摘 要

当今社会，工作越来越繁重，人们留给运动的时间越来越少，从而导致身体透支。手部运动功能障碍也愈发常见，对人们日常生活造成了严重影响。医学研究指出病人在治疗期间进行规律的是手部康复训练对康复有非常大的帮助。但是由于国内现存的康复训练机械无味，同时医院也缺乏训练过程数据的收集，对病人康复过程中的训练结果无法准确获取。导致康复训练效果不佳。如何克服这些问题成了康复系统设计的关键。

本文将虚拟现实技术应用于手部康复系统中，将康复训练转变为趣味性的手部运动小游戏，并使用5DT数据手套采集患者手部关节活动信息，使训练准确性提高，提高康复效率。首先使用Unity3D制作了手势训练虚拟游戏，再编写C 程序将5DT数据手套与PC机建立连接，数据手套传感器获取的手部关节信息需要进行数据化处理后再够传递给虚拟环境，虚拟环境再根据收到的信息做一系列相应的变化。除此之外，本文还使用Microsoft Acess软件设计了用于储存患者信息的数据库，便于医生查看患者信息。经过实验的结果显示：将虚拟现实技术运用于手部康复系统中，对患者康复效率有很大提升，并极大的增加了患者进行康复训练的兴趣。

关键词：虚拟现实；Unity3D；手部康复训练；5DT数据手套；

Abstract

In today's society, work is becoming more and more heavy, people leave less and less time for exercise, which leads to overdraft of the body. Hand motor dysfunction is becoming more and more common, which has a serious impact on people's daily life. Medical research points out that the regularity of hand rehabilitation training during treatment is very helpful to rehabilitation. However, due to the insipidity of the existing rehabilitation training machinery in China and the lack of data collection in the training process in hospitals, the training results in the rehabilitation process of patients can not be accurately obtained. Rehabilitation training results in poor results. How to overcome these problems has become the key to the design of rehabilitation system.

In this paper, virtual reality technology is applied to the hand rehabilitation system. Rehabilitation training is transformed into an interesting hand movement game, and 5DT data glove is used to collect the information of patients'hand joint movement, so as to improve the accuracy of training and rehabilitation efficiency. Firstly, a virtual game of gesture training is made by Unity3D. Then, a C program is written to connect the 5DT data glove with PC. The joint information acquired by the data glove sensor needs to be digitalized before it can be transmitted to the virtual environment. The virtual environment makes a series of corresponding changes according to the received information. In addition, this paper also uses Microsoft Acess software to design a database for storing patient information, which is convenient for doctors to view patient information. The experimental results show that the application of virtual reality technology in hand rehabilitation system greatly improves the rehabilitation efficiency of patients, and greatly increases the interest of patients in rehabilitation training.

Key Words: Virtual reality; Unity3D; Hand rehabilitation training;5DT Data glove;

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.3论文内容与结构 5

第2章 基于虚拟现实的手部康复系统的实现 6

2.1 虚拟现实技术的概念 6

2.2 虚拟现实技术的应用 6

2.2.1在安全科普中的应用 6

2.2.2在环境保护中的应用 7

2.2.3在医学中的应用 7

2.3设计方案 8

2.4虚拟现实系统的实现 8

2.4.1 软件平台 8

2.4.2 虚拟系统设计 9

2.4.3 手势训练模块设计 11

2.4.4 患者信息数据库设计 13

2.5本章小结 14

第3章 人机交互的实现 15

3.1 5DT数据手套简介 15

3.2 数据手套初值标定 16

3.3 数据手套的通讯接口设计 18

3.4 手势采集及判定 19

3.5 实时数据采集 20

3.6本章小结 20

第4章 总结与展望 21

4.1 工作总结 21

4.2 工作展望 21

参考文献 22

致谢 23

第1章 绪论

研究背景及意义

随着社会发展，人口老龄化现象在各个国家都有出现，我国也不例外，由于人民生活质量的提高以及计划生育政策的实施，我国也进入了人口老龄化，甚至已经开始影响到社会、经济的良好发展。截止2017年我国大陆人口总数达到13.9亿，比16年上涨超过700万人，且在年龄结构上，60岁以上老年人口已经达到2.4亿，达到人口总数的17.3%，远超人口老龄化标准的10%，65岁以上老年人口为1.58亿人，达到人口总数的11.4%。作为生命的最后阶段，人体器官机能在老年时本就会不断退化，一些老年疾病频发也是不可避免，如阿兹海默症、以脑血栓为代表的心脑血管疾病、类风湿性关节炎等^[1]。

现如今，每一天就有七千两百人因脑卒中死亡。根据数理协会统计结果显示，在中国，每年平均约有225万新增的脑卒中患者，而每年因脑卒中死亡的病人数量也达到了200万。目前，脑卒中已成为致死率最高的疾病之一，在因疾病导致的死亡总数中占比高达22.5%。然而，更令人担忧的是，这种以往只有身体羸弱的老年人才会患的疾病现在也向年轻人伸出了魔爪。脑中卒患者往往伴生有手部功能障碍，严重者不仅影响手部正常使用，设置会连累其他家属的正常生活。手是人们生活正常进行的必要工具，大量的日常活动都需要手的配合来完成。因此手部功能障碍会给患者在生活中造成许多困扰。

研究表明，患有手部功能障碍的患者进行科学规律的康复治疗对其恢复有非常好的帮助。一般手部功能障碍康复是一名医护人员单独与一名患者进行训练，训练过程枯燥乏味，耗费大量的人力资源的同时又难以保证训练动作的准确性。此外，许多患者出院后不愿意再定时回到医院做康复理疗，希望能在家训练，导致训练效果不佳，患者错过康复训练的最佳时间从而丧失完全恢复的良机^[2]。