CN117148977B - 一种基于虚拟现实的运动康复训练方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及虚拟现实运动训练技术领域，公开了一种基于虚拟现实的运动康复训练方法，开始佩戴虚拟现实设备，开启关节康复软件，选择运动强度，知识及动作讲解，进入互动练习上下肢运动检测，数据错误时，提示未正确按照要求完成动作，重新指导完成上段步骤，数据符合预期即进行下一步；记录运动数据并进入阶段课程锻炼；进入互动课程上下肢运动检测，数据错误时，引导提示正确的运动动作再开始，重新指导完成上段步骤，数据符合预期即进行下一步；根据数据提供关节康复训练建议；展示运动数据曲线；完成阶段锻炼是否重新选择强度，选择继续锻炼即返回步骤S2，选择结束即康复锻炼完成。身临其境的训练体验增加用户参与度和动力，提高训练效果。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实运动训练技术领域，具体为一种基于虚拟现实的运动康复训练方法。
背景技术
虚拟现实技术近年来快速发展，已经逐渐渗透到我们的生活之中。我国虚拟现实技术应用比较多的行业是游戏行业和教育行业。已经有少量的虚拟现实技术应用于医疗领域，但用在康复医学领域的虚拟现实技术还比较少。
现有的基于虚拟现实的运动康复训练方法存在以下不足：难以使得用户沉浸在虚拟现实环境中真实反馈运动康复训练，无法实时监测获取用户信息，康复训练的准确性低，效果较差，用户运动数据不便整合展示给用户查看，难以进一步深层次了解康复情况。为此，需要设计相应的技术方案给予解决。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于虚拟现实的运动康复训练方法，解决了难以使得用户沉浸在虚拟现实环境中真实反馈运动康复训练，无法实时监测获取用户信息，康复训练的准确性低，效果较差，用户运动数据不便整合展示给用户查看，难以进一步深层次了解康复情况的技术问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于虚拟现实的运动康复训练方法，包括如下方法步骤：
S1，开始佩戴虚拟现实设备，虚拟现实设备包括有VR一体机、VR手柄和VR体感追踪器，校准跟踪用户肢体；
S2，开启关节康复软件，选择运动强度；
S3，根据当前强度、关节康复知识及动作讲解；
S4，进入互动练习上下肢运动检测，体感追踪器获取用户角度信息，比对当前角度状态，计算出准确的角度数据，判断用户是否达到训练要求，数据错误时，提示未正确按照要求完成动作，重新指导完成上段步骤，数据符合预期即进行下一步；
S5，记录运动数据并进入阶段课程锻炼；
S6，进入互动课程上下肢运动检测，用户将跟随演示在虚拟现实空间中互动锻炼，软件获取用户空间运动轨迹，比对从静止状态到当前运动状态，计算出准确的用户运动轨迹数据，判断用户是否达到训练要求，数据错误时，引导提示正确的运动动作再开始，重新指导完成上段步骤，数据符合预期即进行下一步；
S7，根据数据提供关节康复训练建议；
S8，展示运动数据曲线，每个锻炼关节都将记录用户运动数据，最后通过运动曲线的形式在虚拟现实设备中显示给用户查看；
S9，完成阶段锻炼是否重新选择强度，选择继续锻炼即返回步骤S2，选择结束即康复锻炼完成。
优选的，在虚拟现实设备的虚拟环境中设置情景事件，根据用户的运动表现触发不同的事件，增加训练乐趣，所述情景事件包括追逐小动物、避开陷阱、收集奖励、完成指定路线的障碍跑、在限定时间内收集出现的目标物品、模拟日常场景、完成简单游戏目标、模拟乘车游览不同地点、进行简单的种植、饲养虚拟植物、宠物的互动、接受虚拟医生或理疗师的指导、参与虚拟社交活动、在虚拟商场或超市进行购物、进行虚拟烹饪和进行定制化的职业技能培训。
优选的，所述虚拟现实设备连接外部器械，用户进行真实的仪器辅助运动，软件参数包括有检测力量、速度、移动范围/角度、心率/呼吸率、使用时长、稳定性、协调性、反应速度、力矩，器械包括有踏步器、绳索、按摩仪、划船机、抓取/收纳用具、互动手套和互动鞋套。
优选的，运用生成对抗网络算法，让虚拟用户具有自主对话能力，进行情景交流式训练，其具体方法步骤包括如下：
构建生成器和判别器模型；
生成器参考大规模语料库；
通过生成器和判别器的对抗训练；
设置回复多样性约束；
应用强化学习策略；
设定个性化属性；
将预训练语言模型作为生成器初始化；
通过模拟不同情绪的训练语料；
在虚拟环境中不断进行强化对话学习。
优选的，步骤S2中，开启康复软件后，立即与医院***连接，根据自定义模型在线生成个性化虚拟场景和训练建议，当训练发生意外，可立即发出警报。
优选的，所述虚拟现实设备可进行多人联合训练模式，集成多组传感数据，进行团队协作式康复锻炼；
所述多人联合训练采用的连接方式包括有局域网内联机、互联网联机、5G网络联机、Wifi直接连接、蓝牙连接、NFC触碰连接、集线器对接、区块链联机或HYPER连接其中一种或多种。
优选的，所述虚拟现实设备还连接有AR技术，将虚拟训练场景投射到真实世界，进行融合式训练。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果：通过佩戴虚拟现实设备，用户可以沉浸在虚拟现实环境中，感受身体在运动中的真实反馈，这种身临其境的训练体验可以增加用户的参与度和动力，提高训练效果；
通过VR体感追踪器获取用户角度信息，并与预设的运动要求进行比对，计算出准确的角度数据，可以实时监测用户的运动状态，并及时给予反馈和指导，确保用户按要求完成动作，提高康复训练的准确性和效果；
康复软件根据用户选择的运动强度和当前康复知识，提供阶段性的课程锻炼，通过记录运动数据和分析用户的运动情况，***可以根据个体化的需求和进展，提供相应的康复训练建议，以帮助用户实现更好的康复效果；
***会记录用户的运动数据，包括角度数据和运动轨迹数据，并通过运动曲线的形式在虚拟现实设备中展示给用户查看，这种数据记录和展示功能可以帮助用户了解自己的康复进展情况，并激励他们继续参与训练。
附图说明
图1为本发明的步骤框架示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于虚拟现实的运动康复训练方法，包括如下方法步骤：
S1，开始佩戴虚拟现实设备，虚拟现实设备包括有VR一体机、VR手柄和VR体感追踪器，校准跟踪用户肢体；
S2，开启关节康复软件，选择运动强度；
S3，根据当前强度、关节康复知识及动作讲解；
S4，进入互动练习上下肢运动检测，体感追踪器获取用户角度信息，比对当前角度状态，计算出准确的角度数据，判断用户是否达到训练要求，数据错误时，提示未正确按照要求完成动作，重新指导完成上段步骤，数据符合预期即进行下一步；
S5，记录运动数据并进入阶段课程锻炼；
S6，进入互动课程上下肢运动检测，用户将跟随演示在虚拟现实空间中互动锻炼，软件获取用户空间运动轨迹，比对从静止状态到当前运动状态，计算出准确的用户运动轨迹数据，判断用户是否达到训练要求，数据错误时，引导提示正确的运动动作再开始，重新指导完成上段步骤，数据符合预期即进行下一步；
S7，根据数据提供关节康复训练建议；
S8，展示运动数据曲线，每个锻炼关节都将记录用户运动数据，最后通过运动曲线的形式在虚拟现实设备中显示给用户查看；
S9，完成阶段锻炼是否重新选择强度，选择继续锻炼即返回步骤S2，选择结束即康复锻炼完成。
进一步改进地，在虚拟现实设备的虚拟环境中设置情景事件，根据用户的运动表现触发不同的事件，增加训练乐趣，所述情景事件包括追逐小动物、避开陷阱、收集奖励、完成指定路线的障碍跑、在限定时间内收集出现的目标物品、模拟日常场景、完成简单游戏目标、模拟乘车游览不同地点、进行简单的种植、饲养虚拟植物、宠物的互动、接受虚拟医生或理疗师的指导、参与虚拟社交活动、在虚拟商场或超市进行购物、进行虚拟烹饪和进行定制化的职业技能培训。
完成指定路线的障碍跑，需要跳过障碍物或向左右移动；
在限定时间内收集出现的目标物品，训练反应速度；
模拟日常场景，训练生活自理能力；
完成简单游戏目标包括打砖块或踢足球；
模拟乘车游览不同地点，欣赏景色；
进行简单的种植、饲养虚拟植物或宠物的互动；
接受虚拟医生或理疗师的指导，进行模拟治疗；
参与虚拟社交活动，包括舞会、聚会；
在虚拟商场或超市进行购物，训练移动和选择；
进行虚拟烹饪，训练切菜、翻炒动作；
进行定制化的职业技能培训，包括钢铁工人、服装设计师；
综上所述，虚拟情景可以具备很强的模拟现实能力和趣味性，从而增加康复训练的参与度。
进一步改进地，所述虚拟现实设备连接外部器械，用户进行真实的仪器辅助运动，软件参数包括有检测力量、速度、移动范围/角度、心率/呼吸率、使用时长、稳定性、协调性、反应速度、力矩，器械包括有踏步器、绳索、按摩仪、划船机、抓取/收纳用具、互动手套和互动鞋套。
移动范围和角度：检测各关节的活动角度范围和运动轨迹；
心率和呼吸率：传感器检测心跳和呼吸参数；
使用时长：记录使用外部器械的时间长短；
稳定性：检测使用过程中的震动和晃动参数；
协调性：评估左右对称性运动的协调程度；
反应速度：测试对外界刺激做出反应的时间；
力矩：测量旋转运动产生的力矩大小。
轮椅、拐杖、踏步器等常见助行器械；
绳索、弹簧等提供阻力的器械；
自行车、划船机等提供有氧运动的器械；
按摩仪、电热敷等辅助治疗仪器；
抓取/收纳用具进行手部锻炼；
带角度和力传感器的互动手套、鞋套。
进一步改进地，运用生成对抗网络算法，让虚拟用户具有自主对话能力，进行情景交流式训练，其具体方法步骤包括如下：
构建生成器和判别器模型，生成器从随机向量中学习语料的潜在分布特征，根据学习到的分布生成语言序列的向量表示，通过解码器将语言序列向量转换为自然语言回复，判别器判断回复的真实性；
生成器参考大规模语料库，学习语言结构知识，判别器也从中学习真实语料的特征；
通过生成器和判别器的对抗训练，逐步提升生成回复的逼真程度；
设置回复多样性约束，鼓励生成新句模式，设置语义一致约束，确保回复意义正确；
应用强化学习策略，让生成器根据环境反馈改进回复产生算法；
设定个性化属性，根据训练资料赋予虚拟用户角色身份；
将预训练语言模型作为生成器初始化，提高生成回复的流畅性；
通过模拟不同情绪的训练语料，实现虚拟用户的情感表达；
在虚拟环境中不断进行强化对话学习，持续优化交流能力。
进一步改进地，步骤S2中，开启康复软件后，立即与医院***连接，根据自定义模型在线生成个性化虚拟场景和训练建议，当训练发生意外，可立即发出警报。
进一步改进地，所述虚拟现实设备可进行多人联合训练模式，集成多组传感数据，进行团队协作式康复锻炼；
所述多人联合训练采用的连接方式包括有局域网内联机、互联网联机、5G网络联机、Wifi直接连接、蓝牙连接、NFC触碰连接、集线器对接、区块链联机或HYPER连接其中一种或多种。
局域网内联机：多台设备连接同一个局域网，进行近距离组团训练；
互联网联机：不同地点的设备通过互联网接入同一训练平台服务器，进行远程联合训练；
5G网络联机：利用5G低时延高带宽的优势，实现更流畅的远程协同训练；
Wifi直接连接：使用Wifi技术让设备间直接建立连接分组训练；
蓝牙连接：采用蓝牙通道让附近设备快速配对；
NFC触碰连接：设备间的NFC通信模块触碰即可建立连接；
集线器对接：多个设备共享一个集线器基站进行数据汇聚；
区块链联机：利用区块链防篡改机制，实现可信任联机协作；
HYPER连接：使用虚拟现实专用的高速HYPER连接。
进一步改进地，所述虚拟现实设备的下方连接有振动发电组件，可将运动产生的能量转化后用于为***供电，减少外界电源依赖，实现自给自足；
具体改进地，所述虚拟现实设备还连接有AR技术，将虚拟训练场景投射到真实世界，进行融合式训练。
实例1
股四头肌锻炼：用户佩戴好VR设备和腿部体感追踪器，进入软件后通过左右腿的体感追踪器校准跟踪用户的腿部运动。校准过后选择运动的强度，软件将给与当前强度的动作讲解，用户跟随互动练习演示动作，自行进行腿部运动。腿部体感追踪器获取用户抬脚倾斜角度信息，比对从坐姿的腿部垂直地面状态到当前倾斜的角度状态，计算出准确的角度数据，判断用户是否达到训练要求，未达标的情况下弹窗提示用户必须按照正确动作进行，再重新开始本训练，达标的情况进入下个阶段锻炼。每个锻炼小节都将记录用户运动数据，最后通过运动曲线的形式在VR设备中显示给用户查看。
实例2
肩周上肢锻炼：用户佩戴好VR设备并拿好VR手柄，进入软件后选择运动的强度，软件将给与当前强度的互动讲解，用户将跟随演示在虚拟现实空间中画圆圈、切水果等互动锻炼，软件获取用户手柄空间运动轨迹，比对从静止状态到当前运动状态，计算出准确的用户运动轨迹数据，判断用户是否达到训练要求，未达标的情况下弹窗提示用户必须按照正确动作进行，再重新开始本训练，达标的情况进入下个阶段锻炼。每个锻炼小节都将记录用户运动数据，最后通过运动曲线的形式在VR设备中显示给用户查看。
基于虚拟现实的训练方法可以适用于各种关节康复训练。
关节康复训练通常涉及各种关节，例如膝关节、肩关节、踝关节等；虚拟现实设备和康复软件需要能够准确地跟踪和分析用户在这些关节上的运动；这要求虚拟现实设备具备足够的传感器和算法，能够捕捉用户身体的运动状态，并将其转化为准确的数据。
另外，康复软件需要根据各个关节的特点和康复需求，提供相应的训练方案和动作讲解，不同关节的康复训练可能有不同的动作和运动要求，软件需要能够根据用户选择的关节和强度，提供相应的训练内容和个性化建议。
总的来说，基于虚拟现实的训练方法可以适用于各种关节康复训练，但需要确保虚拟现实设备和康复软件具备相应的功能和灵活性，以满足不同关节康复训练的需求。
综述：基于虚拟现实的运动康复训练方法通过提供身临其境的训练体验、实时的运动跟踪和角度计算、阶段性课程锻炼和个性化建议以及运动数据的记录和展示，可以提高康复训练的准确性、效果和用户参与度，为用户提供更好的康复体验和康复效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种基于虚拟现实的运动康复训练方法，其特征在于，包括如下方法步骤：
S1，开始佩戴虚拟现实设备，虚拟现实设备包括有VR一体机、VR手柄和VR体感追踪器，校准跟踪用户肢体；
S2，开启关节康复软件，选择运动强度；
S3，根据当前强度、关节康复知识及动作讲解；
S4，进入互动练习上下肢运动检测，体感追踪器获取用户角度信息，比对当前角度状态，计算出准确的角度数据，判断用户是否达到训练要求，数据错误时，提示未正确按照要求完成动作，重新指导完成上段步骤，数据符合预期即进行下一步；
S5，记录运动数据并进入阶段课程锻炼；
S6，进入互动课程上下肢运动检测，用户将跟随演示在虚拟现实空间中互动锻炼，软件获取用户空间运动轨迹，比对从静止状态到当前运动状态，计算出准确的用户运动轨迹数据，判断用户是否达到训练要求，数据错误时，引导提示正确的运动动作再开始，重新指导完成上段步骤，数据符合预期即进行下一步；
S7，根据数据提供关节康复训练建议；
S8，展示运动数据曲线，每个锻炼关节都将记录用户运动数据，最后通过运动曲线的形式在虚拟现实设备中显示给用户查看；
S9，完成阶段锻炼是否重新选择强度，选择继续锻炼即返回步骤S2，选择结束即康复锻炼完成；
运用生成对抗网络算法，让虚拟用户具有自主对话能力，进行情景交流式训练，其具体方法步骤包括如下：
构建生成器和判别器模型；
生成器参考大规模语料库；
通过生成器和判别器的对抗训练；
设置回复多样性约束；
应用强化学习策略；
设定个性化属性；
将预训练语言模型作为生成器初始化；
通过模拟不同情绪的训练语料；
在虚拟环境中不断进行强化对话学习。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的运动康复训练方法，其特征在于：在虚拟现实设备的虚拟环境中设置情景事件，根据用户的运动表现触发不同的事件，增加训练乐趣，所述情景事件包括追逐小动物、避开陷阱、收集奖励、完成指定路线的障碍跑、在限定时间内收集出现的目标物品、模拟日常场景、完成简单游戏目标、模拟乘车游览不同地点、进行简单的种植、饲养虚拟植物、宠物的互动、接受虚拟医生或理疗师的指导、参与虚拟社交活动、在虚拟商场或超市进行购物、进行虚拟烹饪和进行定制化的职业技能培训。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的运动康复训练方法，其特征在于：所述虚拟现实设备连接外部器械，用户进行真实的仪器辅助运动，软件参数包括有检测力量、速度、移动范围/角度、心率/呼吸率、使用时长、稳定性、协调性、反应速度、力矩；
器械包括有踏步器、绳索、按摩仪、划船机、抓取/收纳用具、互动手套和互动鞋套。
4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的运动康复训练方法，其特征在于：步骤S2中，开启康复软件后，立即与医院***连接，根据自定义模型在线生成个性化虚拟场景和训练建议，当训练发生意外，可立即发出警报。
5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的运动康复训练方法，其特征在于：所述虚拟现实设备可进行多人联合训练模式，集成多组传感数据，进行团队协作式康复锻炼；
所述多人联合训练采用的连接方式包括有局域网内联机、互联网联机、5G网络联机、Wifi直接连接、蓝牙连接、NFC触碰连接、集线器对接、区块链联机或HYPER连接其中一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的运动康复训练方法，其特征在于：所述虚拟现实设备还连接有AR技术，将虚拟训练场景投射到真实世界，进行融合式训练。
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