[发明专利]基于虚拟现实技术的小儿针灸训练仿真系统及仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学的计算机仿真技术，特别是涉及一种能够利用虚拟现实技术模拟小 儿针灸训练的仿真系统及仿真方法。

背景技术

随着科技进步和发展，人类希望进一步通过计算机强大的计算能力来模拟一些特殊 的场景，帮人类完成一些诸如认识、理解、训练、运用等需要大量重复性工作的过程。 这样的需求促成了仿真技术的出现，这对人类生活、生产都产生了积极的影响。

仿真技术已经被运用在方方面面。进入数字化的今天，过去传统的仿真技术已经逐 渐不能满足这种注重参与和体验的诉求，以虚拟现实技术为代表的仿真技术应用越来越 广泛。

Oculus Rift头盔的使用让使用者能够沉浸在虚拟现实场景中，获得更好的体验。 Leap motion设备的使用让人类同计算机实现了新的体感交互方式，不再依赖键盘鼠标， 解放了双手。基于虚拟现实技术及相关外部设备开发的训练系统能够极大地方便人们的 生活及工作。英国埃克塞特大学的科学家成立的Cineon Training的目标就是用VR头盔 提供沉浸式360度培训，对飞行员进行训练，防范事故发生。

目前在小儿针灸领域的训练还集中在传统的铜人针灸训练，对于针灸训练的仿真应 用还不具有实质性发展。相比于传统方法，基于虚拟现实技术的针灸仿真训练具有一定 的科研及产业价值。

发明内容

本发明目的为提出一种基于虚拟现实技术的小儿针灸训练仿真系统及仿真方法，利 用虚拟现实体验和体感控制结合婴儿模型中的穴位操作反馈，进行针灸操作的仿真。

本发明的一种基于虚拟现实技术的小儿针灸训练仿真系统，该系统包括沉浸式虚拟 现实体验模块10、体感控制模块20、婴儿模型30和反馈模块40，其中：

所述沉浸式虚拟现实场景模块10，场景的搭建与完善均依赖基于Unity 3D游戏引 擎，实现虚拟现实场景后需要接入Oculus Rift头盔设备，利用Oculus Rift头盔设备向 使用者提供沉浸式的虚拟现实体验；

所述体感控制模块20，运用Leap motion设备体感控制技术进行现实场景和虚拟现 实场景手臂动作的同步，从而实现针灸操作；

所述婴儿模型模块30，将球体嵌入在婴儿模型内代表穴位，当不同的物体模型在 三维空间内有重合部分时，Unity3D游戏物理引擎会根据提前设计好的物体标签去判 断是否为需要检测碰撞的两个物体发生了碰撞。并由该物理引擎返回一个布尔变量表示 是否发生了碰撞；

所述系统反馈模块40，依据婴儿模型模块内嵌的刚体小球的碰撞检测返回结果， 分别从声音和视觉两个方面对场景中用户操作进行反馈，包括相应声觉反馈和虚拟屏幕 上视觉展示。

本发明的一种基于虚拟现实技术的小儿针灸训练仿真方法，该方法包括以下流程：

用户通过头戴Oculus Rift及耳机设备进入沉浸式虚拟现实场景，获得360度沉浸式 体验；在场景中通过Leap motion体感控制技术实现现实动作同步在虚拟现实场景，包 括对婴儿模型进行抓取、旋转或位移操作；将具有刚体的物理属性的婴儿模型内嵌有代 表各个穴位的小球，当进行针灸操作时，触碰到相应的穴位时会在虚拟现实场景中的屏 幕上打出该穴位的相关信息；如果该穴位是小儿针灸时允许被触及的穴位，婴儿会发出 笑声，否则视为操作错误，婴儿将会发出哭闹声。

与现有技术相比，本发明为小儿针灸训练添加了趣味性，增强了反馈性。

附图说明

图1为本发明的一种基于虚拟现实技术的小儿针灸训练仿真系统整体架构示意图；

图2为Leap motion控制模块流程图；

图3为系统反馈模块流程图；

图4为婴儿模型模块碰撞体效果图；

图5为婴儿模型参数设置界面示意图；

图6为系统反馈模块文字反馈展示图；

图7为最终整合运行结果画面示意图；

附图标记：

1、沉浸式虚拟现实体验模块10，2、体感控制模块20，3、婴儿模型模块30，4、 反馈模块40，5、声音反馈模块41，6、视觉反馈模块42；51、物体模型添加的碰撞体 的边缘，52、物体模型本身的边缘，53、婴儿模型上添加的声源(因为是沉浸式虚拟现 实体验所以音效也是3D音效，需要指定声源的位置)；54、刚性小球。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详细描述：