人类生活在三维空间中,需要判断两个地点的空间距离、确定物体的方向、将物体与周围的物体形成关联,为保证人们在环境中进行各种活动,需要确定自己在空间中的位置,并与其他事物建立联系,这些需求都涉及到人类的空间认知。空间认知涉及人类对空间知识的获取、加工、存储和使用等,是保证人类正常活动的重要前提和基础。传统的空间认知研究多数通过纸笔测试形式实现,其中实验控制和生态效度间的潜在矛盾一直难以调和,而为提高生态效度在现实环境或实物模型中实施的方式却不能满足特殊人群的需要。虚拟现实技术可以弥补上述方法的不足,为空间认知研究开辟了新途径。它不仅可以模拟现实空间、创建构想空间,而且可以对实验刺激的内容和表象、任务复杂度及被试的行为响应进行灵活控制。虚拟现实提供的交互方式可以支持被试的空间行为能力,实验者通过观察被试的动态实时交互,了解被试对空间知识的组织及使用情况。然而如何有效利用虚拟空间促进空间认知研究并最终辅助人们的日常生活是一个复杂问题,涉及空间设计、表示、人境交互、及对特定空间任务的适应性等多个方面。　　 基于以上考虑,本文对虚拟环境下的空间认知进行了探索性研究,主要进展有:　　 1.分析了虚拟现实应用于认知科学的潜在优势,重点分析当前在注意过程、记忆和执行功能方面的应用进展及在改善人们生活技能方面的应用成果。　　 2.提出了三类层次操作的交互模型:为便于个体在虚拟环境下实施空间行为能力,分析了虚拟世界和现实世界的本质差异和可塑差异,总结了现有三维交互任务的类型及其相关技术,根据三维空间层次图,提出了基于对象、基于视点和基于场景的三类层次操作模型。　　 3.开展了虚拟坏境下的空间认知研究:首先分析了虚拟环境下空间认知的概念和特点；强调了空间学习从虚拟向现实转换的重要性,随后针对影响转换效果的因素进行了分类讨论；最后为调查漫游模式和虚拟环境自身特点对转换的具体影响,设计并实施了两个实例研究,分别基于环境内容复杂度,即路径复杂度(简单、复杂),和基于虚拟环境真实度(无细节、有细节),通过三类回想任务(找路、绘草图、场景分类)考察主动、被动漫游模式的影响。　　 4.提出了一种神经网络觉醒度自动识别方法。针对虚拟环境下的空间认知能力训练,研究和分析人们的觉醒度和注意情况；提出了一种基于Levenberg-Marquardt算法的神经网络的觉醒度自动识别方法,用于区分清醒、疲倦和睡着三种状态。　　 5.建立了注意成分与脑电的关系映射。具体研究了人类的注意强度成分和选择成分的脑电机制,涉及分析Alertness,Sustained.Attention,Selective Attention,和Divided Attention与脑电频带之间的关系,探讨之间相关性。　　 6.提出了一个基于情感计算的虚拟暴露治疗系统框架。探讨虚拟空间用于心理治疗的可能性,以激发、改善人们情感因素为出发点,以虚拟暴露治疗为指导,分析了治疗医师和患者的应用接口。