增强现实(Augmented Reality,简称AR)是一种将真实世界信息和计算机生成的虚拟信息无缝融合在一起的技术。将AR技术应用于肘关节康复评估与训练,可以把计算机生成的虚拟信息无缝叠加在病患真实的康复训练过程,提供有趣、稳定、个性化的训练方式。对AR肘关节康复评估与训练系统实时渲染技术的研究是实时渲染方法及应用的进一步研究,在一定程度上为AR技术应用到康复领域提供理论思路的同时为AR肘关节康复评估与训练提供关键技术的解决方案。因此,论文工作具有重要的理论意义与应用价值。实时渲染技术是AR的关键技术之一,也是实现虚实融合的基础。目前国内外基于AR技术的肘关节康复评估与训练系统相对较少且没有针对性,基于一般标识存在跟踪鲁棒性和注册精度较低的问题,并且难以平衡虚拟模型渲染的真实感和实时性。针对以上问题,在对相关AR实时渲染理论和方法进行深入研究和分析的基础上,本文的主要研究工作如下:(1)虚实融合分析。通过分析肘关节活动特点,确定标识位置。肘关节的屈曲、伸展和旋前、旋后运动可抽象为三维空间中绕某一坐标轴的旋转,从而将穿戴于前臂处的标识在三维空间中进行数学建模,进而确定虚拟对象渲染位置。再结合现有实时渲染技术,确定了适用于移动端的实时渲染方法。(2)改进标识及渲染算法以适用于肘关节康复评估与训练。标识因体积小重量低,方便穿戴且易于接受。针对传统标识存在跟踪鲁棒性较低的弊端,选定一种彩色标识结合特征点提取算法解决了标识在跟随肘关节运动时标识跟踪不稳定的问题,同时保证虚拟模型的几何一致性。采用模型绘制方式结合局部光照模型和Gouraud算法在保证较高真实感和光照一致性的前提下解决了虚拟模型渲染实时性低的问题,并通过实验验证了该方法的稳定性和实时性。(3)有效性和可用性评估。一方面,选择正常人、模拟病人和真实病人三种具有不同肘关节活动度和灵活性的人群作为评估对象,设计一组实验通过分析渲染结果进行有效性评估。另一方面,自行设计和开发了一个原型系统并在三级甲等中医医院重庆市某区中医院进行了实验,分别从硬件(主要是AR标识)和软件的可用性进一步验证了实时渲染的有效性。硬件可用性从方便使用、容错性、舒适感和可接受度四个方面进行评估,软件可用性从效率、吸引力、容错能力、易于学习和可接受度五个方面进行评估。论文的创新点主要体现在:(1)改进标识并结合肘关节运动特点在三维空间中进行抽象建模完成稳定跟踪注册,结合改进的模型绘制方式实现实时渲染。(2)实现的实时渲染方法封装应用于AR肘关节康复评估与训练原型系统既为病患提供虚实融合的训练场景,又可作为医师评估病患康复进程的重要依据。此外,论文的工作是AR领域与康复医学领域相结合的产物,其工作成果一定程度上为AR肘关节康复评估与训练提供了理论依据和借鉴,同时平衡了紧张的医疗资源。论文工作实现了基于改进标识完成肘关节康复评估与训练的实时渲染。下一步的主要工作是根据肘关节运动连带其它关节的参与,采用基于方向传感器的跟踪注册和实时渲染方法以更好的支持肘关节康复评估与训练。