基于虚拟现实的心理治疗系统研究与设计

论文摘要

虚拟现实是一种先进的计算机用户接口,是人们对实现人机交互的不断需求的产物。虚拟现实技术是计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及人工智能技术等先进技术的交叉与综合。虚拟现实的应用能极大地减轻用户负担,提高工作效率。深入研究虚拟现实技术及其应用对人机互动的发展有着重要的社会价值和意义。论文对虚拟现实的基本技术要素及其特点进行研究,总结概括了虚拟现实技术在心理治疗上的应用。结合当前虚拟现实的发展现状,分析了虚拟现实技术应用于心理治疗的需求和可行性。并且以此为理论基础,结合实时图像处理技术,在MFC环境下设计并实现了一个基于虚拟现实的心理治疗辅助系统。通过人体图像采集处理,结合震动传感器互动设计和环境音效,将人置于虚拟环境中辅助心理治疗。系统以视频图像处理为主,采用流水线处理结构确保视频处理和显示的实时性。虚拟视频合成由视频采集入手,利用VFW通过摄像头采集实时人体目标视频图像,对视频图像进行逐帧处理。用帧差法对彩色图像帧直接进行二值化,以二值图像参数为依据提取图像特征参数,结合人体特性,提取图像区域特征并对人像加以识别,确定前景人体目标和背景,同时通过像素变化识别人体运动。利用数学形态学对二值图像进行边缘修正。以二值图像作为判断依据进行虚拟背景合成,将二值图像标记的人体区域用原始彩色图像替换虚拟背景中的对应像素点,并将合成的彩色图像进行中值滤波,减少合成的层次感,使图像显示输出平滑自然。震动效果器设计利用51单片机接收串口数据,通过基于PT2262/2272的无线传输模块传输信号,由译码芯片控制震动电机产生震动,增强了真实感。实验结果表明,该系统采用的流水线结构,以及提取图像二值特征代替复杂彩色图像信息等手段有效地提高了系统的实时性,对图像的进一步处理也加强了合成后图像的真实感。配合图像识别和震动效果器设计,做到图像处理快速稳定、整体互动感强,满足虚拟现实心理治疗的效果要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文的背景和意义
• 1.2 虚拟现实心理治疗的发展现状
• 1.3 论文的研究目的
• 1.4 论文的主要工作
• 2 虚拟现实
• 2.1 虚拟现实的特点
• 2.2 虚拟现实的分类与组成
• 2.3 虚拟现实的实现方法
• 2.4 虚拟现实的应用
• 3 虚拟现实心理治疗系统设计
• 3.1 系统的心理学原理
• 3.2 系统的效果和结构需求分析
• 3.3 心理治疗系统的组成
• 3.4 系统软硬件平台设计
• 3.5 辅助硬件
• 4 视频图像的捕捉与处理
• 4.1 视频图像采集
• 4.1.1 视频采集方法
• 4.1.2 VFW与AVICap
• 4.1.3 系统视频采集过程
• 4.1.4 像素信息的提取
• 4.2 人体目标识别
• 4.2.1 物体识别方法
• 4.2.2 帧差法人体目标检测
• 4.2.3 阴影区的处理
• 4.2.4 数学形态学处理
• 4.3 二值图像标记
• 4.4 视频合成
• 4.4.1 显示图像的组成
• 4.4.2 虚拟背景显示替换
• 4.4.3 彩色图像平滑处理
• 4.5 双缓冲技术
• 5 人机互动硬件设计
• 5.1 互动机理和方式
• 5.2 硬件结构设计
• 5.3 串行通信
• 5.3.1 上位机软件接口
• 5.3.2 下位机硬件接口
• 5.4 硬件电路实现
• 6 系统运行
• 6.1 系统运行效果
• 6.2 运行结果分析
• 6.3 总结与展望
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢