學術發布 | 沉浸式心流體驗如何測量？腦電波也許能給出答案

2020年11月

近年來，眾多VR虛擬實境設備也逐漸進入家庭客廳和學校課堂。虛擬實境技術最核心的價值是能給體驗者製造「沉浸式體驗」，這種體驗能大大提升體驗者身臨其境的感受。

在教育領域沉浸式的學習體驗能大大增強知識的傳遞效率，因此VR虛擬實境技術也在教育培訓訓練等領域得到廣泛的應用。 然而，這種沉浸式的體驗感受是否能被測量和量化呢？

近日，來自北京師範大學人工智慧學院的研究人員在IEEE平臺發表了一篇關於「沉浸體驗」的研究，試圖用各項生理指標來測量沉浸式體驗感受的高低。

論文中提出一種使用生理指標來測算VR體驗者沉浸式體驗的方法。研究中選取了2大主要生理指標：心率指標和腦電特徵。心率數據通過PPG光敏傳感器測量，而腦電數據則使用了BrainLink腦電檢測設備。同時，研究中還使用了與BrainLink配套的「基礎檢測」App用於腦電綜合數據的採集。以下為論文摘要和研究結果：

充滿沉浸式體驗的智慧課堂可以為學習者創造極佳的學習體驗感，提高學習效果，學習沉浸程度也成為評價學生學習狀態的指標之一。然而，傳統的學習浸潤度評價方式受個人主觀因素影響較大。

本研究提出了一種新穎的基於生理特徵的學習沉浸度評價方法：通過構建兩種不同沉浸感的學習場景。VR視頻觀看（針對高沉浸感）和普通文檔閱讀（針對低沉浸感）來誘導沉浸感。在學習過程中，收集了被試者的PPG信號和EEG腦電信號，用於後期的預處理和提取。通過輸入不同組成的特徵向量來訓練SVM分類器模型，並對其預測精度和訓練時間進行比較。

結果表明，最適合評估學習沉浸感的特徵向量是：脈搏、注意力得分和放鬆得分的比例、腦電圖的高α波。模型的精度達到88.93%。

關於「沉浸理論」：

"沉浸理論 "又稱「心流理論」，1975年由心理學家米哈裡-西克森米奈爾（Mihaly Csikszentmihalyi）首次提出，被廣泛用於評估人們在各種場景中的參與度（如藝術家的創作過程和員工的工作過程）。心流理論指的是 "一種非常積極的心理狀態，通常是當一個人感知到某一情境下的挑戰難度（例如遊戲競技）與自己的能力之間的平衡匹配時，就會出現這種狀態"。

當個體感到自己沉浸其中時，他們不會意識到時間的流逝和自身的存在。對於學習者來說，學習沉浸感是指學生集中精力完成學習任務時的一種任務導向、認知效率和情感愉悅的心理狀態。

研究者們開發了一系列的量表工具來測量個體對某項活動的沉浸感。1984年，Privette編制了 "Privette體驗問卷（PEQ）"來測試運動員在運動中的沉浸體驗。1996年，Jackson和Marsh編制了 "心流狀態量表（FSS）"，也是用來測量運動員在體育活動中的心流體驗。

近年來，FSS仍然是最經典的測試工具，通過在不同文化背景下的測試，證明它具有良好的文化普適性。到目前為止，還沒有人通過同步採集運動員在運動過程中的生理信號來評價其沉浸程度並建立評估模型。

標題：Learning Immersion Assessment Model Based on Multi-dimensional Physiological Characteristics

作者：Junqi Guo，Boxin Wan

URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9202208