CN114201036A - 一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统，包括虚拟现实头戴显示器、音频设备、手柄控制器、虚拟现实系统与计算机设备；虚拟现实头戴显示器被配置为能够显示不同的虚拟场景；音频设备被配置为能够播放虚拟现实系统中的声音；手柄控制器被配置为能够被用于控制场景中虚拟角色的动作；虚拟现实系统被配置为能够提供不同的虚拟场景。本发明中，患者在牙科手术中带上虚拟现实设备，在互动漫游子系统和互动游戏子系统中选择喜欢的互动模块进行沉浸式交互，可以在牙科手术中分散患者注意力，屏蔽患者在治疗过程中的视觉感知，缓解手术过程中患者的焦虑、恐惧与疼痛感，给患者带来轻松、积极的治疗体验，更容易达到预期的治疗效果。

Description

一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统。

背景技术

疼痛、焦虑与恐惧是传统牙科治疗中的三大问题，患者对疼痛的恐惧是会影响其接受治疗意愿的重要因素。治疗过程中的疼痛记忆会产生焦虑，而焦虑会加重对疼痛的感知。在焦虑情绪下，会影响患者接受治疗的意愿，这样会使治疗时间更长，并且不能达到积极的治疗效果。

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牙科手术患者辅助减负系统。

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牙科手术患者辅助减负系统，包括虚拟现实头戴显示器、音频设备、手柄控制器、虚拟现实系统与计算机设备；虚拟现实系统设置在计算机设备内部，虚拟现实头戴显示器、音频设备、手柄控制器分别与虚拟现实系统连接；

虚拟现实头戴显示器被配置为能够显示不同的虚拟场景，供使用者观看；音频设备被配置为能够播放虚拟现实系统中的声音；手柄控制器被配置为能够被用于控制场景中虚拟角色的动作；虚拟现实系统被配置为能够提供不同的虚拟场景，供使用者选择，进行体验。

进一步地，虚拟现实系统包括互动漫游子系统和互动游戏子系统。

进一步地，互动游戏子系统包括互动冒险游戏模块，互动冒险游戏模块包括奇幻冒险场景。

进一步地，互动游戏子系统包括互动射击游戏模块，互动射击游戏模块包括魔幻射击场景。

进一步地，互动漫游子系统包括冥想漫游模块，冥想漫游模块包括海边场景。

进一步地，互动漫游子系统包括自由漫游模块，自由漫游模块包括海岛场景。

进一步地，互动漫游子系统包括路径漫游模块，路径漫游模块包括森林场景。

进一步地，虚拟现实系统内容的构建方法，包括：

①场景内容构建；

②交互设计：设置交互方式、交互界面、音效效果；

③在互动漫游场景中采用Camera Path Animator组件：

a.导入Camera Path Animator资源包；

b.依次点击GameObject—New Camera Path,创建路径；

c.点击创建好的New Camera Path，在Inspector里Camera Path

Animator脚本中的Animate Object中绑定摄像机；

d.设置LOOP循环Followpath路径跟随；

④在互动游戏场景中采用Assets中的Standard Assets—Characters—FirstPeRsonChaRacter组件；

⑤采用Unity3D引擎中的Physics组件为场景中的模型加入碰撞体；

⑥采用Unity3D中Post processing stack组件，对场景整体成像质量进行调整；

⑦接口设置：设置虚拟现实接口以备患者使用。

进一步地，所述调整包括对现实成像的色差效果、辉光效果、运动模糊效果、视觉景深效果、环境光遮蔽效果进行调整。

进一步地，接口设置包括以下步骤：

a.连接好虚拟现实头戴显示器并进行设备激活；

b.场景中Camera添加ImmerexVR_Camera.cs组件设置；

c.设置交互手柄数据，使手柄控制器可以调节虚拟现实头戴式显示器的视角；

d.发布场景，测试迭代。

本发明的有益效果是：

(1)与传统牙科手术相比，本发明将虚拟现实技术与牙科手术相结合，涉足目前应用较少的沉浸式牙科手术治疗方面，强调多学科跨界融合，将计算机、交互设计、辅助医疗、人机工学、美学有机结合，根据牙科手术治疗时长创设不同的子系统满足患者的沉浸时长需求，在内容上专门针对牙科手术中患者的需求进行设计制作，着重关注患者的主观感受和治疗体验，客观上强化了患者对牙科手术治疗的主观接受能力。

(2)本发明利用虚拟现实头戴显示器呈现真实的虚拟场景屏蔽患者在牙科手术中的视觉感知；利用无线声音设备让患者有种身临其境之感，提高患者的沉浸感；利用手柄控制器，进行移动、旋转、点击、指向、滑动、动作模拟等。

(3)本发明利用虚拟现实技术进行牙科手术治疗，最大的优势在于分散患者注意力舒缓拔牙疼痛，使治疗过程更加轻松、有趣，也就更容易达到预期治疗效果。将虚拟现实技术结合在牙科手术治疗中，弥补传统牙科手术治疗的不足，探索出合适的融合模式，有助于促进我国虚拟现实产业在医疗领域的应用。

(4)本发明中，患者在牙科手术中带上虚拟现实设备，在互动漫游子系统和互动游戏子系统中选择喜欢的互动模块进行沉浸式交互，系统可以在牙科手术中分散患者注意力，屏蔽患者在治疗过程中的视觉感知，缓解手术过程中患者的焦虑、恐惧与疼痛感，给患者带来轻松、愉悦、积极的治疗情绪体验，更容易达到预期的治疗效果。一次牙科手术的时长在10-15分钟、15-30分钟、30-50分钟，三种不同时长，传统的VR产品难以持续，互动游戏子系统加入了竞技性和趣味性，金币收集机制、战斗系统、探险寻宝、隐藏奖励，充分满足长时间治疗的沉浸需求。

(5)本发明中，互动游戏子系统设计采用虚拟现实分心疗法，屏蔽患者视觉和听觉感知，分散患者注意力，患者通过手柄进行互动游戏，缓解疼痛，减少压力。在互动射击游戏模块和互动冒险游戏模块中，体验带有趣味性和竞技性游戏的乐趣。

(6)本发明中，互动漫游子系统设计结合虚拟现实正念疗法，包括冥想漫游、自由漫游、路径漫游三个模块，下设海边、海岛、森林三款应用场景。通过患者对自然的本能亲和力，协助患者放松身心，缓解患者的疼痛与焦虑情绪(利用亮色，明快的色彩)，逐渐安抚患者的情绪(利用暗色，灰暗的色彩)，促进体验者快速进入冥想状态。患者通过手柄进行漫游，沉浸在自然场景中不断冥想，体验大自然场景所带来的魅力与宁静。患者情绪稳定，不易激发抵触治疗的情绪，进而促进医患关系的稳定性。

(7)本发明中，两个子系统五个模块的场景内容在效果上主要真针对不同牙科手术治疗时长需求沉浸感的不同解决方案，互动漫游模块主要提供解决10-20分钟短时间的牙科手术治疗沉浸感需求时长，互动游戏模块主要提供解决30-50分钟长时间的牙科手术治疗沉浸感需求时长。经过临床测试两个子系统可满足不同需求时长的沉浸感要求。

附图说明

图1为本发明基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统的示意图。

图2为虚拟现实系统的内容架构图。

图3为本发明基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统的流程图。

图4是计算机设备的示意图。

图5是Terrain创建的地形示意图。

图6是路径漫游设计图。

图7是路径设置图。

图8是粒子效果设置图。

图9是模型文件图。

图10是场景搭建图。

图11是角色设置图。

图12是Post processing stack组件图。

图13是手柄设置图。

图14是反馈机制图。

图15是音乐设置图。

图16是冒险游戏交互手柄控制示意图。

图17是交互流程图。

图18是交互界面设计图。

图19是射击游戏交互手柄控制示意图。

图20是交互界面设计图。

图21是反馈界面设计图。

图22是XBOX ONE手柄示意图。

图23是在Edit-Project Settings-Input中设置交互手柄数据的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

如图1所示，一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统，包括：虚拟现实头戴显示器、音频设备、手柄控制器、虚拟现实系统与计算机设备；虚拟现实系统设置在计算机设备内部，虚拟现实头戴显示器、音频设备、手柄控制器分别与虚拟现实系统连接。

虚拟现实头戴显示器被配置为能够显示不同的虚拟场景，供使用者观看。音频设备被配置为能够播放虚拟场景中的声音。手柄控制器被配置为能够被用于控制场景中虚拟角色相应的操作动作(比如利用手柄控制器，可以控制移动、旋转、点击、指向、滑动、动作模拟等，比如利用手柄控制器可以控制视角，患者头部不动的情况下，操作手柄摇杆即可转动视角)，适配牙科手术中对交互方式的限制。虚拟现实系统被配置为能够提供不同的虚拟场景(应用场景)，供使用者选择，进行体验。

在一些优选的方式中，所述虚拟现实头戴显示器机身重量为180g，体积为市面同类产品的1/3，具有重量轻、体积小的特征可支持牙科手术。

为解决牙科手术治疗过程中患者头部不可转动的局限所带来的视角问题，通过手柄控制器将头盔视角转动转变为手柄转动控制杆，形成一种新的交互方式，即头部视角不动，由手柄控制器转动视角来符合牙科手术需求。

在一些优选的方式中，音频设备采用无线声音设备，该无线声音设备能够与虚拟现实系统通讯连接；比如可以采用蓝牙连接。在一些优选的方式中，无线声音设备使用通透音效模式，使用户沉浸在三维声音空间中也可以听清医师的指示和问答，兼具空间感和沟通性。

在虚拟场景方面，面对两大类患者，针对性分类创设不同治疗场景。患者可分为两大类别：喜闹者与喜静者。虚拟现实系统创设的虚拟场景，适用于不同性格患者，充分满足医患需求。牙科手术治疗时间平均每场在20-50分钟，传统的VR产品难以持续，且对患者头部运动有很强的局限性，这就需要应用场景有很强的沉浸感和交互性。同时如果没有游戏竞技概念、纯粹漫游难以对患者有吸引力。因此，为解决手术时间较长的问题，需要通过增加互动应用的趣味性和竞技性，增强应用的沉浸感，使患者可以深入其中，以支持长时间的手术过程。

为解决治疗过程中对头部的局限所带来的视角问题，通过设计手柄控制器将头盔视角转动转变为手柄转动控制杆，使应用更具吸引力和体验感。场景增添竞技性与趣味性，独具匠心的场景隐藏奖励，互动游戏子系统加入了竞技性和趣味性，金币收集机制、战斗系统、探险寻宝、隐藏奖励，充分满足长时间治疗的沉浸需求。

在一些优选的方式中，如图2所示，虚拟现实系统包括互动漫游子系统和互动游戏子系统，互动漫游子系统包括互动冒险游戏模块和互动射击游戏模块，互动冒险游戏模块包括奇幻冒险场景等应用场景；互动射击游戏模块包括魔幻射击场景等应用场景。在一些优选的方式中，互动漫游子系统包括冥想漫游模块、自由漫游模块与路径漫游模块；在一些优选的方式中，冥想漫游模块包括海边场景等应用场景；自由漫游模块包括海岛场景等应用场景；路径漫游模块包括森林场景等应用场景。这些应用场景为不同风格的应用场景。

在一些优选的方式中，互动漫游子系统采用正念疗法，可满足短时间的牙科手术治疗时长，通过患者对自然的本能亲和力，协助患者放松身心，患者通过手柄控制器进行互动和漫游，沉浸在自然场景中不断冥想。在冥想漫游模块的海边场景、自由漫游模块的海岛场景、路径漫游模块的森林场景中，体验大自然场景所带来的魅力与宁静。互动游戏子系统采用分心疗法，可满足长时间的牙科手术治疗时长，屏蔽患者视觉和听觉感知，分散患者注意力，患者通过手柄控制器进行互动游戏，缓解疼痛，减少压力。在互动射击游戏模块和互动冒险游戏模块的两款场景中，体验带有趣味性和竞技性游戏的乐趣。

(1)互动射击游戏模块应用场景

以“魔幻”为该场景的设计主题，借助“天方夜谭”为故事背景，患者利用手柄瞄准、扣动扳机，射击场景中随机出现的小怪物或小精灵。被击中的怪物将会作为游戏中的战利品被收纳入魔袋，增加患者的积分。患者可以沉浸于对抗竞技中，降低手术恐惧感，支持20分钟左右的牙科手术。

主要的交互形式：

(1)头盔(即虚拟现实头戴显示器)中点，跟随头盔移动，模拟光标一直存在。在射击场景中，取该头盔的中点设置模拟光标(射击准星)，模拟光标跟随头盔移动(头盔转动为手柄控制，患者头部不动)。

(2)用户通过手柄控制器控制画面中的模拟光标，对准画面中的小怪物或小精灵进行射击的操作。

(3)射击目标成功后有声音及图像的反馈，成功完成游戏关卡画面出现相关的画面信息。

(2)互动冒险游戏模块应用场景

以“奇幻”为该场景的设计主题，患者需要控制游戏场景中(开放式地图)玩家通过重重关卡，找到回家的路。在回家的路上同时需要收集尽可能多的金币积分(有隐藏金币)，战胜小怪物，到家后可以兑换门前烟花的点燃次数，点燃和观看烟花。被怪物攻击会降低血量，当血量为零会重生到出生点，到家后该场景需要患者集中精力、完成各项挑战，取得胜利，可支持30-50分钟的牙科手术。

场景中元素设定与游戏目标效果具有一致性。

开放式地图：当患者操作失误从岛屿或梯子上掉落后，会回到掉落前的位置，让玩家继续游戏，整体为漫游式场景；金币、怪物等可交互部件可以持续生成，让患者可以保有新鲜感将游戏持续一段较长的时间，满足长时间舒缓情绪的需要。

场景元素随机生成：让患者每次玩游戏都一定的新鲜感和征服欲，可以重复使用。

游戏操控难度适中：岛屿高低错落，中间用台阶连接，并且设置有障碍，患者在地图中按路线漫游有一定的难度，需要集中注意力与一定的技巧才能完成，患者可以沉浸其中。

(3)冥想漫游模块海边场景

蔚蓝海岸边场景设计结合正念疗法，视觉效果上，为患者呈现一个阳光明媚，碧波荡漾，海鸥在天空中自由飞翔，放松的海边情境。场景配色以单色为主(场景附有渐变色块组成的空间感)，不同纯单一色彩的情境中，会产生不同的心理反应，对人的感官有着直接影响，在纯蓝色为主导的情境中，会觉得放松，冷静，也会感到时间流速变缓，在房间中感觉自身过了十分钟，其实时间已经过了二十分钟。

患者身处二层面向海边展开的大跨度观景台，躺在舒适的沙发床上，极简自然的海边小屋与身后开放式的卧室，为患者营造“家”的概念，在家中患者会自然放下戒备和紧张感，身边的一切元素，能够快速让患者身临其境进入冥想状态，忘却了疼痛与正在进行的牙科手术。

(4)自由漫游模块海岛场景

云雾缭绕的海岛场景设计以“水”为设计主题，创设百川入海的虚拟环境。采用自由漫游的模式，场景中患者沿着海岸线漫游，成群的海鸟结对轻盈和矫捷地在天空中自由起落、飞翔、鸣叫。还会看到时不时升起的浓雾，海浪拍打着石堤，辅以海鸟、海风的背景音乐。

在海岛的另一边还有一种独特的风景，连绵至海边的树林，为蔚蓝大海增添绿色清新。自然凉风吹响葱郁茂叶，林间百鸟鸣唱，婉转啼鸣，树林更显幽静空灵。海风、树林、鸟鸣场景中的各种元素，为患者营造一个“海上桃源”的漫游场景。

患者可在海岛中漫游，也可以潜入水中遨游，观看海底世界各种鱼群，出水入水时还会有模拟出水效果，给患者带来更加真实的水中游玩体验。可支持10分钟左右的牙科手术。

(5)路径漫游模块森林场景

曲径幽深的森林场景设计采用路径漫游的模式，患者操控手柄控制器如坐缆车一般，穿行在森林中，风声阵阵，松树摇曳，随风飘散的蒲公英，使患者沉浸在茫茫林海，芳草依依，百花丛生的森林美景中，体验大自然场景所带来的魅力与宁静。

漫游路径设置8个关键点位，一路上饱览绚烂风景，远眺雄壮山脉以及险峻山谷，当患者到达山顶，俯瞰延绵的山峰与广阔无垠的森林，仿佛世界尽在眼底，让患者完全沉浸于景色之中，分散患者注意力，消除手术中的恐惧心理。可支持10分钟左右的牙科手术。

在一些优选的方式中，虚拟现实系统内容的构建方法，包括：

①场景内容构建

a.以自然风光森林、海边、海岛为主题的互动漫游场景制作；

b.以射击游戏和冒险游戏为主题的互动游戏场景制作；

②交互设计：设置交互方式、交互界面、音效效果；

2.1互动游戏子系统：

2.11.互动冒险游戏模块：

(1)交互方式：

患者佩戴LUCI VR虚拟现实设备，手持XBOX ONE手柄控制器，左摇杆控制移动方向，右摇杆控制视角方向，LAT键攻击，Y键跳跃，患者在游戏中需要控制自己的角色去挑战各种关卡，熟练的施展自己的控制技巧，进行战斗、收集、攀爬、跳跃、躲避等情况。游戏提供了七钟不同的游戏关卡和八座浮空岛屿、两座隐藏岛屿，供患者探险。图16是冒险游戏交互手柄控制示意图。图17是交互流程图。

(2)交互界面

交互界面设计简单易懂，以简洁性为主题设计风格，突出患者视觉体验为中心，减少不必要UI图标干预。左上角为图标区包括能量值、金币收集数量。中间为主场景区，中下为患者控制的虚拟人物角色区。图18为交互界面设计图。

(3)音效效果

听觉反馈方面，患者触碰金币会伴有收集的音效反馈，金币分数累计达到整十会有一个小阶段激励音效，达到整五十会有一个大阶段激励音效。患者战胜小怪物会出现战斗胜利的音效，触碰心会出现回复生命的音效，任务失败会出现失败音效。整个场景中循环播放背景音乐。

2.12.互动射击游戏模块：

(1)交互方式：

患者利用手柄瞄准、扣动扳机，射击场景中随机出现的小怪物。右摇杆移动准星和视角，LAT键进行射击。图19是射击游戏交互手柄控制示意图。

(2)交互界面

游戏中的交互界面主要是左上角的得分区域和中间的准星设计。得分区域尽量精简，去除无关的图标，减少患者的注意力，使患者能够将视觉中心放在主场景区域进行游戏。图20是交互界面设计图。

患者完成一局游戏后会出现评价反馈，显示患者的当前积分、最高积分和积分名次。图21是反馈界面设计图。

(3)音效效果

游戏中的背景音乐采用诙谐幽默、轻松搞怪的曲调，快速让患者放松下来，进入游戏的氛围，音效设计加入射击声、小怪物叫声、击中怪物时的反馈音效。

2.2、互动漫游子系统：三个漫游模块相同。

(1)交互方式

患者躺在治疗椅上，头戴LRCI VR头显设备，使用XBOX ONE手柄控制场景中，虚拟人物进行自由漫游。图22是XBOX ONE手柄示意图。

(2)交互界面

以场景主界面为主。

(3)音效效果

场景音乐选择适合冥想的缓解压力的背景声音，在场景中加入环绕式的三维立体音效模拟：流水声、海鸥叫声、微风拂过海水，海浪缓缓流动的环境音效，听着优美的音乐，思绪遨游在虚拟场景中。

③在互动漫游场景中采用Camera Path Animator组件：

a.导入Camera Path Animator资源包；

b.依次点击GameObject—New Camera Path,创建路径；

c.点击创建好的New Camera Path，在Inspector里Camera Path

Animator脚本中的Animate Object中绑定摄像机；

d.设置LOOP循环Followpath路径跟随；

④在互动游戏场景中采用Assets中的Standard Assets—Characters—FirstPeRsonChaRacter组件；

⑤采用Unity3D引擎中的Physics组件为场景中的模型加入碰撞体，用于防止人物控制时穿模等不合理的透视现象；

⑥采用Unity3D中Post processing stack组件，对场景整体成像质量进行调整，所述的调整包括对虚拟场景整体成像质量的真实性进行调整即现实成像的色差效果、辉光效果、运动模糊效果、视觉景深效果、环境光遮蔽效果进行调整；

⑦接口设置：设置虚拟现实接口以备患者使用，包括

a.连接好VR设备(比如虚拟现实头戴显示器)并进行设备激活；

b.场景中Camera添加ImmerexVR_Camera.cs组件设置；

c.设置交互手柄数据，使手柄控制器可以调节虚拟现实头戴式显示器的视角。

由于牙科手术中患者头部不可转动，所以采用手柄来控制视角，患者头部不动的情况下，操作手柄摇杆即可转动视角。

设置XBOX ONE手柄控制虚拟现实头戴式显示器视角的方法：在UNIKTY3D软件中在Edit-Project Settings-Input中设置交互手柄数据，使Xbox one手柄控制器可以调节虚拟现实头戴式显示器的视角。需将视角旋转速度，和控制角色的移动速度、跳跃高度设置到一个合适的值，防止患者产生眩晕感。(手柄控制头盔视角转动主要调整sensitivity和AXIS两个数据，数据设置界面如图23所示。

d.发布场景，测试迭代。

具体地，其中a.以自然风光森林、海边、海岛为主题的互动漫游场景制作：

使用Terrain组件创建地形，包括Height高度图、Splat贴图、Color颜色、Tree树木、Grass草、Object物体六大板块，涵括了地形创造中最常用到的功能，使用Brushes刷出地形的高低错落。Terrain创建的地形如图5所示。

图6为路径漫游设计图，漫游路径设置8个关键点位，一路上饱览绚烂风景，远眺雄壮山脉以及险峻山谷，当患者到达山顶，俯瞰延绵的山峰与广阔无垠的森林，仿佛世界尽在眼底，让患者完全沉浸于景色之中，分散患者注意力，消除手术中的恐惧心理。

采用Camera Path Animator组件设计场景漫游路径：导入Camera Path Animator资源包。依次点击GameObject—New Camera Path,创建路径。点击创建好的New CameraPath，在Inspector里Camera Path Animator脚本中的Animate Object中绑定摄像机。设置LOOP循环Followpath路径跟随。图7是路径设置界面。

采用Particle Effect组件为场景中添加云雾粒子效果、海鸥粒子效果、鱼群粒子效果等，在场景中分区域调整粒子的覆盖范围。图8是粒子效果设置图。

b.以射击游戏和冒险游戏为主题的互动游戏场景制作：

根据场景设定的风格和内容，进行基础模型制作，将完成的模型存储为“.fbx”或“.obj”格式文件，包括虚拟场景空间层面、人物怪物角色、山石草木、建筑围墙等。图9是模型文件图。

在制作好的地形上搭建场景内容，加入天空盒，粒子效果，云雾效果，UI图标，风力系统，灯光效果等进行场景搭建，根据场景设计，放置相应模型。图10是场景搭建示意图。

采用FirstPeRsonChaRacter组件，建立第一人称摄像机，加入制作好的角色和骨骼动作。人物造型设计采用低模卡通风格。图11是角色设置图。

采用Unity3D引擎中的Physics组件为场景中的模型加入碰撞体，用于防止角色控制时穿模等不合理的透视现象。

采用Unity3D中Post processing stack组件，对场景整体成像质量进行调整，所述的调整包括对虚拟场景整体成像质量的真实性进行调整，即现实成像的色差效果、辉光效果、运动模糊效果、视觉景深效果、环境光遮蔽效果进行调整；图12是Post processingstack组件图。

接口设置：设置虚拟现实接口以备患者使用。

①连接好VR设备并进行设备激活；

②为场景中Camera添加ImmerexVR_Camera.cs组件设置；

③在Edit-Project Settings-Input中设置交互手柄数据，使Xbox one手柄控制器可以调节虚拟现实头戴式显示器的视角。需将视角旋转速度，和控制角色的移动速度、跳跃高度设置到一个和合适的值，防止患者产生眩晕感。图13是手柄设置图。

游戏的反馈机制设计主要包括视觉和听觉两个反馈内容。视觉反馈方面，患者和小怪物战斗，会出现战斗反馈，涵盖掉血信息、攻击信息、击败信息等。患者触碰金币，会出现粒子提示效果，也会在分数上记录金币数量。听觉反馈方面，患者触碰金币会伴有收集的音效反馈，金币分数累计达到整十会有一个小阶段激励音效，达到整五十会有一个大阶段激励音效。患者战胜小怪物会出现战斗胜利的音效，触碰心会出现回复生命的音效，任务失败会出现失败音效。图14是反馈机制图。

听觉具有更好的情绪引导功能，设计听觉反馈，可以对患者的情绪进行很好的疏导。舒缓沉静的音乐适合做背景音乐，可以有效缓解患者的紧张情绪，使患者快速进入稳定的情绪当中。添加互动成功、完成任务的提示音，可以有效调动患者的注意力和成就感，激发患者的积极情绪。图15是音乐设置界面示意图。

发布可运行的EXE应用程序文件，运行测试迭代。

本发明根据虚拟现实技术特点，针对各个功能模块进行设计，综合考虑设计心理学理论、认知心理学理论、认知经验、感知通道特征等因素，进行与功能相适应的行为设计。本实施例中，采用LUCI VR头戴式虚拟现实显示器和XBOX ONE手柄控制器，以Unity3D作为系统开发引擎，以Luci VR SDK和Visual Studio2017为编程开发工具进行开发。

如图3所示，一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统的流程图，患者进入牙科手术室，进行各部件之间的连接(比如虚拟现实头戴显示器、音频设备、手柄控制器分别与虚拟现实系统连接)，然后带上虚拟现实头戴显示器，首先会让患者从虚拟现实系统中的五款应用场景中选择感兴趣的场景，进行沉浸式虚拟现实互动体验，带上无线声音设备使用通透音效模式，使患者沉浸在三维声音空间中也可以听清医师的指示和问答，兼具空间感和沟通性。手拿手柄控制器进行场景交互体验，同时医师进行牙科手术，患者如体验完场景，手术尚未结束，返回选择界面从虚拟现实系统内容中挑选其他场景进行体验，直至手术完成。虚拟现实系统内容中选择界面的场景也会提示五款场景的推荐体验时间，供患者根据手术预计时长进行参考选择。在虚拟现实语境中，利用虚拟现实头戴显示器呈现真实的虚拟场景屏蔽患者在牙科手术中的视觉感知。利用无线声音设备让患者有种身临其境之感，提高患者的沉浸感。利用手柄控制器，进行移动、旋转、点击、指向、滑动、动作模拟等。

实施例2，参照附图4。

在本实施例中，一种计算机设备100，包括存储器102、处理器101及存储在存储器102上并可在处理器101上运行的计算机程序103，处理器101执行计算机程序103时能够实现上述实施例1所提供的虚拟现实系统中的各种应用场景及交互操作等步骤。

实施例3

在本实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时能够实现上述各个实施例所提供的虚拟现实系统中的各种应用场景及交互操作等步骤。在本实施例中，所述计算机程序可以是实施例2中的计算机程序。

在本实施例中，所述计算机可读存储介质可以被实施例2中的计算机设备所运行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例的所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统，其特征是，包括虚拟现实头戴显示器、音频设备、手柄控制器、虚拟现实系统与计算机设备；虚拟现实系统设置在计算机设备内部，虚拟现实头戴显示器、音频设备、手柄控制器分别与虚拟现实系统连接；

虚拟现实头戴显示器被配置为能够显示不同的虚拟场景，供使用者观看；音频设备被配置为能够播放虚拟现实系统中的声音；手柄控制器被配置为能够被用于控制场景中虚拟角色的动作；虚拟现实系统被配置为能够提供不同的虚拟场景。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统，其特征是，虚拟现实系统包括互动漫游子系统和互动游戏子系统。

3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统，其特征是，互动游戏子系统包括互动冒险游戏模块，互动冒险游戏模块包括奇幻冒险场景。

4.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统，其特征是，互动游戏子系统包括互动射击游戏模块，互动射击游戏模块包括魔幻射击场景。

5.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统，其特征是，互动漫游子系统包括冥想漫游模块，冥想漫游模块包括海边场景。

6.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统，其特征是，互动漫游子系统包括自由漫游模块，自由漫游模块包括海岛场景。

7.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统，其特征是，互动漫游子系统包括路径漫游模块，路径漫游模块包括森林场景。

8.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统，其特征是，虚拟现实系统内容的构建方法，包括：

①场景内容构建；

②交互设计：设置交互方式、交互界面、音效效果；

③在互动漫游场景中采用Camera Path Animator组件：

a.导入Camera Path Animator资源包；

b.依次点击GameObject—New Camera Path,创建路径；

c.点击创建好的New Camera Path，在Inspector里Camera Path

Animator脚本中的Animate Object中绑定摄像机；

d.设置LOOP循环Followpath路径跟随；

④在互动游戏场景中采用Assets中的Standard Assets—Characters—FirstPeRsonChaRacter组件；

⑤采用Unity3D引擎中的Physics组件为场景中的模型加入碰撞体；

⑥采用Unity3D中Post processing stack组件，对场景整体成像质量进行调整；

⑦接口设置：设置虚拟现实接口以备患者使用。

9.根据权利要求8所述的一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统，其特征是，所述调整包括对现实成像的色差效果、辉光效果、运动模糊效果、视觉景深效果、环境光遮蔽效果进行调整。

10.根据权利要求8所述的一种基于虚拟现实的牙科手术患者辅助减负系统，其特征是，接口设置包括以下步骤：

a.连接好虚拟现实头戴显示器并进行设备激活；

b.场景中Camera添加ImmerexVR_Camera.cs组件设置；

c.设置交互手柄数据，使手柄控制器可以调节虚拟现实头戴式显示器的视角；

d.发布场景，测试迭代。

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