智能感覺統(tǒng)合教育系統(tǒng)*

　　摘要： 本文簡要介紹了智能感覺統(tǒng)合訓(xùn)練系統(tǒng)CasBam，該系統(tǒng)運(yùn)用了RFID身份識別、微控開關(guān)控制板、紅青立體圖片等技術(shù)。它的推廣，將在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，大大提高幼兒感統(tǒng)教育的質(zhì)量。

　　關(guān)鍵詞： 感覺統(tǒng)合失調(diào);RFID;紅青立體圖片;專家診斷系統(tǒng)

　　引言

　　筆者在北京市幾家幼兒園走訪時，了解到大約每個班級里都有10%的孩子患有一種感覺統(tǒng)合失調(diào)(DSI)的典型癥狀，中度或輕微癥狀的孩子就更多了。更為讓人擔(dān)憂的是，由于缺少相關(guān)的訓(xùn)練器械和教育方法，在大部分的發(fā)展中國家，患兒很難及時得到治療或者痊愈。

　　了解到現(xiàn)今的感覺統(tǒng)合失調(diào)在教育中所面臨的問題以及它的重要性之后，我們覺得我們有義務(wù)來為這些孩子開發(fā)一套稱為CasBam的智能化的訓(xùn)練設(shè)備。

　　系統(tǒng)功能概況

　　系統(tǒng)功能框圖如圖1所示，主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)反饋三部分組成。

　　數(shù)據(jù)采集

　　根據(jù)不同訓(xùn)練模塊的要求和特性，我們引入了不同的技術(shù)，如在S橋模塊，基于圖像模塊和圖像處理技術(shù)，我們有效地將虛擬現(xiàn)實(shí)引入了訓(xùn)練中。并且提供了實(shí)時交互和檢測，整個訓(xùn)練中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)也將被記錄下來。

　　數(shù)據(jù)分析

　　通過專家系統(tǒng)中的模糊數(shù)學(xué)算法，我們將第一部分采集來的訓(xùn)練數(shù)據(jù)劃分類別、分難度的系統(tǒng)分析后，將會給出訓(xùn)練達(dá)標(biāo)級別，以及簡單的訓(xùn)練提示，自動對訓(xùn)練模式進(jìn)行一定的修正。訓(xùn)練模式和難度可以根據(jù)不同小孩的情況得到修改和調(diào)整。

　　數(shù)據(jù)反饋

　　通過網(wǎng)絡(luò)終端的控制，老師、家長以及感統(tǒng)訓(xùn)練專家可以通過不同的權(quán)限登陸到系統(tǒng)專屬的網(wǎng)站上，察看不同部分的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。專家更可以通過網(wǎng)絡(luò)對判斷閾值進(jìn)行修改，給出訓(xùn)練建議。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖2所示。

　　系統(tǒng)特色

　　基于RFID技術(shù)的個人訓(xùn)練模式

　　采用RFID技術(shù)來識別和處理個人的有用信息，從而調(diào)整訓(xùn)練狀態(tài)。在這個系統(tǒng)中，RFID部分內(nèi)置在小孩佩戴的手表上，便于攜帶，讓小孩在游戲中輕松地完成刷卡和身份識別的過程。

　　利用視覺游戲生成的S橋訓(xùn)練模塊

　　利用紅青立體技術(shù)，制作出三維立體效果的圖片，讓兒童在立體視覺效果中完成訓(xùn)練。3D圖片主要利用人左右雙眼的距離差異體現(xiàn)立體效果，在圖像處理軟件中利用兩個攝影機(jī)模擬人的左右雙眼，最終通過顏色處理，合成圖片。具體的操作步驟如下：

　　根據(jù)小孩所接觸的簡單的社會和生活場景以及感覺統(tǒng)合訓(xùn)練中平衡感的訓(xùn)練要求，在紙面上設(shè)計出大致的場景圖片，并且根據(jù)路徑長度、曲度、寬度以及周圍景物的復(fù)雜程度，確定不同場景的難度。

　　在3D Max等三維建模軟件中根據(jù)第一步中的設(shè)計草圖進(jìn)行建模，通過細(xì)微形狀調(diào)整來實(shí)現(xiàn)不同場景的不同難度。并貼上材質(zhì)圖層。

　　在3D Max中模仿人的左右雙眼，設(shè)置兩臺攝影機(jī)，分別從不同角度進(jìn)行拍攝，并且渲染成兩幅圖片。

　　將兩幅圖片導(dǎo)入到Photoshop中，將兩幅圖片的RGB通道進(jìn)行調(diào)整，使得一幅呈紅相，一幅呈青相，合成兩幅圖片后，帶上紅青立體眼鏡后，即可觀測到立體效果。

　　具體圖片示例如圖4。

　　自動機(jī)械化模塊

　　利用微動開關(guān)和模擬傳感器，接收兒童的行走信息;利用電動馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)座椅，節(jié)省訓(xùn)練成本。

　　路線跟蹤算法

　　將PSP地板分為幾大模塊，利用自己設(shè)計的路線跟蹤算法，以最優(yōu)的形式匹配路徑。整個板面裝有7500個微控開關(guān)，可精確記錄下兒童的行走路線。裝有微控開關(guān)的地板模塊如圖5所示。

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　　基于模糊數(shù)學(xué)模型的專家系統(tǒng)

　　因?yàn)橛?xùn)練項(xiàng)目的數(shù)量較多，同時專家系統(tǒng)需要來自不同訓(xùn)練的多組數(shù)據(jù)來綜合評價一個小孩的感統(tǒng)狀態(tài)，在設(shè)計時對多種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，從結(jié)果中得出最優(yōu)選擇是模糊數(shù)學(xué)模型。

　　圖6是基于模糊數(shù)學(xué)的專家系統(tǒng)模型，整個專家系統(tǒng)分為三部分：數(shù)據(jù)分類，自動診斷和自動判別。

　　WinCE 6.0在Ebox2300上的應(yīng)用

　　我們在Ebox2300游戲機(jī)上構(gòu)建了一個WinCE 6.0的映像，為了能使操作系統(tǒng)能夠與Ebox2300相兼容，用以下的工具如微軟公司Visual Studio 2005和ICOP公司Vortex86_60B: X86的BSP支持倉來構(gòu)建我們自己的操作系統(tǒng)，以便Windows CE可以更好地在Ebox2300發(fā)揮作用。

　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要特點(diǎn)包括：.NET Framework構(gòu)建的操作系統(tǒng);防火墻保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩?MCU游戲機(jī)與單片機(jī)的應(yīng)用;互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的采用;EDB引擎實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存和處理功能;Hive基注冊表實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行同步保存數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)丟失;支持靜態(tài)圖片的編碼和解碼;串聯(lián)端口完成Ebox2300與USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。

　　市場分析

　　兒童感覺統(tǒng)合(簡稱感統(tǒng))訓(xùn)練作為兒童教育產(chǎn)業(yè)中一個新的巨大市場正浮出水面。我國4-6歲兒童約有3.7億多人，這是一片龐大的兒童智力開發(fā)教育市場。我國家長對孩子的受教育質(zhì)量和水平特別注重，因此，兒童感統(tǒng)教育引入中國將大受歡迎。目前，感統(tǒng)訓(xùn)練雖在歐美、我國香港、臺灣地區(qū)等都大于95%，在中國的普及率還不及5%。幼兒園可以成為推廣感統(tǒng)教育的最好平臺，讓更多的孩子都加入到感統(tǒng)訓(xùn)練中來，獲得幸?？鞓返耐?。

　　結(jié)語

　　CasBam包含了幾個不同的訓(xùn)練器械，比如S型橋、旋轉(zhuǎn)椅、旋轉(zhuǎn)床等等，目的是為了提高和改進(jìn)現(xiàn)有的感覺統(tǒng)合訓(xùn)練教具。為了有更好的訓(xùn)練效果，我們運(yùn)用了先進(jìn)的機(jī)械自動化、RFID身份識別、3D建模、路徑跟蹤和遠(yuǎn)程溝通等技術(shù)。

　　下一步我們將進(jìn)一步測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且進(jìn)行深入的市場調(diào)研。