摘 要

随着科技的进步，电脑手机等电子产品已成为生活必备品，但由于长期注视屏幕而引起的颈椎疾病也变得非常普遍，而在青年人群体中更是尤为突出。因此颈椎康复治疗就越来越重要，同时将虚拟现实和康复医疗结合，则会让康复治疗更让大众接受，使治疗过程更有趣味性。

本着二者结合的思路，使用GearVR和三星GalaxyS6手机搭建所需要的硬件环境，再通过Unity3D创建模型和搭建场景实现虚拟现实做需要的软件环境。然后编写C#脚本绑定在对应模型上，实现所需功能。系统分为三部分，第一部分为镜像复制用户的头部运动，让用户清晰地观察自身头部运动轨迹；第二部分为太空大战，用户发射炮弹的同时可实现颈椎活动和反应速度的训练；第三部分为方向追踪，用户通过光标追踪变色小球，可以全方位的活动颈椎。

最后通过Unity3D仿真以及实际运行的调试与检验，实现了颈椎康复活动的设计要求与效果。

关键词：虚拟现实；颈椎；趣味性；康复

ABSTRACT

With the progress of science and technology, computer and other electronic products has become a necessity, but because of long-term attention to the screen caused by cervical disease has become very common, and in the youth group is particularly prominent. So cervical rehabilitation treatment is more and more important, while the combination of virtual reality and rehabilitation of medical care, will allow rehabilitation treatment more public acceptance, so that the treatment process more interesting.

In the combination of the two ideas, the design of the use of gearVR and Samsung galaxyS6 mobile phone to build the required hardware environment, and then through Unity3D to create a model and build the scene to achieve virtual reality to do the required software environment. And then write C # script binding in the corresponding model, to achieve the required functions. The system is divided into three parts, the first part for the mirror to copy the user's head movement, allowing users to clearly observe their own head movement trajectory; the second part of the space war, the user fired shells at the same time can achieve cervical activity and reaction speed training ; The third part of the direction of tracking, the user tracking the ball through the cursor, you can all-round activities of the cervical spine.

Finally, through the Unity3D simulation and the actual operation of the debugging and testing, to achieve the cervical rehabilitation activities of the design requirements and effects.

Key words: virtual reality ; cervical ; Interesting ; rehabilitation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外状况分析 1

1.3 研究内容与意义 1

第2章 需求分析与康复医疗系统构成 3

2.1 需求分析 3

2.2 系统环境与原理 3

2.2.1 设备简介 3

2.2.2 成像原理 5

2.3 定位系统 6

2.3.1 加速度传感器 6

2.3.2 陀螺仪 7

2.3.3 磁力计 7

2.4 场景搭建工具（Unity3D） 8

第3章 康复医疗软件设计与编程 9

3.1准备工作 9

3.1.1 创建工程 9

3.1.2 软件操作 9

3.1.3 VR环境搭建 14

3.2头部追踪 16

3.2.1 程序框图 16

3.2.2 主要参数介绍 17

3.2.3 系统实现原理 17

3.2.4 主要程序 18

3.3 方向追踪 19

3.3.1 程序框图 19

3.3.2 主要参数介绍 20

3.3.3 系统实现原理 20

3.3.4 主要程序 21

3.4 太空大战 23

3.4.1程序框图 23

3.4.2主要参数介绍 27

3.4.3 系统实现原理 27

3.4.4 主要程序 28

3.5 主界面 30

3.5.1 程序框图 30

3.5.2 主要参数 31

3.5.3 系统实现原理 31

3.5.4 主要程序 31

第4章 总结 33

参考文献 35

致谢 36

第1章 绪论

1.1 研究背景

虚拟现实给当代医学治疗带来了彻底的改革，即不用实物就可以为医学相关从业人员给出一个允许失误的虚拟场景，这项技术在医学实践和教学中都有很重要的意义。

康复医疗的训练是身和心的训练。而虚拟现实康复训练指有各类运动性障碍不能进行连贯动作的一类人，通过在虚拟环境中解除心理问题、模拟正常生活和进行自由运动^[1]。以往的的康复治疗不但耗费精力，趣味性低，并且康复的程度和效果也不会得到准确及时的评估，这样很容易失去最佳的治疗时机，但结合虚拟现实与仿真技术的康复治疗训练就能够很圆满的解决这一大问题，尤其对丧失行动能力的人群很有帮助，与此同时对心理有问题的患者也可以达到很好的康复治疗效果^[2]。

1.2 国内外状况分析

目前的国内外颈椎治疗分为手术性与非手术性治疗。手术性治疗针对于颈椎遭受意外性创伤的患者，而非手术性治疗主要针对于积劳成疾类的颈椎疾病。非手术性治疗是本设计所研究的康复治疗方式。在非手术性治疗的手段中，运动治疗的治疗效果最为显著。运动治疗指使用活动肌肉的方法来训练颈部肩部的肌肉弹性，增强颈椎韧带侧部和后部的力度，防止因为肌肉组织密度低造成的椎动脉压迫和脊髓压迫。强化颈部和肩部的肌肉锻炼，能够有效的预防以及延缓与颈椎有关疾病并可使早期的颈椎病得到治愈^[3]。根据之前的一项调查，颈部肩部的肌肉和韧带强度高的一类人中，有关颈椎的疾病持续发作的概率下降到20%，因此颈部肩部一带的韧带肌肉群的强化程度高，对于颈椎疾病的相关治疗有着至关重要的作用。

1.3 研究内容与意义

虚拟现实可以将运动治疗效率提高很多。在日常的颈椎运动治疗，大部分是通过做颈部保健操实现肌肉康复（如图1.1），但颈椎操动作单一、流程固定，做的时间次数过多后，不免会产生枯燥乏味的感觉。本设计将保健操的动作标准通过游戏的方式呈现，例如颈部保健操中需要向上抬头，则可以在场景中用户头盔的上方设置提示物，提醒患者向上抬头，同时呈现特殊效果，然后提示下一个目标方向，以此类推，在整个康复过程中可以设计追踪患者头部头盔轨迹的程序与模型，让患者就像照镜子一样，可以直观的看到自己的头部运动过程，从而增加患者在虚拟场景中的视觉沉浸感^[4]。这样一来，就可以实现与颈部保健操中相同的动作标准，而且更加有趣味性的来达到康复效果。

虚拟现实康复训练（Rehabilitation Training）的意义可以让患者通过外接的输入设备，如数据手套（Data gloves)、动作捕捉器（Action capture）将动作寻迹转化为数据，并在输出设备上感受到视听触的多种体验^[5]。以此达到最大限度的机体功能康复。