面向手部康复训练的虚拟现实平台研究与设计

论文摘要

虚拟现实(Virtual Reality, VR)是一门借助计算机构建出一个与现实环境十分逼近的虚拟环境,且支持用户使用自然的技能亲身感受的人机交互技术。虚拟现实技术在现实中应用广泛,在医学领域也有着传统手段不具备的优点,临床研究同时表明这种技术具有良好的康复效果。本文将此技术应用于脑卒中患者的运动障碍康复。在虚拟康复训练系统中,虚拟场景的设计是研究重点之一。运动障碍患者针对不同部位进行康复训练时,需要不同的虚拟现实平台。本文针对脑卒中患者腕部活动度低的病症设计虚拟现实训练平台,使患者在虚拟环境中扮演一个角色,成为虚拟环境中的一部分,通过训练动作与虚拟环境进行交互,达到逐渐恢复腕关节活动度的目的。本文运用3ds Max制作虚拟场景中的模型并赋予材质,通过Virtools进行模型的交互和整合,实现了面向手部康复训练的虚拟现实平台的构建。平台针对手部运动障碍患者设计了两个训练场景,第一个场景主要用于训练手腕的屈伸运动,第二个场景除训练手腕的屈伸运动之外增加手腕的尺、桡屈运动训练。每个场景具有三个递增难度训练任务供患者选择。训练动作完成后平台会根据训练情况自动进行动作评分。通过试验表明,该平台运行良好,具有实际应用价值,可在运动障碍康复领域扩展使用。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 康复机器人的应用
• 1.2.2 虚拟人的应用
• 1.2.3 基于触觉反馈和力反馈的虚拟现实康复平台
• 1.2.4 游戏机Wii的应用
• 1.3 研究内容
• 2 虚拟现实技术介绍
• 2.1 虚拟现实技术的基本概念
• 2.2 虚拟现实技术的研究内容
• 2.2.1 数据输入
• 2.2.2 数据输出
• 2.2.3 虚拟环境的管理和生成
• 2.2.4 虚拟现实的分类
• 2.3 虚拟现实技术的应用
• 2.3.1 工程应用
• 2.3.2 军事应用
• 2.3.3 生活娱乐应用
• 2.3.4 医学应用
• 3 基于虚拟现实的腕部康复平台设计
• 3.1 开发工具介绍
• 3.1.1 模型制作开发工具
• 3.1.2 模型整合软件Virtools
• 3.2 平台的需求分析
• 3.3 平台的功能划分
• 3.4 平台的操作流程
• 3.5 平台的操作界面设计
• 3.5.1 初始页面设计
• 3.5.2 场景选择页面设计
• 3.5.3 场景说明页面设计
• 3.5.4 训练场景页面设计
• 3.5.5 页面色彩与字体设计
• 3.6 环境配置
• 4 虚拟场景的设计与制作
• 4.1 模型的设计与制作
• 4.1.1 手部模型的设计与制作
• 4.1.2 水滴、螃蟹模型的设计与制作
• 4.1.3 模型的导入
• 4.2 手腕屈伸运动虚拟场景设计
• 4.2.1 操作必读
• 4.2.2 难度选择
• 4.2.3 动作控制
• 4.2.4 动作评估
• 4.3 手腕屈伸及尺、桡屈运动虚拟场景设计
• 4.3.1 操作必读
• 4.3.2 难度选择
• 4.3.3 动作控制
• 4.3.4 动作评估
• 4.4 作品发布
• 5 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集