CN111292834A - 一种基于虚拟现实的注意力训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于虚拟现实的注意力训练系统，包括脑波音乐播放模块、眼动仪校准模块、评估模块、眼动数据采集模块、脑电数据采集模块、数据处理模块、自动训练模块、报告模块；本发明采用VR，可以虚拟出无数个空间，而且多种风格的场景，让孩子更容易集中注意力。VR所拥有的沉浸性、想像性，会让孩子更好地沉浸在训练游戏中。在VR环境里，通过眼动仪，让孩子专注在物体上，注视物体，专注到规定时间内，物体被移动到指定位置上；可以让孩子直接地集中注意力，通过眼睛注视物体实现注意力集中。本发明可以大大减轻医生还原训练场景、收拾场景、配置场景的效率，减轻医生的工作中强度。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种基于虚拟现实的注意力训练系统。
背景技术
当今，儿童多动症、自闭症非常多。这些问题影响孩子的心理健康和智力发育，导致学习不好，成绩差。在学校和社会上各种调皮捣蛋。注意力训练系统是提升孩子专注力和注意力的有效方法。提升孩子注意力就可以解决多动问题，提升专注度，集中精神在一件事情上，可以完成学习和技能。
现有注意力训练系统有：(1)物理房间和实体物品，比如积木室：需要很大的空间，场景单一，物品管理、摆放、收拾、重置都麻烦，医生要全程评估，不能走神，效率很低，并且训练数据需要手工记录和比对，效果差。(2)在平板电脑或触摸电脑上完成平面训练课程：不占用空间，可以快速重置，但训练效果不佳，体验感不好。(3)脑电监测，注意力提示系统：可以及时发现注意力走神现象，但是提示系统并不能让孩子掌握注意力集中的方法，所以效果也是不佳的，只能做辅助手段。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于虚拟现实的注意力训练系统。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种基于虚拟现实的注意力训练系统，包括脑波音乐播放模块、眼动仪校准模块、评估模块、眼动数据采集模块、脑电数据采集模块、数据处理模块、自动训练模块、报告模块；
脑波音乐播放模块：播放Alpha脑波音乐，给予受训者引导；
眼动仪校准模块：在引导场景中，进行眼动仪校准，供每次评估及首次训练人员使用；
评估模块：采用虚拟放松场景使受训者放松，Alpha脑波音乐引导测试者进入专注状态，使用四张电子试卷测试受训者注意力四个维度情况，得到测试数据，将测试数据传输至数据处理模块；
眼动数据采集模块：采用眼动仪采集眼动数据，包括眨眼、移开、注视总时长、注视持续时间、成功次数；
脑电数据采集模块：采用脑机接口头环采集脑电信号，采集Delta、Theta、Alpha、Beta、Gamma脑波；
数据处理模块：对接收到的数据进行处理；接收到的数据包括训练数据、眼动数据、场景数据、基础数据、脑电数据；
自动训练模块：根据受训者的注意力初始等级，按照四个维度自动轮换的切换算法，在限定总训练时长、总注意力时长、注视持续时长的目标内，不断自动进行每日训练；
报告模块：生成和管理报告，在评估阶段生成评估报告，单日训练完成有单日训练报告，每周有阶段训练报告，上升一个训练等级会有等级训练报告；
脑波音乐播放模块分别与评估模块、眼动仪校准模块、自动训练模块连接，眼动仪校准模块与评估模块连接，评估模块分别与脑电数据采集模块、数据处理模块连接，自动训练模块分别与数据处理模块、眼动数据采集模块连接，眼动数据采集模块、脑电数据采集模块均与数据处理模块连接，数据处理模块与报告模块连接；
脑波音乐播放模块播放Alpha脑波音乐，使受训者放松，眼动仪校准模块在引导场景中，进行眼动仪校准；评估模块中，采用VR场景使受训者放松，Alpha脑波音乐引导受训者进入专注状态，使用电子试卷测试受训者注意力分维度情况，得到测试数据，将测试数据传输至数据处理模块；评估测试过程中，脑机接口头环采集注意力实时数据传输至数据处理模块，数据处理模块对接收到的数据进行处理，处理后的数据传输至数据库，处理后的数据传输至报告模块，生成评估报告，存储在数据库中；自动训练模块根据评估阶段得到的注意力初始等级，按照四个维度自动轮换的切换算法，在限定总训练时长、总注意力时长、注视持续时长的目标内，不断自动对受训者进行每日训练，训练过程中，脑波音乐播放模块播放音乐，眼动数据采集模块采用眼动仪采集眼动数据，并将眼动数据传输至数据处理模块，自动训练模块将训练数据传输至数据处理模块，数据处理模块对接收到的数据进行处理，处理后的数据传输至数据库，处理后的数据传输至报告模块，生成单日训练报告、阶段训练报告、等级训练报告，存储在数据库中。
进一步地，该系统采用VR眼镜，按照注意力的四个维度，分别设计了场景；所述场景分为4类，分别为：广度场景、稳定性场景、转移场景、分配场景，场景为VR虚拟场景。
进一步地，训练数据包括训练难度、训练得分、训练时长，眼动数据包括成功次数、眨眼、移开、注视持续时间，场景数据包括场景类型、难度、复杂度，基础数据包括训练级别、总训练时长、总注意力时长、注视持续时间，脑电数据包括专注力、爆发力、持久度、总量。
进一步地，报告保存在数据库里并支持实时打印以及事后查询和回看。
本发明的有益效果是：
(1)本发明以眼动仪为核心，在VR环境里，通过眼动仪，让孩子专注在物体上，注视物体，专注到规定时间内，物体被移动到指定位置上；可以让孩子直接地集中注意力，通过眼睛注视物体实现注意力集中；而且VR多场景化，可以丰富孩子的体验，更容易集中精力。
(2)本发明VR系统相比原来的实物模式，可以实现在一个狭小的空间模拟出许多不同的场景，空间更大，可以让小孩子或受训者接受更多维度的注意力训练。实物方式需要实际的物理空间，注意力有四个维度，如果每种维度一个空间的话，则需要四个房间，显然对空间要求很大。而VR可以虚拟出无数个空间，而且，多种风格的场景，让孩子更容易集中注意力。VR所拥有的沉浸性、想像性，会让孩子更好地沉浸在训练游戏中。
(3)本发明可以大大减轻使用者(医生)还原训练场景、收拾场景、配置场景的效率，提高利用率，减轻医生的工作中强度。
(4)本发明系统利用了VR的特点，可以实现更多场景、更大场景、实现现实空间中无法实现的场景。
附图说明
图1是本发明系统的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，应当指出的是，具体实施方式只是对本发明的详细说明，不应视为对本发明的限定。
本发明的注意力训练系统使用了VR、眼动仪、脑机接口头环、脑波音乐，形成全方位感统训练。VR眼镜：创建不同类型的虚拟场景，可以涵盖超市、森林、星空、外太空、太空舱、远古、海洋等环境。场景样式多，同时VR的3I特性都可以让受训者受益(沉浸感、交互感、想像力)更容易让小孩被训练场景吸引；眼动仪：使用眼睛，注视物体，实现训练场景的完成，使用眼睛注视物体，并保持是最有效，也最重要的注意力保持方法，孩子容易掌握，效果也最佳，长期训练，可有效提高注意力保持情况。脑波音乐：脑波音乐可以让受训者大脑快速进入阿尔法波状态，注意力容易集中，人容易放松。训练效果更好，并且容易平复心情和情绪，对巩固注意力训练效果非常有好处，以前的训练只集中在注意力本身上，而忽略了精神和情绪因素对注意力的影响。脑机接口头环：直接得到不同维度注意力数据，包括专注总时长、专注持久度、专注爆发力等，配合不同场景可以得到不同数据，比如在广度场景测试或训练里，就可以得到广度这个维度的专注力值，能够用于指导课程、训练，使训练及量化更准确。专注力值即注意力值，指的是注意力分值，总分100分。专注总时长即总注意力时长指的是每次训练的注意力时间累加，比如训练20分钟，有12分钟是注意力达标的，8分钟是走神的，那么，专注总时长为12分钟。
在一些优选的方式中，该系统采用VR眼镜，创建不同类型的虚拟场景，按照注意力四个维度，分别设计了场景，总计几十个训练场景，具有不同风格，适合从儿童到成人之间不同年龄段的人。在一些优选的方式中，按照注意力四个维度，将场景分为4类，分别为：广度场景、稳定性场景、转移场景、分配场景。场景为VR虚拟场景，根据训练类型和训练内容，分别创建，可以为超市、训练场、操场、海洋、太空、星空等。
如图1所示，一种基于虚拟现实的注意力训练系统，包括脑波音乐播放模块、评估模块、眼动仪校准模块、自动训练模块、眼动数据采集模块、脑电数据采集模块、数据处理模块、报告模块；
脑波音乐播放模块：该模块播放Alpha脑波音乐，全程都在不同的脑波音乐中给予受训者引导。阿尔法波音乐是属于一种脑电波音乐。它是一种8-14赫兹左右，每分钟60-70节拍的音乐，它能把人们带入到阿尔法脑波状态，可用来开发大脑、激发潜能、协调身心，是四种基本脑波之一，人体潜能存在于人的右半脑中，右脑的活动脑波呈α波状态；α脑波音乐会使大脑保持在α波活动状态。脑内神经递质呐腓肽增多，这时人就会充满旺盛的精力；做事情就会处于高度的专注状态；长期处于α脑波状态的人，容易与人和睦相处。
眼动仪校准模块：采用引导场景，诱导式简化眼动仪校准，供每次评估及首次训练人员使用；同时起到眼动仪操作示范作用。
评估模块：采用VR放松场景使受训者放松，脑波音乐引导受训者进入专注状态，使用四张电子试卷分别测试受训者注意力四个维度的情况(每一张电子试卷测试注意力的一个维度)，得到测试数据，将测试数据传输至数据处理模块；在一些优选的方式中，每张电子试卷限时3分钟内完成，得到试卷分数、完成时间，测试数据包括受训者的四张电子试卷分数、完成时间。在一些优选的方式中，VR放松场景内使用眼动仪诱导受训者放松。所有受训者开始训练前都通过本模块进行评估，以得到真实的注意力数据。首次进入训练系统，需要进行评估，以后按照训练计划进行训练即可，就不用评估了，系统根据实际情况调整训练课时。
在一些优选的方式中，评估测试过程中，采用脑机接口头环采集脑电数据，采用眼动仪采集眼动数据。
眼动数据采集模块：采用眼动仪采集眼动数据，包括眨眼、移开、注视总时长，注视持续时间、成功次数；成功次数指的是：在场景中使用眼动仪成功选择、移动目标物体的次数。在一些优选的方式中，采用眼动仪采集眼动数据，训练场景中，眼动的注意焦点数据、眨眼数据、注视目标物体持续时间、注意焦点的移动等，这些就是眼动数据，眼动数据用于训练场景的操作、数据分析以及后期生成报告。
脑电数据采集模块：采用脑机接口头环采集全程脑电信号，通过接触式水性电极采集前额页脑电信号，可采集：Delta、Theta、Alpha、Beta、Gamma脑波。系统保存运行的操作，比如在做广度场景测试的时候，试卷得分和对应的脑电信号进行匹配分析，得到准确的注意力分值和分布。在一些优选的方式中，脑机接口分为侵入式和非侵入式两种，本实施例中，脑机接口头环采用非侵入式，佩带就可以了，也不用涂导电膏。
数据处理模块：对所有接收到的数据进行处理。比如对脑波数据、训练数据(训练难度、训练得分、训练时长)、眼动数据(成功次数、眨眼、移开、注视持续时间)、场景数据(场景类型、难度、复杂度)、基础数据(训练级别、总训练时长、总注意力时长、注视持续时间)、脑电数据(专注力、爆发力、持久度、总量)进行综合换算处理；处理后的数据用于生成评估报告、单日训练报告、阶段训练报告、等级训练报告等。复杂度是指场景内物品的数量多少，难度则是由注视时长和复杂度一起构成的。难度增加了，除了复杂度增加外，所需要达到的注视目标物体持续时间也增加了。在一些优选地方式中，根据评估时四张试卷分数、完成时间和脑电数据综合计算得到注意力初始等级。
自动训练模块：根据受训者的注意力初始等级，按照四个维度自动轮换的切换算法，在限定总训练时长、总注意力时长、注视持续时长的目标内，不断自动进行每日训练。此处，总注意力时长包括两层含义：第一层含义是单次训练中比如20分钟内他的注意力总时长，比如他注意了8分钟；第二层含义是把每个等级维度训练中每一次的注意力总时长加起来，比如第一等级需要训练60次，单次训练中他的注意力总时长为8分钟，则60次的注意力总时长加一起就是总注意力时长。医生可以调整训练目标，受训者在自动训练模块的协助下，自动完成每日训练，训练过程中采集多种数据，包括眼动数据、脑电数据，自动保存在数据库中，交付给数据处理模块加工处理。在一些优选的方式中，具体训练内容为：眼睛注视物体，选中物体，再注视要移动到的目标点，选中目标点，注视目标点一段时间达到预设值，物体开始移动，到达指定的位置，完成一个操作，如果眼睛移开则中断移动。在一些优选的方式中，训练场景是针对注意力的四个维度被设计的，分别为稳定性场景、广度场景、转移场景、分配场景。在一些优选的方式中，每个训练场景设置五个训练难度，即五个训练等级，场景中的物品数量从少到多，需要的专注时长从短到长。在一些优选的方式中，从训练难度低的训练等级开始训练，每天训练1次，每次训练20分钟；四个维度训练场景依次轮流训练。
报告模块：生成和管理报告，报告在评估阶段会生成评估报告，单日训练完成有单日训练报告，每周有阶段训练报告，上升一个训练等级会有等级训练报告。报告保存在数据库里并支持实时打印以及事后查询和回看。用于量化指导训练过程。
脑波音乐播放模块分别与评估模块、眼动仪校准模块、自动训练模块连接，眼动仪校准模块与评估模块连接，评估模块分别与脑电数据采集模块、数据处理模块连接，自动训练模块分别与数据处理模块、眼动数据采集模块连接，眼动数据采集模块、脑电数据采集模块均与数据处理模块连接，数据处理模块与报告模块连接；
脑波音乐播放模块播放Alpha脑波音乐，使受训者放松，播放引导场景，眼动仪校准模块进行眼动仪校准，评估模块中，采用VR场景使受训者放松，Alpha脑波音乐引导受训者进入专注状态，使用四维度四张电子试卷测试受训者注意力分维度情况，得到测试数据，将测试数据传输至数据处理模块；评估测试过程中，脑机接口头环采集注意力实时数据传输至数据处理模块，数据处理模块对接收到的数据进行处理，处理后的数据传输至数据库，处理后的数据传输至报告模块，生成评估报告，存储在数据库中，自动训练模块根据评估阶段得到的注意力初始等级，按照四个维度自动轮换的切换算法，在限定总训练时长、总注意力时长、注视持续时长的目标内，不断自动对受训者进行每日训练，训练过程中，脑波音乐播放模块播放音乐，眼动数据采集模块采用眼动仪采集眼动数据，并将眼动数据传输至数据处理模块，自动训练模块将训练数据(训练难度、训练得分、训练时长)传输至数据处理模块，数据处理模块对接收到的数据进行处理，处理后的数据传输至数据库，处理后的数据传输至报告模块，生成单日训练报告、阶段训练报告、等级训练报告，存储在数据库中。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种基于虚拟现实的注意力训练系统，其特征是，包括脑波音乐播放模块、眼动仪校准模块、评估模块、眼动数据采集模块、脑电数据采集模块、数据处理模块、自动训练模块、报告模块；
脑波音乐播放模块：播放Alpha脑波音乐，给予受训者引导；
眼动仪校准模块：在引导场景中，进行眼动仪校准，供每次评估及首次训练人员使用；
评估模块：采用虚拟放松场景使受训者放松，Alpha脑波音乐引导测试者进入专注状态，使用四张电子试卷测试受训者注意力四个维度情况，得到测试数据，将测试数据传输至数据处理模块；
眼动数据采集模块：采用眼动仪采集眼动数据，包括眨眼、移开、注视总时长、注视持续时间、成功次数；
脑电数据采集模块：采用脑机接口头环采集脑电信号，采集Delta、Theta、Alpha、Beta、Gamma脑波；
数据处理模块：对接收到的数据进行处理；接收到的数据包括训练数据、眼动数据、场景数据、基础数据、脑电数据；
自动训练模块：根据受训者的注意力初始等级，按照四个维度自动轮换的切换算法，在限定总训练时长、总注意力时长、注视持续时长的目标内，不断自动进行每日训练；
报告模块：生成和管理报告，在评估阶段生成评估报告，单日训练完成有单日训练报告，每周有阶段训练报告，上升一个训练等级会有等级训练报告；
脑波音乐播放模块分别与评估模块、眼动仪校准模块、自动训练模块连接，眼动仪校准模块与评估模块连接，评估模块分别与脑电数据采集模块、数据处理模块连接，自动训练模块分别与数据处理模块、眼动数据采集模块连接，眼动数据采集模块、脑电数据采集模块均与数据处理模块连接，数据处理模块与报告模块连接；
脑波音乐播放模块播放Alpha脑波音乐，使受训者放松，眼动仪校准模块在引导场景中，进行眼动仪校准；评估模块中，采用VR场景使受训者放松，Alpha脑波音乐引导受训者进入专注状态，使用电子试卷测试受训者注意力分维度情况，得到测试数据，将测试数据传输至数据处理模块；评估测试过程中，脑机接口头环采集注意力实时数据传输至数据处理模块，数据处理模块对接收到的数据进行处理，处理后的数据传输至数据库，处理后的数据传输至报告模块，生成评估报告，存储在数据库中；自动训练模块根据评估阶段得到的注意力初始等级，按照四个维度自动轮换的切换算法，在限定总训练时长、总注意力时长、注视持续时长的目标内，不断自动对受训者进行每日训练，训练过程中，脑波音乐播放模块播放音乐，眼动数据采集模块采用眼动仪采集眼动数据，并将眼动数据传输至数据处理模块，自动训练模块将训练数据传输至数据处理模块，数据处理模块对接收到的数据进行处理，处理后的数据传输至数据库，处理后的数据传输至报告模块，生成单日训练报告、阶段训练报告、等级训练报告，存储在数据库中。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的注意力训练系统，其特征是，该系统采用VR眼镜，按照注意力的四个维度，分别设计了场景；所述场景分为四类，分别为：广度场景、稳定性场景、转移场景、分配场景，场景为VR虚拟场景。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的注意力训练系统，其特征是，报告保存在数据库里并支持实时打印以及事后查询和回看。
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