2.1 研究設(shè)備

2.1.1 全景相機(jī)

Insta 360 Nano是一款小巧便攜的360度雙鏡頭攝像機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)fisheye view（魚眼視圖）、rectilinear view（直線視圖）、little planet view（小星球視圖）等多種拍攝視圖的攝像功能，靜態(tài)圖像質(zhì)量優(yōu)于視頻，最多支持3K（3040 x 1520）分辨率，30fps的視頻錄制。

圖2.1.1-1 Insta 360 Nano設(shè)備圖片 來源于https://www.insta360.com

使用Insta 360 Nano拍攝的圖像和視頻保存在插入設(shè)備底部的microSD卡中，連接電腦可通過配套應(yīng)用Insta360Studio查看與編輯。Insta360Studio可自動顯示拍攝的視頻和靜態(tài)圖像庫，允許在移動設(shè)備上查看視頻（通過滑動屏幕導(dǎo)航）或在VR頭盔中觀看。

圖2.1.1-2 Insta360Studio應(yīng)用圖標(biāo)

本次實(shí)驗(yàn)中，項(xiàng)目成員在綠道場景影像采集階段使用到了Insta 360 Nano的360度直線視圖視頻錄制功能，在采集結(jié)果處理與實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置階段使用到了配套應(yīng)用Insta360Studio的視頻剪輯、格式轉(zhuǎn)換功能。

2.1.2 皮電設(shè)備

皮膚電反應(yīng)是最敏感的情緒反饋之一，來源于皮膚汗腺的自主激活。人類的身體大約有三百萬個汗腺，在手掌、手指以及腳底分布較為明顯。當(dāng)人類的機(jī)體受到感官刺激或者情緒產(chǎn)生變化時，皮膚內(nèi)的血管會產(chǎn)生收縮和舒張，機(jī)體的汗腺被激活而發(fā)生變化，進(jìn)而分泌水分，通過毛孔進(jìn)入皮膚表面，在分泌液中的離子改變電流正負(fù)平衡，這種可測量的皮膚電導(dǎo)的變化為皮電活動（Electrodermal activity ，EDA）。皮電活動能夠非?？焖?、靈敏地反應(yīng)刺激事件對個體的影響程度，與情緒、喚醒度和注意力等密切相關(guān)，是生理學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的測量指標(biāo)類型。同時因其穩(wěn)定性高、測量簡便、靈敏度高，皮膚電反應(yīng)成為反映個體交感神經(jīng)興奮性變化的最有效、最敏感的生理參數(shù)之一。皮膚電反應(yīng)可以作為評價(jià)個體生理喚醒、認(rèn)知負(fù)荷、情緒反應(yīng)以及應(yīng)激能力的良好指標(biāo)，可以應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、用戶體驗(yàn)測評、操作人員應(yīng)激反應(yīng)等研究內(nèi)容，本研究利用皮電設(shè)備測量的實(shí)驗(yàn)者的情緒變化。

圖2.1.2 Shimmer GSR+傳感器檢測設(shè)備 來源于https://www.shimmersensing.com

本實(shí)驗(yàn)所使用的皮電設(shè)備為Shimmer GSR+傳感器檢測設(shè)備。電流消耗為60μA，測量范圍為10KΩ- 4.7MΩ(.2uS-lOOuS)+/-10%,22kΩ - 680kΩ(1.5-45uS)+/-3%，頻率范圍為DC-l5.9Hz，GSR輸入端的偏置電壓為0.5V，尺寸為65mm X 32mm X12mm。GSR是皮膚電導(dǎo)的一個量度，GSR傳感器的電導(dǎo)值取決于人的出汗量，出汗越多，電導(dǎo)越高，電阻越低。GSR信號為皮膚電活動（EDA），由強(qiáng)直和相位成分組成。緩慢變化的基礎(chǔ)信號是強(qiáng)直GSR部分，也稱為皮膚電導(dǎo)水平（SCL）。變化較快的部分（相性活動）與外界刺激有關(guān)。EDA測量是通過將一對電極放置在皮膚表面，在皮膚上施加一個微小的恒定電壓，流過皮膚的電流與皮膚電導(dǎo)成正比，通過電流電壓轉(zhuǎn)換后，皮膚電導(dǎo)變化信號將被記錄。GSR分析的意義在于探究汗液水平增加和減少的影響因素，在本實(shí)驗(yàn)中該影響因素為綠道建成環(huán)境與騎行空間。本實(shí)驗(yàn)使用的配件有手指光脈沖傳感器、9英寸生物連接引線和手指電極，以獲取心率數(shù)據(jù)和皮膚點(diǎn)活動數(shù)據(jù)。Shimmer Consensys BASIC Software是Shimmer GSR+傳感器檢測設(shè)備支持的應(yīng)用。

2.1.3 VR設(shè)備

本次實(shí)驗(yàn)使用的VR設(shè)備是由Meta Platforms出品的Meta Quest 2，包括VR頭顯及一對控制器手柄。VR頭顯配備1832×1920像素的高分辨率快速切換LCD顯示屏，搭載Snapdragon XR2芯片和6GB RAM，對比同類產(chǎn)品性能較高。

圖2.1.3 Meta Quest 2設(shè)備圖片 來源于https://www.meta.com

Quest 2的主要受眾為游戲玩家群體，兼容所有Oculus Quest應(yīng)用和游戲，同時支持多種游戲化健身應(yīng)用，可作為家庭健身工具。Meta Quest 2設(shè)備外置USB-C接口，可通過接口連接PC，實(shí)現(xiàn)媒體文件互傳以及電腦投屏，在頭顯內(nèi)沉浸式查看360度視角的虛擬影像。

本次實(shí)驗(yàn)中，我們在實(shí)驗(yàn)室測試階段使用到了Meta Quest 2的文件互傳功能與360度視頻播放功能，將采集的360度全景視頻在Meta Quest 2內(nèi)置的視頻播放平臺Quest TV進(jìn)行沉浸式播放，從而還原綠道騎行的第一視角感受。

2.1.4 Xiaomi Bracelet 9

Xiaomi Bracelet 9是集健康、智能提醒、運(yùn)動輔助于一體的智能手環(huán)，支持150+種運(yùn)動模式及專業(yè)算法。其中本項(xiàng)目所用到的為手環(huán)的壓力監(jiān)測功能。 Xiaomi Bracelet 9壓力監(jiān)測是心率檢測里的子功能，當(dāng)人處于壓力狀態(tài)下時，交感神經(jīng)活動增強(qiáng)，心率變異性降低；而在放松狀態(tài)下，副交感神經(jīng)活動增強(qiáng)，心率變異性增加。因此，HRV（心率變異性）是評估壓力水平的重要指標(biāo)。開啟后，Xiaomi Bracelet 9通過內(nèi)置的光學(xué)心率傳感器（PPG）實(shí)時監(jiān)測用戶的心率，手環(huán)在靜止?fàn)顟B(tài)下即可監(jiān)測使用者的壓力。手環(huán)檢測到壓力狀態(tài)時，會自動提高檢測壓力閾值，以確保靜止時壓力數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。達(dá)到預(yù)警值，且最近10分鐘內(nèi)沒有明顯的活動，手環(huán)將振動提醒。 Xiaomi Bracelet 9的壓力檢測采用的是光電透射測量法，原理上就是手環(huán)與皮膚接觸的傳感器會發(fā)出一束光打在皮膚上，測量反射或者透射的光。由于血液會吸收特定波長的光，每次心臟泵血時，該波長都會被大量吸收，血液是紅色的，反射紅光，吸收綠光，以此確定心跳。 Xiaomi Bracelet 9結(jié)合綠色LED光跟感光光電二極管，檢測特定時間手腕處流通的血液量，從而獲取心率信息，根據(jù)HRV數(shù)據(jù)，結(jié)合算法模型，由此間接得知壓力值。

圖2.1.4 Xiaomi Bracelet 9設(shè)備圖片 來源于https://www.mi.com

2.2研究技術(shù)

2.2.1 PANAS正負(fù)性情緒量表

PANAS是由Watson、Clark和Tellegen于1988年開發(fā)的情緒測量工具，用于評估個體的正性情緒（PA）和負(fù)性情緒（NA）。PANAS量表廣泛應(yīng)用于心理學(xué)研究中，尤其是在情緒、心理健康和心理疾病的評估領(lǐng)域。其中PA維度反映了個體的活力、幸福感、愉悅感等方面，通常與個體的心理健康、生活滿意度等正向因素相關(guān)；NA維度反映了個體的負(fù)面情緒狀態(tài)，如焦慮、沮喪、憤怒等，通常與心理壓力、抑郁癥狀等負(fù)向因素相關(guān)。

PANAS量表包含20個項(xiàng)目，其中10個項(xiàng)目評估積極情緒，10個項(xiàng)目評估消極情緒。如積極情緒（PA）：這些項(xiàng)目評估個體的積極情緒狀態(tài)，如“快樂”，“活躍”，“興奮”，“自信”等。消極情緒（NA）：這些項(xiàng)目評估個體的消極情緒狀態(tài)，如“憤怒”，“焦慮”，“沮喪”，“悲傷”等。被試者需要根據(jù)自己最近一段時間（通常為過去一周）內(nèi)的情緒狀態(tài)進(jìn)行評分。通過將所有相關(guān)項(xiàng)的得分加總，可以分別得出積極情緒和消極情緒的總分。每個項(xiàng)目都要求被試根據(jù)自己的情緒狀態(tài)在一定時間范圍內(nèi)進(jìn)行評分。通常，評分采用李克特5點(diǎn)量表：1：從不；2：很少；3：有時；4：經(jīng)常；5：總是

2.2.2 ConsenSysBASIC

ConsenSys是能夠與Shimmer傳感器連接的軟件，能夠?qū)崟r數(shù)據(jù)、管理設(shè)備，是專為現(xiàn)場適應(yīng)性的人類數(shù)據(jù)收集、大規(guī)模且可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)以及廣泛的多傳感器管理而設(shè)計(jì)的。ConsenSys用于Windows操作系統(tǒng)的版本——ConsensysBASIC，有配置Shimmer傳感器、實(shí)時數(shù)據(jù)流、管理以及導(dǎo)出數(shù)據(jù)的功能。本研究中采樣率為10Hz，數(shù)據(jù)導(dǎo)出的文件類型為excel文件。

圖2.2.2-1 ConsensysBASIC軟件進(jìn)行設(shè)備調(diào)試的界面

圖2.2.2-2 ConsensysBASIC軟件進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)的界面

2.2.3 Origin

Origin是本研究采用的數(shù)據(jù)分析軟件，該軟件由OriginLab公司開發(fā)，具有統(tǒng)計(jì)、信號處理、曲線擬合以及峰值分析等功能，是一款多功能集成的數(shù)據(jù)處理軟件，支持Windows操作系統(tǒng)。Origin支持Excel、NI TDM和DIADem等格式的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能強(qiáng)大。作為一款科研繪圖軟件，Origin的圖形輸出格式也很豐富，包括JPEG，GIF，EPS，TIFF等。Origin 具有 100 多種內(nèi)置和擴(kuò)展的圖表類型，包括散點(diǎn)圖、條形圖、 柱狀圖和3D 圖形等多種類型，所有元素均可自定義處理，Origin 可以幫助科研人員快速創(chuàng)建和自定義高質(zhì)量的圖表。

在本項(xiàng)目中，項(xiàng)目成員利用Origin 2024軟件處理皮電數(shù)據(jù)以及壓力水平數(shù)據(jù)，篩選數(shù)據(jù)以避免因設(shè)備佩戴不當(dāng)?shù)纫蛩貙ψ罱K研究結(jié)果產(chǎn)生影響，探究數(shù)據(jù)背后有研究價(jià)值的信息，結(jié)合軟件豐富的圖形與圖表選項(xiàng)，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)研究結(jié)果可視化。

2.3 實(shí)驗(yàn)過程

2.3.1視頻采集過程

項(xiàng)目成員共采集全景視頻影像40分鐘35秒。本次實(shí)驗(yàn)所用視頻素材的采集點(diǎn)位于三期東湖綠道，路線起始點(diǎn)為景點(diǎn)“磨山挹翠”，結(jié)束點(diǎn)為景點(diǎn)“一棵樹”，騎行全程3.98公里，高差31米。為了保證錄制視頻素材的穩(wěn)定性，模擬游客騎行場景，并有限時間內(nèi)最大程度地展現(xiàn)綠道騎行路線的地標(biāo)內(nèi)容，本次采集全程載具為園區(qū)內(nèi)的共享電動車。

圖2.3.1-1 正式數(shù)據(jù)采集的騎行路線圖

采集前，采集人員將Insta 360 Nano調(diào)整至錄像模式，攝像頭用膠帶固定于電動車載具前端。采集過程中由六只腳APP記錄。

圖2.3.1-2 六只腳APP記錄數(shù)據(jù)采集過程的界面

采集開始后，采集人員駕駛電動車沿規(guī)定路線正常行駛，配速為04'27''平均速度為每小時13.5公里，最高速度為每小時20.9公里。

采集結(jié)束后，采集人員關(guān)閉Insta 360 Nano設(shè)備，確認(rèn)視頻素材已存儲于設(shè)備SD卡中，格式為insv。電腦讀取SD卡文件后，采集人員通過Insta360Studio平臺剪輯視頻并將視頻格式轉(zhuǎn)換為MP4，成功傳輸至VR頭顯內(nèi)，在Meta Quest 2設(shè)備內(nèi)置的QuestTV媒體查看器中實(shí)現(xiàn)了全景視頻素材的播放。

圖2.3.1-3 實(shí)地調(diào)研所采集的全景視頻截圖

圖2.3.1-4 實(shí)地調(diào)研成員拍攝的全景合照

圖2.3.1-5 Insta360Studio處理采集視頻頁面

2.3.2綠道分類

通過8次實(shí)地調(diào)研，項(xiàng)目成員依據(jù)視頻素材對綠道進(jìn)行定性分析，總結(jié)出五種綠道類型。使用前文所述的Insta360Studio平臺進(jìn)行視頻剪輯，最終確定進(jìn)行VR實(shí)驗(yàn)的每種綠道類型的全景視頻素材均為1分鐘。

表2.3.2綠道類型表

2.3.3 VR實(shí)驗(yàn)過程

（1）參與者入選標(biāo)準(zhǔn)

志愿者要求年滿18歲，無既往光敏性癲癇或嚴(yán)重模擬器疾病史，同時無心臟病病史，目前未服用精神藥物或患有嚴(yán)重精神病。參與者被要求在實(shí)驗(yàn)前24h內(nèi)不要飲酒，且在實(shí)驗(yàn)前6h內(nèi)不要參加劇烈運(yùn)動。

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖2.3.3-1 單場次實(shí)驗(yàn)流程與時間分配

本實(shí)驗(yàn)場所為學(xué)院專業(yè)教學(xué)樓內(nèi)的一間安靜的教室。室內(nèi)溫度控制在20℃左右，實(shí)驗(yàn)時間段為8：30-18：30，單場次實(shí)驗(yàn)時間約為30min。實(shí)驗(yàn)一共包括以下幾個環(huán)節(jié)：前置準(zhǔn)備、體驗(yàn)前情緒測量、VR環(huán)境暴露與皮電測量、體驗(yàn)后情緒測量4個大部分。在前置準(zhǔn)備階段，需要由項(xiàng)目成員向志愿者解釋實(shí)驗(yàn)程序，并幫助志愿者簽署知情同意書，體驗(yàn)并學(xué)習(xí)使用VR設(shè)備，確認(rèn)身體無異常反應(yīng)；在體驗(yàn)前情緒測量階段，志愿者靜坐5分鐘后，先完成正負(fù)性情緒量表，再使用Xiaomi Bracelet 9進(jìn)行壓力檢測，由此得出志愿者在VR實(shí)驗(yàn)前的情緒；在VR環(huán)境暴露與皮電測量階段，志愿者頭戴VR眼睛，手腕上戴好Shimmer皮電設(shè)備，按照隨機(jī)順序觀看不同類型的5段綠道視頻，每觀看一段1min的綠道視頻，志愿者將閉眼休息2min，在5段綠道視頻播放期間EDA等信號數(shù)據(jù)被實(shí)時采集；在體驗(yàn)后情緒測量階段，志愿者摘除皮電設(shè)備與VR設(shè)備，再次填寫正負(fù)性情緒量表，并再次使用Xiaomi Bracelet 9完成壓力檢測。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，志愿者身體情況正常，離開實(shí)驗(yàn)場所。

圖2.3.3-2皮電-VR實(shí)驗(yàn)照片

2.4數(shù)據(jù)處理過程

對VR實(shí)驗(yàn)前后情緒以及壓力水平的評價(jià)主要包括主、客觀兩個層面：主觀情緒感受評價(jià)，以量表和問卷為主；客觀維度則是以皮電設(shè)備的信號數(shù)據(jù)為指標(biāo)，主要包括EDA（皮膚電活動）、HRV（心率變異性）等等生理活動為指標(biāo)。

對主觀情緒感受評價(jià)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，研究者將測試前后的壓力數(shù)據(jù)整理成excel表格，計(jì)算各位志愿者測試前后所填寫的PANAS 正負(fù)性情緒量表的得分，將處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin軟件，進(jìn)行繪圖。

對客觀維度評價(jià)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理包括繪制單個測試者的五段數(shù)據(jù)曲線圖以及30位測試者各段數(shù)據(jù)間的協(xié)方差對比。項(xiàng)目成員在ConsenSys軟件中導(dǎo)出CSV文件，根據(jù)每段VR實(shí)驗(yàn)開始及結(jié)束的時間節(jié)點(diǎn)，找到每一段全景視頻播放時的皮電數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)整理到一個excel表格中，共得到30個表格，將處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin軟件，進(jìn)行繪圖，得到單個測試者在體驗(yàn)各段類型的綠道空間時的皮電數(shù)據(jù)曲線圖。