虛擬現實是人們通過計算機對復雜數據進行可視化操作與交互的一種全新方式。國外許多臨床心理學家已經運用虛擬現實治療焦慮障礙等多種心理疾病取得了一定的成效。本文介紹了虛擬現實的概念和發展歷史以及在心理問題治療方面應用，分析了虛擬現實技術的特點，展望了其在心理治療領域的發展前景。
一、虛擬現實
1.什么是虛擬現實
虛擬現實（VR）是一項多學科融合的技術，涉及計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能技術等，它通過計算機生成逼真的三維視、聽、嗅覺等感覺，使人作為參與者通過虛擬現實設備，自然地對虛擬世界進行體驗和交互作用。使用者進行位置移動時，電腦可以立即進行復雜的運算，生成精確的3D圖像,從而產生臨場感。該技術集成了計算機圖形(CG)技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理等技術的最新發展成果，是一種由計算機技術輔助生成的高技術模擬系統。概括地說，虛擬現實是人們通過計算機對復雜數據進行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統的人機界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現實在技術思想上有了質的飛躍。
虛擬現實中的“現實”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環境，它可以是實際上可實現的，也可以是實際上難以實現的或根本無法實現的。而“虛擬”是指計算機生成的圖像。因此，虛擬現實是指用計算機生成的一種非物理真實的圖像，人可以通過使用虛擬現實設備將自己“投射”到這個環境中，并操作、控制環境，實現特殊的目的，即人是這種環境的主宰。
使用者不僅是以視覺和思維介入虛擬現實環境，而且更是以完整的生物個體融入到虛擬現實系統，在此過程中，個體的各種感知活動如視覺、聽覺和觸覺，以及悲喜、悲傷、緊張與恐懼等情緒反應，都將得到充分表達。它與傳統的模擬的技術完全不同，是將模擬環境、失敬系統和仿真系統結合為一體，利用各種傳感裝置把使用者與計算機生成的虛擬現實連接在一起，讓使用者完全沉浸在虛擬的多維世界中。它強調的是：逼真的感覺、自然的交互作用、獨特的想象性。
2.虛擬現實心理治療的發展現狀
虛擬現實是比較先進的綜合性計算機人工智能手段，它能夠通過計算機圖形(CG)技術和傳感技術等工具營造出一個想象空間。而這種包含視覺、聽覺和觸覺多元化體驗的想象空間往往是真實世界里很難實現、甚至是不可能實現的。
對有心理疾病或障礙的人群來說，更多的是人們不愿去面對的現實體驗。虛擬現實則能夠在心理治療上為心理醫生和患者搭建一個橋梁，使心理治療能夠在虛擬現實的幫助下更好地進行。虛擬現實下的心理治療方法由于其技術因素，決定了它省時省力，節省能源體力，更具真實感，效果明顯等重要特點。
現在已經出現了針對特殊心理疾病開發的虛擬現實心理治療系統。諾丁漢大學社交研究及精神病學研究小組對用虛擬現實系統治療不同的恐懼癥進行了研究。美國加州Kaiser-Permanente醫療小組開發了一套將虛擬現實技術應用于恐高癥治療的試驗系統，并且使得90%的參加者達到了治療目標。
在虛擬現實技術發展的推動下，出現了很多的虛擬現實心理治療的實例。這些虛擬現實心理治療有些只是利用了虛擬現實的基本原理，如C.Botella等人對幽閉恐怖癥的治療、Brenda K等人對飛行恐怖癥的治療等[3-4]。還有一些更為接近實際意義虛擬現實的心理治療方法和輔助工具設計，它們基本以軟件設計為主，對虛擬環境進行建模和重繪，通過視覺效果器和觸覺效果器等手段來實現互動。如治療注意缺陷多動障礙、恐高癥、創傷后應激失調等。這種虛擬現實心理治療軟件的開發，.由于其針對性太強，往往使治療的患者對象群體比較單一。但與非虛擬現實的治療效果相比，作用效果十分明顯。
虛擬現實應用的發展推動力來源于計算機虛擬現實技術的發展。隨著科技及心理學理論的發展，虛擬現實技術心理治療領域開始得到廣泛應用，并且向適用范圍廣、更真實、互動性和沉浸感更強的趨勢發展，將徹底革新基于想象世界的心理治療現狀。
3．虛擬現實的特點
虛擬現實系統應具有以下三個特征:交互性（Interactivity)、想象性(Imagination)和沉浸感(Immersion)。這三個重要特征與其相鄰近的技術(如多媒體技術、計算機可視化技術等)相區別。沉浸感，是指計算機生成的虛擬世界能給人一種身臨其境的感覺，如同進入了一個真實的客觀世界；交互性，是指人能夠很自然地跟虛擬世界中的對象進行交互操作或者交流；想象性，是指虛擬環境可使人沉浸其中并且獲取新的知識，提高感性和理性認識，從而深化概念并萌發新意。因而可以說，虛擬現實可以啟發人的創造性思維。
虛擬現實的最主要的技術特征是沉浸感，即投入感。虛擬現實的追求目標是力圖使用戶在計算機所創建的三維虛擬環境中處于一種全身心投入的感覺狀態，有身臨其境的感覺，即所謂“沉浸感”。導致“沉浸感”的原因是用戶對計算機環境的虛擬物體產生了類似于對現實物體的存在意識或幻覺。為此，必須具備圖像、交互、行為三種基本的技術要素 [5]。
利用虛擬現實沉浸功能，使用戶暫時與現實環境隔離，投入到虛擬環境中，從而能更真實地注視數據。虛擬現實界面也可以給技術人員及創作人員提供真實數據，以便正確地創建虛擬環境，這樣有助于用戶更快、更全面地分析理解數據。因此，虛擬現實技術從根本上改變了人與計算機系統的交互操作方式。
而對于心理治療的具體問題，虛擬現實技術還要具有安全性。虛擬現實技術可以營造一個安全可靠的新環境，有助于患者完全受保護的資訊室環境，與有別于患者感到威脅的現實環境。他它能模擬很危險或挑戰性很強的情景，提供一個安全的學習環境。在虛擬環境中，使用者可以通過體驗錯誤來提高學習和自我察覺能力。可以不斷變換場景，各種困難、失誤、無法預測的事件和戲劇性的結果都可以反復練習，而“實際上”不會造成任何傷害?；颊咴谔摂M環境中感覺安全，再加上有治療師的支持，可以毫無困難的面對自己的障礙。與傳統療法不同，虛擬現實提供的安全環境可以讓患者大膽地去體驗和探索。
二、虛擬現實技術在心理疾病治療方面的應用
1．創傷后應激性障礙治療
創傷后應激障礙( Posttraumatic stress disorder, PTSD) 是人們在遭受創傷性事故或重大災難后較常出現的一種心理疾病。這類疾病的理想療法是情景暴露法, 但在以前的治療條件下很難使個體當時遭受創傷和災難的情景得到重現,而運用VR 技術可以比較好地解決這一難題。羅森鮑姆等人運用VR 技術對患PTSD 癥的越戰老兵進行了治療, 其具體方法是把這些老兵置于和越戰相似的虛擬情景下, 使他們重新體驗當時在越戰中受傷的經歷。治療中所采用的主要虛擬情景分別是一片被叢林包圍的曠野和一架“休伊”直升飛機, 在經過一段時間的治療后這些老兵的病情有了明顯好轉[6]。
2．厭食癥治療
厭食癥有多種病因, 有些厭食癥患者則是由于誤認為自己過于肥胖而不愿進食才患病的, VR 技術可用于糾正此類患者對自己體形的態度。Riva 等人利用VR 技術制作了模擬厭食癥患者的虛擬人, 然后讓患者觀看這種虛擬人成功完成各種對體形有嚴格要求的任務, 如鉆狹小的通道等。經過訓練, 患者端正了對自己體形的認識, 能以積極的態度配合治療。
3.注意缺陷障礙診斷
VR 系統可通過頭盔顯示裝置精確地向用戶呈現各種視覺和聽覺刺激, 并記錄被試作出的反應, 近幾年VR 技術已被逐漸用于診斷兒童的注意缺陷障(Attention deficit disorder, ADD)。里佐( Rizzo) 等人借助VR 技術建造了一間包含桌椅、黑板等教學設施和一位女教師的虛擬教室, 以此進行有關兒童注意力的研究。他們把一些兒童置于虛擬教室中,讓他們對由虛擬黑板和虛擬教師給出的視覺、聽覺信號做出反應, 同時他們還控制虛擬教室中出現的一系列噪音作為干擾刺激。實驗結果顯示, 這種測試方法可有效地區分出ADD兒童和正常兒童, 并且采用這種虛擬的教學環境更容易得到兒童的配合, 診斷結果要比采用傳統方法更為可靠。
4．精神分裂癥治療
在精神分裂癥治療中, VR 技術主要被用于模擬精神分裂患者較常出現的各種幻覺。臨床心理學家和精神病學家試圖通過向精神分裂患者呈示虛擬幻覺而使他們了解幻覺的產生純屬病態, 必須接受專門的治療才能克服和消除; 同時也希望通過這種技術手段使那些無法徹底醫治的精神分裂患者能夠適應于平時生活中所產生的各種幻覺。而要使這種治療方法真正起作用, 一個重要的方面是需要根據不同病人產生幻覺的特點制作出相應的虛擬幻覺, 這在技術上提出了很高的要求。目前, 這種療法尚處于試驗階段。
5.VR技術在社交焦慮癥治療中的應用
在恐懼癥的治療中, VR 技術被用于建立虛擬的自然情.景, 而在社交焦慮癥的治療中VR 技術則被用于建立虛擬的社交情景, 患者被置于虛擬社交情景中接受治療。虛擬社交情景中需要設置虛擬人物, 并且這些虛擬人物應具有一定的“知覺”和適當的“表情反應”來實現與患者的社交活動。據國外文獻報道, 最新的VR 技術已初步具有這樣的功能。羅伊(Roy) 等人進一步把VR 技術用于社交焦慮癥的治療。他們使用VR 技術建立了4種不同的虛擬社交情景: 在虛擬會議室里對著虛擬聽眾發言、與虛擬朋友聊天、在虛擬咖啡店里受到虛擬顧客和服務員的關注、受試者自身利益受到虛擬人物的侵犯。研究者把1名患有嚴重社交焦慮的女病人置于這4 種不同的虛擬情景中, 然后采用行為認知療法和暴露療法對其進行了多次治療。在治療過程中發現, 患者在各種虛擬社交情景中出現的心理與生理反應和現實生活中的基本相同, 經過一段時間治療, 患者的社交焦慮癥狀得到了明顯的減輕, 隨后的復查也表明治療效果相當穩定。
三、虛擬現實心理治療系統設計
虛擬現實心理治療系統應具備虛擬現實的功能和特點。以人的沉浸感為目標，通過對實時圖像處理技術和效果器功能實現的研究，設計了虛擬現實的心理治療系統。
1．系統的心理學原理
虛擬現實心理治療系統的心理學原理是源于美國《科學》雜志在2007年8月24日發表了一篇關于“心靈出竅”的文章。文章指出利用簡單的虛擬現實技術，科學家刻意欺騙了人們的大腦，使他們產生了少有的體外經歷(out-of-body experiences)和自覺意(Self-Consciousness)，即一個人能夠感受到他正在從自己的身體之外“看到”自己和周圍環境。被實驗人感到自己的靈魂離開了肉體，并從外部觀察著自己的身體。這一研究成果揭示了人類大腦在整合各種感官信息的過程中是如何產生混亂的。
英國倫敦大學學院的 HenlikEhrsson和瑞士聯邦技術研究院的 OlafBlanke分別領導了兩項實驗證明了“心靈出竅”的現象，即通過簡單的方法就可以輕易欺騙我們的大腦。
實驗的具體過程為：
（1）健康狀況良好的被實驗人坐在椅子上，并在其后方2米處安放攝像機，用來拍攝其背部姿態。然后再讓被實驗人戴上一幅特殊的眼鏡，通過該眼鏡中的屏幕，被實驗人能看到攝像機拍攝的圖像。
（2）在攝像機前上下揮動棍子，同時用棍子接觸被實驗人胸部并作相同動作后，多數被實驗人都回答說，感覺自己的身體位于攝像機前方，自己好像是在從后面看著別人一樣。
（3）在體驗環節（2）后，研究人員又用一把錘子向攝像機揮去，被實驗人都做出了感到恐懼的神經反射。這可以解釋成被實驗人感覺自己的身體處在攝像機前而做出的反應。
實驗的結果證明，在視覺和觸覺被分離后，大腦的感官信息處理變得混亂，于是大腦創造出一個幻覺，使人感受到了一具并不真實存在的身體。根據這一心理學原理，設計虛擬現實心理治療系統。將虛擬現實技術和心理實驗方法應用在心理治療上，使體驗者省去了冥想的時間，以虛擬眼鏡為媒介直接看到自己身處虛擬環境之中。通過感官刺激，更直觀更深刻地感受虛擬的心理治療環境。配合心理醫師的引導，進而達到時間短效果明顯的目標。
2．系統的效果和結構需求分析
本系統是一個輔助心理治療設備，為了更好地達到理想的心理治療效果，采用簡單沉浸式虛擬現實設計。它的主要任務是給實驗者或心理疾病患者提供一個虛擬現實平臺。通過這個虛擬現實平臺，接受治療的患者可以免去閉目冥想的階段，要求使患者能通過虛擬視覺設備直接看到虛擬的冥想景象，即用視覺刺激代替想象空間，從而達到省時高效、真實感強、無需訓練的目的。
系統首先要求患者能從虛擬視覺設備中實時觀察自己當前的身體狀況，模擬置身于假想空間的場景，且要求達到人的思維和本體分離這樣一個“靈魂出竅”的效果。這樣，對視覺下虛擬本體進行刺激便能通過視覺影響到人的大腦，從而改善人的心理意識。亦即可以避免對人本身的一些不必要刺激。其次，要求在整個過程中都伴有醫生的語聲指引，同時能體驗互動信號。通過語音和感知器件的提示(可以是震動、發熱等方式)加強患者意識共鳴。另外，還要求系統盡可能使用方便，移動部分輕便小巧;程序能根據不同心理治療需求做出不同的細節變化等。
3.心理治療系統的組成
針對以上的需求進行詳細分析，將系統結構分為視覺、觸覺、聽覺三個部分。視覺部分以攝像頭為輸入設備，通過USB傳輸采集的圖像到圖像處理單元。處理單元將人體從實際場景中提取后置入虛擬環境視頻中，并將背景環境、人物和前景動畫進行實時合成。處理后由虛擬現實眼鏡輸出到體驗者的視野中。觸覺部分以心理醫生的指令為輸入，通過程序消息管理，將得到的響應消息，發送給串口通訊設備，通過無線傳輸抵達作為觸覺效果器的感知器件，使體驗者能感受引導信號。聽覺部分以麥克風為輸入設備，實時傳輸醫生的指引。此外，還有配合虛擬場景的立體音樂，由消息管理器進行控制輸出。
其中，圖像處理過程按流水線結構分布在兩個處理單元中，按先后分別承擔圖像采集處理和圖像處理輸出任務，兩單元處理過程同時進行。對于一幅n×n大小的圖像，流水線結構能使圖像處理的時間復雜度由n2降為n。實際上，兩個處理單元中前者完成圖像采集和特征提取，后者完成與虛擬影像的合成和顯示處理工作。
4．系統軟硬件平臺設計
對于實時圖像處理，速度是必須考慮的首要因素。做到實時就要求視頻采集速度快，處理速度快，傳輸和讀寫速度快等。決定圖像的處理速度主要有CPU的速度、內存空間的大小、硬盤的數據傳送速度、用于圖像處理的軟件、采用的圖像處理算法等幾方面因素，這些方面包括硬件和軟件，硬件除了需要有高的標準還必須配置恰當，能夠正確、及時地表達軟件的功能；軟件要求必須能夠充分發揮和利用硬件的優勢。必須將二者的因素協調好，圖像處理的速度才能有效提高。
硬件方面。硬件是影響處理速度的主要因素。其中主要包含CPU、硬盤、攝像頭、網絡適配器。首先，CPU的處理速度決定著數據的處理能力。市場上CPU的主要規格可劃分為32位和64位兩種，64位處理器剛剛出現不久，而且潛力巨大，但只能作用于64位操作系統上才能發揮優勢，而且暫時很少軟件設計支持，故沒有廣泛應用。目前應用開發主流是32位處理器以及32位操作系統，考慮心理治療系統的可移植性和接口開發的適應性，選擇32位的處理器和操作系統 (Windows XP)。其次，由于實時速度的需求，導致實時圖像處理算法不能過于復雜，否則不能越過處理速度的瓶頸問題，故本系統內存需求較小，實驗中采用512MDDR2 內存，實際占用僅為20M左右(視實時圖像復雜度而定)。第三，流水線結構要求必須有快速無延遲的網絡通訊，因此采取10M/s的LAN或PC對聯方式即可滿足要求。
軟件方面。能用于圖像處理問題的軟件平臺有很多，但用于實時圖像處理的就只有幾種比較適合。例如Visual C++(VC++)、Delphi等?，F在主流的實時圖像處理技術主要是應用VC與VFW(Video For Windows)或DirectShow結合編程來實現。
在VC環境下，圖像處理速度快，簡單易用，界面人性化，可移植性和可拓展性強。VFW是Microsoft公司為開發Windows平臺下的視頻應用程序提供的軟件工具包，提供了一系列應用程序編程接口(API)，用戶可以通過它們很方便地實現視頻捕獲、視頻編輯及視頻播放等通用功能，還可利用回調函數開發更復雜的視頻應用程序。它的特點是播放視頻時不需要專用的硬件設備，而且應用靈活，可以滿足視頻應用程序開發的需要。Windows操作系統自身就攜帶了VFW，系統安裝時，會自動安裝VFW的相關組件。VC++自4.0以來就支持VFW，大大簡化了視頻應用程序的開發。目前，PC機上多媒體應用程序的視頻部分，大都是利用 VFWAPI開發的。綜合圖像采集及處理要求，采用VC++結合VFW進行開發[7]。
5．輔助硬件
為了增強虛擬現實心理治療系統的真實感，需要采取一些手段對患者的意識進行一定的引導。意識引導手段包括了語聲引導和觸覺引導。這里語聲引導由心理醫生實時配合完成，本系統主要的工作是完成觸覺的提示引導。
配合虛擬現實治療過程，要對患者進行觸覺提示來輔助指引整個過程，要求在適當的時間給予患者真實的觸感?？蛇x用不同觸覺效果器來實現。常見的觸覺效果器多通過震動和加熱等方式加以實現。
這里采用無線信號傳輸模塊，配合末端微型震動電機來實現觸覺效果器。這種實現方式的特點是價格低廉，質量可靠、效果明顯，且與上位機通信方便易實現。在心理治療實際過程中，無線傳輸的設計也會使患者行動更加隨意，減少束縛感，增強沉浸感。
四、總結與虛擬現實技術前景展望
本文首先介紹了虛擬現實的概念、在心理治療方面的發展歷史以及特點，然后介紹了虛擬現實技術可治療的心理疾病有哪些。通過對虛擬現實技術發展和應用的了解，分析了虛擬現實應用在心理治療的現狀和應用前景，并且結合最新近的“心靈出竅”心理實驗結論，針對具體的心理治療方案，設計了一個基于虛擬現實的心理治療系統。
虛擬現實技術的發展前景十分誘人，在某種意義上說它將改變人們的思維方式，甚至會改變人們對世界、自己、空間、時間的看法。它是一項發展中的、具有深遠的潛在的應用方向的心理治療新技術。利用它，可以使心理治療更經濟更有效。根據一項由臨床心理治療專家進行的對未來治療技術的預測顯示，虛擬現實和計算機技術的應用將會成為重要的治療技術，分別名列第三和第五。毫無疑問，隨著計算機技術的飛速發展，虛擬現實技術會越來越被廣泛應用于心理治療領域，極大地促進和提高心理治療的水平，成為一種心理治療的常用技術。
