[发明专利]基于微电流刺激的跨被试虚拟力评估系统

说明书

本发明涉及基于微电流刺激的跨被试虚拟力评估系统，包括：虚拟现实交互模块，输出基于交互事件触发的虚拟现实场景，传输至被试者所戴的VR眼镜；电刺激交互电流仿真子系统，用于实现不同的电刺激模式，将电刺激电流数据传输至跨被试的功能性电刺激电流的力反馈评估模型；测力计模块，用于捕获力反馈数据，并传输至跨被试的功能性电刺激电流的力反馈评估模型；电刺激电流的力反馈评估模型，用于评估力反馈大小。本发明采用的跨被试微电流刺激模式将不同受试者的原始生理特征输入模型，当给予不同功能性电刺激电流时，通过机器学习方法评估匹配的力反馈输出大小，结合虚拟现实的场景，增强沉浸感和真实感。

技术领域

本发明涉及虚拟现实和人机交互技术领域，尤其涉及基于微电流刺激的跨被试虚拟力评估系统。

背景技术

随着科学技术的革新，虚拟现实技术可以高度还原人在真实世界中视觉、听觉、触觉等感知行为，通过计算机技术生成虚拟环境，用户能够通过相应的硬件设备，如数据手套、遥控手柄、头盔等，在虚拟环境中进行人机交互行为，产生高度沉浸感和真实感。

虚拟现实的交互感知效果扮演着重要作用，现阶段交互感知的方式包括视觉、听觉、力触觉、嗅觉、味觉、运动觉甚至第六感等。国内外均有大量学者在研究视觉和听觉方面的交互，在力触觉方面投入的研究较少，而在虚拟场景中，力触觉反馈时提高沉浸感是不可或缺的一部分。目前，较为成熟的力反馈方法是通过传感器振动体表或利用反馈装置进行力的传导，但这些可穿戴设备都比较笨重，应用规模较小，使用者受到机械力的作用，从而行动不便，沉浸感减弱，而且在具体的人机交互中，很容易对用户行动产生束缚，大大降低了虚拟现实场景的沉浸感。

近年来，基于微电流刺激的虚拟现实力反馈模式在学术界引起了重视，功能性电刺激最初是一种用于治疗脊髓损伤或中风患者瘫痪的方法，发展历史已经有几十年。相比于可穿戴设备的笨重和不真实感等不足，微电流刺激模式既具有便携式和可移动特点，并且完全根据人体力产生的内部机理进行电刺激，大大增强真实感。由此，基于微电流的刺激模式是虚拟现实未来发展的新方向。

在机器学习中特征的定义是连接数据和模型之间的桥梁。特征工程是指从原始数据中，手动或自动提取相应的特征，并将其转换为适合机器学习模型的格式。特征工程是机器学习中一个关键性因素。有效的特征可以极大的提高模型构建效率，而无效的特征则会耗费大量的人力物力并且输出较差的结果。机器学习的过程中，大部分时间都耗费在特征工程和数据清洗上，而且模型和数据差别非常大，有效的特征要视模型和数据的具体情况而定。数据处理的工作繁琐而复杂，通常要在数据和答案错综复杂的关系中寻求到正确答案。数学模型可以用来描述不同数据之间的关系，而数学公式的作用是将不同数值型的变量联系起来，但是在实际应用中，原始数据常常不是数值型的，如用户在虚拟现实场景中的情绪变化这一行为就不是数值型的，随后对不同虚拟现实场景的评价也不是数值型的。所以，为了将两者联系起来，必须要用到特征。

发明内容

为解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供基于微电流刺激的跨被试虚拟力评估系统，采用的跨被试微电流刺激模式可以将不同受试者的原始生理特征输入模型，当给予肱二头肌不同功能性电刺激电流时，能够通过机器学习方法评估匹配的力反馈输出大小，结合虚拟现实的场景，可以增强沉浸感和真实感。

本发明采用以下技术方案来实现：基于微电流刺激的跨被试虚拟力评估系统，包括：

虚拟现实交互模块，用于输出生理参数采集问卷，输出基于交互事件触发的虚拟现实场景，传输至被试者所戴的VR眼镜；

电刺激交互电流仿真子系统，用于调制输出幅值不同的三角波，实现不同的电刺激模式，通过贴片电极传输至被试者，并且同步把电刺激电流数据传输至跨被试的功能性电刺激电流的力反馈评估模型；

测力计模块，用于捕获被试者受到不同功能性电刺激时产生的力反馈数据，并传输至跨被试的功能性电刺激电流的力反馈评估模型；

电刺激电流的力反馈评估模型，利用生理参数、电刺激电流数据和力反馈数据，评估力反馈大小。