2.1 研究设备

    2.1.1 全景相机

    Insta 360 Nano是一款小巧便携的360度双镜头摄像机，能够实现fisheye view（鱼眼视图）、rectilinear view（直线视图）、little planet view（小星球视图）等多种拍摄视图的摄像功能，静态图像质量优于视频，最多支持3K（3040 x 1520）分辨率，30fps的视频录制。

图2.1.1-1 Insta 360 Nano设备图片 来源于https://www.insta360.com

    使用Insta 360 Nano拍摄的图像和视频保存在插入设备底部的microSD卡中，连接电脑可通过配套应用Insta360Studio查看与编辑。Insta360Studio可自动显示拍摄的视频和静态图像库，允许在移动设备上查看视频（通过滑动屏幕导航）或在VR头盔中观看。

                       图2.1.1-2 Insta360Studio应用图标

    本次实验中，项目成员在绿道场景影像采集阶段使用到了Insta 360 Nano的360度直线视图视频录制功能，在采集结果处理与实验环境配置阶段使用到了配套应用Insta360Studio的视频剪辑、格式转换功能。

    2.1.2 皮电设备

    皮肤电反应是最敏感的情绪反馈之一，来源于皮肤汗腺的自主激活。人类的身体大约有三百万个汗腺，在手掌、手指以及脚底分布较为明显。当人类的机体受到感官刺激或者情绪产生变化时，皮肤内的血管会产生收缩和舒张，机体的汗腺被激活而发生变化，进而分泌水分，通过毛孔进入皮肤表面，在分泌液中的离子改变电流正负平衡，这种可测量的皮肤电导的变化为皮电活动（Electrodermal activity ，EDA）。皮电活动能够非常快速、灵敏地反应刺激事件对个体的影响程度，与情绪、唤醒度和注意力等密切相关，是生理学反应系统中应用广泛的测量指标类型。同时因其稳定性高、测量简便、灵敏度高，皮肤电反应成为反映个体交感神经兴奋性变化的最有效、最敏感的生理参数之一。皮肤电反应可以作为评价个体生理唤醒、认知负荷、情绪反应以及应激能力的良好指标，可以应用于产品设计、用户体验测评、操作人员应激反应等研究内容，本研究利用皮电设备测量的实验者的情绪变化。

图2.1.2 Shimmer GSR+传感器检测设备 来源于https://www.shimmersensing.com

    本实验所使用的皮电设备为Shimmer GSR+传感器检测设备。电流消耗为60µA，测量范围为10KΩ- 4.7MΩ(.2uS-lOOuS)+/-10%,22kΩ - 680kΩ(1.5-45uS)+/-3%，频率范围为DC-l5.9Hz，GSR输入端的偏置电压为0.5V，尺寸为65mm X 32mm X12mm。GSR是皮肤电导的一个量度，GSR传感器的电导值取决于人的出汗量，出汗越多，电导越高，电阻越低。GSR信号为皮肤电活动（EDA），由强直和相位成分组成。缓慢变化的基础信号是强直GSR部分，也称为皮肤电导水平（SCL）。变化较快的部分（相性活动）与外界刺激有关。EDA测量是通过将一对电极放置在皮肤表面，在皮肤上施加一个微小的恒定电压，流过皮肤的电流与皮肤电导成正比，通过电流电压转换后，皮肤电导变化信号将被记录。GSR分析的意义在于探究汗液水平增加和减少的影响因素，在本实验中该影响因素为绿道建成环境与骑行空间。本实验使用的配件有手指光脉冲传感器、9英寸生物连接引线和手指电极，以获取心率数据和皮肤点活动数据。Shimmer Consensys BASIC Software是Shimmer GSR+传感器检测设备支持的应用。

    2.1.3 VR设备

    本次实验使用的VR设备是由Meta Platforms出品的Meta Quest 2，包括VR头显及一对控制器手柄。VR头显配备1832×1920像素的高分辨率快速切换LCD显示屏，搭载Snapdragon XR2芯片和6GB RAM，对比同类产品性能较高。

图2.1.3 Meta Quest 2设备图片 来源于https://www.meta.com

    Quest 2的主要受众为游戏玩家群体，兼容所有Oculus Quest应用和游戏，同时支持多种游戏化健身应用，可作为家庭健身工具。Meta Quest 2设备外置USB-C接口，可通过接口连接PC，实现媒体文件互传以及电脑投屏，在头显内沉浸式查看360度视角的虚拟影像。

    本次实验中，我们在实验室测试阶段使用到了Meta Quest 2的文件互传功能与360度视频播放功能，将采集的360度全景视频在Meta Quest 2内置的视频播放平台Quest TV进行沉浸式播放，从而还原绿道骑行的第一视角感受。

    2.1.4 Xiaomi Bracelet 9

    Xiaomi Bracelet 9是集健康、智能提醒、运动辅助于一体的智能手环，支持150+种运动模式及专业算法。其中本项目所用到的为手环的压力监测功能。 Xiaomi Bracelet 9压力监测是心率检测里的子功能，当人处于压力状态下时，交感神经活动增强，心率变异性降低；而在放松状态下，副交感神经活动增强，心率变异性增加。因此，HRV（心率变异性）是评估压力水平的重要指标。开启后， Xiaomi Bracelet 9通过内置的光学心率传感器（PPG）实时监测用户的心率，手环在静止状态下即可监测使用者的压力。手环检测到压力状态时，会自动提高检测压力阈值，以确保静止时压力数据的准确性。达到预警值，且最近10分钟内没有明显的活动，手环将振动提醒。 Xiaomi Bracelet 9的压力检测采用的是光电透射测量法，原理上就是手环与皮肤接触的传感器会发出一束光打在皮肤上，测量反射或者透射的光。由于血液会吸收特定波长的光，每次心脏泵血时，该波长都会被大量吸收，血液是红色的，反射红光，吸收绿光，以此确定心跳。 Xiaomi Bracelet 9结合绿色LED光跟感光光电二极管，检测特定时间手腕处流通的血液量，从而获取心率信息，根据HRV数据，结合算法模型，由此间接得知压力值。

 图2.1.4 Xiaomi Bracelet 9设备图片 来源于https://www.mi.com

2.2研究技术

    2.2.1 PANAS正负性情绪量表

    PANAS是由Watson、Clark和Tellegen于1988年开发的情绪测量工具，用于评估个体的正性情绪（PA）和负性情绪（NA）。PANAS量表广泛应用于心理学研究中，尤其是在情绪、心理健康和心理疾病的评估领域。其中PA维度反映了个体的活力、幸福感、愉悦感等方面，通常与个体的心理健康、生活满意度等正向因素相关；NA维度反映了个体的负面情绪状态，如焦虑、沮丧、愤怒等，通常与心理压力、抑郁症状等负向因素相关。

  PANAS量表包含20个项目，其中10个项目评估积极情绪，10个项目评估消极情绪。如积极情绪（PA）：这些项目评估个体的积极情绪状态，如“快乐”，“活跃”，“兴奋”，“自信”等。消极情绪（NA）：这些项目评估个体的消极情绪状态，如“愤怒”，“焦虑”，“沮丧”，“悲伤”等。被试者需要根据自己最近一段时间（通常为过去一周）内的情绪状态进行评分。通过将所有相关项的得分加总，可以分别得出积极情绪和消极情绪的总分。每个项目都要求被试根据自己的情绪状态在一定时间范围内进行评分。通常，评分采用李克特5点量表：1：从不；2：很少；3：有时；4：经常；5：总是

     2.2.2 ConsenSysBASIC

   ConsenSys是能够与Shimmer传感器连接的软件，能够实时数据、管理设备，是专为现场适应性的人类数据收集、大规模且可重复的实验以及广泛的多传感器管理而设计的。ConsenSys用于Windows操作系统的版本——ConsensysBASIC，有配置Shimmer传感器、实时数据流、管理以及导出数据的功能。本研究中采样率为10Hz，数据导出的文件类型为excel文件。

图2.2.2-1 ConsensysBASIC软件进行设备调试的界面

图2.2.2-2 ConsensysBASIC软件进行实时数据的界面

    2.2.3 Origin

    Origin是本研究采用的数据分析软件，该软件由OriginLab公司开发，具有统计、信号处理、曲线拟合以及峰值分析等功能，是一款多功能集成的数据处理软件，支持Windows操作系统。Origin支持Excel、NI TDM和DIADem等格式的数据，数据导入功能强大。作为一款科研绘图软件，Origin的图形输出格式也很丰富，包括JPEG，GIF，EPS，TIFF等。Origin 具有 100 多种内置和扩展的图表类型，包括散点图、条形图、 柱状图和3D 图形等多种类型，所有元素均可自定义处理，Origin 可以帮助科研人员快速创建和自定义高质量的图表。

     在本项目中，项目成员利用Origin 2024软件处理皮电数据以及压力水平数据，筛选数据以避免因设备佩戴不当等因素对最终研究结果产生影响，探究数据背后有研究价值的信息，结合软件丰富的图形与图表选项，将复杂的数据研究结果可视化。

2.3 实验过程

    2.3.1视频采集过程

    项目成员共采集全景视频影像40分钟35秒。本次实验所用视频素材的采集点位于三期东湖绿道，路线起始点为景点“磨山挹翠”，结束点为景点“一棵树”，骑行全程3.98公里，高差31米。为了保证录制视频素材的稳定性，模拟游客骑行场景，并有限时间内最大程度地展现绿道骑行路线的地标内容，本次采集全程载具为园区内的共享电动车。

图2.3.1-1 正式数据采集的骑行路线图

    采集前，采集人员将Insta 360 Nano调整至录像模式，摄像头用胶带固定于电动车载具前端。采集过程中由六只脚APP记录。

图2.3.1-2 六只脚APP记录数据采集过程的界面

    采集开始后，采集人员驾驶电动车沿规定路线正常行驶，配速为04'27''平均速度为每小时13.5公里，最高速度为每小时20.9公里。

    采集结束后，采集人员关闭Insta 360 Nano设备，确认视频素材已存储于设备SD卡中，格式为insv。电脑读取SD卡文件后，采集人员通过Insta360Studio平台剪辑视频并将视频格式转换为MP4，成功传输至VR头显内，在Meta Quest 2设备内置的QuestTV媒体查看器中实现了全景视频素材的播放。

 图2.3.1-3 实地调研所采集的全景视频截图

    图2.3.1-4 实地调研成员拍摄的全景合照

图2.3.1-5 Insta360Studio处理采集视频页面

    2.3.2绿道分类

    通过8次实地调研，项目成员依据视频素材对绿道进行定性分析，总结出五种绿道类型。使用前文所述的Insta360Studio平台进行视频剪辑，最终确定进行VR实验的每种绿道类型的全景视频素材均为1分钟。

表2.3.2 绿道类型表

    2.3.3 VR实验过程

   （1）参与者入选标准

    志愿者要求年满18岁，无既往光敏性癫痫或严重模拟器疾病史，同时无心脏病病史，目前未服用精神药物或患有严重精神病。参与者被要求在实验前24h内不要饮酒，且在实验前6h内不要参加剧烈运动。

   （2）实验设计

图2.3.3-1 单场次实验流程与时间分配

    本实验场所为学院专业教学楼内的一间安静的教室。室内温度控制在20℃左右，实验时间段为8：30-18：30，单场次实验时间约为30min。实验一共包括以下几个环节：前置准备、体验前情绪测量、VR环境暴露与皮电测量、体验后情绪测量4个大部分。在前置准备阶段，需要由项目成员向志愿者解释实验程序，并帮助志愿者签署知情同意书，体验并学习使用VR设备，确认身体无异常反应；在体验前情绪测量阶段，志愿者静坐5分钟后，先完成正负性情绪量表，再使用Xiaomi Bracelet 9进行压力检测，由此得出志愿者在VR实验前的情绪；在VR环境暴露与皮电测量阶段，志愿者头戴VR眼睛，手腕上戴好Shimmer皮电设备，按照随机顺序观看不同类型的5段绿道视频，每观看一段1min的绿道视频，志愿者将闭眼休息2min，在5段绿道视频播放期间EDA等信号数据被实时采集；在体验后情绪测量阶段，志愿者摘除皮电设备与VR设备，再次填写正负性情绪量表，并再次使用Xiaomi Bracelet 9完成压力检测。实验结束后，志愿者身体情况正常，离开实验场所。

图2.3.3-2皮电-VR实验照片

2.4数据处理过程

    对VR实验前后情绪以及压力水平的评价主要包括主、客观两个层面：主观情绪感受评价，以量表和问卷为主；客观维度则是以皮电设备的信号数据为指标，主要包括EDA（皮肤电活动）、HRV（心率变异性）等等生理活动为指标。

    对主观情绪感受评价进行数据处理，研究者将测试前后的压力数据整理成excel表格，计算各位志愿者测试前后所填写的PANAS 正负性情绪量表的得分，将处理后的数据导入Origin软件，进行绘图。

    对客观维度评价进行数据处理包括绘制单个测试者的五段数据曲线图以及30位测试者各段数据间的协方差对比。项目成员在ConsenSys软件中导出CSV文件，根据每段VR实验开始及结束的时间节点，找到每一段全景视频播放时的皮电数据，将数据整理到一个excel表格中，共得到30个表格，将处理后的数据导入Origin软件，进行绘图，得到单个测试者在体验各段类型的绿道空间时的皮电数据曲线图。