一种运动训练评估方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术适用于虚拟现实、人机交互领域，提供了一种运动训练评估方法及装置，所述运动训练评估方法包括：脑‑机接口系统利用虚拟现实中的触觉仿真与交互反馈的方式，建立三维运动训练场景；通过检测和分析受试者在所述三维运动训练场景中进行运动训练时的脑电信号变化，从而对交互系统中的触觉反馈进行定量化评估。本发明专利技术能方便地应用于融合视/触觉反馈的三维虚拟训练系统中，弥补了诸如问卷调查或行为测量等现有评估手段的不足，提高了触觉反馈评估的智能程度。

Method and device for evaluating sport training

The invention is applicable to the field of virtual reality, human-computer interaction, and provides a device for evaluation method of sports training, including the evaluation method of the sports training: brain computer interface system using simulation and haptic interaction in virtual reality feedback mode, the establishment of three-dimensional training scene; the changes of EEG signals through detection and analysis the subjects of sports training in the three-dimensional movement of the training scene, to carry on the quantitative assessment of feedback in the haptic interaction system. The invention can be conveniently applied to fusion / 3D virtual training system with haptic feedback, to compensate for the lack of such as questionnaires or behavior measurement of existing assessment methods, improve the degree of intelligence assessment of tactile feedback.

【技术实现步骤摘要】
一种运动训练评估方法及装置
本专利技术属于虚拟现实、人机交互领域，尤其涉及一种运动训练评估方法及装置。
技术介绍
现有的虚拟现实系统要求多模态的交互通道，其中，脑-机接口是一种很有发展潜力的交互通道。脑-机接口技术是一种不依赖大脑外围神经和肌肉输出通道的新型外部信息交换与控制技术。目前，研究人员已经对融合视、听觉反馈的虚拟现实脑-机接口技术开展了一系列研究。除了视、听觉感知之外，触觉感知作为虚拟现实系统的重要组成部分，也越来越受到更多学者的关注。通过引入触觉反馈，将进一步提高基于虚拟现实的脑-机接口系统的可操作性。针对现有的视、触觉反馈的评估方法，传统的问卷调查或行为测量等手段，虽然在以往研究中取得成功，但存在一定的局限性，主要是无法定量、准确地评估触觉反馈是如何影响受试者运动训练过程中的大脑活动。因此，目前有研究人员将测量并分析脑电信号作为一种定量评估触觉反馈的手段。然而，目前研究大都基于2D(二维)虚拟运动训练场景，系统仅能提供平面信息。由于结合触觉反馈的交互系统大部分应用于3D(三维)虚拟场景中，比如虚拟训练系统、虚拟现实游戏等，在这些三维交互系统中深度信息必不可缺，仅在2D场景中对触觉反馈进行评估远远不够。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种运动训练评估方法，旨在解决现有评估手段无法提供直观、定量的运动训练效果评价指标的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种运动训练评估方法，包括：脑-机接口系统利用虚拟现实中的触觉仿真与交互反馈的方式，建立三维运动训练场景；通过检测和分析受试者在所述三维运动训练场景中进行运动训练时的脑电信号变化，从而对交互系统中的触觉反馈进行定量化评估。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种运动训练评估装置，包括：融合模块，用于利用虚拟现实中的触觉仿真与交互反馈的方式，建立三维运动训练场景；评估模块，用于通过检测和分析受试者在所述三维运动训练场景中进行运动训练时的脑电信号变化，从而对交互系统中的触觉反馈进行定量化评估。在本专利技术实施例中，创建了基于三维可视化和触觉反馈的脑-机接口系统，利用虚拟现实中的触觉仿真与交互反馈技术建立三维运动训练场景，为受试者提供更好的训练学习体验，通过检测和分析受试者进行运动训练时的脑电信号变化从而对交互系统中的触觉反馈进行定量化评估。解决了现有评估手段无法提供直观、定量的运动训练效果评价指标的问题，能方便地应用于融合视/触觉反馈的三维虚拟训练系统中，弥补了诸如问卷调查或行为测量等现有评估手段的不足，提高了触觉反馈评估的智能程度。附图说明图1是本专利技术实施例提供的运动训练评估方法的实现流程图；图2是本专利技术实施例提供的运动训练评估方法步骤S102的实现流程图；图3是本专利技术实施例提供的运动训练评估系统较佳的系统框架图；图4是本专利技术实施例提供的融合视、触觉反馈的三维可视化场景较佳的样例图；图5是本专利技术实施例提供动训练评估的实验结果图；图6是本专利技术实施例提供的运动训练评估装置的结构框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在此本专利技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本专利技术。如在本专利技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本专利技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“倘若”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“倘若确定”或“倘若读取到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。实施例一图1是本专利技术实施例提供的运动训练评估方法的实现流程图，详述如下：在步骤S101中，脑-机接口系统利用虚拟现实中的触觉仿真与交互反馈的方式，建立三维运动训练场景；在步骤S102中，通过检测和分析受试者在所述三维运动训练场景中进行运动训练时的脑电信号变化，从而对交互系统中的触觉反馈进行定量化评估。步骤S102，具体为：通过检测受试者在所述三维运动训练场景中进行运动训练时的脑电信号；利用CAR简单平均参考的方式，降低所述脑电信号的噪声；采用五阶巴特沃斯滤波器，对降低噪声后的脑电信号进行滤波；根据滤波后的脑电信号的变化，对交互系统中的视/触觉反馈进行定量化评估。在本专利技术实施例中，创建了基于三维可视化和触觉反馈的脑-机接口系统，利用虚拟现实中的触觉仿真与交互反馈技术建立三维运动训练场景，为受试者提供更好的训练学习体验，通过检测和分析受试者运动训练时位于大脑感觉运动皮层区域脑电信号的变化，评估在三维虚拟运动训练场景中不同设置的视/触觉反馈对受试者训练效果的影响，完善了触觉反馈的评估手段，提高了触觉反馈评估的智能程度。实施例二本专利技术实施例描述了融合视/触觉反馈的三维虚拟运动训练场景的实现流程，详述如下：设置白球对应触觉设备中触笔的当前位置，设置黑球对应移动控制的目标位置，设置灰球对应触笔移动过程中的跟踪点位置，以在三维虚拟运动训练场景中融合实时的视觉反馈；监控所述触笔沿着管道的中心线在牵引力的作用下跟踪灰球的操作，若所述牵引力反馈所述触笔的当前位置偏离中心线并超出管道范围，则将产生引导力将白球拉回到中心线，同时管道的颜色发生改变，以在三维虚拟运动训练场景中融合实时的触觉反馈。在本专利技术实施例中，建立了融合虚拟现实视/触觉反馈的运动训练评估框架，实现了具有牵引力和引导力触觉反馈仿真的三维可视化运动训练环境，同时搭建了基于三维可视化和触觉反馈的可用于运动训练评估的脑-机接口系统，能弥补诸如问卷调查或行为测量等现有评估手段不足。实施例三图2是本专利技术实施例提供的运动训练评估方法步骤S102的实现流程图，详述如下：在步骤S201中，在三维虚拟运动训练场景中，采集受试者执行有触觉反馈和无触觉反馈的运动训练任务时产生的脑电信号数据；采集受试者执行有触觉反馈的运动训练任务时产生的脑电信号数据；采集受试者执行无触觉反馈的运动训练任务时产生的脑电信号数据。在步骤S202中，根据所述脑电信号数据，对交互系统中的视/触觉反馈进行定量化评估。在本专利技术实施例中，根据所述脑电信号数据，评估在三维虚拟运动训练场景中设置不同的视/触觉反馈对所述受试者训练效果的影响。实施例四本专利技术实施例描述了运动训练评估方法步骤S202的实现流程，详述如下：利用预建的脑电信号时频特征生成模型以及受试者执行有触觉反馈的运动训练任务时产生的脑电信号数据，生成有触觉反馈的脑电信号时频特征；利用预建的脑电信号时频特征生成模型以及受试者执行无触觉反馈的运动训练任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运动训练评估方法，其特征在于，包括：脑‑机接口系统利用虚拟现实中的触觉仿真与交互反馈的方式，建立三维运动训练场景；通过检测和分析受试者在所述三维运动训练场景中进行运动训练时的脑电信号变化，从而对交互系统中的触觉反馈进行定量化评估。

【技术特征摘要】
1.一种运动训练评估方法，其特征在于，包括：脑-机接口系统利用虚拟现实中的触觉仿真与交互反馈的方式，建立三维运动训练场景；通过检测和分析受试者在所述三维运动训练场景中进行运动训练时的脑电信号变化，从而对交互系统中的触觉反馈进行定量化评估。2.如权利要求1所述的运动训练评估方法，其特征在于，所述利用虚拟现实中的触觉仿真与交互反馈的方式，建立三维运动训练场景，具体为：设置白球对应触觉设备中触笔的当前位置，设置黑球对应移动控制的目标位置，设置灰球对应触笔移动过程中的跟踪点位置，以在三维虚拟运动训练场景中融合实时的视觉反馈；监控所述触笔沿着管道的中心线在牵引力的作用下跟踪灰球的操作，若所述牵引力反馈所述触笔的当前位置偏离中心线并超出管道范围，则将产生引导力将白球拉回到中心线，同时管道的颜色发生改变，以在三维虚拟运动训练场景中融合实时的触觉反馈。3.如权利要求1所述的运动训练评估方法，其特征在于，所述通过检测和分析受试者在所述三维运动训练场景中进行运动训练时的脑电信号变化，从而对交互系统中的触觉反馈进行定量化评估，具体为：在三维虚拟运动训练场景中，采集受试者执行有触觉反馈和无触觉反馈的运动训练任务时产生的脑电信号数据；根据所述脑电信号数据，对交互系统中的视/触觉反馈进行定量化评估。4.如权利要求3所述的运动训练评估方法，其特征在于，根据所述脑电信号数据，对交互系统中的视/触觉反馈进行定量化评估，具体为：利用预建的脑电信号时频特征生成模型以及受试者执行有触觉反馈的运动训练任务时产生的脑电信号数据，生成有触觉反馈的脑电信号时频特征；利用预建的脑电信号时频特征生成模型以及受试者执行无触觉反馈的运动训练任务时产生的脑电信号数据，生成无触觉反馈的脑电信号时频特征。5.如权利要求4所述的运动训练评估方法，其特征在于，在利用预建的脑电信号时频特征生成模型以及受试者执行有触觉反馈的运动训练任务时产生的脑电信号数据，生成有触觉反馈的脑电信号时频特征之前，所述运动训练评估方法，还包括：建立脑电信号时频特征模型，所述脑电信号时频特征模型，具体为：其中，ERSP为脑电信号时频特征，Fk(f,t)表示在给...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁爽，杭文龙，吴虹，刘晓潞，王琼，王平安，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44