CN110221701A - 一种基于脑电波的虚拟现实场景用户安全保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于脑电波的虚拟现实场景用户安全保护方法，属于虚拟现实设备技术领域，该方法包括：1)采集用户在使用虚拟现实场景时的诱发脑电信号数据；2)将采集的诱发脑电信号数据与预先设定的诱发脑电信号数据比对；3)当所采集的诱发脑电信号数据超过预先设定值，则控制调整虚拟现实场景的具体呈现效果。本发明采用虚拟现实脑电交互方法，使得虚拟现实系统可根据用户脑电信息判断用户的情感与精神状态，及时地做出反馈，而不仅仅是被动的接受用户指令，可以有效避免用户在虚拟现实场景中因强光刺激、精神过度紧张而产生光敏性癫痫、心脑血管疾病等情况的发生，有效的实现对用户的保护。

Description

一种基于脑电波的虚拟现实场景用户安全保护方法

技术领域

本发明涉及虚拟现实设备技术领域，具体地说，涉及一种基于脑电波的虚拟现实场景用户安全保护方法。

背景技术

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。

传统虚拟现实设备仅仅能够利用用户手上的两个手柄或者头戴显示器设备的方向、位置信息实现对设备的控制，而没有其他模态采集装置，不能够及时地根据用户当前精神状态实时做相应的场景变化，只能被动的接受用户手柄给出的指令，由用户单方面控制设备。现有虚拟现实设备中对用户的使用安全方面的保护是极为缺失的，但这又是一个不容忽视的问题，如在火灾逃生模拟场景中，用户在看到火焰强光的极端条件下，会有较低概率产生光敏性癫痫等症状；用户在限定时间中完成灭火任务时，会因为有时间限制而产生紧张、焦虑等情绪；用户在玩恐怖惊悚类游戏或其他灾难模拟时会因为场景过于逼真，产生心跳加速，呼吸急促等心脑血管问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于脑电波的虚拟现实场景用户安全保护方法。通过监测用户脑电波中的诱发脑电信息，分析用户在看到虚拟现实场景后所产生的神经紧张、兴奋程度，自动对虚拟现实场景做出改变，避免用户产生过激反应，保护用户安全。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于脑电波的虚拟现实场景用户安全保护方法，该方法包括：

1)采集用户在使用虚拟现实场景时的诱发脑电信号数据；

2)将采集的诱发脑电信号数据与预先设定的诱发脑电信号数据比对；

3)当所采集的诱发脑电信号数据超过预先设定值，则控制调整虚拟现实场景的具体呈现效果。

在上述技术方案中，进一步的，所述的步骤1)中，采集用户在使用虚拟现实场景时的诱发脑电信号数据，可以采用如下方法实现：首先采集用户在平静状态下的脑电信号数据，再采集用户在使用虚拟现实场景时地脑电信号数据，对两次提取的数据进行差值运算，即获得用户的诱发脑电信号数据；或者可以采用现有的任一种诱发脑电信号数据提取及采集方法，如：使用“事件相关电位”、“事件相关同步/去同步”、“稳态视觉诱发电位”、“慢皮层电位”等典型的诱发电位信号，多次采集将其平均，挖掘其特征，得出数字化的诱发脑电信号(可参见《多模态脑电模式识别方法及其应用》刘烨)。

进一步的，所述的步骤3)中控制调整虚拟现实场景的具体呈现效果，其中控制调整的手段包括：降低画面对比度、播放舒缓音乐、减慢画面变化节奏等。

一种基于脑电波的虚拟现实场景用户安全保护装置，该装置包括头戴显示器，在所述的头戴显示器内置有脑电波采集芯片，还设置有两个脑电波检测电极，其中一个设置于前额区域，另一个可夹设于用户耳垂上，两个脑电波检测电极均连接至脑电波采集芯片。

本发明的有益效果是：

本发明采用上述虚拟现实脑电交互方法，使得虚拟现实系统根据用户脑电信息判断用户的情感与精神状态，及时地做出反馈，而不仅仅是被动的接受用户指令，可以有效避免用户在虚拟现实场景中因强光刺激、精神过度紧张而产生光敏性癫痫、心脑血管疾病等情况的发生，有效的实现对用户的保护。

附图说明

图1是本发明一种具体方法流程示意图；

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，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

参见图1，本发明的一种基于脑电波的虚拟现实场景用户安全保护方法，脑电信号主要来源于大脑皮层，按照产生的方式可分为自发脑电和诱发脑电两种。自发脑电是大脑自主活动产生的电位，诱发脑电是大脑经过外界刺激而产生的响应电位。

在本发明中，需要获取用户在使用虚拟现实场景时的诱发脑电。现有的采集诱发脑电信号的方法都可以适用，例如，使用“事件相关电位”、“事件相关同步/去同步”、“稳态视觉诱发电位”和“慢皮层电位”等典型的诱发电位信号，多次采集将其平均，挖掘其特征，就能够得出数字化的脑电信号。本实施例采用如下方法进行：

1：采集用户平静时脑电信号数据

其步骤具体为：在用户平静时佩戴头戴式显示器，在所述的头戴显示器内置有脑电波采集芯片，还设置有两个脑电波检测电极，其中一个设置于前额区域，为氯化银电极，另一个为金属电极可夹设于用户耳垂上，两个脑电波检测电极均连接至脑电波采集芯片。用户佩戴头戴显示器时将氯化银电极紧贴于用户前额区域，尽可能精确地采集大脑信号；

2：数据经过信号放大转换成数字脑电波

将脑电信号数据放大转换为数字脑电波，在脑电信号采集过程中，伴随很多噪音，包括心电、肌电，诱发脑电幅值比自发脑电低，通常需要进行降噪，并多次采集取平均值；

3、采集用户使用虚拟现实场景时的脑电信号数据

4、利用算法对脑电数据进行特征提取

对同一用户将其在使用虚拟现实场景时的脑电数据与其平静时获得的脑电数据进行差值运算，将其作为用户的诱发脑电信号，代表用户的感情、精神状态变化，分析其愉悦度、紧张度，此外可以结合用户在虚拟现实场景中所处的环境、场景切换、场景中面对的角色、任务变化，找出其对应关系，确定用户在何种场景下产生了何种反馈。

例如在火灾逃生演习场景中，系统需要分析用户在面对突发灾害、复杂救火任务、完成任务逃生成功等不同场景中用户的精神状态变化。

5、设定诱发脑电特征阈值

对于诱发脑电信号，对其设定一个阈值，作为判定用户是否情绪过激的标准。该阈值的设定可以是通过经验设定，也可以通过统计学设定；比如：执行一段通常化的虚拟现实场景训练程序，让同一用户依次观看预先设定好的若干虚拟现实场景视频(虚拟现实场景视频的刺激程度可以预先经过众多观看者打分或评价筛选，使这些视频的刺激程度是依次递增的)，并对每个视频的个人耐受度进行评价(可将耐受度分为若干个等级，比如：轻松、刺激、非常刺激、超过极限)，收集每个视频播放时的该用户脑电信息，经放大转换呈数字脑电波，与该用户平静时的数字脑电波进行差值运算，提取其诱发脑电信号，将用户评价为超过极限时的诱发脑电信号数据作为针对该用户的诱发脑电信号阈值。

如在火灾逃生模拟场景中，用户在看到火焰强光的极端条件下，会有一定概率产生光敏性癫痫等症状；用户在限定时间中完成灭火任务时，会因为有时间限制而产生紧张、焦虑等情绪；用户在玩恐怖惊悚类游戏时会因为场景过于逼真，产生心跳加速，呼吸急促等心脑血管问题。这些通过采集用户的诱发脑电信号，与其诱发脑电信号阈值对比，若超出阈值，则控制调整虚拟现实场景的具体效果呈现，以适当降低用户的紧张程度。

6、虚拟现实设备根据用户反馈自动改变场景效果

所述的控制调整的手段包括但是不限于降低画面对比度、播放舒缓音乐、减慢画面变化节奏，凡是能够起到缓解用户紧张度的方式都是可行的。

在本实例中，如用户在火灾消防模拟的场景中，在限定时间完成灭火任务时遇到困难，会由系统后台做出操作提示，降低任务难度，如在场景中出现高对比度强光，可根据用户接受程度自动降低对比度，如用户在玩惊悚恐怖类游戏时出现心跳加速、脑电信号紧张度突变，会自动改变游戏的节奏，避免发生用户因紧张过度而产生的意外。

Claims (4)

1.一种基于脑电波的虚拟现实场景用户安全保护方法，其特征在于，该方法包括：

1)采集用户在使用虚拟现实场景时的诱发脑电信号数据；

2)将采集的诱发脑电信号数据与预先设定的诱发脑电信号数据比对；

3)当所采集的诱发脑电信号数据超过预先设定值，则控制调整虚拟现实场景的具体呈现效果。

2.根据权利要求1所述的基于脑电波的虚拟现实场景用户安全保护方法，其特征在于，所述的步骤1)中，采集用户在使用虚拟现实场景时的诱发脑电信号数据，可以采用如下方法实现：首先采集用户在平静状态下的脑电信号数据，再采集用户在使用虚拟现实场景时地脑电信号数据，对两次提取的数据进行差值运算，即获得用户的诱发脑电信号数据。

3.根据权利要求1所述的基于脑电波的虚拟现实场景用户安全保护方法，其特征在于，所述的步骤3)中控制调整虚拟现实场景的具体呈现效果，其中控制调整的手段包括：降低画面对比度、播放舒缓音乐、减慢画面变化节奏等。

4.一种基于脑电波的虚拟现实场景用户安全保护装置，其特征在于，该装置包括头戴显示器，在所述的头戴显示器上内置有脑电波采集芯片，还设置有两个脑电波检测电极，其中一个设置于前额区域，另一个可夹设于用户耳垂上，两个脑电波检测电极均连接至脑电波采集芯片。