虚拟现实游戏对注意力的影响及评价方法研究

论文摘要

注意力对思考、学习、逻辑推理、决策等高级认知能力有巨大影响。随着虚拟现实技术的发展,虚拟现技术结合游戏化在医疗辅助、在线教育等方面的研究是近几年的趋势。研究虚拟现实游戏对注意力的影响对注意缺陷的治疗和教育有重大意义。而目前的研究缺少虚拟游戏对注意力影响的定性和定量分析。此外,在医疗、教育等领域,虽然有许多研究提高注意力的方法,却忽视了注意力评价方法的研究。针对这些问题,本文研究了注意力评价方法以及虚拟现实游戏对正常心智成年人注意力的影响。随着生物医学的发展,脑电信号已经被证实和注意力的变化有紧密联系。本研究运用脑电信号特征提取及机器学习等方法,通过注意力相关的脑电特征对注意力进行了分类处理,实现了一种注意力评价方法。进而,结合统计学相关理论客观评价了虚拟现实游戏对正常心智成年人的影响。本文主要研究内容如下:（1）完成了两部分实验,第一部分是注意力分类实验。在实验过程中通过脑电采集设备采集多个通道脑电信号,作为标准数据集,进行注意力评价方法的研究。第二部分是虚拟现实与3D游戏对比实验。使用第一部分的分类模型,对虚拟现实和3D游戏环境中采集的注意力相关脑电信号进行分类。（2）在脑电信号预处理过程中,本文使用集合经验模态分解与改进小波阈值相结合的方法,有效地去除了噪声获得了纯净的脑电信号。此方法与同类方法比较显示信噪比更大,均方根更小,因此本文的算法去噪效果优于同类算法。（3）在注意力相关脑电特征提取方面,本文使用了功率谱、Hilbert-Huang变换及样本熵方法。对脑电信号的时频、能量特征进行分析得到能够代表注意力的特征向量,使用支持向量机和长短记忆网络设计分类模型,两者的准确率分别为90.625%和96.3%,所以选用长短记忆网络模型作为分类器。（4）比较了相同游戏在3D和VR环境中对注意力的影响。整体数据显示:受试者在VR中游戏表现数据优于3D游戏,游戏表现数据与游戏环境具有显著相关性;在VR游戏环境中受试者的注意分值变化相对稳定,且注意均值普遍高于3D游戏,注意分值与游戏环境具有显著相关性;由于个体性差异,受试者达到注意峰值的时间与游戏环境无显著性差异,而是与性别存在显著性差异,男性在VR环境中达到注意峰值的时间比女性短。本实验的研究结果初步证明了虚拟现实游戏对心智正常的成年人注意力有积极影响,研究结果可为医学、教育等注意力训练和测试等提供理论支持。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 宋文静

导师: 万波

关键词: 虚拟现实游戏,注意力,变换

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技,信息科技

专业: 生物学,生物医学工程,电信技术

单位: 西安电子科技大学

分类号: R318;TN911.7

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.002426

总页数: 89

文件大小: 4236K

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