目前，有很多证据表明，花时间在自然环境中有益于认知功能、心理健康和福祉[ 1- 6］.不幸的是，许多可能特别需要这种保健福利的老年人很少或根本没有机会接触自然环境。例如，由于与老年有关的功能限制，居住在住宿护理机构的老年人外出的能力可能会减弱。一些研究表明，室内花园等自然体验的替代品可以产生积极的影响[ 7， 8］.一项研究发现，23名住院的痴呆症患者在睡眠、躁动和认知方面有了显著改善，这些患者被允许在室内种植和照顾易于种植的可食用植物28天[ 9］.虚拟现实(VR)也被建议作为一种方式，让不能外出的老年人在虚拟自然环境中度过时间。[ 10， 11］.

一项针对养老院老年人的室内自然干预措施(室内花园、植物、照片、电影和在单个大屏幕上呈现的一个非沉浸式虚拟现实森林)的系统综述发现，结果好坏参半[ 12］.没有足够的证据推荐这种干预措施优于其他干预措施或活动。此外，涉及照片、电影或非沉浸式VR的干预措施不如与室内园艺等真实自然形式的互动有效。然而，沉浸式VR技术，如头戴式显示器(hmd)，观众完全被虚拟环境包围，有更高的潜力提供存在感(即感知幻觉) 在那里)比非沉浸式媒体(如照片和单屏幕显示)更受欢迎[ 13- 15］.因此，尽管非沉浸式媒体不太可能取代居民的室内存在感，但通过沉浸式VR技术体验的虚拟现实可能会给居民提供一种置身于大自然户外的感知错觉。

一项相关研究[ 16通过描绘热带珊瑚礁的场景，比较了不同类型的中介自然体验。结果表明，通过头戴式显示器拍摄的实时3D电脑图像比通过单一屏幕拍摄的画面更能激发出存在感、自然联系感和积极影响。另一项比较不同的心理治疗干预方法的研究发现，通过HMD暴露的参与者比通过单一屏幕显示或使用心理图像暴露的参与者有更大的积极影响、满意度和感知可信度[ 17］.沉浸式VR也被证明能引起测试参与者的生理反应，类似于由相应的真实情况引起的生理反应[ 18］.考虑到这一点，人们很容易想象VR的潜力，为那些有限或无法进入真实自然环境的护理机构居民提供模拟自然环境的沉浸式体验。最近，一些研究通过沉浸式技术(hmd)对老年人进行了VNEs体验。这些研究报告了一些积极的结果，例如显示出快乐和放松[ 19]和积极的反应，VNEs抚慰和唤起记忆[ 20.]和改善积极情绪和与自然的联系[ 21］.

VNE研究经常引用自然环境中恢复的理论[ 22]，如注意恢复理论[ 23]、应力减少理论[ 24]，以及亲生命假说[ 25］.恢复理论可以为恢复性环境的设计提供指导，例如Kaplan [ 23]： 被带走， 程度上， 柔软的魅力,和 兼容性。Nukarinen等[ 26]提出了一个框架，将恢复理论与VNE研究中健康结果的测量联系起来。

然而，VR呈现出不同于真实自然环境的局限性和可能性。例如，VR还不能模拟真实自然环境的复杂性、动态行为和大量细节。另一方面，它提供了对虚拟环境的形式和功能的或多或少的完全控制。因此，VNEs的设计者面临着在真实的自然环境中不适用的选择。此外，用户对工件的感知受到其所在环境的影响[ 27］.因为VR提供的是一种感知错觉，而不是认知错觉[ 13——也就是说，它感觉真实，但用户意识到它不是——虚拟现实中的人工制品与现实中的相应物体的感知不同。例如，观看者可能会对VR中苔藓覆盖的岩石的真实外观印象深刻，但可能不会想到现实世界中类似的岩石。因此，关于真实恢复性自然环境的知识可能并不适用于虚拟环境。据我们所知，目前还没有框架、模型或指导方针来设计基于自下而上方法在VR环境中生成的知识的虚拟现实网络。

一般来说，老年人很少参与参与式设计过程;特别是，他们没有参与VNEs等新技术的开发[ 28］.因此，老年人在针对他们的技术解决方案的开发中很少有发言权，这反过来可能导致拒绝或不采用所讨论的技术解决方案[ 29］.

在这项研究中，我们旨在通过让老年人参与原型的迭代设计过程来确定、实施和测试VNEs的偏好和想法。因此，我们探讨了以下研究问题:(1)老年人对VNE有什么偏好和想法?(2)我们如何实现它们?

我们介绍了我们的设计过程，三次迭代的结果，以及设计师在为老年人设计VNEs时应该考虑的一些建议。我们希望我们对探索性设计过程的描述，以及对老年人VNEs偏好的解释和反思，对设计师和研究人员都有价值的贡献，并且我们的研究可以为老年人VNEs的未来发展指明方向。

本研究作为一个以用户为中心的虚拟网络设计过程进行，以引出用户的需求和偏好，挑战假设，探索设计思路[ 30.］.代表目标组的用户被邀请在实验室环境中对VNE原型进行迭代测试并提供反馈。数据是通过有声思考协议和问卷调查收集的。采用Graneheim和Lundman启发的归纳定性内容分析法对定性数据进行分析[ 31］.总共进行了3次迭代。之前迭代的数据分析结果为后续实现阶段的设计选择提供信息。通过迭代开发原型，测试和分析参与者的反应( 图1)，我们能够以小的增量生成和测试设计概念，因此，在整个过程中基于用户输入自下而上地构建VNE。在完成最后的迭代后，我们继续分析，重点关注贯穿所有数据的潜在意义线索[ 31］.

本研究获得了瑞典隆德地区伦理审查委员会(2017/118)的伦理批准。

测试是在配备有视频和音频记录设备的实验室环境中进行的。VNE原型是在一台Windows PC上开发和测试的，配备了GeForce GTX 1080显卡和HTC Vive VR耳机。我们使用了HTC Vive的房间级跟踪功能，并专门设置了一个 游戏区域大约3 × 4米的空间。

每个测试阶段包括以下六个步骤(步骤1-3只包括在参与者的第一次测试阶段):(1)欢迎参与者进入实验室，并向参与者解释研究背景;(2)邀请参加者进行短暂的示范，以熟悉使用虚拟现实系统;(3)参与者被要求填写一份背景调查问卷，涵盖他们之前的VR体验和自然环境;(4)参与者同时进行“出声思考”测试(见 自言自语的协议节)，同时使用原型(该环节录像);(5)要求参与者填写可用性、情感方面和副作用方面的问卷;(6)参与者进行了一次回顾性的大声思考会议(见 自言自语的协议部分)，同时观看同时进行的有声思考会议的录制材料(该会议也有视频录制)。

共有14名参与者(n= 9,64%的女性和n= 5,36%的男性)是通过瑞典南部的退休人员组织招募的。参与者的年龄从69岁到90岁不等。平均年龄75岁(SD 5.9)，中位年龄73岁。入选标准为:年龄>65岁，能够说和理解瑞典语，有足够的视力看电视，能够自行前往实验室。排除标准是任何头晕或晕车倾向、痴呆、认知功能下降和平衡问题。抽样是有目的的，因为参与者是有意从老年人的角度来阐明VNE原型的，抽样是方便的，因为参与者自己选择报名参加研究，而不是随机选择[ 32］.

总共有57%(8/14)的参与者参加了第一次迭代( 表1）.所有这些参与者(8/8,100%)也与3个新个体一起参加了第二次迭代，结果79%(11/14)的参与者测试了VNE原型的第二个版本。在第三次迭代中，93%(13/14)的参与者参加了，其中23%(3/13)是新招募的，23%(3/13)参加了第二次迭代。

在测试过程中，我们使用了一种经过调整的并发和回顾性的大声思考协议[ 33］.在每个同时进行的有声思考环节之前，参与者被要求自由地讲述他们在使用虚拟网络时的经历，并就他们认为应该如何改变或进一步发展虚拟网络分享他们的想法和建议。必要时，第一作者会使用指令探测技术[ 34]试图涵盖参与者尚未涉及的VNE方面，例如，通过问，“你对水的感知是什么?”为了让参与者更深入地进行推理，第一作者有时会尝试非指导性的探究技术[ 34］.回顾性的有声思考环节也以同样的方式进行，只是参与者没有使用虚拟视频网络，而是观看了与第一作者( 图2）.

虽然这主要是一项定性研究，但标准化的问卷调查( 多媒体附录1)作为补充包括在每个迭代中，以了解我们的实现如何影响原型的可用性、情感方面和副作用。可用性是用 系统可用性量表(SUS) [ 35]，这是一种广泛使用的测量系统感知可用性的方法。它由10个陈述组成，由用户根据5分李克特量表对系统的特征进行评分，包括复杂性、易用性、一致性和可学习性，例如，“我发现这个系统中的各种功能集成得很好。”Bangor等[ 36]创建了以下形容词评定量表来解释SUS分数: 最糟糕的， 可怕的， 可怜的， 好吧， 好， 优秀的, 最好的。情感方面使用 内在动机量表(IMI) [ 37]，这是一种多维度的测量方法，可用于评估一个人对某项活动的体验。可以自定义IMI，使其只包含与特定用途相关的维度。我们选择包括以下几个维度:兴趣和享受，价值和有用，感受压力和紧张。我们选择排除以下维度:感知能力、努力和感知选择。使用 虚拟现实症状问卷［ 38］.问卷由13个问题组成，测量使用虚拟现实系统时可能出现的身体症状，如头痛或恶心，由用户按7分制评分。在他们的第一次测试中，参与者还被要求填写一份背景调查问卷，内容涉及他们过去和现在对自然环境的体验，他们以前对VR的体验水平，以及他们目前的健康状况。

在每次迭代之后，其中一位作者(RL)在必要时使用录音作为参考来分析来自“大声思考”会议的笔记。参与者表达的每一个想法、偏好、意见、建议或其他想法都使用受Graneheim和Lundman启发的归纳内容分析方法进行编码[ 31］.通过在代码中搜索模式，出现了在实现VNE原型中的新功能、内容和其他更改时指导决策的类别。

在每个迭代的实现阶段，作者RL和MW讨论了类别(以下简称 首选项)，就如何从设计角度解释它们达成一致，也就是说，如何将这些偏好作为对原型的更改来实现。RL随后执行了商定的更改。当参与者在随后的测试中对新特性做出反应时，在原型中实现的偏好在某种程度上由参与者自己验证。他们有时会通过更具体的要求、反思、建议或想法来建立和发展它们。因此，在迭代的过程中有一个进步和深化的想法。我们试图在本文中通过按照实现的顺序呈现偏好来反映这一点。

在完成最后的迭代之后，我们假设数据的鸟瞰图继续分析。通过反思偏好的模式和相互关系，我们得出了一套老年人vne的原则。所有作者经过反复讨论，就这些原则达成了一致意见。

在VNE原型的构建中，我们使用了计算机生成的实时3D图形 虚幻引擎(版本4;Epic Games, Inc)的游戏引擎。因此，它根据用户输入和编程行为生成视觉、音频和其他潜在的感官输出。虚拟环境是一个合成的和采样(从现实世界)的材料，如3D模型，图像和声音文件。为了给参与者的想法留下空间，我们将最初的原型设计为一个相当简单的起点。由于本研究的主题是自己所在地区的有限自然环境，因此场景中包含的特征是人们在研究设置的地理区域中可能会看到的类型。戴上头戴式头盔后，参与者会发现自己站在森林附近的一个湖边。 图3)在一个场景中，包括各种3D模型的草，苔藓，水，岩石，沙子，泥土，树木，树叶，花朵和自然碎片，如老树枝和原木。除了水和草是动画来模拟风引起的运动之外，所有的物体都是静态的。周围的环境就像一个阳光明媚的夏日，可以听到小鸟的叫声。参与者站着进入模拟，并能够使用自己的身体在游戏区域自由移动，就像他们在现实世界中一样。这种移动的自由使参与者可以转身并获得完整的360°全景，通过靠近地面上的花朵来检查细节，并查看岩石和树木等物体后面。

同时思考和回顾思考的平均时间分别为29分钟和23分钟。对会议的分析产生了几个类别，反映了不同的主题，并包含了参与者对当前VNE迭代的意见，以及对未来版本的想法、偏好和建议。这些并不一定是特定迭代所独有的;然而，我们以显示设计过程进展的顺序来呈现它们。因此，对于每个迭代，我们都提出了启发在特定迭代中实现的想法、偏好和建议，或者以其他方式与它联系在一起。通过这样做，我们的目的是展示参与如何指导设计，而不是象征性的。

参与者通常很少有VR的经验，但有很多在自然环境中花费时间的机会和经验( 表2）.14名参与者中，除了1人(13/14,93%)对“你的家附近有花园吗?”的问题回答“是”。一般来说，参与者报告说他们此刻感觉很幸福。一些背景问题被遗漏在这个表格中。

在第一次迭代中，参与者测试了最初的原型，在大声思考的过程中说出了他们的偏好和想法，并填写了问卷。 图4显示IMI的结果( 图4A)及SUS ( 图4B)问卷。IMI分数表明，大多数参与者(7/ 8,88%)认为这种体验非常有趣和愉快，对他们来说有些有用和有价值，并且没有感到太多压力或紧张。SUS评分中位数为85，略低于85 优秀的Bangor et al [ 36］.下一节将对有声思维数据进行分析。

为了开始第二次迭代，我们分析了来自第一次迭代的有声思考数据。 表3展示参与者的偏好，以及参与者的建议和说明性引用。可以看出，他们喜欢更多的运动、生活和变化，喜欢漫游和探索环境的能力，也喜欢坐下来放松，他们强调真实性和现实主义的重要性。

为了继续第二次迭代的下一步，我们继续解释参与者的偏好和建议，根据我们如何将它们作为原型的更改来实现。 表4呈现实现以及它们所处理的首选项和参与者的反应。我们添加了各种动物，树木的运动，漫游和探索环境的可能性，以及湖上的防波堤。可以看到，我们实施了两种不同的方式，使参与者能够漫游和探索环境。虽然隐形传送在许多VR应用中很常见，但隐形传送的体验与步行有着根本的不同，因为人们感觉不到任何渐进的运动，参与者特别表达了散步的愿望。因此，我们意识到需要一种更接近步行的技术。一个显而易见的解决方案是，只要按下控制器上的按钮，就可以在HMD或手持控制器的前向矢量方向执行向前推进。然而，许多老年人都是轮椅使用者，或者姿势稳定性下降，可能会因为矢量而失去平衡并摔倒。我们推测，在护理机构中，很少有居民能够站着使用沉浸式VR。我们还认为，坐姿运动技术可能在一定程度上适应参与者对坐着、被动享受和放松的偏好。

根据这个推理，我们实现了一个系统，在这个系统中，用户可以在虚拟世界中开车时坐下来。这是通过将一个手持控制器固定在转椅的背面来实现的，这样椅子的位置和方向就可以被VR应用程序( 图5）.在虚拟环境中，椅子由一个简单的3D模型表示。虚拟椅子的位置和方向实时更新，以对应于那些真实的椅子。为了控制油门，用户可以坐在转椅上按下另一个手持控制器上的按钮，这将使他们在虚拟环境中体验到椅子方向的向前推进。为了控制方向，使用者只需用脚将椅子转向他们想要去的方向。因此，用户在驾驶时不会体验到圆形矢量，这与晕动病有关。 39］.

在第二次迭代结束时，参与者一边测试新的原型，一边大声思考，对新的实现做出反应，并提供新的偏好和建议。和以前一样，他们填写了调查问卷。 表4提供一些引用来说明参与者的反应。 图6显示IMI ( 图6A)及SUS ( 图6B)的分数。IMI分数表明，参与者发现新的VNE体验非常愉快和有趣，他们没有感到太大的压力或紧张，体验的价值和有用性对他们来说是中性到高的。SUS评分中位数略高于 好Bangor et al [ 36］.这表明，尽管使用的复杂性随着隐形传输和转椅车辆的实施而增加，可用性仍然令人满意。

表5呈现参与者在前一次迭代(第二次迭代)的大声思考会议中表达的偏好和建议。出现的偏好包括水体;观察能力:观察、研究或检查事物的能力;丰富多样的活动;以及人类的存在或活动。

我们继续分析参与者的新偏好是如何实现的，并相应地对原型进行添加和更改。 表6展示这些实现，它们要处理的首选项，以及在结束第三次迭代的随后的大声思考会议期间收集的一些参与者的反应。如图所示 图7在美国，实现方法包括一个小划艇和一个半岛( 图7A，沉船; 图7B)和一棵苹果树( 图7C和 图7D)。

图8显示IMI ( 图8A)及SUS ( 图8B)第三次迭代的分数。IMI得分表明，参与者发现这段经历非常有趣和愉快，没有感到太多压力或紧张，他们对这段经历的价值和有用性的看法从中性到高。SUS评分中位数略高于 优秀的Bangor et al [ 36]，这再次表明，尽管划艇和苹果树增加了使用的复杂性，但参与者认为原型是高度可用的。

在第三次迭代完成后，我们继续分析最近一轮的“大声思考”会议。 表7既表示与最新实现相关的偏好，也表示在整个研究过程中出现的不属于任何特定迭代或实现的偏好。参与者反映，发现人类活动的痕迹激发了他们的想象力。一般来说，参与者更喜欢熟悉和相关的环境。在整个研究过程中，反复出现的其他想法是吃或喝的能力，声音应该更加真实和多样化，能够触摸和闻到环境，感受风。

虽然SUS分数表明在整个研究过程中可用性很高，但在我们对参与者探索环境的观察中，我们注意到有些人很难找到控制器上用于传送和驾驶的正确按钮。有时，他们会因为不小心按下传送按钮而错误地传送。有时，接近苹果树并停在一个方便摘苹果的地方似乎很困难。这是因为参与者经常离树太近，甚至进入树内。当参与者太靠近树枝时，他们经常退缩。

虚拟现实症状问卷显示的症状很少，在所有3次迭代中测量的每个症状的评分范围从0到6，平均值<1。然而，也有孤立的中高分数报告:在迭代2中头晕得3分，在迭代1和2中视力模糊得2分。

本研究旨在调查老年人对VNEs的偏好和想法，以及如何实现这些偏好和想法。据我们所知，这是唯一一项通过使用归纳方法的迭代参与式设计过程收集VNEs偏好的研究。我们的研究结果表明了 文本框1。

应该指出的是，我们的参与者对活动的偏好各不相同。总的来说，我们建议人们应该注意活动的多种选择和特征的变化。理想情况下，VNE应该为个人量身定制。

参与者对问卷的回答和对我们实施的反应为实现研究过程中出现的VNEs的一些偏好提供了可行的方法( 文本框2）.

我们的一些结果表明，参与者想要在VNE中活跃起来。他们想要探索、观察和与环境互动(例如，采摘花朵，触摸岩石，感受水)。与此同时，他们希望自己的行为是真实的现实。这并不奇怪，因为感知需要行动[ 41］.例如，把头侧向一侧可以让人看到事物背后。根据Slater等人[ 40)， VR的工作原理是提供对行动的真实反应。这就是一个人在虚拟环境中获得存在感的方式。如果一个人做了一个动作，却没有得到回应，或者回应与现实相距甚远，他就会暂时脱离存在。因此，与我们的发现一致，我们提出相互作用的可能性(接近现实世界的相互作用)在虚拟现实中很重要。虽然这一建议似乎是显而易见的，但许多vne研究使用的技术具有最小的交互或没有交互，例如360°视频[ 26]，它不支持头部侧向运动。然而，360°视频还有其他优势，例如能够捕捉现有环境，这可以使参与者对相关性的偏好(即熟悉的环境和与记忆相关的可能性)更加经济可行。Orr等[ 20.使用360°视频为有轻度到中度认知或记忆障碍的老年人提供当地海滩的VR体验。他们发现，对环境的熟悉给参与者带来了识别地点和与记忆相关的乐趣。他们还发现，有迹象表明，虚拟现实提供的“足够可信”，参与者能够获得一种存在感。然而，在360度的视频中，其他(被拍摄的)人的存在激发了参与者的互动欲望，这自然是不可能的。最近一项关于乳腺癌患者使用VNE的研究建议，未来的研究应“侧重于鼓励与大自然联系的活动(而不仅仅是接触大自然)”[ 42］.

亲生命假说认为，人类有一种基于生物学的需求，需要一种对自然界的归属感。根据假设，这种与自然的联系有助于人类的福祉[ 25］.我们可以推测，我们的参与者对能够识别和联系环境的偏好在一定程度上是自然连通性的一种表达，与环境的互动有可能促进连通性和相关性。其他研究测量了vne的自然联系。一项研究[ 16研究发现，使用沉浸式虚拟网络的参与者比在电视屏幕上观看相应自然环境的参与者具有更高的自然连通性。另一项研究[ 21表明自然连通性在使用沉浸式虚拟网络的老年人中介导了积极影响。

根据参与者的偏好和对我们实施的反应，我们建议老年人的虚拟空间应该在再现和行为上真实，人类活动和自然过程的痕迹可以促进它作为一个真实的地方的感知。这让人想起斯莱特等人[ 40作为促成因素出现 合理性(Psi)，即在虚拟环境中发生的事件实际上正在发生的错觉。除了在外观和行为上对现实的真实性之外，Psi还依赖于虚拟环境在某种程度上承认用户(例如，虚拟人物角色对用户的动作做出合理的反应)。虽然本研究没有涉及虚拟人类角色的社会互动，但我们发现我们的建议与Slater等人的Psi的呈现是一致的[ 40］.

本研究的重点主要是收集参与者的想法、偏好和建议，并揭示在设计虚拟网络过程中不可预见的问题和考虑因素。在选择将有声思考方案纳入研究设计时，这种关注是一个决定性因素。有一种风险是，大量反复出现的“大声思考”环节会在参与者中产生偏见，从而影响问卷的得分。不难想象，参与者可能会采取积极的立场，因为有人认真倾听他们的意见，对他们的意见真正感兴趣，并亲身体验到他们的意见对重要创新的设计产生了影响。由于参与者对虚拟现实的经验很少( 表2)，它的新颖性可能是IMI得分高的原因之一。这项研究的结果需要在未来的研究中进行测试和潜在的修改。

从纳入标准和排除标准以及背景调查问卷的结果可以明显看出，本研究的参与者相对健康，流动性强，可以接触自然环境。因此，他们在许多方面不同于本研究所针对的拟议群体，即由于健康状况不佳而无法进入自然环境的住宿护理设施的居民。与其他维度相比，参与者在IMI问卷的价值和有用性维度上给出的分数较低，这可能证明了这一事实——他们可能根本没有发现VNE非常有用，因为他们能够访问真实的自然环境。这项研究也是在一个受控的实验室环境中进行的，因此没有考虑到住宿护理设施的复杂性和不同利益相关者的网络。因此，下一步将是在现实世界的护理机构的居民和工作人员中继续这些研究工作。

HTC Vive有一个设置，可以调整镜片之间的距离，以匹配用户的瞳孔间距(IPD)。在某些情况下，不准确的IPD设置可能会导致视觉扭曲和不适[ 43］.理想情况下，我们的测试协议应该包括测量每个参与者的IPD并相应地配置他们的耳机。然而，为了简化测试程序，我们选择将IPD设置为63毫米，这是成人的平均水平[ 44]，只有当用户报告不舒服或图像质量不可接受时，才会调整IPD设置。参与者报告的视力模糊可能部分是由于IPD设置不正确造成的。未来的研究方案应包括测量参与者的IPD，以提高感知图像质量，减少眼睛疲劳和不适的风险。

本文描述了一个迭代的以用户为中心的老年人VNE设计过程。我们介绍了参与者的偏好和想法，如何在VNE原型的持续开发中实现这些偏好和想法，以及参与者如何接受新的实现。我们为老年人的虚拟现实网络提出了3个原则:真实性、互动性和相关性。我们还提供了可供老年人VNEs的设计者和研究者考虑的建议。这包括在演绎和行为方面对现实的真实性;激发想象力并提供可信度的人类活动和自然过程的痕迹;漫游、探索和与环境互动的能力;一个熟悉的、能唤起记忆的环境。VNEs应提供多样化的内容和活动，以适应老年人偏好的异质性。我们认为，与VR无关的恢复性自然环境理论可能不适用于VR背景。 This study can contribute to the development of a framework for designing VNEs for older adults.