一种基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例提供一种基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统及方法，该系统包括：测试定制模块用于定制测试方案；训练定制模块用于根据平衡能力报告生成训练方案；虚拟场景模块用于根据测试方案进行仿真虚拟训练场景的呈现，根据训练方案创建虚拟训练场景来进行平衡训练；姿态捕捉模块用于在仿真虚拟训练场景中获取动作数据和重心坐标，输出至测试评估模块形成平衡能力报告，在虚拟训练场景中进行姿态检测和获取重心坐标。本发明专利技术实施例引入虚拟现实技术，创建了具有高度沉浸感的平衡评估训练模式，对平衡功能障碍患者和老年人平衡功能的检测训练、以及专业人员更高要求的平衡能力测试训练具有重要意义。

A Balance Ability Testing and Training System and Method Based on Virtual Reality Technology

The embodiment of the present invention provides a balancing ability testing and training system and method based on virtual reality technology. The system includes: test customization module for customizing test scheme; training customization module for generating training scheme according to balancing ability report; virtual scene module for simulating virtual training scene presentation according to test scheme, and creating virtual according to training scheme. The training scene is used for balance training; the attitude capture module is used to acquire motion data and barycenter coordinates in the simulation virtual training scene, and output to the test and evaluation module to form a balance ability report. The attitude detection and barycenter coordinates are obtained in the virtual training scene. The embodiment of the present invention introduces virtual reality technology and creates a training mode of balanced assessment with high immersion, which is of great significance to the detection and training of balanced function of patients with balanced dysfunction and the elderly, as well as the higher requirement of balanced ability test and training of professionals.

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统及方法
本专利技术涉及互联网虚拟现实
，尤其涉及一种基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统及方法。
技术介绍
平衡功能出现障碍将会严重影响人的正常工作和生活，人体的平衡依赖于中枢系统对于视觉、本体感觉和前庭信息的协调和对运动效应器的控制。许多疾病都会导致平衡功能障碍，如脑卒中。随着年龄增大，人体平衡能力不断下降，会导致摔倒等意外的发生。伴随这老龄化社会患病人数的增多以及老龄人口比例的增高，社会对平衡功能康复训练需求迫切。此外，特殊工作环境的职业对平衡能力有更高的要求，需要对从业人员进行测试筛选和训练。目前在康复医院中用来进行平衡康复训练的设备中，使用最多的是纯机械装置，例如平衡训练康复器械，可以有扶手帮助患者支撑身体，提供了脚下的按摩和缓冲。现有的一种运用虚拟现实技术的康复训练系统及方法提供了一种可以摆脱机械装置，不需要脚下的压力传感器，只需要体感装置就可以实时侧得姿态信息的方法，同时提供一个屏幕，展示虚拟环境，把根据患者关节信息映射的虚拟角色放入系统中进行情境训练。现有的平衡训练康复器械有一定的检测输入能力，但是不具备反馈能力，用户无法根据反馈自主训练，需要专人在旁指导。而现有的运用虚拟现实技术的康复训练系统及方法提供的训练系统并不针对平衡训练，在平衡训练领域关节点的体态信息并不能反映平衡能力，必须要提供重心数据才可以；其中提及的虚拟现实并不是现在理解的虚拟现实概念，而是指利用用户信息创设一个角色，放置于虚拟环境下进行训练的方式，其呈现形式也仅为一个屏幕，并不具备虚拟现实的沉浸感，同时球形屏幕的沉浸感也远不及真正虚拟现实技术的沉浸感，无法满足对视觉平衡要素的测试和训练需求。而且空间要求高，造价昂贵。
技术实现思路
本专利技术实施例为克服上述技术缺陷，提供一种基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统及方法。第一方面，本专利技术实施例提供一种基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统，包括测试定制模块、虚拟场景模块、姿态捕捉模块、测试评估模块和训练定制模块，其中：所述虚拟场景模块连接所述测试定制模块、所述训练定制模块和所述姿态捕捉模块，所述测试评估模块连接所述姿态捕捉模块；所述测试定制模块用于定制测试方案；所述训练定制模块用于根据平衡能力报告，生成训练方案；所述虚拟场景模块用于根据所述测试方案进行仿真虚拟训练场景的呈现，根据所述训练方案创建虚拟训练场景来进行平衡训练；所述姿态捕捉模块用于在所述仿真虚拟训练场景中获取动作数据和重心坐标，输出至所述测试评估模块形成所述平衡能力报告，以及在所述虚拟训练场景中进行姿态检测和获取所述重心坐标。第二方面，本专利技术实施例提供一种基于第一方面所述基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统的方法，包括：根据测试方案进行仿真虚拟训练场景的呈现，在所述仿真虚拟训练场景中获取动作数据和重心坐标，得到平衡能力报告；根据所述平衡能力报告获取训练方案，根据所述训练方案创建虚拟训练场景来进行平衡训练；在所述虚拟训练场景中进行姿态检测和获取所述重心坐标，根据所述姿态检测和所述重心坐标得到训练结果并反馈。本专利技术实施例提供的一种基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统及方法，通过虚拟现实技术的引入，充分利用VR沉浸式显示方式影响用户的视运动组织、空间知觉、视知觉和注意力，以此训练用户对环境的平衡适应能力。改善了现有设备只能对平衡的协调与运动效应器控制进行测试和训练的情况，对平衡功能障碍患者和老年人平衡功能的检测训练、以及专业人员的更高要求的平衡能力测试训练具有重要意义。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的平衡能力评估和训练示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统的方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的一种基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统的结构示意图，如图1所示，包括测试定制模块11、虚拟场景模块12、姿态捕捉模块13、测试评估模块14和训练定制模块15，其中：所述虚拟场景模块12连接所述测试定制模块11、所述训练定制模块15和所述姿态捕捉模块13，所述测试评估模块14连接所述姿态捕捉模块13；所述测试定制模块11用于定制测试方案；所述训练定制模块15用于根据平衡能力报告，生成训练方案；所述虚拟场景模块12用于根据所述测试方案进行仿真虚拟训练场景的呈现，根据所述训练方案创建虚拟训练场景来进行平衡训练；所述姿态捕捉模块13用于在所述仿真虚拟训练场景中获取动作数据和重心坐标，输出至所述测试评估模14块形成所述平衡能力报告，以及在所述虚拟训练场景中进行姿态检测和获取所述重心坐标。本专利技术实施例提供的系统，目的是提供一种可以借助虚拟现实技术的沉浸感将用户置身于高度仿真的虚拟环境中，通过系统设计的不同类型训练场景，以及场景中不同变量的定量控制，可以提供可信的平衡能力测试报告，并针对报告用户可以根据需求进行自主的训练。只有虚拟现实的独特全视角沉浸感，才能进行针对环境属性要素、主视角运动要素、参照物影响要素等视觉影响要素的平衡测试和训练。利用多样的虚拟互动环境刺激神经重塑，加强动作学习；对训练流程的设计，结合用户数据采集进行实时的反馈，通过实时反馈结果，增强用户的自信，激励用户产生继续虚拟蓝的积极性，通过训练的不断累积带来持续的进步。在检测的方式和手段上，采用体感检测设备，使用户摆脱穿戴设备的干扰。体感设备获得重心轨迹的算法使得用户不需要在固定双脚的位置踩在压力传感器上，可以更灵活的进行测试，并且为动态平衡测试训练提供可能。本专利技术实施例提供的一种平衡能力测试与训练系统，包含两个子系统：平衡能力测试子系统和平衡能力训练子系统。其中虚拟场景模块12和姿态捕捉模块13为平衡能力测试子系统和平衡能力训练子系统的公共模块，平衡能力测试子系统除公共模块外，还包括测试定制模块11和测试评估模块14，平衡能力训练子系统除公共模块外，还包括训练定制模块15。用户使用平衡能力测试子系统，会进入系统预设的测试标准流程，测试定制模块11用于定制测试方案，由虚拟场景模块12根据测试方案完成仿真虚拟训练场景呈现、测试动作提示以及整个过程中的视线监控，再由姿态捕捉模块13进行动作数据的采集和重心坐标的计算，数据输出至测试评估模块14得出平衡能力报告。以平衡能力报告为依据，由平衡能力训练子系统的训练定制模块15生成定制化训练方案，在虚拟场景模12创建的虚拟训练场景中进行平衡训练，并由姿态捕捉模块13进行姿态检测和重心坐标计算。图2为本专利技术实施例提供的平衡能力评估和训练示意图，如图2所示，用户处于测试/训练场地，头戴VR头显设备，VR头显设备包括虚拟场景模块12，充分利用VR沉浸式显示方式影响用户的视运动组织、空间知觉、视知觉和注意力，通过刺激训练用户的平衡能力。通过构造V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统，其特征在于，包括测试定制模块、虚拟场景模块、姿态捕捉模块、测试评估模块和训练定制模块，其中：所述虚拟场景模块连接所述测试定制模块、所述训练定制模块和所述姿态捕捉模块，所述测试评估模块连接所述姿态捕捉模块；所述测试定制模块用于定制测试方案；所述训练定制模块用于根据平衡能力报告，生成训练方案；所述虚拟场景模块用于根据所述测试方案进行仿真虚拟训练场景的呈现，根据所述训练方案创建虚拟训练场景来进行平衡训练；所述姿态捕捉模块用于在所述仿真虚拟训练场景中获取动作数据和重心坐标，输出至所述测试评估模块形成所述平衡能力报告，以及在所述虚拟训练场景中进行姿态检测和获取所述重心坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟现实技术的平衡能力测试与训练系统，其特征在于，包括测试定制模块、虚拟场景模块、姿态捕捉模块、测试评估模块和训练定制模块，其中：所述虚拟场景模块连接所述测试定制模块、所述训练定制模块和所述姿态捕捉模块，所述测试评估模块连接所述姿态捕捉模块；所述测试定制模块用于定制测试方案；所述训练定制模块用于根据平衡能力报告，生成训练方案；所述虚拟场景模块用于根据所述测试方案进行仿真虚拟训练场景的呈现，根据所述训练方案创建虚拟训练场景来进行平衡训练；所述姿态捕捉模块用于在所述仿真虚拟训练场景中获取动作数据和重心坐标，输出至所述测试评估模块形成所述平衡能力报告，以及在所述虚拟训练场景中进行姿态检测和获取所述重心坐标。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用户数据记录模块和训练反馈模块，其中：所述姿态捕捉模块连接所述训练反馈模块和所述用户数据记录模块；所述训练反馈模块用于根据所述姿态检测和所述重心坐标得到训练结果并反馈；所述用户数据记录模块用于记录所述平衡能力报告和所述训练结果。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述测试定制模块定制的所述测试方案的测试维度包括：测试场景、测试动作、保持时间和间歇时间。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述测试评估模块生成的所述平衡能...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟和，张志鹏，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11