综述：扩展现实中沉浸式体验的统一概念模型

本文聚焦扩展现实（XR）领域，探讨 “沉浸” 相关概念的定义及应用的不一致性。提出统一概念模型，将物理存在（PP）、社会存在（SP）、自我存在（SP）和参与（INV）作为沉浸式体验核心维度，为后续研究提供统一框架。

　　

1. 引言

近十年来，虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR），即扩展现实（XR）技术取得显著进展，广泛应用于游戏、教育、医疗、旅游等多个行业。随着 XR 技术的快速普及，相关学术研究也不断增多，涉及沉浸的心理和认知效应、对学习成果的影响、医疗干预效果以及提升用户沉浸感的方法等方面，同时也有越来越多的研究关注沉浸式体验的测量。然而，当前 XR 研究存在两个主要问题：一是文献中术语不一致且模糊，缺乏对 “沉浸” 的统一公认定义；二是相关概念（如存在、参与、投入和心流）之间没有明确的层次结构，这使得建立全面的理解和测量沉浸的框架变得具有挑战性。为解决这些问题，本文旨在定义与沉浸相关的各种概念，探索它们之间的关系，并将其整合为一个统一的沉浸式体验概念模型，以实现对不同 XR 应用中沉浸式体验更一致的测量和比较，推动 XR 研究的发展，并促进更有效的 XR 系统和内容开发。

2. 定义沉浸

2.1 作为技术的沉浸与作为体验的沉浸

“沉浸” 一词在文献中通常用于两种不同的语境：作为技术的沉浸和作为体验的沉浸。斯莱特（Slater）认为沉浸是技术为用户提供的 “身临其境” 的感觉，将沉浸水平等同于技术水平 。然而，“沉浸” 也常被用来描述技术过程带来的心理和认知体验。为避免混淆，本文建议规范术语，将作为体验的沉浸称为 “沉浸式体验（IE）”，将作为技术过程的沉浸称为 “沉浸式系统（IS）”，这样可以明确系统（自变量）和体验（因变量）之间的因果关系。例如，说 “更先进的沉浸式系统提供更强的身临其境感” 比 “更高水平的沉浸导致更强的身临其境感” 更清晰；且通常认为是强烈的物理存在感导致高水平的沉浸式体验，而非相反。

2.2 沉浸式体验的多维性

虽然目前没有普遍接受的沉浸定义，但文献普遍认为沉浸式体验是一个多维度的概念。研究人员提出了不同的沉浸维度，如感知和心理沉浸、感官、想象和基于挑战的沉浸、感官、虚构和系统沉浸、叙事和游戏沉浸、叙事和战略 / 战术沉浸、系统、空间、社会 / 情感和叙事 / 顺序沉浸等 。这些术语部分含义重叠，大致可归为 “存在” 或 “参与” 两个概念。其中，感知沉浸、感官沉浸等常描述被动的沉浸体验，与 “存在” 概念相关；而想象沉浸、叙事沉浸等则描述主动的认知沉浸体验，与 “参与” 概念相关。此外，一些试图为沉浸提供独立定义的研究，往往偏向于沉浸的被动或主动维度。例如，威特默（Witmer）和辛格（Singer）的定义主要描述了系统提供的体验的感知方面，而阿格拉瓦尔（Agrawal）等人的定义则主要关注沉浸的认知方面。韩（Han）等人的定义虽涵盖了感官和认知方面，但未明确纳入存在的概念。因此，定义一个适用于所有应用的单一、通用的沉浸式体验概念具有挑战性，更关键的是明确其潜在组成部分及其相互关系。

3. 沉浸式体验的潜在概念

3.1 存在

存在是一个难以标准化的复杂概念，在文献中，存在和沉浸这两个术语常被用作同义词，也有研究者将它们区分开来。此外，在存在研究领域，研究者对沉浸和存在的关系也存在不同观点，有的认为沉浸是存在的较低层次概念或决定因素，有的则认为沉浸是更高层次的概念。同时，现有的存在问卷在项目和因素上也存在差异，无法相互对齐。为明确存在和沉浸式体验的关系，本文首先讨论存在的类型学，其中最广泛引用的是比奥卡（Biocca）提出的三种存在类型：物理存在、社会存在和自我存在。

• 物理存在：比奥卡将物理存在定义为通过感官模拟在虚拟环境中产生的身体存在感，类似的术语包括远程在场、空间存在和场所幻觉。通常认为，更先进的系统能提供更高水平的物理存在，但物理存在不仅仅是感官模拟的结果，还涉及认知过程，例如通过叙事参与也可能产生物理存在的感觉。此外，李（Lee）对物理存在的定义进行了扩展，将其定义为一种心理状态，即虚拟物理对象被体验为实际物理对象的状态，这一定义拓宽了物理存在在不同技术媒介中的应用范围。在 XR 应用中，高级的感官模拟和与虚拟环境的物理交互能力有助于增强物理存在的感觉。
• 社会存在：社会存在通常被定义为与其他智能体在一起并与之交互的感觉，它既是一种感知体验，也是一种认知体验。社会存在的感知阶段可被视为一种感官沉浸，当技术能够促进用户与虚拟环境或智能体进行物理交互时，社会存在可被理解为基于挑战的沉浸。例如，在 AR 应用中，用户与虚拟管弦乐队成员的交互程度会影响社会存在的水平。
• 自我存在：自我存在也被称为个人存在，代表用户在虚拟环境中对自己的心理模型以及生理和情感状态，即虚拟自我被体验为实际自我的状态。根据达马西奥（Damasio）的自我地图框架，拉坦（Ratan）将自我存在分为三个层次：原我（身体层面）、核心我（情感层面）和扩展我（身份层面）。原我存在与沉浸式系统的技术水平相关，核心我通过与媒介对象的社会互动产生，进而导致扩展我。在 XR 应用中，社会存在和自我存在密切相关，都需要交互性和可信度，两者都是沉浸式体验模型的关键组成部分。

3.2 参与

参与通常被描述为基于认知的沉浸或存在的必要条件。威特默和辛格将参与定义为 “由于将精力和注意力集中在一组连贯的刺激或有意义相关的活动和事件上而产生的心理状态” 。维尔特（Wirth）等人认为参与是一个与动机相关的元概念，包括与媒介刺激的各种强烈互动，涵盖认知、情感、意志和 / 或行为方面 。卡莱亚（Calleja）在数字游戏的背景下指定了参与的六个维度：战术、表现、情感、共享、叙事和空间。布朗（Brown）和凯恩斯（Cairns）在数字游戏中建立了一个基础理论，认为完全沉浸通过参与的两个步骤实现：参与和全神贯注，最终达到完全沉浸的状态，他们将完全沉浸等同于存在。但与感官或感知沉浸不同，他们的沉浸概念更侧重于参与，这与游戏内容需要用户在交互式游戏中投入心理和身体努力的性质有关。

3.3 心流

齐克森米哈里（Csikszentmihalyi）提出 “心流” 的概念来描述一种幸福的最佳体验，体验心流状态需要满足八个条件，这些条件与心理沉浸、基于挑战的沉浸和叙事沉浸有一些概念上的重叠，都需要参与并导致与物理世界的分离感。一些研究者将心流与存在联系起来，但关于沉浸式体验（IE）和心流之间的关系仍缺乏共识，不清楚它们应被视为不同的概念还是心流是 IE 的决定因素。然而，基于詹尼特（Jennett）等人的观点，沉浸式体验并不总是导致最佳体验，例如在玩拳击游戏时，玩家可能高度沉浸但体验并不愉快，因此心流不被纳入本文提出的沉浸式体验模型中。

4. 扩展现实中沉浸式体验的模型

4.1 模型概述

本文提出了一个统一的 XR 中沉浸式体验概念模型，旨在提供沉浸式体验的高低层次因素的层次结构，以及它们与沉浸式系统和内容的属性以及潜在偏差因素的关系。在概念层次结构中，沉浸式体验（IE）是最高层次的因变量，而沉浸式系统（IS）和内容是自变量。IE 的四个主要决定因素是物理存在（PP）、社会存在（SP）、自我存在（SP）和参与（INV）。社会存在和自我存在密切相关，都需要交互性和可信度，因此在模型中都用 SP 表示。这四个因素通过传感器运动参与、任务 / 运动参与和叙事参与相互关联，且分别与沉浸式系统和内容的三个主要属性：可信度、交互性和趣味性相关。可信度、交互性和趣味性受主观因素（内部参考、技能和知识、个人偏好）的影响，这些主观因素被视为混杂变量。需要注意的是，IE 不一定需要 PP、SP 和 INV 同时出现，每个维度都可以独立产生 IE，但多个维度共同作用会增强 IE 的整体水平。

4.2 存在和参与作为沉浸式体验的主要属性

• 定义和类型学的合理性：模型遵循比奥卡的存在类型学，因为它涵盖了不同模型中提出的各种沉浸术语的定义。模型对物理存在、社会存在和自我存在的定义进行了明确阐述，拓宽了物理存在的定义以适用于 VR、AR 和 MR。同时，参与也是各种沉浸术语的潜在概念，模型将其定义为 “对叙事和 / 或任务的深度认知和行为参与感” 。
• 存在和参与之间的关系：模型认为 PP、SP 和 INV 在概念层次结构中处于同一水平，它们相互影响并共同促进 IE。参与是决定存在水平的重要因素，而存在也可以促进参与。例如，在 VR 中，强烈的物理存在可以促进对内容叙事的亲密关系和沉浸感，进而增强参与度；而参与度的提高也可以增强存在感。一些研究通过区分存在和参与来区分存在和 IE，但这些研究可能忽略了 IE 的感知和认知两个方面。例如，玩俄罗斯方块游戏虽然图形简单，但通过内容叙事和想象仍可能产生一定的物理存在和沉浸式体验；而在 VR 中观看动物纪录片，通过增强感官模拟可以提高物理存在，进而增强参与度和整体的沉浸式体验。

4.3 参与作为迈向 PP、SP 和 INV 的初始步骤

在本文的模型中，参与被定义为 PP、SP 和 INV 的中介变量，即用户必须先有效地参与到 IS 和内容中，才能体验到深度的存在和参与感。参与本身并不直接导致 IE，但它为 PP、SP 和 INV 的产生提供了条件，最终导致 IE。

• 传感器运动参与：传感器运动参与发生在 PP 和 SP 的交叉点，是用户在虚拟环境中感知存在的初始步骤。它要求用户的感官通道（如视觉、听觉和触觉）与虚拟环境进行有效交互，同时用户的身体运动也会影响对物理环境的感知，即传感器运动应急（SMCs）。在 XR 应用中，高质量的显示、逼真的音频和身体运动的有效反馈可以增强传感器运动参与，进而增强 PP、SP 和自我存在的感觉。例如，在 VR 或 AR 应用中，准确的传感器运动参与对于增强自我存在的感觉至关重要，就像 “橡胶手错觉” 实验所展示的那样。
• 任务 / 运动参与：任务 / 运动参与是 SP 和 INV 的初始阶段，指用户在任务中投入的注意力和认知资源，需要用户的思维和运动通道与虚拟刺激进行交互。在 VR 或 AR 游戏中，玩家对游戏规则和身体运动任务的理解程度会影响 SP 和 INV 的水平。有效的运动参与可以提高用户的动机和对任务的专注度，进而增强 INV。例如，在 VR 运动游戏中，玩家对游戏的理解和操作能力会影响他们的沉浸体验。
• 叙事参与：叙事参与不仅是 INV 的关键前提，也对增强 PP 起着重要作用。它与之前研究中定义的叙事参与概念有所不同，在本文模型中，叙事参与被视为迈向 INV 和 PP 的初始步骤。当叙事有趣且引人入胜时，它可以维持用户的注意力，促进更深层次的参与和存在感。例如，在观看纪录片时，有趣的叙事可以增强用户的参与度和存在感。

4.4 沉浸式系统和内容的属性以及主观因素

• 可信度和内部参考：可信度与 XR 中的 PP 和 SP 密切相关，它不是指虚拟环境刺激与物理环境的完全复制，而是指体验的可信度，即虚拟环境刺激的呈现和响应是否符合用户的期望。可信度不仅取决于技术的先进性，还受到用户主观内部参考的影响，即用户对现实的认知和期望。为了实现自然可信的模拟，系统介导的感官输入应根据用户的动作和运动做出相应反应。例如，在 AR 应用中，如果音频和视频信息不一致，会降低虚拟对象的可信度。可信度还可以分为社会现实主义和感知现实主义两个子概念，它既是 IS 的属性，也是内容的属性。
• 交互性和技能 / 知识：交互性是 XR 应用的基本方面，它促进任务 / 运动参与，最终影响存在和参与的水平。在 XR 环境中，交互性对于诱导 SP 至关重要，它使用户能够与虚拟存在和其他用户建立联系。XR 应用中的实时物理交互可以通过多种机制实现，如头部跟踪、运动跟踪、手势控制、凝视跟踪和触觉反馈等，这些机制使用户能够自然地与虚拟环境和虚拟存在进行交互。然而，用户的技能和知识可能会成为交互性的障碍，如果用户不熟悉技术或用户界面，可能会导致交互困难和沉浸体验不佳。例如，在 VR 网球双打比赛中，经验丰富的玩家比初学者更能体验到高水平的 SP 和 INV。
• 趣味性和个人偏好：趣味性是影响叙事参与的 IS 和内容的属性，它基于心理学中的兴趣概念，包括个人兴趣倾向、趣味性和兴趣状态三个组成部分。个人兴趣倾向形成稳定的个人偏好，趣味性是刺激吸引注意力的属性，兴趣状态是个人兴趣倾向和刺激趣味性共同作用的结果。在 XR 应用中，趣味性不仅是内容的属性，也是 IS 的属性。例如，在 VR 中观看动物纪录片或在 AR 中学习历史人物，如果内容和技术特征能够激发用户的兴趣，就可以提高用户的参与度和存在感。然而，趣味性的影响可能受到内容类型、用户身体和认知限制以及文化背景等因素的影响。

4.5 模型对未来研究的意义

• 开发 IE 测量量表：目前不同测量模型中术语和概念层次结构的不一致使得研究难以比较和解释，本文提出的模型提供了一个统一的概念理解，有助于解决这一问题。研究人员可以基于该模型设计适合特定研究背景的问卷，而不是依赖标准化问卷，以确保测量的一致性和有效性。例如，在 VR 管弦乐队指挥场景和 AR 学习应用中，应根据具体情况设计不同的自我存在测量项目。
• 验证 IS 和内容的沉浸潜力：模型定义了评估 IS 和内容沉浸潜力的明确标准：可信度、交互性和趣味性。在测量沉浸式体验或其他因变量之前，应先验证 IS 和内容的沉浸潜力，否则可能会得出误导性结论。研究人员可以开发相关的测量量表来评估这些属性，如通过评估音频和视频信息的空间一致性、感知和社会现实主义等来评估可信度，通过评估系统响应时间、运动跟踪准确性等来评估交互性，通过评估内容是否能激发情境兴趣来评估趣味性。
• 考虑主观因素：未来研究应探讨 XR 中 PP、SP 和 INV 如何依赖于不同 XR 情境下的主观因素。例如，不同文化背景下的用户对 XR 体验的偏好和反应可能不同，研究这些差异有助于构建更统一的研究体系，并指导内容创作者设计更有效的沉浸式体验。例如，对于对自然景观有浓厚兴趣的登山者，观看高分辨率的 360°VR 自然景观可能会产生高水平的 INV 和 IE；而对于没有相关兴趣的人，通过引入智能社交代理（如虚拟导游）等方式可能会增强他们的兴趣和沉浸体验。
• 整体沉浸式体验水平：当模型的所有组件都得到充分利用时，可以实现最大程度的沉浸式体验。例如，一个男孩在 VR 迪士尼故事世界中的体验，从最初的物理存在，到与虚拟角色的互动产生社会存在和自我存在，最终达到极致的沉浸式体验。相比之下，在电视上观看迪士尼动画由于缺乏互动社交元素和强烈的存在感，整体沉浸体验较弱。

5. 结论

本文讨论了沉浸式体验的多样定义和多维性，阐述了存在和参与的概念，并提出了一个适用于 XR 的统一沉浸式体验（IE）概念模型。IE 包括四个高级维度：物理存在（PP）、社会和自我存在（SP）以及参与（INV）。PP 和 SP 需要传感器运动参与作为初始步骤，并依赖于系统和内容提供的感官信息的可信度，这受用户内部参考的影响；SP 和 INV 通常需要任务或运动参与，与系统和内容的交互性有关，受用户技能和知识的影响；INV 和 PP 都需要一定程度的叙事参与，与内容和系统产生的刺激的趣味性相关。最终，IE 的整体水平由 PP、SP 和 INV 的总和共同决定。该模型为研究人员提供了一个总体概念框架，有助于开发新的特定情境下的 IE 测量量表，验证沉浸式系统和内容的沉浸潜力，促进 XR 研究人员之间更有效的合作以及不同研究之间的比较，同时也为 XR 内容创作和系统开发提供了高级评估标准。