[发明专利]一种基于立体显示技术的上肢运动功能评估系统及方法

权利要求书

1.一种基于立体显示技术的上肢运动功能评估系统，其特征在于，包括虚拟场景搭建模块，用于搭建虚拟评估场景并给出用户上肢运动的提示；立体显示模块，用于显示虚拟评估场景及用户上肢运动的提示；体感交互模块，用于实时采集用户上肢根据提示做运动时的运动数据；数据处理模块，用于接收并处理体感交互模块传输的运动数据，并根据处理后的运动数据在虚拟场景搭建模块内创建虚拟上肢，虚拟上肢与用户上肢同步运动；运动功能评估模块，用于接收数据处理模块处理后的运动数据并对数据进行分析以对用户上肢运动功能进行评估；

运动功能评估模块包括复合运动功能评估模块，虚拟场景搭建模块给出用户上肢运动的提示包括在虚拟评估场景中做“8”字型空间立体轨迹环绕运动的虚拟小球，复合运动功能评估模块在用户跟随虚拟小球运动时用于评估用户的上肢复合运动功能；

上肢复合运动功能包括用户的空间定位能力、运动控制能力、运动速度、参与度及稳定性；用户跟随虚拟小球运动时体感交互模块实时采集用户手部的空间位置坐标及对应的时间并传输至数据处理模块，数据处理模块内存有虚拟小球的既定运动轨迹及实时空间位置坐标；数据处理模块计算用户手部空间位置与虚拟小球的既定运动轨迹之间的平均最短距离后发送至运动功能评估模块，以对用户的空间定位能力进行评估；数据处理模块计算用户手部实时空间位置与虚拟小球之间实时距离的平均值后发送至运动功能评估模块，以对用户的运动控制能力进行评估；数据处理模块计算用户手部在每个时刻的切线速度并发送至运动功能评估模块，以对用户的运动速度进行评估；数据处理模块计算用户手部的空间位置坐标与立体显示模块显示的三帧前对应的用户手部的空间位置坐标的差值，并发送至运动功能评估模块，以对用户的参与度进行评估；数据处理模块根据用户手部的空间位置坐标及对应的时间绘制用户手部的运动轨迹图，并发送至运动功能评估模块，以对用户的稳定性度进行评估；

用户手部空间位置与虚拟小球的既定运动轨迹之间的平均最短距离S值通过公式(1)获取：

其中，n为用户手部的空间位置坐标的总采样数量，(X_i，Y_i，Z_i)为每时刻采样的用户手部的空间位置坐标，(x_i，y_i，z_i)为在该时刻对应采样的虚拟小球在既定运动轨迹中的空间位置坐标；

用户手部实时空间位置与虚拟小球之间实时距离的平均值C通过公式(2)获取：

其中，m为时间，(X_t，Y_t，Z_t)为每时刻采样的用户手部的实时空间位置坐标，(x_t，y_t，z_t)为该时刻对应采样的虚拟小球的实时空间位置坐标，Q₁为常数；

用户手部在每个时刻的切线速度v_k+1通过公式(3)获取：

其中，t_k为采样时刻，(x_k+i，y_k+i，z_k+i)为采样时刻对应的用户手部的空间位置坐标。

2.根据权利要求1所述的一种基于立体显示技术的上肢运动功能评估系统，其特征在于，所述立体显示模块为眼镜式3D显示设备、裸眼3D显示设备或头盔式虚拟现实与增强现实显示设备。

3.根据权利要求1所述的一种基于立体显示技术的上肢运动功能评估系统，其特征在于，虚拟场景搭建模块为Unity3D立体游戏开发平台。

4.根据权利要求1所述的一种基于立体显示技术的上肢运动功能评估系统，其特征在于，体感交互模块为LeapMotionController、RealSense或Kinect体感交互设备。

5.根据权利要求1所述的一种基于立体显示技术的上肢运动功能评估系统，其特征在于，运动功能评估模块包括深度视觉评估模块，用于判断用户是否能辨别虚拟评估场景以对用户的立体视觉功能进行评估。