特殊人群康復新途徑：虛擬現實技術來幫忙

2022年07月08日00:13:03 科技 1708

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隨着中國城鎮化的不斷發展，人口老齡化程度正呈現加劇上升趨勢，需要進行身體和心理康復的人群不斷增多，採用信息技術輔助康復過程具有重要的現實意義。

國內學者劉婷婷等人於2018年發表在《系統仿真學報》雜誌上的“虛擬現實在特殊人群康復中的應用研究”這篇文章通過提出將虛擬智能體引入到康復治療當中，結合體感和語音技術建立情景化虛擬康復環境的構想。

他們在研究中設計了一種基於虛擬智能體的康復技術方案，並結合已完成的自閉症康復遊戲原型系統和老年人上肢鍛煉系統進行了討論，為智慧康復研發提供了一種新視角。下面就讓我們一起來看看吧！

引言

中國人口老齡化趨勢明顯，截止目前我國 60 歲以上的老年人已超過2.3億，其中腦卒中患者達到了1000萬。

與此同時，各種特殊兒童也引起普遍關注，兒童自閉症患者數量近年來急劇上升，全世界每88個孩子就有1個是自閉症兒童。我國0~14歲的自閉症兒童超過200萬。

虛擬現實是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機技術，它利用計算機技術生成一個具有視覺、聽覺、觸覺等多感知的虛擬環境，用戶通過使用各種交互設備，同虛擬環境進行實時互動。

虛擬現實開始被越來越多地應用到了康復治療領域，為患者提供有趣的互動，鼓勵患者積極主動地參與康復訓練，幫助患者成功完成各種枯燥的康復治療。

通過與人工智能結合，患者可以在虛擬環境中實現智慧康復，可節省大量的人力物力以及時間，化被動康復為主動康復，提高康復的效果。

此篇論文在對已有的虛擬現實技術在康復治療領域的文獻做了梳理討論的基礎上，引入虛擬智能體的概念，提出了依託於情感計算的人機互動，創建智能的自然交互環境，為進一步推進虛擬現實在智慧康復中的應用提供參考。

虛擬現實技術的應用構想

在已有的技術應用中，可以發現虛擬現實技術在特殊人群的康復治療中有着積極的作用。但這些系統中的陪伴虛擬角色行為表現較為簡單，智慧程度不高，只能做一些基本的任務，效果有限，不能滿足複雜的康復訓練系統的要求。

為了提高體驗效果，可以引入虛擬智能體的概念，拓展康復訓練的智能性。

虛擬智能體是由計算機生成的圖形實體，包含自主性、反應性、社會性、情緒性、適應性等屬性，虛擬智能體可以是虛擬角色，也可以是擬人的物體，引入虛擬智能體可以提升康復訓練系統的趣味性，提升用戶的體驗感。

總體構想

一個智慧的康復訓練可以從以下幾個方面進行設計：

1.建立適合康復訓練的虛擬環境

結合國內外有關康復治療的相關經驗，針對康復對象在肢體動作、言語表達、情感識別、社交困難等方面的康復需求，建立相應的三維虛擬場景。

2.建立面向康復對象的智能感知方法

通過攝像頭、體感設備，獲取康復對象當前的狀態信息，並通過情緒推理模型判斷表情和姿態的含義。減少穿戴設備的應用，降低用戶的不適感，提高他們的訓練興趣。通過語音識別設備和技術識別用戶的語音輸入，將其轉化為文本進行後期處理。

3.使用虛擬智能體提升用戶的情感體驗，達到情緒調節的目的

虛擬環境不僅包括靜態的場景信息，還應包括一些富有生命特徵的虛擬智能體。具有情緒表達能力的智能體能夠通過身體姿態和表情來表達情感，響應用戶的輸入信息，提高康復訓練過程的趣味性，體現情感化設計的理念。

4.通過物聯網技術實現虛擬環境和現實環境的無縫連接

隨着三維圖形技術的發展，高真實感的虛擬環境創建在技術上不存在問題。通過物聯網技術，打破虛擬世界和現實世界的界限，將虛擬世界作為現實世界的延伸，創建社會化的虛擬環境輔助治療系統。

技術路線

採用虛擬現實技術進行康復的輔助治療的總體設計如圖1所示。

圖1使用虛擬現實技術進行康復治療的框架設計

(1)虛擬環境：康復治療的虛擬環境中應包含場景、康復劇情和虛擬智能體。其中康復劇情應根據患者的康復需求進行編寫。虛擬環境可以通過人機交互設備與用戶進行交互，能夠檢測到用戶的輸入信息並對用戶的操作作出反饋，根據不同的用戶情況智能調取康復劇情。通過物聯網，虛擬環境可以和現實環境相交互。

(2)虛擬智能體：虛擬智能體具有感知能力，通過感知到的信息產生相應的情緒，影響相應的行為。同時，結合知識庫，智能體會對感知到的信息進行推理，調節情緒和行為。行為通過動作表現出來。這些動作包含表情、語言和姿勢。

康復遊戲原型

基於以上的構想，作者為自閉症兒童設計了一個社交能力訓練的三維虛擬現實遊戲原型，為老年人設計了一個上肢鍛煉的虛擬乒乓球比賽體感遊戲。

自閉症遊戲原型

遊戲包含一個虛擬社區以及陪伴的虛擬智能體。在該虛擬社區中，涵蓋了日常生活中的典型場景，如水果店、理髮店、廁所等。圖2(a)、(b)是這些場景的屏幕截圖。