Claustrophobia Game: Design and Development of a New Virtual Reality Game for Treatment of Claustrophobia
Vida Kabiri Rahani,1 Alireza Vard,2 and Mostafa Najafi3
Abstract
Background:
Claustrophobia or fear of closed spaces is the most common of phobias that is typically categorized as an anxiety disorder. Different methods have been proposed for treatment of phobias that one of the most recent and successful of these methods is applying virtual reality (VR) technology and simulating computer-generated environment. In this regard, the purpose of this research is design and development of a software game called “Claustrophobia Game” for treatment of claustrophobia using VR.
Methods:
In the Claustrophobia Game project, two closed spaces, including an elevator and a magnetic resonance imaging (MRI) device, were designed and implemented in the form of a VR computer game. To design this game, environments and scenario of the game were prepared in collaboration with a psychiatrist expert. Implementation of the software game was developed in the unity three-dimensional (3D) game engine and the programming of it was done by the C# language. In addition, a personal computer and the Oculus Rift VR glasses were utilized for running and testing the Claustrophobia Game.
Results:
To evaluate, we tested the game by 33 participants (14 men, 19 women, average age 24.6 years). In this regard, the Claustrophobia Game was considered from two aspects: psychology and playability using two questionnaires. Statistical analysis of the obtained data by the Excel software showed that all playability factors were “good” performance. In addition, the mean of obvious anxiety was decreased after playing the game.
Conclusion:
The promising results demonstrate that the game has an appropriate performance and can help to treat the Claustrophobia.
Keywords: Claustrophobia, game software development, phobia, treatment game, virtual reality
Introduction
Phobia is a type of psychiatric disorders that are classified in the group of anxiety disorders. In this disorder, the patient suffers from extreme fear when faced with a special object or situation. Statistically, phobia is the most common anxiety disorder that approximately 15% of women and 7%–8% of men have this disease. Among types of phobias, Claustrophobia is more common than other phobias. This phobia is a kind of unreasonable fear that occurs in enclosed spaces such as elevator, tunnel, computed tomography, and magnetic resonance imaging (MRI) devices.[1]
Different methods have been presented for the treatment of phobias that the most commonly used method is exposure therapy.[2] In this method, the patient is gradually faced with his/her anxiety situations to realize his/her irrational fear; however, it is a costly and time-consuming process. On the other hand, nowadays, new technologies such as virtual reality (VR) widely used in medicine for preventive care, diagnosis, treatment, and learning/training of clinical skills.[3] VR defines as a technology that creates simulated environments to mimic real-world situations.[4] This technology allows users to interact with a computer-generated environment that simulates the physical presence of a person in the real or imagined world[5,6] Applying advanced input/output devices and graphical software tools, users feel that they are in a world similar to the real world and can interact with the environment, objects, and people.[7] Since the use of VR can turn threatening and tedious conditions into safe and enjoyable states; in recent years, employing this technology has been considered for the treatment of many mental illnesses especially for phobias.[8] In the last years, various studies have been carried out in this field that the results of them show that applying VR can shorten the period of treatment and save time and cost. Furthermore, it can help psychologists to have better control on patients and the treatment process. On the other hand, In spite of the feeling of being in a real environment, patients can easily overcome to their fear due to sense of presence in the safe and attractive environment.[9,10,11,12,13]
Some of the reported studies about the treatment of Claustrophobia using VR technology are shown in Table 1. In each of them, different game environments have been designed and ev
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幽闭恐惧症游戏：治疗幽闭恐惧症的新型虚拟现实游戏的设计与开发
作者：Vida Kabiri Rahani,Alireza Vard,和Mostafa Najafi
摘要
背景：
幽闭恐惧症或对封闭空间的恐惧是最常见的恐惧症，通常被归类为焦虑症。针对恐惧症的治疗已经提出了不同的方法，其中最新也是最成功的方法之一就是应用虚拟现实(VR)技术和模拟计算机生成的环境。对此，本研究的目的是设计和开发一款利用虚拟现实技术治疗幽闭恐惧症的软件游戏--“幽闭恐惧症游戏”。
方法：
在幽闭恐惧症游戏项目中，以VR计算机游戏的形式设计和实现了两个封闭的空间，包括电梯和磁共振成像（MRI）设备。为了设计这款游戏，游戏的环境和场景都是与精神病学家专家合作准备的。软件游戏的实现是在unity三维(3D)游戏引擎中开发的，编程采用C语言。此外，还使用一台个人计算机和Oculus Rift VR眼镜运行和测试了恐惧症游戏。
结果：
为了进行评估，我们由33位参与者（14位男性，19位女性，平均年龄24.6岁）对游戏进行了测试。对此，本研究采用两份问卷，从心理和可玩性两个方面对幽闭恐惧症游戏进行了研究。通过Excel软件对获得的数据进行的统计分析表明，所有可玩性因素均为“良好”表现。此外，玩游戏后，明显焦虑的平均值降低了。
结论：
实验结果表明，该游戏具有较好的性能，可以帮助治疗幽闭恐惧症。
关键字：恐惧症，游戏软件开发，恐惧症，治疗游戏，虚拟现实
介绍
恐惧症是一种精神疾病，被归类为焦虑症。 在这种疾病中，患者在面对特殊物体或情况时会遭受极大的恐惧。 从统计学上讲，恐惧症是最常见的焦虑症，大约15％的女性和7％–8％的男性患有这种疾病。 在恐惧症的各种类型中，幽闭恐惧症比其他恐惧症更常见。 这种恐惧症是一种不合理的恐惧，发生在诸如电梯，隧道，计算机断层扫描和磁共振成像（MRI）设备之类的封闭空间中。
对于恐惧症，已经提出了不同的治疗方法，最常用的方法是暴露疗法。通过这种方法，患者逐渐面对自己的焦虑状况，以实现他/她的非理性恐惧。 但是，这是一个昂贵且耗时的过程。 另一方面，如今，诸如虚拟现实（VR）之类的新技术广泛用于医学领域，用于预防保健，诊断，治疗以及临床技能的学习/培训。VR定义为一种创建模拟环境以模仿现实情况的技术。这项技术使用户可以与计算机生成的环境进行交互，该环境可以模拟人在现实世界或虚拟世界中的物理存在。使用高级输入/输出设备和图形软件工具，用户就会感觉自己身处一个世界 与现实世界相似，并且可以与环境，物体和人互动。由于使用VR可以将威胁性和繁琐的条件转变为安全愉快的状态； 近年来，已考虑使用该技术来治疗许多精神疾病，尤其是恐怖症。近年来，在该领域进行了各种研究，结果表明，应用VR可以缩短治疗时间并节省时间和成本。 此外，它可以帮助心理学家更好地控制患者和治疗过程。 另一方面，尽管有在真实环境中的感觉，但由于在安全和有吸引力的环境中的存在感，患者可以轻松克服恐惧。
表1显示了一些已报道的利用VR技术治疗幽闭恐惧症的研究，在每个研究中，都设计了不同的游戏环境，并对其进行了评估，这些研究的结果可以验证将VR技术应用于幽闭恐惧症治疗过程的成功。
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虚拟现实在幽闭恐惧症治疗中的应用研究综述 |
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参考 |
说明 |
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1999年Borella等人的研究 |
在这项研究中，VR消除器用于治疗幽闭恐惧症。 在这方面，设计了一个由VR暴露疗法组成的8疗程疗法。 该程序用于治疗一名患者，其结果表明VR程序可有效治疗幽闭恐惧症。 |
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2000年borella等人的研究 |
在这项研究中测试了包括电梯和建筑物的8层级VR游戏。 在每个级别上，游戏都会更加困难。 对四名患者进行了游戏评估，报道的结果令人鼓舞。 |
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2008年Malbos等人的研究 |
考虑了一个带有房屋，走廊，洞穴，通道，地下室和电梯的软件VR游戏。 在8个疗程的治疗中，有6名患者使用了它，结果表明对封闭空间的恐惧显着减少，生活质量得到改善。 |
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2009年Bruce和Regenbrech的研究 |
在此项目中，设计了四个VR房间，这些房间逐渐变得越来越暗。 在这项工作中，进行了18名志愿者参与的非临床实验室实验。 他们报告说，他们的系统连续使用后焦虑有所减轻。 |
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2014年Bouvhard等人的研究 |
在这项工作中，设计了包括电梯，洞穴，隧道和迷宫在内的不同VR环境。 这些VR环境用于治疗两名患者。 报道的结果证明了VR治疗幽闭恐惧症的积极作用。 |
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2016年Christofi和Michael的研究 |
在这项研究中，研究了几种虚拟环境，包括具有不同房间的建筑物，隧道和地下室，它们在许多特征上有所不同。 十九名大学生参加了初步实验研究。 他们的结果表明，环境的状况和特征可以有效地增加人们的焦虑感。 |
考虑到幽闭恐惧症在焦虑症患者中的重要性以及以前工作的可喜结果，在大学、医院和诊所的精神科中心利用虚拟现实环境对研究和治疗目的非常有用和有帮助。 因此，本文介绍了一款利用虚拟现实技术解决幽闭恐惧症的软件游戏--“幽闭恐惧症游戏”，并对该软件的设计、实现和评估的各个阶段进行了说明。 本项目的主要贡献如下：
- 关于软件游戏的本土化。 本软件已适应我国的语言、文化和技术要求。
- 把核磁共振机作为幽闭恐惧症游戏的一部分。 本项目首次完成了幽闭恐惧症磁共振成像部分的设计与开发。
材料和方法
游戏开发过程：
根据图1的框图，将幽闭恐惧症游戏的设计开发分为前期制作、游戏设计、游戏实施、游戏评估四个阶段。 此框图的每个部分将在本节的以下部分中进行说明。
图一
阶段1：预生产-在第一阶段，研究了该领域中以前的研究和游戏开发方法。 此外，还考虑了在类似产品中应用的硬件和软件工具。 然后，选择适当的硬件平台和软件工具，并为此项目提供。
第2阶段：游戏设计-第二步，与精神病专家一起设计游戏环境，并根据表2准备游戏场景，包括等级，目标，挑战和规则。
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游戏场景的组成部分 |
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等级 |
目标 |
挑战 |
要求 |
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电梯 |
治疗对电梯的恐惧 |
停留在电梯的封闭空间并上升到第十层 |
要到达十楼，玩家必须毫无畏惧或焦虑地一步一步地从一楼升到十楼。 |
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MRI机器 |
治疗对MRI机器的恐惧 |
当病人被放在MR扫描仪内时，观看视频剪辑 |
如果玩家由于恐惧或焦虑而不能完成整个核磁共振视频剪辑，他/她必须从头开始播放。 |
阶段3：游戏实现-在此阶段，游戏环境和其中的对象是由图形软件工具和游戏引擎创建的。 此外，在编程软件框架中对由视觉效果、声音效果和物体运动组成的游戏动力学进行了编程。
阶段4：游戏评估-在最后阶段，由一些志愿者参与者测试和评估了制作的游戏软件，以确定其可玩性和有效性。
软件工具：
为了开发视频游戏，使用了游戏引擎工具包。 游戏引擎是一个软件框架，提供了一组用于开发计算机游戏的核心组件，其中包括用于创建2D或3D图形模型的渲染工具，动画和物理工具，音频系统，脚本等。 在这个项目中，我们利用Unity3D（https://unity3d.com/）作为游戏引擎来创建3D虚拟环境，对象的标准3D模型以及游戏的音效。 另外，为了创建一些复杂的模型，我们使用了其他计算机图形工具，包括3D Studio MAX（http://autodesk.com/3dsmax、Maya（http://www.autodesk.com/maya)、Adobe Photoshop（ http://adobe.com/photoshop）并将这些模型导入Unity3D框架中，为了提供游戏动态（例如电梯移动，播放电影和声音，播放器移动以及相机设置），我们使用了Microsoft Visual Studio C＃（https：/ /visualstudio.com/）作为编程平台，并将代码文件作为脚本文件添加到Unity3D中。
硬件系统：
在这个项目中，我们选择了个人电脑(PC)平台来运行游戏软件和头盔显示器(HMD)眼镜，以营造参与者的视觉沉浸感。 本项目测试使用的计算机系统和头盔显示器玻璃的技术规格如下：
计算机系统：一台台式PC，中央处理器内核i7 4.2 GHz，显卡华硕Dual-GTX1070-O8G，RAM 16G DDR4，Windows 10操作系统。
头盔眼镜：2016年发布的Oculus Rift眼镜(https://www.oculus.com/en-us/rift/)。
游戏说明：
在这一部分中，对幽闭恐惧症游戏的不同部分进行了简要的说明。 当游戏软件运行时，游戏以“欢迎页面”开始，进入“登录页面”[图2a]。 如果用户已经注册，则可以通过输入其全名进行登录。 当用户没有注册时，他/她将被转移到“注册页面”[图2b]。 在此页面中，从用户获取一些信息，如姓名、年龄、性别、心率、血压和呼吸次数，并将其保存在数据库中。 注册并登录后，用户进入具有三个选项的主菜单屏幕[图2c]：
图二
幽闭恐惧症游戏第1部分的屏幕截图：（a）登录页面，（b）注册页面，（c）主菜单，（d）播放视频片段以介绍人们对封闭环境的恐惧，（e） 装有电梯的建筑物，（f）装有电梯的建筑物的室内视图，（g）休闲室，（h）在休闲室中显示休闲视频剪辑
第一个选项显示由Ulead VideoStudio软件（https://www.videostudiopro.com/）创建的视频剪辑，该视频剪辑引发了人们对封闭环境的恐惧[图2d]。
第二种选择是在一座十层楼的大楼里安装一部电梯，为害怕封闭空间的患者设计VR暴露疗法[图2e]。 该建筑包括有趣的室外和室内虚拟环境，治疗师可以逐步将患者在某些受控情况下的恐惧暴露出来。 建筑物的内部大厅[图2f]包括引导用户进入电梯或休息室的方向指示牌[图2g]。 当用户进入休闲室时，一段包含一些放松图片和带有音乐背景的人声的视频剪辑开始播放，帮助用户放松自己[图2]。 另一方面，当用户移动到电梯时，他/她面向墙上的某个面板，用户可以通过选择这些按钮中的每个按钮来确定电梯内的存在时间[图3a]。 选择时间面板后，用户可以进入电梯内部[图3b]，通过按下其中的按钮，电梯门关闭并移动到较高的楼层。 根据选择的时间，用户停留在电梯的封闭空间内，但玩家每次惊慌失措时，都可以离开各楼层的电梯前往休闲室。
图三
幽闭恐惧症游戏第2部分的屏幕截图：（a）电梯的外部视图和选择时间面板，（b）电梯的内部视图，（c）磁共振成像室，（d）播放显示在内部的视频剪辑 磁共振成像机的
恐怖恐惧症游戏的第三个选项包括带有MRI室的建筑物。 当用户选择此部分时，他/她将进入绿色建筑并遵循绿色指示牌； 玩家可以到达MRI室[图3c]。 那个房间里有一台MRI机器，玩家可以和它互动。 当用户真正靠近MRI机器并准备将其放置在MR扫描仪内部时，将播放一个显示MRI机器内部的视频剪辑[图3d]。
此外，在游戏的不同部分，声音效果（例如开/关电梯门的声音或鸟和水的声音）以及在游戏中引导玩家的指导声音以及引人入胜的环境设计鼓励用户继续游
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