CN108847109A - 一种基于三维建模的人体取穴练习考核方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于三维建模的人体取穴练习考核方法及系统，利用建模软件建立三维坐标系，人体三维模型的每个穴位都对应一个三维坐标点；通过点击触摸屏选择穴位；通过该三维坐标点找到手指点击的对应人体模型的三维坐标点，与穴位的正确三维坐标点作比较，做出评价。本发明所述的基于三维建模的人体取穴练习考核方法通过把触摸屏上单指的点击，转换成为三维场景中人体模型皮肤表面上对应的三维坐标标点，并把该三维坐标与特定的某一个穴位的三维空间坐标进行对比，如果在距离上符合中医标准则判断为取穴正确。

Description

一种基于三维建模的人体取穴练习考核方法及系统

技术领域

本发明属于中医设备技术领域，尤其是涉及一种基于三维建模的人体取穴练习考核方法及系统。

背景技术

取穴是中医领域中比较关键的医疗技术，取穴的精确度高低也是横梁一个医生的中医技术是否合格的重要指标。在中医医疗技术学习的过程中，如何有效的练习取穴精度也是现在中医教学中面临的一个难题。现有的取穴练习大多采用人体模型进行教学，导师按照经验向学生传授穴位知识，并根据经验对学生进行考核，这种方法不仅效率较低，单纯采用经验进行教学和考核，精确度较差，学生在没有导师带领的情况下，也不能自主的进行练习。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于三维建模的人体取穴练习考核方法，以解决现有的取穴考核和练习过程中，导师采用经验进行教学和考核，结果准确度较差的情况。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于三维建模的人体取穴练习考核方法，利用建模软件建立三维坐标系，人体三维模型的每个穴位都对应一个三维坐标点；通过点击触摸屏选择穴位；通过该三维坐标点找到手指点击的对应人体模型的三维坐标点，与穴位的正确三维坐标点作比较，做出评价。

进一步的，具体方法如下：

S1、引入虚拟相机概念，以虚拟相机比作人眼，虚拟相机也对应设有固定的三维坐标点，虚拟相机能够覆盖触摸屏上的每个点，点击触摸屏时，根据屏幕的分辨率和点击的位置，每个点击的点会对应一个独有的三维坐标点，以虚拟相机为起点，建立虚拟射线，转化的三维坐标点为虚拟射线上的点；

S2、利用S1中创建的虚拟射线，通过三维引擎提供的接口函数查找与这条虚拟射线相交的人体三维模型；

S3、虚拟射线与人体三维模型交叉的点，就是手指点击触摸屏选择的点；

S4、计算虚拟射线与人体三维模型交叉的三维坐标点与要选取的穴位的三维坐标点之间的距离，如果距离小于一定阈值，则取穴正确，否则取穴错误。

进一步的，所述步骤S4中，如果取穴正确，则需要实现虚拟相机以动画方式的平移，因为整个人体的皮肤是不平整的，需要确定虚拟射线与三维模型交叉的三维坐标点处皮肤的一个局部小范围的平面，然后确定虚拟相机最终所要移动到的位置。

进一步的，确定交叉处三维坐标点所在平面的方法如下：

以步骤S1中点击的屏幕的点为中心点，在该点击点的前后左右选取四个与中心点距离相同的三维坐标点，以虚拟相机为起点，选取的四个三维坐标点为线上点，创建四条虚拟射线，找到这四条虚拟射线分别于人体三维模型相交的三维坐标点，四条虚拟射线中至少有两条与人体三维模型有交叉点，这样才能确定有三个以上的有效的三维坐标点，由三个以上的三维的坐标点确定出一个平面，选择该平面的一条法线，法线需要经过步骤S3中所述的虚拟射线与人体三维模型交叉的三维坐标点，将虚拟相机移动到法线上。

进一步的，根据需求设定虚拟相机在法线上的位置。

进一步的，确定好虚拟相机要移动到的位置后，根据虚拟相机的初始位置，在两个位置之间等距插入八个三维坐标点，得到三维相机平移过程中的十个三维坐标点；实现虚拟相机移动的动画，Ogre引擎提供实现移动动画的一定接口，把虚拟相机所要移动的十个坐标点传递给引擎的接口，实现相机的移动动画，并且在相机移动过程中确保相机一直看向所取的穴位。

进一步的，所述人体三维模型通过多个细小且不规则的三角面组成。

一种基于三维建模的人体取穴练习考核系统，包括：

建模模块：用于建立三维坐标系，以及构建人体三维模型；

数据库模块：用于提供人体三维模型；

计算模块：用于计算虚拟射线与三维模型的交叉点与正确穴位的三维坐标点的距离；

评价模块：根据计算模块计算出的两个三维坐标点的距离，做出取穴是否正确的评价；

画面平移模块：根据选择的人体三维模型的点，将画面平移至该点所在局部平面的法线上。

进一步的，所述建模模块包括：

虚拟射线创建单元：以虚拟相机为起点触摸点为线上点，建立虚拟射线；

局部平面创建单元：以触摸点为中心，选取四个虚拟点，以虚拟相机为起点，虚拟点为线上点，建立四条虚拟射线，四根虚拟射线与人体三维模块的交叉点，相互连线，创建局部平面，用于为后续的画面平移提供位置；

法线创建单元：根据局部平面创建单元创建的局部平面，创建法线，选取的人体三维模型的点，在法线或者法线的延长线上。

进一步的，所述数据库模块包括：

拾取模块：通过三维引擎提供的接口函数查找与这条射线相交的三维模型实体；

查找模块：用于查找与虚拟射线有交叉点的人体三维模型。

相对于现有技术，本发明所述的基于三维建模的人体取穴练习考核方法具有以下优势：

本发明所述的基于三维建模的人体取穴练习考核方法及系统通过把触摸屏上单指的点击，转换成为三维场景中人体模型皮肤表面上对应的三维坐标标点，并把该三维坐标与特定的某一个穴位的三维空间坐标进行对比，如果在距离上符合中医标准则判断为取穴正确，然后进行三维摄像机的对焦，也就是把三维场景中相机的位置移动到所取穴位皮肤表面的上方一定距离，并把摄像机看向穴位，并且相机的平移是以动画的形式展示的，在平滑的移动过程中相机并始终看向穴位，有效的提高了中医人体穴位定位的练习与考核的精度，评价更加科学高效。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的穴位取穴流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，通过建立三维坐标系，使人体模型的每个穴位都对应一个三维坐标点，触摸屏为三维坐标系中的其中一个平面，在练习或者考核过程中，通过手指点击触摸屏选择穴位，点击触摸屏的点对应一个三维坐标点，通过该三维坐标点找到手指点击的对应人体模型的三维坐标点，然后通过与穴位的正确三维坐标点作比较，做出评价。

具体方法如下：

S1、引入虚拟相机概念，以虚拟相机比作人眼，虚拟相机也对应设有固定的三维坐标点，虚拟相机能够覆盖触摸屏上的每个点，点击触摸屏时，根据屏幕的分辨率和点击的位置，每个点击的点会对应一个独有的三维坐标点，以虚拟相机为起点，建立虚拟射线，转化的三维坐标点为虚拟射线上的点；

S2、利用S1中创建的虚拟射线，通过三维引擎提供的接口函数查找与这条虚拟射线相交的人体三维模型；

S3、虚拟射线与人体三维模型交叉的点，就是手指点击触摸屏选择的点；

S4、将虚拟射线与人体三维模型交叉的三维坐标点与要选取的穴位的三维坐标点进行对比，进行距离比较，如果距离小于一定阈值，则取穴正确，否则取穴错误。

所述步骤S4中，如果取穴正确，则需要实现虚拟相机以动画方式的平移，因为整个人体的皮肤是不平整的，需要确定虚拟射线与三维模型交叉的三维坐标点处皮肤的一个局部小范围的平面，然后确定虚拟相机最终所要移动到的位置。

确定交叉处三维坐标点所在平面的方法如下：

以步骤S1中点击的屏幕的点为中心点，在该点击点的前后左右选取四个与中心点距离相同的三维坐标点，以虚拟相机为起点，选取的四个三维坐标点为线上点，创建四条虚拟射线，找到这四条虚拟射线分别于人体三维模型相交的三维坐标点，四条虚拟射线中至少有两条与人体三维模型有交叉点，这样才能确定有三个以上的有效的三维坐标点，由三个以上的三维的坐标点确定出一个平面，选择该平面的一条法线，法线需要经过步骤S3中所述的虚拟射线与人体三维模型交叉的三维坐标点，将虚拟相机移动到法线上。

根据需求设定虚拟相机在法线上的位置。

确定好虚拟相机要移动到的位置后，根据虚拟相机的初始位置，在两个位置之间等距插入八个三维坐标点，得到三维相机平移过程中的十个三维坐标点；实现虚拟相机移动的动画，Ogre引擎提供实现移动动画的一定接口，把虚拟相机所要移动的十个坐标点传递给引擎的接口，实现相机的移动动画，并且在相机移动过程中确保相机一直看向所取的穴位。

所述人体三维模型通过多个细小且不规则的三角面组成。

一种基于三维建模的人体取穴练习考核系统，包括：

建模模块：用于建立三维坐标系，以及构建人体三维模型；

数据库模块：用于提供人体三维模型；

计算模块：用于计算虚拟射线与三维模型的交叉点与正确穴位的三维坐标点的距离；

评价模块：根据计算模块计算出的两个三维坐标点的距离，做出取穴是否正确的评价；

画面平移模块：根据选择的人体三维模型的点，将画面平移至该点所在平面的法线上。

所述建模模块包括：

虚拟射线创建单元：以虚拟相机为起点触摸点为线上点，建立虚拟射线；

局部平面创建单元：以触摸点为中心，选取四个虚拟点，以虚拟相机为起点，虚拟点为线上点，建立四条虚拟射线，四根虚拟射线与人体三维模块的交叉点，相互连线，创建局部平面，用于为后续的画面平移提供位置；选取的四个虚拟射线至少有两个与人体三维模型有交叉点，如果有两个虚拟射线与人体三维模型有交叉点，则两个交叉点结合选取的点创建局部平面；如果有三个以上的射线与人体三维模型有交叉点，则选取三个交叉点创建平面。

法线创建单元：根据局部平面创建单元创建的局部平面，创建法线，选取的人体三维模型的点，在法线或者法线的延长线上。

所述数据库模块包括：

拾取模块：通过三维引擎提供的接口函数查找与这条射线相交的三维模型实体；

查找模块：用于查找与虚拟射线有交叉点的人体三维模型。

穴位取穴的具体流程如下：

1.首先，创建三维虚拟的射线：

在三维场景中虚拟相机的概念，可以参考现实生活中相机拍照的原理，都是模拟人眼的视觉效果产生一个锥形的视觉窗口。三维中虚拟相机所在的位置就是锥形的顶点，本系统的触摸屏就是该锥形的某一个横截面。

我们这一步所要创建的射线是一条虚拟的射线，该射线的起点就是三维中的虚拟相机所在的位置(锥形视觉的顶点)，并且射线经过触摸屏幕上的某一点，而屏幕上的该点就是单指在触摸屏上点击时产生的三维坐标点。

2.其次，三维模型的拾取：

通过第一步中创建的射线，程序可以通过三维引擎提供的接口函数查找与这条射线相交的三维模型实体，在该功能中我们只查找皮肤模型实体；

3.三维坐标的查找：

程序中所用的三维模型时通过3dMAX等其他软件制作的，模型的表面是通过很多细小且不规则的三角面组成的。

在第二步中查找到某一个三维模型后，程序遍历该模型的所有三角面，找到与该射线相交的三角面，然后在相交的三角面的顶点中查找与三维中虚拟相机最近的一个顶点，该点的三维坐标就是我们在某一次的点击触摸屏后需要查找的三维人体模型皮肤上的三维坐标，例如(52，168，12)。

4.距离的判断：

经过上述三步的计算，我们可以把系统处于取穴状态时某一次单指的点击触摸屏幕转换为对应的三维人体模型皮肤表面上的一个三维坐标点。这一步就是把该坐标点与所要选取的穴位的三维坐标进行对比，如果符合中医一定的要求，比如距离小于等于12(在三维引擎Ogre构建的三维场景中距离并没有一个特定的单位，我们三维人体模型的高度差不多是1700个距离单位，所以这个判断标准可以简单的理解为在一个身高一米七的人身上的12毫米的距离)，则判断为取穴正确，否则取穴错误。

5.相机平移动画：

经过第4步的判断，如果取穴正确则实现三维相机平移动画：

1)确定第3步中所计算出三维坐标点(52，168，12)所在皮肤出的一个局部的平面，因为整个人体的皮肤是充满的起伏与凹陷的，所以我们需要首先确定该处皮肤的一个局部小范围的平面，这样才能方面后面计算三维相机最终所要移动到的位置(该局部皮肤平面的上方一定距离)；

2)三维相机平移完后最终所在位置的三维坐标点的计算，以初始点击的屏幕的点为中心点，在该点击点的前后左右选取四个与中心点距离相同的三维坐标点，选取的四个点需要在触摸屏上，以虚拟相机为起点，选取的四个三维坐标点为线上点，创建四条虚拟射线，找到这四条虚拟射线分别于人体三维模型相交的三维坐标点，四条虚拟射线中至少有两条与人体三维模型有交叉点，这样才能确定有三个以上的有效的三维坐标点，三个点才能确定一个平面，由三个以上的三维的坐标点确定出一个平面，选择该平面的一条法线，法线需要经过步骤S3中所述的虚拟射线与人体三维模型交叉的三维坐标点，将虚拟相机移动到法线上。虚拟相机离平面的高度，可以自行设定。

3)插值计算，我们知道平移之前相机所在的位置，通过上一步计算出相机最终所在的位置，这样我们在两个坐标之间进行一定数目的插值，比如在两个值之间平均插入八个三维坐标，经过这一步我们得到三维相机平移过程中的十个三维坐标点；

4)实现相机移动的动画，Ogre引擎提供实现移动动画的一定接口，把所要移动的相机个上述所要移动的十个坐标点传递给引擎的接口，实现相机的移动动画，并且在相机移动过程中确保相机一直看向所取的穴位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (10)

1.一种基于三维建模的人体取穴练习考核方法，其特征在于：利用建模软件建立三维坐标系，人体三维模型的每个穴位都对应一个三维坐标点；通过点击触摸屏选择穴位；通过该三维坐标点找到手指点击的对应人体模型的三维坐标点，与穴位的正确三维坐标点作比较，做出评价。

2.根据权利要求1所述的基于三维建模的人体取穴练习考核方法，其特征在于，具体方法如下：

S1、引入虚拟相机概念，以虚拟相机比作人眼，虚拟相机也对应设有固定的三维坐标点，虚拟相机能够覆盖触摸屏上的每个点，点击触摸屏时，根据屏幕的分辨率和点击的位置，每个点击的点会对应一个独有的三维坐标点，以虚拟相机为起点，建立虚拟射线，转化的三维坐标点为虚拟射线上的点；

S2、利用S1中创建的虚拟射线，通过三维引擎提供的接口函数查找与这条虚拟射线相交的人体三维模型；

S3、虚拟射线与人体三维模型交叉的点，就是手指点击触摸屏选择的点；

S4、计算虚拟射线与人体三维模型交叉的三维坐标点与要选取的穴位的三维坐标点之间的距离，如果距离小于一定阈值，则取穴正确，否则取穴错误。

3.根据权利要求2所述的基于三维建模的人体取穴练习考核方法，其特征在于：所述步骤S4中，如果取穴正确，则需要实现虚拟相机以动画方式的平移，因为整个人体的皮肤是不平整的，需要确定虚拟射线与三维模型交叉的三维坐标点处皮肤的一个局部小范围的平面，然后确定虚拟相机最终所要移动到的位置。

4.根据权利要求3所述的基于三维建模的人体取穴练习考核方法，其特征在于，确定交叉处三维坐标点所在平面的方法如下：

以步骤S1中点击的屏幕的点为中心点，在该点击点的前后左右选取四个与中心点距离相同的三维坐标点，以虚拟相机为起点，选取的四个三维坐标点为线上点，创建四条虚拟射线，找到这四条虚拟射线分别于人体三维模型相交的三维坐标点，四条虚拟射线中至少有两条与人体三维模型有交叉点，这样才能确定有三个以上的有效的三维坐标点，由三个以上的三维的坐标点确定出一个平面，选择该平面的一条法线，法线需要经过步骤S3中所述的虚拟射线与人体三维模型交叉的三维坐标点，将虚拟相机移动到法线上。

5.根据权利要求4所述的基于三维建模的人体取穴练习考核方法，其特征在于：根据需求设定虚拟相机在法线上的位置。

6.根据权利要求4所述的基于三维建模的人体取穴练习考核方法，其特征在于：确定好虚拟相机要移动到的位置后，根据虚拟相机的初始位置，在两个位置之间等距插入八个三维坐标点，得到三维相机平移过程中的十个三维坐标点；实现虚拟相机移动的动画，Ogre引擎提供实现移动动画的一定接口，把虚拟相机所要移动的十个坐标点传递给引擎的接口，实现相机的移动动画，并且在相机移动过程中确保相机一直看向所取的穴位。

7.根据权利要求1-6任一所述的基于三维建模的人体取穴练习考核方法，其特征在于：所述人体三维模型通过多个细小且不规则的三角面组成。

8.一种基于三维建模的人体取穴练习考核系统，其特征在于，包括：

建模模块：用于建立三维坐标系，以及构建人体三维模型；

数据库模块：用于提供人体三维模型；

计算模块：用于计算虚拟射线与三维模型的交叉点与正确穴位的三维坐标点的距离；

评价模块：根据计算模块计算出的两个三维坐标点的距离，做出取穴是否正确的评价；

画面平移模块：根据选择的人体三维模型的点，将画面平移至该点所在平面的法线上。

9.根据权利要求8所述的基于三维建模的人体取穴练习考核方法，其特征在于，所述建模模块包括：

虚拟射线创建单元：以虚拟相机为起点触摸点为线上点，建立虚拟射线；

局部平面创建单元：以触摸点为中心，选取四个虚拟点，以虚拟相机为起点，虚拟点为线上点，建立四条虚拟射线，四根虚拟射线与人体三维模块的交叉点，相互连线，创建局部平面，用于为后续的画面平移提供位置；

法线创建单元：根据局部平面创建单元创建的局部平面，创建法线，选取的人体三维模型的点，在法线或者法线的延长线上。

10.根据权利要求8所述的基于三维建模的人体取穴练习考核方法，其特征在于，所述数据库模块包括：

拾取模块：通过三维引擎提供的接口函数查找与这条射线相交的三维模型实体；

查找模块：用于查找与虚拟射线有交叉点的人体三维模型。