基于可穿戴人休感知的教学休验系统设计

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摘要：摘要：该文在人体机理感知信息科学理论和交互技术成果分析的基础上，对人体感知与环境感知问题、人体机理感知信息获取问题、感知觉与记忆的关系问题、人机交互感知与输入机理问题、5G环境下VR人机信息获取问题、虚拟学习环境设计等问题进行了系统性研究，并

　　摘要：该文在人体机理感知信息科学理论和交互技术成果分析的基础上，对人体感知与环境感知问题、人体机理感知信息获取问题、感知觉与记忆的关系问题、人机交互感知与输入机理问题、5G环境下VR人机信息获取问题、虚拟学习环境设计等问题进行了系统性研究，并针对虚拟现实教学设计中缺乏客观感知回馈设计和无法有效获取控制变量的弱点，提出了基于人体机理感知的虚拟现实可控学习体验环境的设计思想，设计了可穿戴学习体验系统设计模型。并通过《英语视听说》进行探索，尝试了人体感知环境下沉浸式体验课程设计，部分实现了虚拟教学体验空间的控制设计。

　　关键词：第五代移动通信技术;人体感知;虚拟现实;穿戴系统

　　一、引言

　　随着技术的发展与进步，人们的学习需要寻求一个更加有效的、真实的、更加自然态的学习环境，追求获取知识的真实感和自然态，这种真实感和自然态主要来源于人们对知识的感知和获取技术的实现。而知识的感知是一个认定的知识进行自然态转化的过程，如仿真学习、虚拟现实化学习、游戏化学习等，这些学习环境具有返璞归真的意境，同时在原始学习并维持知识保真度的基础上，对知识的获取过程、理解过程进行科学的有效性设计，在媒体技术和人机技术可允许的范围内，实现感知的自然获取，这其中包括：听觉、视觉、触觉的获取和计算，情感计算与分析[1]。

　　在第五代通信个体及群体多连接、多传感器信息的获取环境的基礎上，笔者试图找到知识获取的多通道的设计方法，以逼近真实的理解感知过程，构造以教学为目标的仿真环境，让环境中的知识获取元素和体验过程向知识“熵”逼近。让学习者在完成向自我建构的过程中体验知识“熵”逼近的过程。如何完成逼近过程的关键就是要研究VR学习空间每—个分目标是否都能与体验者人体体验效果相一致，是否符合人性化的设计，换句话说，体验者对内涵知识VR学习空间的体验效果决定于体验者感知的舒服和享受程度，如果感知越舒服证明这个部分空间设计和元素设计就越成功，反之亦然。从研究中我们发现人体感知与VR学习空间设计是密切相关的，从体验上它们是一一对应的(如图1所示)。

　　要想获得在VR体验过程中最佳的知识获取方法，最直接、最有效的方法就是以人体对知识元素和知识表达环境的感知为研究重点，即通过获取测量人体生理信号，实时计算用户心理状态，提取并计算生理信号的相应特征，推测用户在VR体验的心理状态，判断人对当前的知识元素的感知，找到在VR环境中知识传递和获取的最佳设计，而人体感知效应与环境感知问题研究将成为本问题研究的基础。

　　二、人体感知效应与环境感知问题的研究

　　(一)人体感知与环境感知的关系

　　人体感知即人的意识对内外界信息的觉察、感觉、注意、知觉的一系列过程，分为感觉过程和知觉过程。感觉过程中被感觉的信息包括有机体内部的生理状态、心理活动，也包含外部环境的存在以及存在关系信息。感觉不仅接受信息，也受到心理作用影响。知觉过程中对感觉信息进行有组织的处理，对事物存在形式进行理解认识。环境感知是文化地理学借心理学新的研究或成果来分析人地关系的。人与自然环境关系中的各种可能性进行选择时不是任意的、随机的和毫无规律的，而是有一定的客观规律可寻的。它受一种思想意识的支配，这种思想意识就是环境感知。每个人总是生活在一定的环境中，由于受其环境及文化的影响，在人们头脑中必然形成一种印象，这种由环境影响而形成的印象，就称之为环境感知。因此，要对知识获取的各种方法进行科学过程的研究，就要掌握人们在这些环境下获取内容的手段和对知识反应的感知度。想了解人们对知识的感知，就必须了解人们在碰到外界环境条件刺激到产生记忆意识转化的过程。这个过程大致如下，人体在周边环境刺激下，将会在人体内部产生相应的感知现象，同时引起人体外在相应的情绪变化;根据刺激所带来的变化程度，大脑将产生不同程度的记忆、意识状态(如图2所示)，进而形成了外界刺激到记忆的转换。

　　VR教学空间体验是一种瞬间的感觉，也是一系列感知过程的综合，触摸和视觉在感知过程中起到重要的主导、直接、刺激的作用;不同的视觉强度会产生不同程度的感知效应嘲，不同的触摸强度会产生不同程度的刺激神经的感知效应。体验者对知识的认知和理解与体验者当时所获得的磁场位置和磁场强度有关，与体验者即时心理状态和外界的刺激状态有关，与此体验者对这方面知识的陌生程度有关;但以上这些不定性因素我们无法辨别或同步获取，对研究教学问题也是意义不大的，而真正有意义的是要同步获取在外界环境的刺激条件下视听触觉表象信息和人体感知效应信息。

　　同步确认感知效应的真实性和准确性。这个感知获取过程是一种在生理机理基础上建立起来的形态感知过程[3];这个过程可能映射的是特定环境因素，而这个特定环境可能又映射的是人的情绪积累因素，也可能映射的是当下环境磁场的作用，也可能是人们在对某种知识状态和知识领域的理解的基础上产生的感觉和体会;而这种生理机理所获得的反应是客观的、有效的、自然的和真实的，是人们在复杂综合环境下获取知识时的真实生理反应。

　　(二)人体感知的信息获取

　　人体感知的信息主要包括：脑电、心电、皮肤电、皮肤温度、呼吸、眼电和肌电等[4]。

　　1.脑电信号：从生物物理角度来看，脑电信号与人的记忆、知觉情绪、语言、行为等认知过程具有一定的关系，当大脑处于深度睡眠和无意识状态时，主要产生δ波;当处于深度、放松无压力、潜意识状态时主要产生θ波;α波通常对应于身体放松，思维活跃的状态;β波，通常产生于紧张、充满压力的状态;当人注意力高度集中紧张时，会产生频率更高的γ波。

　　2.心电信号：可显示人心理状态的变化，在时域上主要检测心率和心率变异性，计算其均值和标准差。

　　3.皮肤电信号：用来衡量皮肤和阻抗的。当人感到压力，觉得紧张时会流汗，导致皮肤电发生变化。也就是说，皮肤电可以反映一个人的心理状态。

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