基于虛擬現實(shí)的網(wǎng)絡(luò )化上肢康復訓練系統

2.2配合主動(dòng)訓練模式的虛擬現實(shí)輔助訓練軟件設計
2.2.1 主動(dòng)訓練模式介紹 該訓練模式適用于病情比較輕的患者，這些的患者的患肢雖然有些運動(dòng)障礙，但是沒(méi)有完全喪失運動(dòng)能力，因此可以通過(guò)設計一些具有良好交互性的虛擬場(chǎng)景游戲，使患者完全自主地利用康復機器人進(jìn)行鍛煉。
2.2.2程序設計

整個(gè)軟件采用VC＋＋6.0創(chuàng )建的 win32 application應用程序，調用 OpenGL的庫函數開(kāi)發(fā)。軟件所涉及的帶有貼圖的 3D模型和其他圖形素材，采用了現成的資源，這樣既保證了圖形圖像的質(zhì)量又提高了開(kāi)發(fā)效率。該輔助訓練軟件結合主動(dòng)訓練模式，給病人提供了寬廣的 3D虛擬場(chǎng)景，通過(guò)訓練臂，并輔助一個(gè)羅技游戲搖桿進(jìn)行漫游，患者通過(guò)機械臂控制場(chǎng)景人物平面方位角的改變，輔助游戲搖桿負責場(chǎng)景人物的前進(jìn)，后退，俯仰角度以及射擊擊發(fā)?；颊咝枰瓿傻慕换ビ柧毴蝿?wù)是盡快在該場(chǎng)景中找出移動(dòng)的目標靶并射擊命中。如圖 4所示：

該程序首先由 Win32應用程序框架中的WinMain()函數提供程序的入口。當窗口成功建立時(shí)，MsgProc()窗口回調函數調出OpenGL框架中Init()函數對OpenGL視圖進(jìn)行變換調整。Windows窗口生成后就進(jìn)入 GameLoop()主循環(huán)中，在此一直循環(huán)調用 OpenGL框架中的Render()函數進(jìn)行我們需要的圖形場(chǎng)景處理和顯示，程序退出時(shí)，調用 CleanUp（）清除OpenGL連接。在交互方面，程序初始化時(shí)采用 Winsock 2.0建立了套接字，通過(guò)局域網(wǎng)接收下位機傳送的機械臂位置數據，通過(guò)計算轉化為場(chǎng)景人物的平面旋轉角度。從而達到實(shí)時(shí)交互的目的。前進(jìn)后退，俯仰角度的改變以及子彈的發(fā)射，采用鍵盤(pán)按鍵消息事件的方式實(shí)現，再通過(guò)游戲搖桿驅動(dòng)程序關(guān)聯(lián)響應的按鍵，達到搖桿輔助控制的目的。程序分別使用mciSendString函數和 sndPlaySound函數來(lái)實(shí)現游戲過(guò)程中的各種音效。

3、實(shí)驗結果
進(jìn)行康復訓練時(shí)，病人的手固定在康復訓練牽引機械臂的托盤(pán)上，醫生通過(guò)上位機界面（醫生端）分別設置運動(dòng)模式為主動(dòng)訓練和抗阻訓練，并調用相應的虛擬現實(shí)輔助訓練程序進(jìn)行交互式康復訓練，結果明顯提高了病人參與康復訓練的積極性，訓練時(shí)間明顯增加，同時(shí)病人也能保持興奮愉快的狀態(tài)。病人訓練的同時(shí)，上位機界面實(shí)時(shí)曲線(xiàn)繪制正常，在阻抗訓練模式下實(shí)時(shí)訓練參數曲線(xiàn)繪制如圖 5所示，能較為準確的反映病人的訓練狀態(tài)。訓練結束后打開(kāi)病案數據庫的歷史數據記錄表，可以看到位置數據和力度數據記錄正確。

5、總結
綜上所述，本康復訓練機器人系統采用的上下位機聯(lián)合的方式，通過(guò)設計兩種基于虛擬現實(shí)技術(shù)的互動(dòng)訓練程序，為患者的康復訓練提供了一個(gè)生動(dòng)的平臺，將患者從枯燥乏味的康復訓練中解放出來(lái)。實(shí)驗結果證明，所設計的輔助訓練程序能夠較好的配合患者進(jìn)行主動(dòng)訓練和抗阻訓練模式的要求。在以后的研究中，還需要針對網(wǎng)絡(luò )時(shí)延對病人與虛擬環(huán)境交互實(shí)時(shí)性的影響進(jìn)行進(jìn)一步的克服和改進(jìn)。
本文作者的創(chuàng )新點(diǎn)是：本文針對中風(fēng)病人和上肢受傷病人在傳統的基于康復器械的訓練中，人機之間缺乏良好的互動(dòng)性以及訓練模式內容枯燥乏味的缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一種新穎的基于虛擬現實(shí)和計算機網(wǎng)絡(luò )的上肢輔助康復訓練系統。該系統配合康復訓練的主動(dòng)模式和阻抗模式，可以對病人進(jìn)行具有趣味性和良好交互性的康復訓練過(guò)程。