基于虚拟现实和动作捕捉的脑卒中康复训练研究及系统设计

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lujunjun_1204
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当前脑卒中(俗称中风)已成为中国人口减少的主要疾病之一,也是中国成年人残疾的首要原因。脑卒中患者术后通常需要康复运动以降低肢体残疾几率。传统的脑卒中患者康复治疗方式需医师一对一指导,患者受限于医疗条件,无法完成居家的康复训练,且传统训练方式较为枯燥,患者无法形成长期坚持训练的意愿。通过文献检索及医院实地调研,本文详细研究了脑卒中患者现有康复训练手段的不足,了解其康复训练的基本要求、动作特点和评价手段。基于此,尝试将虚拟现实技术应用于脑卒中患者康复训练的可能性,首先是建立脑卒中患者和虚拟现实系统之间的交互,在对比现有技术特点的基础上,选择惯性动作捕捉设备完成对患者动作的实时捕获与识别,利用人体关键节点的运动能够反映整体的运动状态的特点,通过放置在人体重要关节处的惯性传感器捕获不同关节点的运动数据,其中,磁力计负责计算方位,加速度计计算运动速度,陀螺仪获取关节运动的角度。将以上数据整合,通过相应算法对数据进行分析处理,还原人体的整体运动状态、运动速度和运动坐标,实时建立人体三维运动模型,保持现实人和虚拟人的动作同步。接着,将动捕设备获取的运动数据导入Unity3D软件进行人体建模,考虑到训练效果的准确性,根据训练者的个体差异,改变四肢长度数据,修正人体模型。接下来,为了调动脑卒中患者康复训练的积极性和参与度,系统为整个训练过程进行了游戏化的场景设计,通过地形、环境、光景及具体游戏任务的设计营造出不同的训练氛围和训练难度,供训练者根据自身情况进行选择。为了科学地评价训练效果,制定了游戏的打分规则。最后,设计了完整的UI交互界面,包括注册登录、场景选择、受训肢体选择、难度选择等功能。另外,为了方便患者再次训练,用户的康复训练数据被保存在本地数据库。经实际测试,系统较好地实现了预先设定的功能,且画面运行流畅,交互性好,体验感强。系统能够在一定程度上实现脑卒中病人的自主康复训练,通过游戏化的场景设计调动患者的训练兴趣,从而改善患者的负面情绪。该系统为脑卒中患者的家庭康复训练提供了新的思路。
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