专利名称：一种利用虚拟现实技术帮助用户进行训练康复的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用虚拟现实技术帮助用户进行训练康复的方法,它涉及计算机 网络模型和图形数据处理，涉及虚拟现实环境应用于训练康复。
技术背景虚拟现实(Virtual Reality)技术是一种可以创建和体验虚拟世界(Virtual World) 的计算机系统技术。虚拟环境由计算机生成，它通过人的视、听、触觉等作用于用户， 使之产生身临其境的感觉的视景仿真。虚拟现实的应用领域十分广泛，在工程设计、 计算机辅助设计(CAD)、数据可视化、飞行模拟、多媒体远程教育、远程医疗、艺 术创作、游戏、娱乐等方面得到极大的应用。虚拟现实技术在训练和医学方面的应用是最近几年才得已发展,利用虚拟现实技 术应用于手术和血管造型等。如曼彻斯特大学的科学家们开发的虚拟现实系统能带 给病人一个虚拟肢体,它可以让病人大脑感到自己依然可以指挥被截去的肢体，从而达到减轻幻肢痛的效果。项目负责人，心理科学院的克莱格，莫里博士说"许多截肢病人都患有幻肢痛。有一个病人感到自己被截去的那只手的手指一直紧紧扣住自己的 手掌。用虚拟肢体系统治疗一个疗程之后，她感到扣住手掌的手指可以活动了，幻肢 痛也随之减轻了。"以色列的研究人员开发出一套"电脑辅助训练康复环境系统"，通过模拟划船、打 球、慢跑等各种情景，来帮助残障人士改善平衡能力，恢复身体的运动机能。让用户 像在做游戏一样，更能提高用户本身的主动性和积极性，加强训练效果，縮短住院时 间，加快训练康复过程。美国南加州大学虚拟环境实验室主任、心理医生艾伯特 里佐说"游戏在治疗中能发挥很大的作用。"在专为年轻癌症用户设计的电子游戏Re-Mission中，主人 公带领用户经历人体生物之旅，了解人体的免疫功能。用户在游戏中用化疗和药物消 灭癌细胞，从而提高治疗信心。上述方法虽然有自主体验游戏的出现，用户可以把自己置身于虚拟现实的场景中, 但目前还是一种纯游戏的过程，然而需要一个度量，这种度量是与效果相关的，如度 量未与训练康复指标结合，就不太适于在训练康复上使用。本发明所述的训练康复包括神经、精神的各种有益体验，也包括对心理有益暗示 的训练康复的过程。 发明内容本发明目的是提出的一种利用虚拟现实技术帮助用户进行训练康复的方法，提 出一种虚拟的用户图形或图像，然后把虚拟用户置身于虚拟现实的场景中，通过采集 用户大脑皮层的电波信号作为训练康复效果的间接度量的方法；并通过改变虚拟现实 场景,诱导用户的大脑皮层的电波，使其大脑皮层的电波处于某种状态，根据用户的训练康复特征，给与用户积极暗示,让用户大脑皮层的电波使终处于这种状态,增强用户 积极体验效果，给技能性的训练康复提供一种良好的方法。本发明的技术方案是，利用虚拟现实技术帮助用户进行训练康复的方法，包含以 下步骤步骤1采集用户三维模型数据形成用户三维的人体数据模型,存入计算机 中；步骤2采集大脑皮层的电波让用户头上戴着大脑皮层的电波信号采集帽(内含 电极),用于接受脑电波的信息，输入计算机中并能够显示；步骤3上述步骤完成后，让用户眼睛上戴着头盔显示器，连接到计算机，从头 盔显示器中能够看到虚拟的用户自己已出现在一个虚拟现实环境中；步骤4虚拟现实环境场景产生变化的条件下，因用户由于感受到的环境差异， 用户的大脑皮层的电波就会产生变化,调节虚拟现实环境,使其用户脑电图波处于a (8-12Hz)之间；步骤5通过场景变化使用户脑电图波处于a(8-12Hz)之间,在这虚拟环境中，设 置若干场景，包括浪慢、暖色、平静、和缓和的虚拟环境或场景，对应着可以是山林、 大海、沙漠、高原、湖泊等旅游风光，或者是对历史场景或训练动作的体验。 一些有 利于用户的环境或场景，同时使用户不适部分产生虚拟的向训练康复的方向转变，循 序渐进，使用户脑电图波处于a(8-12Hz)之间，用这种虚拟现实的方法进行训练康复 训练,对人体不适部位的恢复将会产生积极的影响。当然，如果用户脑电图波不处于 a (8-12Hz)之间，就主动相应变化场景。通过用户置身于虚拟现实中,调节虚拟环境， 使用户一直处于限定的脑电波范围,接受虚拟现实场景或训练动作对用户的训练康复 作用,系统框图见图1。本发明的有益效果是用户的大脑皮层的电波就会随着场景的体验而产生变化, 调节虚拟现实环境，使其脑电图波处于a (8-12Hz)之间是用户感到镇静和自我感觉愉 快的并进入正向评价循环的过程，经30-80分钟的训练，使用户心理明显感觉趋良； 对虚拟场景也有自动趋同并加学习和下意识模仿的效果，有助于技能方面各种训练。
图1虚拟现实技术对帮助用户进行训练康复的流程图 具体实施方法实施例1、下面结合附图l,对本发明进行详细描述 一种利用虚拟现实技术帮助 用户进行训练康复的方法，用这种虚拟现实的方法进行训练康复训练,提高用户的训 练康复效果。具体包括启动虚拟训练康复程序，密码验证，正确进入步骤l:让用 户进入指定的位置，站立状态，用2台摄像机，在离地高l米的地方，前面一台，后 面一台，同时摄像，输入计算机,进行数据处理和拚接,形成虚拟用户的数据模型，存 入数据库；进入步骤2:给用户头上戴着植入电极的头帽(可采集大脑皮层的电波， 采用北京中科新拓仪器有限责任公司的NT9200标准型数字脑电波测试仪在计算机中 实时进行显示出波形；进入步骤3:让用户戴上头盔显示器，连接到计算机，让用户 躺在舒适的床上，启动计算机中的虚拟环境子程序及调用用户的虚拟数据模型，进行叠加，让虚拟用户置身于虚拟环境中，并在用户的头盔显示器中显示出来，例如在 虚拟环境中，让虚拟用户此时站在风景如画的山林中，鸟语花香，令人心旷神悦。进 入步骤4:变换虚拟现实环境，让用户放松，这时由于感受到环境的差异，此时用户 的大脑皮层的电波就会产生变化，操纵计算机，改变虚拟环境的场景，观察用户脑电 波的变化，直至用户的脑电波处于(8-12Hz)之间。进入步骤5:在这虚拟环境中，设 置一些有利于用户的不适部分产生虚拟的向训练康复的方向转变的可能，例如由于外 伤引起的脚疼，走路不便，这时，在虚拟环境中，用户就会发现虚拟用户受伤的脚，变好了，并还能在山林中行走漫游，调节虚拟环境，让用户的脑电波处于(8-12Hz)之间，保持一段时间,用这种虚拟现实的方法进行训练康复训练，对人体不适部位的恢复 将会产生积极的影响。本发明利于用户的不适部分产生虚拟的向训练康复的方向转变的可能，调节虚拟环境,让用户的脑电波处于a (8-12Hz)中，用这种虚拟现实的方法进行训练康复训练, 对人体不适部位的恢复将会产生积极的影响。特别对心理感到厌倦和悲观的用户经过 本发明方法的进行训练康复会产生明显的效果。各用户使脑电图波处于a (8-12Hz) 的场景是不同的。更进一步的使脑电图波处于a(8-12Hz)的场景变换实施例在步骤4中变换 虚拟现实环境，让用户放松但又不致于进入睡眠，这时由于感受到的环境差异，用户 的大脑皮层的电波就会产生变化，操纵计算机，改变虚拟环境的场景,观察用户脑电波 的变化，直至用户的脑电波处于(8-12Hz)之间。实施例2、进行运动训练的实施例，用于在训练跳高运动员的场景变换实施例依据一般跳高运动员跳高的运动轨迹，设置一组虚拟场景，用这种虚拟现实的方法进行训练,能提高用户的训练动作的准确。具体包括启动虚拟训练康复程序，密码验 证，正确进入步骤l:让用户进入指定的位置，站立状态，用2台摄像机，在离地高 l米的地方，前面一台，后面一台，同时摄像，输入计算机,进行数据处理和拚接,形 成虚拟用户的数据模型，存入数据库；进入步骤2:给用户头上戴着植入电极的头帽 (可采集大脑皮层的电波，采用北京中科新拓仪器有限责任公司的NT9200标准型数 字脑电波测试仪在计算机中实时进行显示出波形；进入步骤3:让用户戴上头盔显示 器，连接到计算机，让用户躺在舒适的床上，启动计算机中的虚拟环境中有关跳高的 虚拟子程序及调用用户的虚拟数据模型(对应于训练动作)，进行叠加，让虚拟用户置身于跳高的虚拟环境中，并在用户的头盔显示器中显示出来。进入步骤4:变换虚拟现实环境，让用户放松，这时由于感受到环境的差异，此时用户的大脑皮层电波就 会产生变化，操纵计算机，改变虚拟环境的场景,观察用户脑电波的变化，直至用户的脑电波处于(8-12Hz)之间。进入步骤5:在这虚拟环境中，用户在慢速的虚拟场景中 对自己运动的动作的理解更为准确，这时由于感受到的是本能对运动技能的掌握。受 训练跳高运动员的技巧动作掌握得明显快而且动作标准。本发明用于运动技巧较高的运动项目如跨栏、游泳、撑杆跳高、球类的一些技术技能的动作均会取得良好效果。
权利要求
1、利用虚拟现实技术帮助用户进行训练康复的方法，其特征是步骤1采集用户三维模型数据形成三维人体数据模型，存入计算机中；步骤2采集大脑皮层的电波让用户头上戴着大脑皮层的电波信号采集帽，用于接受脑电波的信息，输入计算机中并能够显示；步骤3上述步骤完成后，让用户眼睛上戴着头盔显示器，连接到计算机，从头盔显示器中能够看到虚拟的用户出现在一个虚拟现实环境中；步骤4让用户放松，这时由于感受到的环境差异，用户的大脑皮层的电波就会产生变化，调节虚拟现实环境，使其脑电图波处于α(8-12Hz)之间；步骤5通过场景变化使用户脑电图波处于α(8-12Hz)之间，在这虚拟环境中，设置若干场景，包括浪慢、暖色、平静、和缓的虚拟环境或场景，对应着可以是山林、大海、沙漠、高原、湖泊等旅游风光，或者是对训练动作或历史场景的体验。一些有利于用户的环境或场景，同时使用户不适部分产生虚拟的向训练康复的方向转变，循序渐进，用户脑电图波亦处于α(8-12Hz)之间。
全文摘要
利用虚拟现实技术帮助用户进行训练康复的方法，步骤1采集用户三维模型数据形成三维人体数据模型，存入计算机中；步骤2采集大脑皮层的电波；步骤3用户眼睛上戴着头盔显示器，连接到计算机，从头盔显示器中能够看到虚拟的用户自己已出现在一个虚拟现实环境中；步骤4调节虚拟现实环境，使用户脑电图波处于α(8-12Hz)之间；用这种虚拟现实的方法进行训练康复训练，对人体不适部位的恢复将会产生积极的影响。
文档编号A61M21/00GK101234224SQ200810018879
公开日2008年8月6日 申请日期2008年1月29日 优先权日2008年1月29日
发明者娄保东 申请人:河海大学