CN107308638B - 一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统及方法 - Google Patents

一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统及方法，采用RGB摄像模块、红外投影摄像模块、麦克风阵列模块采集患者信息，康复师模块根据输入的信息制定患者康复方案，均传输至PC端的数据分析处理模块，所述数据分析处理模块制定交互性的游戏型康复训练视频，患者在人机交互模块的显示屏上对照游戏设定，采用上肢手势或语音完成相应的游戏动作，实现趣味性和挑战性的游戏康复过程；训练过程中不需要穿戴康复设备，极为简便；所述数据存储模块实时记录存储相关信息，所述数据分析处理模块根据及时优化康复训练游戏，对患者实现针对性的康复训练，缩短患者的康复时间。

Description

一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统及方法
技术领域
本发明涉及一种虚实交互技术神经康复领域，具体涉及一种基于虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统及方法。
背景技术
当今社会人口老龄化趋势越加明显，对于中老年群体，脑中风、脑瘫、脊髓损伤、周围神经损伤的患病率日益增长，严重影响着个人以及家庭乃至社会人群的生活质量。第六次全国残疾人口普查显示：残疾人的总数是8502万，肢体残疾的人数为2472万，占残疾人总数的29.07％，对有肢体损伤的患者，若要恢复功能，相关技术是利用手术进行治疗后采用康复训练对患者进行康复指导；手术仅为人体动作行为功能重建的开始，恢复肢体机能必须在医生或者康复师的指导下进行科学的、完善的功能康复训练。
但相关技术中的康复训练需要穿戴复杂的设备，训练的内容是被动运动和重复简单的动作，且训练数据难以实时地记录、训练动作的准确性不高；造成康复训练的效果较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于体感识别交互、训练系统简单、具有适应性和针对性的游戏型上肢康复训练系统。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统，包括RGB摄像模块、红外投影摄像模块、麦克风阵列模块、数据分析处理模块、康复师模块、数据存储模块、人机交互模块；
所述RGB摄像模块采集患者真实彩色图像数据，根据所述真实彩色图像数据追踪人体节点信息，并传输至所述数据分析处理模块；所述数据分析处理模块对所述真实彩色图像数据追踪的人体节点信息处理为患者对应的身份信息，并将所述身份信息传输至所述数据存储模块中存储；在康复训练开始时，所述RGB摄像模块采集患者的真实彩色图像数据，所述数据分析处理模块对其采集的真实彩色图像数据处理后的身份信息与数据存储模块中存储的身份信息进行匹配，可匹配到一致信息后进行下一步操作；
所述红外投影摄像模块实时采集患者的深度图像数据，根据深度图像数据识别人体三维动作信息，并将所述人体三维动作信息传输至所述数据分析处理模块和所述数据存储模块；康复训练过程中，所述数据分析处理模块对所述人体三维动作信息进行处理为相应的动作轨迹，并与康复训练游戏中设定的动作轨迹进行比较，判断患者是否完成康复动作；
所述麦克风阵列模块采集患者的语音信息并传输至所述数据分析处理模块和所述数据存储模块；采集的语音信息用于对患者进行识别，在康复训练过程中，需要语音信息输入时，所述分析处理模块将输入的语音信息与所述数据存储模块中存储的语音信息进行识别匹配；
所述康复师模块接收患者信息的输入，并根据输入的信息制定患者康复方案传输至所述数据分析处理模块和所述数据存储模块；
所述数据分析处理模块根据所接收的人体三维动作信息、语音信息、康复方案处理得到适合相应患者的交互性康复训练游戏，并将所述康复训练游戏传输至所述人机交互模块上；
所述数据存储模块存储接收的所述患者身份信息、人体三维动作信息、康复方案；便于所述数据分析处理模块随时调取相应数据，进行康复训练游戏的改进；
所述人机交互模块的显示界面上显示所述康复训练游戏，患者对着所述显示界面上的游戏进行相应的操作，完成康复训练动作。
本发明实施例还提供了一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统实现的虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练方法，包括以下步骤：
(1)RGB摄像模块采集患者真实彩色图像数据，所述真实彩色图像数据对应人体节点信息，并将所述人体节点信息传输至所述数据分析处理模块，所述数据分析处理模块人体节点信息处理为对应的身份信息，与所述数据存储模块存储的身份信息进行匹配识别；
(2)红外投影摄像模块采集患者的深度图像数据，所述深度图像数据识别人体三维动作信息，所述人体三维动作信息传输至所述数据分析处理模块和存储数据模块中，所述数据分析处理模块对所述人体三维动作信息处理为相应的动作轨迹；
(3)麦克风阵列模块采集患者的语音信息并传输至所述数据分析处理模块和所述数据存储模块；采集的语音信息用于对患者进行识别，在康复训练过程中，需要语音信息输入时，所述分析处理模块将输入的语音信息与所述数据存储模块中存储的语音信息进行识别匹配；
(4)康复师模块接收患者信息的输入，并根据输入的信息制定患者康复方案传输至所述数据分析处理模块和所述数据存储模块；
(5)所述数据分析处理模块根据所接收的人体三维动作信息、语音信息、康复方案处理得到适合相应患者的交互性康复训练游戏，并将所述康复训练游戏传输至所述人机交互模块上；
(6)患者利用肢体语言或语音对照所述人机交互模块的显示界面上显示的所述康复训练游戏完成对应操作，完成康复训练动作。
优选地，所述数据分析处理模块根据接收的患者三维动作信息与制定的康复训练游戏中需要实现的动作轨迹进行比较，判断患者是否完全完成游戏的动作或是部分完成，并根据判断结果重新制定所述康复训练游戏，并传输至所述人机交互模块；
优选地，所述数据分析处理模块、数据存储模块位于PC端上，所述PC端采用Unity3D游戏引擎。
与相关技术比较，本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例的虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统，采用RGB摄像模块、红外投影摄像模块、麦克风阵列模块采集患者信息传输至数据分析处理模块，康复师模块接收患者信息的输入并根据输入的信息制定患者康复方案传输至所述数据分析处理模块，数据分析处理模块接收的信息制定交互性的游戏型康复训练视频，患者在人机交互模块的显示屏上对照游戏设定采用上肢手势或语音完成相应的游戏动作，实现趣味性和挑战性的游戏康复过程，在康复训练过程中不需要穿戴康复设备，使康复训练过程极为简便；采集信息、输入信息及康复方案、游戏操作的具体信息均实时记录存储于所述数据存储模块，所述数据分析处理模块根据操作结果及时优化交互性康复训练游戏，对患者实现针对性的游戏康复训练，缩短患者的康复时间。
附图说明
图1是本发明实施例的系统结构框图；
图2是本发明实施例的方法流程图；
其中：RGB摄像模块1、红外投影摄像模块2、麦克风阵列模块3、数据分析处理模块4、康复师模块5、数据存储模块6、人机交互模块7。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统，包括RGB摄像模块1、红外投影摄像模块2、麦克风阵列模块3、数据分析处理模块4、康复师模块5、数据存储模块6、人机交互模块7；
所述RGB摄像模块1采集患者真实彩色图像数据，根据所述真实彩色图像数据追踪人体节点信息，并传输至所述数据分析处理模块4；所述数据分析处理模块4对所述真实彩色图像数据追踪的人体节点信息处理为患者对应的身份信息，并将所述身份信息传输至所述数据存储模块6中存储；在康复训练开始时，所述RGB摄像模块1采集患者的真实彩色图像数据，所述数据分析处理模块4对其采集的真实彩色图像数据处理后的身份信息与数据存储模块6中存储的身份信息进行匹配，可匹配到一致信息后进行下一步操作；
所述红外投影摄像模块2实时采集患者的深度图像数据，根据深度图像数据识别人体三维动作信息，并将所述人体三维动作信息传输至所述数据分析处理模块4和所述数据存储模块6；康复训练过程中，所述数据分析处理模块4对所述人体三维动作信息进行处理为相应的动作轨迹，并与康复训练游戏中设定的动作轨迹进行比较，判断患者是否完成康复动作；
所述麦克风阵列模块3采集患者的语音信息并传输至所述数据分析处理模块4和所述数据存储模块6；采集的语音信息用于对患者进行识别，在康复训练过程中，需要语音信息输入时，所述分析处理模块4将输入的语音信息与所述数据存储模块6中存储的语音信息进行识别匹配；
所述康复师模块5接收患者信息的输入，并根据输入的信息制定患者康复方案传输至所述数据分析处理模块4和所述数据存储模块6；
所述数据分析处理模块4根据所接收的人体三维动作信息、语音信息、康复方案处理得到适合相应患者的交互性康复训练游戏，并将所述康复训练游戏传输至所述人机交互模块7上；
所述数据存储模块6存储接收的所述患者身份信息、人体三维动作信息、康复方案；便于所述数据分析处理模块4随时调取相应数据，进行康复训练游戏的改进；
所述人机交互模块7的显示界面上显示所述康复训练游戏，患者对着所述显示界面上的游戏进行相应的操作，完成康复训练动作。
本发明实施例的虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统实现了趣味性和挑战性的游戏康复过程，在康复训练过程中不需要穿戴康复设备，患者按照游戏中需要进行的操作做相应的动作即可，康复训练过程极为简便；患者的动作信息均实时记录存储于所述数据存储模块6，所述分析数据处理模块4根据患者完成的动作情况及时跟进康复训练游戏的优化，对患者实现针对性的康复训练，有效提高患者康复的速度，节省时间，降低康复成本。
本发明实施例还提供了一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统实现的虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练方法，包括以下步骤：
(1)RGB摄像模块1采集患者真实彩色图像数据，所述真实彩色图像数据对应人体节点信息，并将所述人体节点信息传输至所述数据分析处理模块4，所述数据分析处理模块4人体节点信息处理为对应的身份信息，与所述数据存储模块6存储的身份信息进行匹配识别；
(2)红外投影摄像模块2采集患者的深度图像数据，所述深度图像数据识别人体三维动作信息，所述人体三维动作信息传输至所述数据分析处理模块4和存储数据模块6中，所述数据分析处理模块4对所述人体三维动作信息处理为相应的动作轨迹；
(3)麦克风阵列模块3采集患者的语音信息并传输至所述数据分析处理模块4和所述数据存储模块6；采集的语音信息用于对患者进行识别，在康复训练过程中，需要语音信息输入时，所述分析处理模块4将输入的语音信息与所述数据存储模块6中存储的语音信息进行识别匹配；
(4)康复师模块5接收患者信息的输入，并根据输入的信息制定患者康复方案传输至所述数据分析处理模块4和所述数据存储模块6；
(5)所述数据分析处理模块4根据所接收的人体三维动作信息、语音信息、康复方案处理得到适合相应患者的交互性康复训练游戏，并将所述康复训练游戏传输至所述人机交互模块7上；
(6)患者利用肢体语言或语音对照所述人机交互模块7的显示界面上显示的所述康复训练游戏完成对应操作，完成康复训练动作。
进一步地，所述数据分析处理模块4根据接收的患者三维动作信息与制定的康复训练游戏中需要实现的动作轨迹进行比较，判断患者是否完全完成游戏的动作或是部分完成，并根据判断结果重新制定所述康复训练游戏，并传输至所述人机交互模块7；
进一步地，所述数据分析处理模块4、数据存储模块6位于PC端上，所述PC端采用Unity 3D游戏引擎。
基于本发明实施例的交互性康复训练游戏为趣味放飞气球游戏，所述RGB摄像模块1采集患者的真实彩色图像数据，识别患者身份确定患者进入系统；所述PC端的数据分析处理模块4根据红外投影摄像模块2采集的人体三维动作信息、麦克风阵列模块3采集患者的语音信息和康复师模块5制定康复方案制定趣味放飞气球游戏，并在所述人机交互模块7的显示界面上显示；具体的，显示界面的上方会落下挂着箱子的气球，在气球，绳子和箱子上都绑定了所述Unity3D碰撞体控件，患者需要用手去切断绳子，放飞气球，完成游戏，实现康复训练动作。当患者切到气球或者箱子时，气球或者箱子爆炸，游戏失败，还有当箱子落地时，患者仍未切断绳子放飞气球，游戏还是失败；游戏训练过程中，所述红外投影摄像模块2实时采集患者的三维动作信息，并将采集到的人体三维动作信息传输至所述数据分析处理模块4、数据存储模块6；所述数据分析处理模块4根据接收的患者三维动作信息与制定的康复训练气球游戏中需要实现的动作轨迹进行比较，判断患者是否完全完成游戏的动作或是部分完成，并根据判断结果重新制定趣味放飞气球游戏的难度或类型，患者重新进行游戏训练。在顺利完成游戏放飞气球的过程中，患者挥动手臂体感操作切断绳子，就完成了一次康复训练动作。针对不同康复需求的患者，游戏中设置气球从不同地方降落，实现不同康复部位的训练；同时，界面中还会存在不可触碰Unity3D碰撞体，这时患者需要规避这些碰撞体去放飞气球，就需要按特定轨迹完成任务了，进而达到针对患者的不同康复需求采用相应的康复训练动作的目的。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统，其特征是：包括RGB摄像模块、红外投影摄像模块、麦克风阵列模块、数据分析处理模块、康复师模块、数据存储模块、人机交互模块；所述RGB摄像模块采集患者真实彩色图像数据，根据所述真实彩色图像数据追踪人体节点信息，并传输至所述数据分析处理模块；所述红外投影摄像模块实时采集患者的深度图像数据，根据深度图像数据识别人体三维动作信息，并将所述人体三维动作信息传输至所述数据分析处理模块和所述数据存储模块；所述麦克风阵列模块采集患者的语音信息并传输至所述数据分析处理模块和所述数据存储模块；所述康复师模块接收患者信息的输入，并根据输入的信息制定患者康复方案传输至所述数据分析处理模块和所述数据存储模块；所述数据分析处理模块根据所接收的人体三维动作信息、语音信息、康复方案处理得到适合相应患者的交互性康复训练游戏，并将所述康复训练游戏传输至所述人机交互模块上；所述数据存储模块存储接收的所述人体节点信息、人体三维动作信息、康复方案；所述人机交互模块的显示界面上显示所述康复训练游戏，患者对着所述显示界面上的康复训练游戏进行相应的操作，所述康复训练动作；
在康复训练开始时，所述RGB摄像模块采集患者的真实彩色图像数据，所述数据分析处理模块对其采集的真实彩色图像数据处理后的身份信息与数据存储模块中存储的身份信息进行匹配，可匹配到一致信息后进行下一步操作。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统，其特征是：所述数据分析处理模块对所述真实彩色图像数据追踪的人体节点信息处理为患者对应的身份信息，并将所述身份信息传输至所述数据存储模块中存储。
3.根据权利要求1所述的一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统，其特征是：所述数据分析处理模块对所述人体三维动作信息进行处理为相应的动作轨迹，并与康复训练游戏中设定的动作轨迹进行比较。
4.根据权利要求1所述的一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统，其特征是：所述分析处理模块将输入的语音信息与所述数据存储模块中存储的语音信息进行识别匹配。
5.根据权利要求1至4任一项所述的虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练系统实现的一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)RGB摄像模块采集患者真实彩色图像数据，所述真实彩色图像数据对应人体节点信息，并将所述人体节点信息传输至所述数据分析处理模块；
(2)红外投影摄像模块采集患者的深度图像数据，所述深度图像数据识别人体三维动作信息，所述人体三维动作信息传输至所述数据分析处理模块和存储数据模块中，所述数据分析处理模块对所述人体三维动作信息处理为相应的动作轨迹；
(3)麦克风阵列模块采集患者的语音信息并传输至所述数据分析处理模块和所述数据存储模块；
(4)康复师模块接收患者信息的输入，并根据输入的信息制定患者康复方案传输至所述数据分析处理模块和所述数据存储模块；
(5)所述数据分析处理模块根据所接收的人体三维动作信息、语音信息、康复方案处理得到适合相应患者的交互性康复训练游戏，并将所述康复训练游戏传输至所述人机交互模块上；
(6)患者利用肢体语言或语音对照所述人机交互模块的显示界面上显示的所述康复训练游戏完成对应操作，完成康复训练动作。
6.根据权利要求5所述的一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练方法，其特征是：步骤(1)中，所述数据分析处理模块人体节点信息处理为对应的身份信息，与所述数据存储模块存储的身份信息进行匹配识别。
7.根据权利要求5所述的一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练方法，其特征是：步骤(3)中，采集的语音信息用于对患者进行识别，在康复训练过程中，需要语音信息输入时，所述分析处理模块将输入的语音信息与所述数据存储模块中存储的语音信息进行识别匹配。
8.根据权利要求5所述的一种虚拟现实交互的游戏型上肢康复训练方法，其特征是：步骤(5)中，所述数据分析处理模块根据接收的患者三维动作信息与制定的康复训练游戏中需要实现的动作轨迹进行比较，判断患者是否完全完成游戏的动作或是部分完成，并根据判断结果重新制定所述康复训练游戏，并传输至所述人机交互模块。
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