论文部分内容阅读
肌萎缩性脊髓侧索硬化、脑卒中等患者大脑意识正常,但是由于运动功能障碍无法正常的与外界环境进行交流。随着经济的发展与医疗水平的上升,残疾人的基本生活和物质水平得到了改善,但是忽视了该群体的精神文化需求。目前研究人员通过借助计算机(Personal Computer,PC)屏幕的脑机接口技术(Brain-Computer Interface,BCI)虽然可以让患者通过“意念”控制外部环境,但由于PC屏幕便携性差、视野局限从而限制了脑机接口的应用。AR-BCI是将增强现实(Augmented Reality,AR)的虚实融合和脑机接口的运动控制能力相结合,同时具有便携式、广视角的操作空间,在助残方面有很大的潜力。然而AR-BCI相关研究相对较少,如何合理地设计增强现实空间中的信息显示仍需考究。为此,本文从设计合理的稳态视觉诱发电位(Steady-State Visual Evoked Potential,SSVEP)刺激布局和探究可容纳的刺激数量两方面着手,通过构建ARMind Chess棋局对弈系统,评估AR-SSVEP系统的可行性和实用性,进而推进其实用化进程。本文主要研究工作如下:(1)实现了增强信息空间ARMind Chess棋局信息显示。使用HSG渲染引擎设计视觉刺激呈现方法,利用空间锚点技术和凝视目标检测技术确保操作者能精准的放置虚拟棋盘和控制虚拟棋子,结合上述技术搭建了增强信息空间中的象棋布局AR信息显示系统。(2)设计了ARMind Chess棋局对弈系统脑电处理算法。通过分析主流的SSVEP-BCI系统的脑电处理算法,在AR-SSVEP系统中设计了四种不同刺激布局的实验范式;通过CCA算法得出最优分类正确率的刺激布局,得出4个刺激目标数量时刺激布局对分类正确率的影响;分析AR-SSVEP最佳布局与PC-SSVEP类似设计的实验结果,比较两者在功率谱和识别率的显著性差异。(3)搭建了AR-BCI驱动的ARMind Chess原型系统。研究了四种刺激目标数量下,AR-SSVEP和PC-SSVEP在不同刺激数量时振幅、信噪比和分类正确率的差异;探讨了刺激数量的增加导致AR-SSVEP分类正确率降低的原因;最后搭建了ARMind Chess原型系统的在线象棋对弈游戏,设计了虚拟现实的人-机对弈模式和增强现实的人-人对弈模式。通过5名参与者在线实验结果表明,ARMind Chess的象棋对弈具有可行性和实用性,有望在未来丰富脑卒中患者的精神生活。