基于虛擬現(xiàn)實的網(wǎng)絡(luò)化上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)

2.2配合主動訓(xùn)練模式的虛擬現(xiàn)實輔助訓(xùn)練軟件設(shè)計
2.2.1 主動訓(xùn)練模式介紹 該訓(xùn)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障礙，但是沒有完全喪失運動能力，因此可以通過設(shè)計一些具有良好交互性的虛擬場景游戲，使患者完全自主地利用康復(fù)機器人進行鍛煉。
2.2.2程序設(shè)計

整個軟件采用VC＋＋6.0創(chuàng)建的 win32 application應(yīng)用程序，調(diào)用 OpenGL的庫函數(shù)開發(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(xiàn)成的資源，這樣既保證了圖形圖像的質(zhì)量又提高了開發(fā)效率。該輔助訓(xùn)練軟件結(jié)合主動訓(xùn)練模式，給病人提供了寬廣的 3D虛擬場景，通過訓(xùn)練臂，并輔助一個羅技游戲搖桿進行漫游，患者通過機械臂控制場景人物平面方位角的改變，輔助游戲搖桿負責(zé)場景人物的前進，后退，俯仰角度以及射擊擊發(fā)?；颊咝枰瓿傻慕换ビ?xùn)練任務(wù)是盡快在該場景中找出移動的目標(biāo)靶并射擊命中。如圖 4所示：

該程序首先由 Win32應(yīng)用程序框架中的WinMain()函數(shù)提供程序的入口。當(dāng)窗口成功建立時，MsgProc()窗口回調(diào)函數(shù)調(diào)出OpenGL框架中Init()函數(shù)對OpenGL視圖進行變換調(diào)整。Windows窗口生成后就進入 GameLoop()主循環(huán)中，在此一直循環(huán)調(diào)用 OpenGL框架中的Render()函數(shù)進行我們需要的圖形場景處理和顯示，程序退出時，調(diào)用 CleanUp（）清除OpenGL連接。在交互方面，程序初始化時采用 Winsock 2.0建立了套接字，通過局域網(wǎng)接收下位機傳送的機械臂位置數(shù)據(jù)，通過計算轉(zhuǎn)化為場景人物的平面旋轉(zhuǎn)角度。從而達到實時交互的目的。前進后退，俯仰角度的改變以及子彈的發(fā)射，采用鍵盤按鍵消息事件的方式實現(xiàn)，再通過游戲搖桿驅(qū)動程序關(guān)聯(lián)響應(yīng)的按鍵，達到搖桿輔助控制的目的。程序分別使用mciSendString函數(shù)和 sndPlaySound函數(shù)來實現(xiàn)游戲過程中的各種音效。

3、實驗結(jié)果
進行康復(fù)訓(xùn)練時，病人的手固定在康復(fù)訓(xùn)練牽引機械臂的托盤上，醫(yī)生通過上位機界面（醫(yī)生端）分別設(shè)置運動模式為主動訓(xùn)練和抗阻訓(xùn)練，并調(diào)用相應(yīng)的虛擬現(xiàn)實輔助訓(xùn)練程序進行交互式康復(fù)訓(xùn)練，結(jié)果明顯提高了病人參與康復(fù)訓(xùn)練的積極性，訓(xùn)練時間明顯增加，同時病人也能保持興奮愉快的狀態(tài)。病人訓(xùn)練的同時，上位機界面實時曲線繪制正常，在阻抗訓(xùn)練模式下實時訓(xùn)練參數(shù)曲線繪制如圖 5所示，能較為準(zhǔn)確的反映病人的訓(xùn)練狀態(tài)。訓(xùn)練結(jié)束后打開病案數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)記錄表，可以看到位置數(shù)據(jù)和力度數(shù)據(jù)記錄正確。

5、總結(jié)
綜上所述，本康復(fù)訓(xùn)練機器人系統(tǒng)采用的上下位機聯(lián)合的方式，通過設(shè)計兩種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的互動訓(xùn)練程序，為患者的康復(fù)訓(xùn)練提供了一個生動的平臺，將患者從枯燥乏味的康復(fù)訓(xùn)練中解放出來。實驗結(jié)果證明，所設(shè)計的輔助訓(xùn)練程序能夠較好的配合患者進行主動訓(xùn)練和抗阻訓(xùn)練模式的要求。在以后的研究中，還需要針對網(wǎng)絡(luò)時延對病人與虛擬環(huán)境交互實時性的影響進行進一步的克服和改進。
本文作者的創(chuàng)新點是：本文針對中風(fēng)病人和上肢受傷病人在傳統(tǒng)的基于康復(fù)器械的訓(xùn)練中，人機之間缺乏良好的互動性以及訓(xùn)練模式內(nèi)容枯燥乏味的缺點，開發(fā)了一種新穎的基于虛擬現(xiàn)實和計算機網(wǎng)絡(luò)的上肢輔助康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。該系統(tǒng)配合康復(fù)訓(xùn)練的主動模式和阻抗模式，可以對病人進行具有趣味性和良好交互性的康復(fù)訓(xùn)練過程。