個體特征對存在感的影響，同時VR技術對沉浸感的直接影響也會增強情緒的作用，從而導致不一致的實驗結果。綜上所述，目前關于VR中個體的存在感仍有較多有待探討的問題，未來可以從以下幾個方面入手進行更為深入的研究。

結合認知神經研究工具對存在感理論模型進行發展與檢驗。我們如何感知虛擬世界？對虛擬世界的體驗（如存在感）有多大比例是由外部環境決定，多大比例是由內部狀態決定？對于VR技術方面的研究來說，如何在虛擬環境中“簡化”場景，并有效誘發存在感？需要涉及多少種感覺模式？對不同操作任務，哪類感覺刺激最有效？Slater（2005）指出，虛擬現實作為認知神經科學研究的工具時，與知覺、空間導航、自我表現和自我感覺相關的研究將有助于理解存在感。未來需要采用認知神經科學的研究范式和工具，對存在感進行深入認識和檢驗，這不僅有助于深化對存在感概念和發生機制的認識，促進VR系統技術的更新迭代，也有益于拓展和豐富對感覺、知覺以及意識等基礎認知議題的理解。

探索不同實驗環境下的存在感客觀測量指標，提升研究效度。心率、皮膚電反應是當前判斷存在感高低的常用輔助觀測指標，但二者僅在情緒喚醒的VR場景中展現出有效性。Diemer等（2015）認為，情緒場景中生理喚醒與情緒直接相關，心率、皮膚電等指標僅是對情緒的直接測量，而非直接測量存在感，未來研究需充分考慮VR場景喚醒情緒的影響，在情緒中立場景中二者可能并不適用。EEG和fMRI則是相對更直接的測量方式，更易于剝離情緒喚醒的影響，未來可考慮在多樣化實驗場景等中進一步考察EEG、fMRI等工具在存在感評估中的具體指標。

探究情緒與存在感之間的影響機制及是否有其他因素的作用。梳理已有研究發現，存在感的產生是包含多方因素影響的復雜過程。首先，兩者之間可能是一種雙向關系。一方面，存在感作為情緒喚醒的功能，它需要達到一定程度才能引起情緒;另一方面，通過場景內容對情緒進行操縱會引起更多的存在感，個體因素也會對存在感與情緒的關系產生影響（Gromer et al.， 2019）。其次，其他變量是否對情緒、存在感及其關系有影響？如指向VR系統技術層面的沉浸感。未來可通過明晰情緒與存在感之間的過程變量，將個體特征因素與VR設備因素共同考慮，進而探討情緒和存在感相互影響的方向和路徑機制。

關注被試群體的差異性，尤其是拓展臨床被試和普通被試的存在感對比研究。如前所述，沖突刺激的抑制和對虛擬刺激的注意力分配對存在感的產生有重要影響，而某些被試群體（如抑郁癥和自閉癥患者）的注意功能和執行功能（包括抑制分心刺激等）存在缺陷，這些與一般被試群體的差異是否會影響其在VR中體驗到的存在感，從而影響治療效果或實驗效度還未可知。另外，有研究指出存在感的不同維度對焦慮的影響結果并不一致（Felnhofer et al.， 2014），因此對于不同的被試群體，存在感的不同維度影響也可能存在差異，而目前多數研究尚未考慮到存在感的多維性。未來在利用VR技術對不同人群進行實驗或治療干預時，需考慮到前述差異因素，以更加細致地探討普通人群與臨床患者之間存在感的三個維度是否存在差異以及這一差異是否會對VR治療的效果造成影響。

參考文獻

卞玉龍， 韓磊， 周超， 陳英敏， 高峰強（2015）. 虛擬現實社交環境中的普羅透斯效應：情境、羞怯的影響. 心理學報， 47（3）， 363-374.

王鐸， 王晰巍， 李玥琪， 韋雅楠（2020）. VR環境下用戶信息接受行為存在感研究. 現代情報， 40（2）， 52-61.

王素娟， 張雅明（2018）. 空間存在：虛擬環境中何以產生身臨其境之感？. 心理科學進展， 26（8）， 1383-1390.

王希， 張倩婧， 晏幫易， 倪士光， 彭凱平（2019）. 沉浸感量表中文版信效度檢驗. 中國臨床心理學雜志， 027（002）， 290-293.

張為忠， 連榕， 許艷鳳（2018）. VR技術在心理學領域的應用與展望. 應用心理學，26（1）， 15-29.

AlsinaJurnet， I.， & GutiérrezMaldonado， J. （2010）. Influence of personality and individual abilities on the sense of presence experienced in anxiety triggering virtual environments. International Journal of Human-Computer Studies， 68（10）， 788-801.

AlsinaJurnet， I.， GutiérrezMaldonado， J.， & Rangel-Gómez， M. -V. （2011）. The role of presence in the level of anxiety experienced in clinical virtual environments. Computers in Human Behavior， 27（1）， 504-512.

Banos， R. M.， Botella， C.， Alcaniz， M.， Liano， V.， Guerrero， B.， & Rey， B. （2004）. Immersion and emotion： Their impact on the sense of presence. Cyberpsychology & Behavior， 7（6）， 734-741.

Banos， R. M.， Botella， C.， Rubio， I.， Quero， S.， Garcia-Palacios， A.， & Alcaniz， M. （2008）. Presence and emotions in virtual environments： The influence of stereoscopy. Cyberpsychology & Behavior， 11（1）， 1-8.

Cooper， N.， Milella， F.， Cant， I.， Pinto， C.， White， M. D.， and Meyer， G. F. （2016）. The effects of multisensory cues on the sense ofpresence and task performance in a virtual reality environment. Perception， 45， 332-333.

Clemente， M.， Rodríguez， A.， Rey， B.， & Alcaiz， M. （2014）. Assessment of the influence of navigation control and screen size on the sense of presence in virtual reality using EEG. Expert Systems with Applications. 41， 1584-1592.

Cummings， J. J.， & Bailenson， J. N. （2015）. Howimmersive is enough？ A Meta-Analysis of the effect of immersive technology on user presence. Media Psychology， 19（2）， 272-309.

Diemer， J.， Alpers， G. W.， Peperkorn， H. M.， Shiban， Y.， & Muhlberger， A. （2015）. The impact of perception and presence on emotional reactions： a review of research in virtual reality. Frontiers in Psychology， 6， 26.

Felnhofer， A.， Kothgassner， O. D.， Hetterle， T.， Beutl， L.， Hlavacs， H.， & Kryspin-Exner， I. （2014）. Afraid to be there？ Evaluating the relation between presence， self-reported anxiety， and heart rate in a virtual public speaking task. Cyberpsychology， Behavior， and Social Networking， 17（5）， 310-316.

Felnhofer， A.， Kothgassner， O. D.， Schmidt， M.， Heinzle， A. -K.， Beutl， L.， Hlavacs， H.， & Kryspin-Exner， I. （2015）. Is virtual reality emotionally arousing？ Investigating five emotion inducing virtual park scenarios. International Journal of Human-Computer Studies， 82， 48-56.

Freeman， S. E. Avons， R. Meddis， D. E. Pearson， W. A. & Ijsselsteijn. （2000）. Using behavioural realism to estimate presence： A study of the utility of postural responses to motion stimuli. Presence， 9， 149-164.

Gromer， D.， Reinke， M.， Christner， I.， & Pauli， P. （2019）. Causal Interactive Links Between Presence and Fear in Virtual Reality Height Exposure. Frontiers in Psychology， 10， 141.

Gorini， A.， Capideville， C. S.， De Leo， G.， Mantovani， F.， & Riva， G. （2011）. The Role of Immersion and Narrative in Mediated Presence： The Virtual Hospital Experience. ?Cyberpsychology Behavior and Social Networking， 14（3）， 99-105.

Heeter， C. （1992）. Being there： The subjective experience of presence. Presence， 1， 262-271.

Hendrix， C. & Barfield， W. （1996）. The sense of presence within auditory virtual environments. Presence： Teleoperators & Virtual Environments. 5， 290-301.

Iachini， T.， Maffei， L.， Masullo， M.， Senese， V. P.， Rapuano， M.， Pascale， A.， & Ruggiero， G. （2019）. The experience of virtual reality： are individual differences in mental imagery associated with sense of presence？ Cognitive Processing， 20（3）， 291-298.

IJsselsteijn， W. A.， de Ridder， H.， Freeman， J.， & Avons， S. E. （2000）. Presence： Concept， determinants and measurement. Human Vision and Electronic Imaging， 3959， 520-529.

Insko， B. E. （2003）. Measuring presence： Subjective， behavioral and physiological methods. In G. Riva， F. Davide， & W. A. IJsselsteijn （Eds.）， Being there： Concepts， effects and measurements of user presence in synthetic environments （pp. 109-119）. Amsterdam： IOS Press.

Kim， M.， Jeon， C.， & Kim， J. （2017）. Astudy on immersion and presence of a portable hand haptic system for immersive virtual reality. Sensors （Basel）， 17（5）.

Ling， Y.， Brinkman， W. P.， Nefs， H. T.， Qu， C.， & Heynderickx， I. （2012）. Effects ofstereoscopic viewing on presence， anxiety， and cybersickness in a virtual reality environment for public speaking. Presence-Teleoperators and Virtual Environments， 21（3）， 254-267.

Ling， Y.， Nefs， H. T.， Brinkman， W. -P.， Qu， C.， & Heynderickx， I. （2013）. The relationship between individual characteristics and experienced presence. Computers in Human Behavior， 29（4）， 1519-1530.

Ling， Y.， Nefs， H. T.， Morina， N.， Heynderickx， I.， and Brinkman， W. P. （2014）. A meta-analysis on the relationship between self-reported presence and anxiety in virtual reality exposure therapy for anxiety disorders. PLoS One， 9， 96-144.

Makransky， G.， Lilleholt， L.， & Aaby， A. （2017）. Development and validation of the multimodal presence scale for virtual reality environments： a confirmatory factor analysis and item response theory approach. Computers in Human Behavior， 72， 276-285.

Melo， M.， D Gonalves， Bessa， M.， Coelho， A.， & Vasconcelos-Raposo， J. （2017）. Immersive 360° video user experience - impact of different variables in the sense of presence and cybersickness. ?Universal Access in the Information Society， 2， 1-11.

Peperkorn， H. M.， & Muhlberger， A. （2013）. The impact of different perceptual cues on fear and presence in virtual reality. Studies in Health Technology and Informatics， 191， 75-79.

Phillips， L.， Interrante， V.， Kaeding， M.， Ries， B.， & Anderson， L. （2012）. Correlations Between Physiological Response， Gait， Personality， and Presence in Immersive Virtual Environments. Presence-Teleoperators and Virtual Environments. 21（2）， 119 - 141.

Price， M.， Mehta， N.， Tone， E. B.， & Anderson， P. L. （2011）. Does engagement with exposure yield better outcomes？ Components of presence as a predictor of treatment response for virtual reality exposure therapy for social phobia. Journal of Anxiety Disorders， 25（6）， 763-770.

Pritchard， S. C.， Regine， Z.， Vince， P.， Kaplan， D. M.， & Williams， M. A. （2016）. Non-hierarchical influence of visual form， touch， and position cues on embodiment， agency， and presence in virtual reality. Frontiers in Psychology， 7， 1649.

Rambli， D. R. A.， & Muhaiyuddin， N. D. M. （2014）. Story line in image-based virtual reality for enhancing spatial presence experience. 2014 International Conference on Computer and Information Sciences （pp： 1-6）. Kuala Lumpur：IEEE.

Rebenitsch， L.， & Owen， C. （2016）. Review on cybersickness in applications and visual displays. ?Virtual Reality. 20， 101-125.

Riva， G.， Mantovani， F.， Capideville， C. S.， Preziosa， A.， Morganti， F.， Villani， D.， & Alcaniz， M. （2007）. Affective interactions using virtual reality： The link between presence and emotions. Cyberpsychology & Behavior， 10（1）， 45-56.

Riva， G.， Banos， R. M.， Botella， C.， Mantovani， F.， & Gaggioli， A. （2016）. Transformingexperience： the potential of augmented reality and virtual reality for enhancing personal and clinical change. Frontiers in Psychology， 7， 164.

Schubert， T.， Friedmann， F.， & Regenbrecht， H. （2001）. The experience of presence：factor analytic insights. Presence-Teleoperators and Virtual Environments， 10（3）， 266-281.

Schloerb， D. W. （1995）. A quantitative measure of telepresence. ?Presence， 4， 64-80.

Servotte， J. -C.， Goosse， M.， Campbell， S. H.， Dardenne， N.， Pilote， B.， Simoneau， I. L.， & Ghuysen， A. （2020）. Virtualreality experience： immersion， sense of presence， and cybersickness. Clinical Simulation in Nursing， 38， 35-43.

Seth， A. K.， Suzuki， K.， & Critchley， H. D. （2012）. An interoceptive predictive coding model of conscious presence. Frontiers in Psychology， 3， 9-27.

Shin， D. （2018）. Empathy and embodied experience in virtual environment：to what extent can virtual reality stimulate empathy and embodied experience？. Computers in Human Behavior， 78， 64-73.

Slater， M. （2018）. Immersion and the illusion of presence in virtual reality. British Journal of Psychology， 109（3）， 431-433.

Slater， M.， & Wilbur， S. （1997）. A framework for immersive virtual environments （FIVE）： Speculations on the role of presence in virtual environments. Presence-Teleoperators and Virtual Environments， 6 （6）， 603-616.

Terkildsen， T.， & Makransky， G. （2019）. Measuring presence in video games： An investigation of the potential use of physiological measures as indicators of presence. International Journal of Human-Computer Studies， 126， 64-80.

Triberti， S.， & Riva， G. （2016）. Being Present in Action： Atheoretical model about the “interlocking” between intentions and environmental affordances. Frontiers in Psychology， 6， 2052.

Vaeljamaee， A.， Larsson， P.， Vaestfjaell， D.， & Kleiner， M. （2006）. Vibrotactile enhancement of auditory-induced self-motion and spatial presence. ?Journal of the Audio Engineering Society， 54（10）， 954-963.

Weech， S.， Kenny， S.， & Barnett-Cowan， M. （2019）. Presence and Cybersickness in Virtual Reality Are Negatively Related： A Review. Frontiers in Psychology， 10， 158.

Witmer， B. G.， & Singer， M. J. （1998）. Measuring presence in virtual environments： A presence questionnaire. Presence-Teleoperators and Virtual Environments， 7（3）， 225-240.

Zahorik， P.， & Jenison， R. L. （1998）. Presence as being in-the-world. Presence， 7， 78-89.

Generation and Influential Factors of Presence in Virtual Reality Environment

ZHU Yixuan; LI Lin; SONG Jingjing; ZHOU Chunyan; HOU Jinbo

（Research Center for Psychological and Health Sciences， China University of Geosciences， Wuhan 430074， China）

Abstract

Presence in the virtual reality environment refers to the degree of personal feeling related to or participation in the virtual reality environment. It is a key factor influencing the effectiveness of virtual reality technology， including three dimensions of space presence， immersion and realism. The two types of theories of embodied existence and emotional attribution， with different emphasis on cognition and emotion， explain the mechanism of presence. Presence is assessedthrough self-reporting questionnaires supplemented by electrophysiological indicators， it is affected by factors such as the users individual characteristics， emotional state， and virtual reality system characteristics; it is an important factor in determining the application of virtual reality technology. Future research needs to improve the objective evaluation indicators of presence， clarify the relationship between emotion and presence and its mechanism of action， and compare the differences between ordinary subjects and clinical subjects with cognitive dysfunction.

Key words： ?virtual reality; presence; immersion; embodied presence; emotion