基于感覺統合理論的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統設計

劉帥 王振鑫 王佳

摘要：旨在基于感覺統合理論指導AR技術參與輔助自閉癥兒童出行系統的設計實踐。文章從相關概念界定出發，論證感覺統合理論與AR技術介入輔助自閉癥兒童出行系統設計的可行性，通過對自閉癥兒童及自閉癥兒童家長的用戶研究，總結設計痛點并整合出設計原則，進而建立設計策略。進行了感覺統合理論下的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統設計實踐加以佐證。以期幫助自閉癥兒童更好地適應出行場景、融入社會生活。

關鍵詞：感覺統合理論；自閉癥兒童；AR增強現實技術；輔助出行；系統設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2024）11-0109-05

Abstract：Intended to guide the design practice of AR technology in assisting children with autism in their travel system based on sensory integration theory. Starting from the definition of relevant concepts， this article demonstrates the feasibility of sensory integration theory and AR technology intervention in assisting the design of travel systems for children with autism. Through user research on autistic children and their parents， the article summarizes design pain points， integrates design principles， and establishes design strategies. The AR technology assisted travel system design practice for children with autism under the theory of sensory integration was carried out as evidence.To help children with autism better adapt to travel scenarios and integrate into social life.

Keywords：Sensory integration theory；Children with autism；AR augmented reality technology；Assisted travel；System design

引言

國務院《“十四五”殘疾人保障和發展規劃》[1]明確要求，要健全殘疾人關愛服務體系，為殘疾人提供無障礙環境和便利化條件，加快發展康復輔助器具服務，推進智能化服務適應殘疾人需求，智能工具便于殘疾人日常生活使用。在智能技術層面，工信部《關于加快推進虛擬現實產業發展的指導意見》明確指出，要大力發展AR技術，推進AR技術在出行等領域的應用。基于此聚焦自閉癥兒童群體的出行服務需求，感覺統合理論作為自閉癥兒童干預康復療法中常用的方法，可作為其理論指導，AR增強現實技術作為數字智能時代的前沿技術應用廣泛，可作為其技術支撐，由此構建出感覺統合理論指導下的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統設計。

一、相關概念界定

（一）自閉癥兒童：自閉癥兒童，又稱兒童孤獨癥，是一種由于神經系統病變引起的廣泛性發育障礙，學界稱為自閉癥譜系障礙（ASD），其癥狀主要表現為社交和溝通障礙以及刻板行為[2]。自閉癥兒童很難獨自完成社交活動，就出行活動來看，英國國家自閉癥協會調查發現，僅有16%的自閉癥患者能夠在不同環境中獨立出行。為了鍛煉自閉癥兒童的出行能力，監護人往往要付出大量時間和精力，而通過針對性的干預訓練，可以一定程度提升自閉癥兒童的自理能力。

（二）感覺統合理論：感覺統合理論（Sensory Integration Theory）是由美國心理學家Jean Ayres于20世紀60年代提出的一種關于感官處理和神經發育的理論[3]。該理論認為，大腦通過感官系統接收來自身體的各種感官輸入，如觸覺、聽覺、視覺、平衡、運動等，然后將這些信息整合在一起，產生感知與行為反應。當感官系統正常工作時，能夠有效地處理和適應感官刺激，從而有助于進行各類行為和情緒調節，而如果患有感官整合失調，例如自閉癥兒童，則無法進行正常的行為與生活。

（三）輔助自閉癥兒童出行系統：輔助出行系統是運用服務設計思維建立的一種通過信息技術等手段，為出行者提供了多種出行服務的智能化系統。該系統應當可以在出行前、出行中和出行后提供多種服務，以提高出行的效率、安全和便捷性。國內對于輔助出行系統的研究，例如栗芝等人[4]的《老年人智能出行輔助系統的設計與實現》和林潤濤等人[5]的《基于SET與KJ法的盲人出行輔助產品設計研究》，較多面向老齡及視障等弱勢群體，而針對自閉癥兒童群體且應用時下前沿技術的出行輔助系統研究還較為空白。

（四）AR技術：增強現實（Augmented Reality，AR）技術是當下前沿的智能技術，具有巨大的發展潛力，可以通過計算機生成的圖像、聲音和其他感官輸入，將數字內容疊加在真實環境中，以增強用戶對真實世界的感知和理解，從輔助出行的視角來看，AR技術可以為用戶提供豐富、直觀和實用的導航與交通信息。

二、感覺統合理論與AR技術介入自閉癥兒童輔助出行系統設計可行性

（一）感覺統合理論介入輔助自閉癥兒童出行系統設計的可行性：感覺統合理論提供了解釋自閉癥兒童行為異常的成因及干預策略。陳治國[6]在《兒童自閉癥與感覺統合訓練》中認為，感覺統合過程是身體各系統精密合作的過程，如果過程中任何一個環節出現問題，都會導致感覺統合失調的表現，而自閉癥兒童常見的運動障礙、情緒行為問題，通常就是由感覺調節障礙引起的，因此感覺統合理論往往被應用于研究自閉癥兒童行為成因及干預療法。王丹等人[7]在《感知體驗在自閉癥兒童環境設計中的應用》提到，大多自閉癥兒童都具有明顯的感知覺障礙，在視覺、聽覺或觸覺方面異常敏感，但對疼痛或更具威脅性的存在卻可能無動于衷。在感覺統合理論的視角下，提供了自閉癥兒童出行困難的成因，自閉癥兒童面對出行場景中可能出現的強光和強聲刺激[8]，由于缺乏感官信息加工，導致無法正常進行情緒理解與調控。針對自閉癥兒童的出行輔助與干預，可藉由感覺統合理論進行指導。

（二）AR技術介入輔助自閉癥兒童出行系統設計的可行性：AR技術拓寬了用戶感知能力的界限，對患有感知功能障礙的自閉癥兒童來說具有現實意義。羅琳丹[9]在《AR技術在App中對自閉癥兒童的影響與研究》認為，借助AR技術形成的通感藝術療愈可使自閉癥兒童在視覺、聽覺、觸覺等多方面產生自體知覺，說明了AR技術對自閉癥兒童用戶感知能力提升的顯著作用，而針對自閉癥兒童出行場景的輔助和干預則需要更為針對、系統和落地。目前，市面上搭載輔助出行功能的AR技術產品已相對成熟，便攜時尚的無線AR眼鏡熱度頗高，例如inmo air2、Google Glass、小米無線AR眼鏡等。以inmo air2為例，在輔助出行方面，采用了最先進的光學技術，并搭載高性能的處理器和傳感器，可以實時獲取周圍的環境信息，并與虛擬內容進行交互，用戶可以通過手勢、語音等方式與眼鏡進行互動，實現便捷操作體驗，還可以與手機綁定，實時進行數據傳輸，形成完整的輔助出行系統，以提升出行效率，改善出行環境體驗。

三、自閉癥兒童及家長用戶研究

（一）用戶訪談

深入訪談法（in-depth interview）是一種定性研究方法，其主要目的是通過與受訪者進行面對面交流，探索和理解受訪者的經驗、態度、行為等方面的深層信息。本次訪談采用半結構式的訪談，即按照粗線條式的訪談提綱進行非正式訪談。

問題設計。分別從自閉癥嚴重程度、干預程度、溝通能力、生活能力、獨立出行能力方面進行開放式訪談問題的設計。

訪談抽樣。在某短視頻平臺關于自閉癥兒童主題的視頻評論中，抽取3位自閉癥兒童家長代替自閉癥兒童作為訪談對象。訪談對象1：軒軒，14歲自閉癥患者，能夠按照指示找到目的地，應對突發能力弱，家長希望他能靈活應對各種狀況。訪談對象2：桐桐，10歲自閉癥患者，容易走神和迷路，家長在引導使用導航與地圖App。訪談對象3：小迪，9歲自閉癥患者，對社交和交通規則理解較差，容易困惑焦慮，家長進行獨立出行能力及社交技巧的訓練的訓練。

訪談總結。受訪的自閉癥兒童面臨程度不同的出行困難，且均接受過干預和鍛煉，例如對自閉癥兒童進行關于導航、地圖、交通規則等相關出行能力的學習。相比正常兒童，自閉癥兒童存在明顯的感知能力、心智能力的障礙，即使自閉癥兒童家長有意識的采取干預鍛煉，但缺乏更科學有效的工具和策略，自閉癥兒童出行困難的現狀沒有得到較大的改善，如圖1。

（二）用戶畫像

自閉癥兒童及家長用戶畫像：自閉癥兒童的用戶畫像包括基本信息、技能水平、家庭支持情況、用戶特點、用戶目標與用戶需求等。自閉癥兒童家長的用戶畫像包括基本信息、技能水平、用戶特點、用戶目標與用戶需求等，如圖2、3。

（三）用戶旅程

將自閉癥兒童的出行模擬為一條線性的旅程，整個旅程分為出發、到達、返回3個階段，以及接受出行任務、前往目的地、尋找目的地、執行任務、返回、出行情況反饋6個步驟，分析調查自閉癥兒童在旅程中的行為、想法、情緒曲線、痛點與機會，進一步得出設計策略，如圖4。

四、基于感覺統合理論的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統設計策略

（一）設計痛點總結

通過用戶研究，分析歸納自閉癥兒童獨自出行時的普遍問題，總結為以下痛點：

社交困難：自閉癥兒童存在嚴重的社交困難，可能無法理解他人的意圖和情感，無法維持語言交流以及非語言的交流對話等。

安全意識和判斷力較差：自閉癥兒童很難做到對潛在危險的辨識和評估能，可能需要額外的指導和教育來幫助理解交通規則和危險情況。

方向感和空間感困較弱：自閉癥兒童在空間感知和導航能力方面存在差異，對地理空間的抽象概念理解困難。

管理時間和計劃能力較弱：自閉癥兒童的組織和規劃的意識較弱，這可能影響在旅行中估計時間、制定行程和規劃路線的能力。

注意力和集中力較差：自閉癥兒童可能無法很好的維持注意力和集中精力，可能導致在出行過程中容易分心或注意力不集中。

（二）感覺統合理論下的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統設計原則

敏感性原則。要對自閉癥兒童的感覺特點進行充分考慮。自閉癥兒童通常具有感覺過敏或感覺低下等問題，因此系統設計應盡量減少可能的刺激，并提供個體化的感官輸入方式，以確保自閉癥兒童能夠舒適地接受和處理信息。

結構性原則。要提供清晰、有組織的信息和指導。自閉癥兒童通常對信息的整理和組織有困難，系統設計應采用簡明扼要的語言和可視化界面，將信息分解為易于理解的步驟和圖像，幫助建立清晰的認知框架。

個性化原則。要根據每個自閉癥兒童的特殊需求和能力定制系統功能。自閉癥兒童的發展水平和認知能力各不相同，系統設計應提供可調節的參數和個性化設置選項，以滿足不同自閉癥兒童的需求，并幫助他們在出行過程中更好地適應和參與。

安全性原則。要確保系統在使用過程中不會給自閉癥兒童帶來傷害或不適。系統設計應考慮到自閉癥兒童可能存在的特殊安全需求，如防止誤導、提供緊急情況下的應對策略等。

（三）感覺統合理論下的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統設計策略

輔助出行系統策略涵蓋出行前的準備、出行中的輔助、出行后的反饋3個環節的設計，并遵循前文的設計痛點與設計原則。自閉癥兒童將佩戴無線AR眼鏡出行，與搭載輔助出行功能的系統進行交互配合，數據實時上傳至自閉癥兒童及家長的手機App，家長可保持與自閉癥兒童的實時通訊和情況觀察，在結束后形成出行反饋。

1.結構清晰——游戲式出行任務：自閉癥兒童在感官處理上可能存在整合困難，出行時難以處理和整合來自不同感官的信息，導致注意力不集中。可以通過特定的活動和游戲，幫助兒童提高感官整合能力，鍛煉注意力。借助類游戲護目鏡的外形特色和虛實融合的交互界面，將嚴肅游戲的概念引入感官整合干預的游戲活動設計。出行前通過在線游戲學習出行知識后，自閉癥兒童的正式出行將被設計為一次“任務”，并拆解為多段小目標，將錄有家長語音的提示設定為“NPC引導”，家長的夸贊設定為“獎勵”，激發自閉癥兒童的出行興趣和專注力，在出行任務過程中完成感官整合訓練。

2.感官適應——強化視聽體驗：自閉癥兒童在出行時可能面臨復雜的感官環境，如嘈雜的人聲、繁忙的交通等。對兒童進行感官適應性訓練，可以幫助他們過濾和處理這些復雜的感官信息，提高他們對出行環境的適應能力。可進行針對感官敏感的舒緩性設計[10]，針對聽覺，添加實時語音關懷，并設計為自閉癥兒童家長的聲音，針對視覺，可將AR眼鏡的界面設計添加科幻感與趣味性，降低自閉癥兒童的敏感閾值。

3.安全引導——導航與實時監控：自閉癥兒童的方向感和空間感較弱，安全意識和判斷力也較差，需要更多的指示來幫助理解方向，因此需要地圖導航與行為糾正功能。出行系統可通過AR眼鏡進行視聽方面的提示引導，幫助自閉癥兒童選擇最優路線，協助乘坐公共交通工具，并規避可能發生的風險。在出行過程中，自閉癥兒童家長可通過AR眼鏡實時傳輸的影像，同步關注自閉癥兒童的感官需求，為自閉癥兒童提供一個穩定的支持系統。同時，自閉癥兒童管理時間和計劃能力較弱，難以建立出行的時間概念，因此需要在出行系統中添加時間控制功能，定時進行提醒。

4.個性化干預——社交訓練與出行反饋：感覺統合理論強調感官信息與社交溝通的關聯。在幫助自閉癥兒童解決出行困難時，可以結合社交溝通訓練，教導他們如何表達自己的需求和感受，以及如何與他人進行有效的互動。系統將給予自閉癥兒童具體的求助建議和安撫，引導自閉癥兒童主動參與社交，并由家長實時觀察情況。在結束后，系統應進行出行數據的存儲并計算出具體的能力模型和干預策略。

五、基于感覺統合理論的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統設計實踐

（一）基于感覺統合理論的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統硬件設計

根據設計策略，基于感覺統合理論的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統將依托無線AR眼鏡進行功能的實現。參照增強現實硬件產業鏈研究中的AR眼鏡產品模組設置[11]，針對自閉癥兒童的生理特征和行為模式，無線AR眼鏡將搭載以下模塊：攝像頭、CPU處理中心、光學模組、架托。骨傳導模塊設置在鏡架內側，可加強自閉癥兒童聽覺感官，投影與攝像模塊前置上方，提升自閉癥兒童視覺感官體驗。交互按鍵裝載于鏡架外側。AR眼鏡外形整體簡潔、便攜，避免因造型奇特吸引過多目光而可能造成的自閉癥兒童心理負擔。

（二）基于感覺統合理論的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統App與功能設計

1.基于感覺統合理論的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統App設計：為減小自閉癥兒童的視覺壓力，便于自閉癥兒童及家長高效使用，手機App界面設計[12]清晰明了，使用可視化的數據呈現手段，多運用圖形與圖標作為引導信息，并簡化使用步驟，使操作簡便易懂。App視圖簡潔，顏色和諧，避免顏色過于黯淡或過于明亮造成自閉癥兒童感官的不適。優化交互反饋，使體驗感更緩和。除了AR眼鏡與手機，系統還可以與其他設備和應用程序進行集成，如智能手表等，以提供更全面的功能和服務，如圖5。

2.基于感覺統合理論的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統功能設計：包括在線學習平臺、實時通訊、導航、時間控制、行為糾正、語音提示、協助乘坐公共交通工具等功能。自閉癥兒童的出行數據將由 App進行儲存，并整理分析出反饋與干預策略，家長可進入社群平臺與其他自閉癥兒童家長分享交流。具體功能設計及說明如下：

游戲任務與社交鍛煉。游戲治療常被用于自閉癥兒童的干預[13]，為了解決自閉癥兒童注意力散漫的痛點，將出行前、出行中與出行后設計為一條完整的任務線，包括NPC式的任務引導、游戲感的界面體驗和層層遞進的任務設置，從動機層到行為感知層全方位輔助提升自閉癥兒童出行體驗，自閉癥兒童在這個“游戲任務”過程中既完成了出行活動，又鍛煉了感官統合與協調能力。出行前，自閉癥兒童要佩戴AR眼鏡進行預設任務的出行模擬游戲，通過AR虛擬現實技術呈現真實路況的模擬訓練，用情境模擬和角色扮演的方式，在安全的環境中提前體驗和練習出行場景，提高自閉癥兒童在實際出行中的應對能力。模擬完成后，即進行真正的“出行任務”，出行任務具有時間限制，過程中發生的一切可能的狀況都將是任務的一環，根據自閉癥兒童完成的情況，系統將進行鼓勵與肯定，若失敗，系統將進行鼓勵并提供其他方案。出行任務完成后，自閉癥兒童的賬戶將會收到象征勝利的獎章。

定位與導航。為防止自閉癥兒童走失或迷路，基于感覺統合理論的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統具有位置感知和導航功能，通過使用全球定位系統（GPS）和位置傳感器，系統能夠準確獲取自閉癥兒童的位置信息，并提供導航指引，以幫助自閉癥兒童確定正確的路徑和方向。

實時通訊與家長輔導。家長干預是自閉癥兒童在初期訓練獨自出行時不可或缺的一環[6]。通過AR眼鏡內部搭載的CPU處理中心和攝像頭，自閉癥兒童的位置和鏡頭捕捉到的周邊圖像畫面可實時傳輸給App的家長端，家長通過在線App平臺，可觀察自閉癥兒童的實時動向，了解自閉癥兒童眼中的畫面，掌握自閉癥兒童與系統的配合程度，并實時通訊，進行遠程指導。

視聽提示。出行輔助系統可以通過AR眼鏡利用語音和可視化引導向用戶進行信息提示。通過骨傳導模塊，導航指示、路況信息、時間控制等信息將以語音提示的形式直接傳達給自閉癥兒童，基于先進語音識別技術[14]，系統提示音色可提前與家長聲音進行融合生成，增強自閉癥兒童的接受度。可視化引導通過AR眼鏡界面，以圖像或文字形式呈現相關信息，提供更直觀的導航和指引。在自閉癥兒童乘坐交通工具及發生危險行為時，AR眼鏡界面會給予可視化圖像及語音的協助提醒或預警，同時，界面設計模擬科技感游戲元素，增加自閉癥兒童視覺上和心理上的接受度[15]。

公共交通乘坐引導。在乘坐交通工具方面，為解決自閉癥兒童乘車困惑，系統提供實時的乘車信息、站點提示和換乘建議，以幫助自閉癥兒童更輕松地進行公共交通出行。以公交車乘坐為例，根據預先設定的目標終點，實時定位最近的車站，系統將計算出最優路線，通過AR眼鏡與手機App界面進行乘車信息、車輛定位、到站提醒和換乘建議的提示，每完成一項任務，可主動與AR眼鏡或手機App進行交互，以進行下一項任務。

數據存儲與干預策略。在行程結束后，系統會整理出此次行程的信息，根據醫療大數據形成個性化的用戶能力模型，讓家長了解自閉癥兒童在出行中遇到的具體困難與自身弱勢所在，并針對性的給出干預建議，在后續出行輔助或就醫干預中作為參考。家長可分享自閉癥兒童出行視頻和數據，前往在線平臺與其他自閉癥兒童及家長交流學習。

（三）基于感覺統合理論的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統交互界面設計

基于感覺統合理論的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統設計的交互界面，遵循設計策略，將出行模擬為“游戲任務”，賦予指引標識趣味性和游戲性。標識進行一定透明度處理，并進行漸變色、圓角與光感的表現，在不影響視力的情況下添加科技感和娛樂性，減緩自閉癥兒童的視覺壓力，提高接受度，如圖6。

（四）基于感覺統合理論的AR技術輔助自閉癥兒童出行系統流程設計

1.家長設置外出任務。2.兒童佩戴AR眼鏡出行。3.家長端：實時定位觀察，實時通訊。4.兒童端：智能導航、時間控制提醒、實時通訊、協助乘坐交通工具、危險行為糾正、語音提示。5.形成信息整理。6.形成能力模型。7.給出干預建議。8.出行視頻和數據儲存。9.分享與交流，如圖7。

結語

此設計研究聚焦于自閉癥兒童的出行問題，將感覺統合理論與AR增強現實技術應用于自閉癥兒童出行輔助系統設計中，論證感覺統合理論與AR技術介入設計目標的可行性，并進行用戶研究，得出設計策略，并最終用實踐進行展示，以期幫助自閉癥兒童在出行中建立更有效的感官整合能力，改善生活質量，更好地融入社會。

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