《Computers in Human Behavior Reports》：Toward a cognitive approach of the subjective experience of presence in virtual reality
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虚拟环境（VE）中的临场感已成为重要的研究主题，旨在理解个体对虚拟现实（VR）应用的适应过程。通常认为，临场感是成功体验虚拟环境的必要条件。已有多个理论框架被提出以解释虚拟环境中临场感产生的机制，包括通过感觉运动偶然性形成空间临场感、构建虚拟环境的心智模型，以
虚拟环境（VE）中的临场感已成为重要的研究主题，旨在理解个体对虚拟现实（VR）应用的适应过程。通常认为，临场感是成功体验虚拟环境的必要条件。已有多个理论框架被提出以解释虚拟环境中临场感产生的机制，包括通过感觉运动偶然性形成空间临场感、构建虚拟环境的心智模型，以及分配注意资源以维持与虚拟环境的交互。每种机制均依赖于存在个体差异的认知过程，如调节注意并使行为适应虚拟环境需求所需的执行功能（即抑制、灵活性和工作记忆），以及构建心智模型所依赖的视空能力（包括心理旋转和视觉表象）。本研究旨在考察上述认知能力与任务类型（被动与主动）之间的关系，以识别虚拟环境中临场感产生背后的潜在交互作用。为此，研究人员基于被试内设计（??=40）开发了一项虚拟现实体验，旨在研究认知能力对被试沉浸体验的潜在影响。该设计旨在在比较任务类型时控制认知能力的个体间变异。实验方案包括在计算机上执行的认知测试，以评估执行功能和空间能力。研究假设包括：灵活性较低的被试在主动任务中将体验更强的临场感；抑制控制较高的被试在主动任务中将体验更强的临场感；工作记忆容量较高的被试在主动任务中将体验更强的临场感；视觉表象能力较高的被试在主动任务中将体验更强的临场感；视空能力较高的被试在主动任务中将体验更强的临场感。
虚拟环境（Virtual Environment, VE）中的临场感（sense of presence）已成为重要的研究主题，旨在理解个体对虚拟现实（Virtual Reality, VR）应用的适应过程。通常认为，临场感是成功体验虚拟环境的必要条件。已有多个理论框架被提出以解释虚拟环境中临场感产生的机制，其中识别出三种核心机制：通过感觉运动偶然性（sensorimotor contingencies）形成空间临场感、构建虚拟环境的心智模型（mental model），以及分配注意资源以维持与虚拟环境的交互。关键在于，上述每种机制均依赖于存在个体差异的认知过程，例如调节注意并使行为适应虚拟环境需求所需的执行功能（executive functions，即抑制、灵活性和工作记忆），以及构建心智模型所依赖的视空能力（visuospatial abilities，包括心理旋转和视觉表象）。这些理论考量直接促使研究人员将执行功能和视空能力作为临场感的潜在预测因素加以关注。在此背景下，研究人员旨在考察上述认知能力与任务类型（即被动与主动）之间的关系，以识别虚拟环境中临场感产生背后的潜在交互作用。该研究路径建立在Thornson等（2009）将认知卷入描述为临场感决定因素的工作基础之上，同时也基于Buche等（2021）发现交互可增强空间临场感的研究。为此，研究人员基于被试内设计（??=40）开发了一项虚拟现实体验，旨在研究认知能力对被试沉浸体验的潜在影响。该设计旨在在比较任务类型时控制认知能力的个体间变异。实验方案包括在计算机上执行的认知测试，以评估执行功能和空间能力。本文首先回顾关于虚拟环境中临场感的现有文献，重点关注认知能力。第3节详述研究设计与实验方案，第4节报告结果，第5节对结果进行讨论。第6节探讨局限性与未来研究方向，第7节通过总结研究的主要贡献得出结论。研究人员假设：灵活性较低的个体在主动任务中将体验更强的临场感（H1.1）；抑制控制较高的个体在主动任务中将体验更强的临场感（H1.2）；工作记忆容量较高的个体在主动任务中将体验更强的临场感（H1.3）；视觉表象能力较高的个体在主动任务中将体验更强的临场感（H1.4）；视空能力较高的个体在主动任务中将体验更强的临场感（H1.5）。研究采用被试内重复测量设计，以任务类型（主动与被动条件）为自变量，以临场感（一般临场感、空间临场感、卷入度和真实感）为因变量，通过Igroup临场感问卷（Igroup Presence Questionnaire, IPQ）评估，并将抑制（Eriksen侧抑制任务）、灵活性（Reitan连线测验）、工作记忆（N-back任务）、视空能力（心理旋转任务）和视觉表象（视觉表象生动性问卷，VVIQ）作为协变量。被试在《行尸走肉：圣徒与罪人》游戏环境中完成两项平衡排序、各持续四分钟的任务。最终分析纳入40名被试（年龄19–63岁，??=32.6岁，????=11.01，32%为女性）。虚拟环境通过Meta Quest 3头显及Air link呈现。认知测试通过Inquisit软件在计算机上完成，约持续50分钟。数据分析采用重复测量协方差分析（ANCOVA），使用JASP 0.95.4完成。结果表明：任务类型对一般临场感、空间临场感、卷入度和真实感的主效应均不显著。在一般临场感方面，工作记忆准确率（ACC）是显著预测因素，??(1,32)=8.31，??=.007，即工作记忆准确率较高的个体在两种任务条件下均报告更高的一般临场感；抑制、工作记忆反应时（RT）和视觉表象呈趋势水平关联。在空间临场感方面，任务类型与视觉表象的交互作用显著，??(1,32)=6.20，??=.018，??2=.026，表明视觉表象对空间临场感的影响在主动任务条件下更大；任务类型与工作记忆RT、工作记忆ACC的交互作用呈趋势水平。在卷入度方面，工作记忆RT是显著预测因素，??(1,32)=4.83，??=.035，工作记忆RT较快的个体倾向于在主动任务中更投入（??=?.303，??=.057）。在真实感方面，任务类型与视觉表象的交互作用显著，??(1,32)=4.18，??=.049，??2=.021，表明视觉表象对感知真实感的影响在主动任务条件下更大。灵活性、抑制和心理旋转对临场感无显著影响，尽管抑制与一般临场感呈趋势水平关联。讨论部分指出，本实验旨在通过比较虚拟环境中不同任务的影响，同时控制被试执行功能（灵活性、抑制和工作记忆）与视空能力（视觉表象、心理旋转）的作用，考察认知能力是否影响临场感（一般临场感、空间临场感、卷入度、真实感）。结果应被解读为识别哪些认知能力可能有助于临场感的一步，而非结论性证据；观察到的效应量小于最初预期，提示可能需要更大样本以可靠检测这些效应并确认某些变量上的趋势是否达到显著。在執行功能方面，灵活性的假设（H1.1）未获证实；抑制的假设（H1.2）未获支持，但抑制与一般临场感的趋势水平关联接近显著，应谨慎解读；工作记忆的任务特异性假设（H1.3）未获支持，但出现两个显著的被试间效应：工作记忆ACC显著预测两种任务条件下的一般临场感，工作记忆RT显著预测两种任务条件下的卷入度，表明工作记忆更准确、更快的个体报告更高的整体临场感和卷入度，与Lu等（2019）的发现一致。结果表明注意分配似乎是构建沉浸体验心智模型的重要因素，该过程受环境交互和用户内部认知能力的双重影响。在视空能力方面，视觉表象的假设（H1.4）获得证实：任务类型与视觉表象在空间临场感和感知真实感上存在显著交互作用，表明视觉表象在主动任务条件下对空间临场感和感知真实感影响更大；基于Iachini等（2019），一种可能的解释是个体越能可视化精确、色彩丰富且生动的个人或共享记忆心理图像，就越能在虚拟世界中感到空间临场感并将其感知为真实。心理旋转的假设（H1.5）未获支持。研究综述与结果表明，临场感机制是一个复杂现象，认知能力在其形成过程中发挥作用；临场感是用户接收并解释虚拟环境中刺激的结果，交互是开发沉浸式内容时需考虑的重要因素，其形成在用户间并不一致，这解释了个体间差异。一个有趣的研究视角源于临场感是接受虚拟环境错觉的意识状态这一假设，该状态基于对其可供性（affordances）的知觉评估；用户通过高级认知能力处理可供性来评估行动可能性。基于此原则，结果证明了视觉表象在临场感形成中的作用，其与任务类型在空间临场感和真实感上的显著交互作用（H1.4）反映了这一点；工作记忆也与临场感显著相关，尤其是一般临场感和卷入度，其贡献是否取决于任务的交互性质仍需未来研究阐明。总之，这些发现提示视觉表象以及程度较小的工作记忆有助于用户感知自身定位于虚拟环境中的过程。本研究具有若干方法学优势：首先，被试内设计控制了任务类型间认知能力的个体间变异，从而增强了任务相关比较的内部效度，考虑到执行功能和视空能力是稳定的个体特征且无法通过实验操纵，该方法尤为重要；通过限制组间变异，该设计为任务特征如何影响临场感提供了更灵敏的评估。其次，联合评估执行功能和视空能力比孤立考察这些过程的研究提供了更全面的临场感认知决定因素图景。局限性方面：本研究招募的被试已习惯于虚拟现实，未来研究应纳入无先前虚拟现实经验的被试；鉴于观察到的统计趋势，未来研究应纳入更大、更多样的样本以提高泛化性并增加检测更细微效应的统计功效；此外，临场感不仅是在环境中物理定位的感知，也是在环境中行动的能力，该能力涉及与环境可供性交互和分配注意，由于执行功能是此能力的关键组成部分，抑制和灵活性未获显著结果出乎意料，研究不同交互水平的任务可能有助于进一步探索该方面，任务可能未施加足够认知负荷以实质性调动执行过程，未来研究应考虑更具挑战性的任务并纳入认知负荷的直接测量（如生理测量或NASA-TLX等经验证问卷），并考察操纵任务难度是否影响认知能力与临场感之间的关系。除方法学局限性外，若干方向可拓展本工作的意义：从实践角度看，此处识别的能力尤其是视觉表象可为自适应虚拟现实系统的设计提供参考，该系统根据用户认知画像调整交互水平以优化临场感；系统还可为工作记忆容量较低的用户调整信息呈现的节奏或复杂度，例如减少需同时追踪的元素数量或允许更多时间处理环境线索，以防止认知过载削弱临场感。方法学上，纵向设计有助于确定执行功能对临场感的贡献是否随时间保持稳定，或是否随用户对特定虚拟环境的熟悉而演变，因为重复暴露可能降低与新颖性和交互相关的认知需求。最后，未来研究可纳入其他个体差异变量，如人格特质或情绪状态，这些变量可能与此处考察的认知机制交互并进一步解释临场感的个体间变异。结论部分：本实验旨在通过比较虚拟环境中不同任务的影响，同时控制被试执行功能（灵活性、抑制、工作记忆）与视空能力（视觉表象、心理旋转）的作用，考察沉浸式虚拟环境中临场感的内在机制。最清晰的证据来自视觉表象，其与任务类型存在显著交互作用：视觉表象能力较高的被试感到更强的空间临场感并将环境感知为更真实，尤其在主动任务中。工作记忆也与临场感相关，信息处理能力较好的个体报告更高的一般临场感和卷入度；然而，这种关联广泛存在于两种任务条件下而非主动任务特异性，因此应被解读为临场感的一般贡献因素而非任务依赖性因素。相比之下，灵活性、抑制和心理旋转在本实验情境中对临场感无显著影响，尽管抑制显示出非显著趋势，值得在未来更大规模研究中进一步考察。总之，这些结果表明认知能力对临场感的贡献并不一致：视觉表象以及程度较小的工作记忆似乎发挥作用，而此处考察的其他执行功能至少在当前实验条件下不发挥作用。因此，这些发现应被视为识别沉浸体验中特定认知能力参与的初步步骤，而非对其贡献的全面解释。根据用户认知画像（尤其涉及心理表象）调整可供性和交互，仍可能是提升沉浸体验有效性的有前景途径，但需进一步研究以确定其向其他认知维度推广的程度。
