基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下的老年人康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究

施柳羽

【摘 要】我國(guó)人口漸趨老齡化，如何提高老年人口的健康和生活質(zhì)量已經(jīng)受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品走進(jìn)了千家萬(wàn)戶。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用在康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品上，解決了傳統(tǒng)訓(xùn)練工具費(fèi)時(shí)耗力又單調(diào)的缺陷，為老年人提供方便又不失趣味性的康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品，激發(fā)了老年人參與治療的積極性。

【Abstract】China's population is becoming more and more aging， and how to improve the health and quality of life of the elderly has attracted widespread attention from all walks of life. With the development of economy and technology， rehabilitation training products come into families. In addition， the virtual reality technology is applied to rehabilitation training products， which solves the shortcomings of time-consuming and monotonous traditional training tools， provides a convenient and interesting rehabilitation training product for the elderly， stimulates the enthusiasm of the elderly to participate in the treatment.

【關(guān)鍵詞】老年人；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；康復(fù)訓(xùn)練工具；趣味性

【Keywords】the aged； virtual reality technology； rehabilitation training tool； interest

【中圖分類號(hào)】TP391.9 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）12-0178-02

1 引言

人口老齡化是當(dāng)今世界人口的一大趨勢(shì)，如今老年群體已成為不可忽視的一個(gè)群體，老年人的健康生活也受到了社會(huì)上越來(lái)越多的關(guān)注，老年人產(chǎn)品設(shè)計(jì)充滿了巨大的市場(chǎng)前景和社會(huì)價(jià)值，科技的發(fā)展將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)帶到我們的身邊，涉及生活的各個(gè)方面如娛樂(lè)休閑、城市交通管理、遠(yuǎn)程操控、醫(yī)療研究、航天航空等。雖然這項(xiàng)技術(shù)尚未成熟，但是充滿希望的發(fā)展前景讓人充滿期待。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)叫做虛擬實(shí)境，簡(jiǎn)稱VR，主要是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三度空間的虛擬世界，用戶可以感官，對(duì)周圍環(huán)境及事物與之發(fā)生“交互”作用，如同身臨其境一般。虛擬現(xiàn)實(shí)擁有最新發(fā)展技術(shù)如：計(jì)算機(jī)仿真、傳感、顯示及網(wǎng)絡(luò)并行處理等，是一種高技術(shù)模擬系統(tǒng)，是由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的。最大特點(diǎn)是：用戶可以用自然方式與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互操作，這樣人們可以不再局限于有限的條件去認(rèn)識(shí)世界，從而有效地?cái)U(kuò)展了自己的認(rèn)知手段和領(lǐng)域。人們與虛擬環(huán)境需要通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)裝置或者仿真裝置進(jìn)行連接，不同的項(xiàng)目使用不同的工具，主要包括：頭盔式顯示器、跟蹤器、傳感手套、屏幕式顯示系統(tǒng)、三維立體聲音生成裝置。

2.2 老年人醫(yī)療拐杖案例介紹

老年人康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品主要針對(duì)老年人感官能力下降、行為變慢、體能下降、活動(dòng)空間范圍減少等一系列因年齡增長(zhǎng)而出現(xiàn)的問(wèn)題，雖然市面上已有的訓(xùn)練工具都較機(jī)械單調(diào)，但是可以看到很多設(shè)計(jì)師已經(jīng)開(kāi)始考慮到康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品的不足之處，試著增添一些趣味性因素、人文情懷在這一系列產(chǎn)品之中。

如圖1，這是一款電子智能拐杖，該產(chǎn)品具有移動(dòng)導(dǎo)航和健康管理功能，該拐杖除了能夠起到支撐作用之外，還在手柄上整合了監(jiān)測(cè)脈搏、血壓和體溫的內(nèi)置傳感器、用來(lái)顯示健康數(shù)據(jù)的LCD屏幕、以及聯(lián)系救助中心的求助按鈕，與之配套接收救助信的耳機(jī)。

3 老年病患現(xiàn)狀及分析

人步入老年期后，各種身體功能開(kāi)始退化，生理防御機(jī)能也開(kāi)始減弱，因此不免要患上各種疾病。常見(jiàn)的情況有：聽(tīng)覺(jué)與視覺(jué)的下降、記憶力減退、骨質(zhì)疏松等身體各方面功能結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的衰退。其中運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的衰退是最明顯的，隨著年齡的增長(zhǎng)，人的肌肉會(huì)隨之發(fā)生萎縮，出現(xiàn)的癥狀有：手抖、四肢無(wú)力、韌帶萎縮僵硬等。相關(guān)疾病有：腦血管疾病、骨關(guān)節(jié)疾病、老年癡呆和重精神病等。

4 康復(fù)訓(xùn)練虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)研究

4.1 可行性及技術(shù)分析

研究表明，如果能在康復(fù)訓(xùn)練的過(guò)程中提供患者形式多樣的反饋，發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性，根據(jù)患者的反應(yīng)給予相應(yīng)的建議，可以激發(fā)患者進(jìn)行訓(xùn)練的興趣和動(dòng)力，因此研究者發(fā)現(xiàn)了在康復(fù)訓(xùn)練中加入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的創(chuàng)新性，并設(shè)計(jì)出了基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。通過(guò)最新的計(jì)算機(jī)圖形與圖像技術(shù)，將患者放置在一個(gè)虛擬的環(huán)境，通過(guò)摳像技術(shù)，使患者可在屏幕上看到自己或以虛擬圖形式出現(xiàn)，屏幕中會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的情景，病患根據(jù)屏幕中的變化和提示做各種動(dòng)作，在治療前利用智能人體運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)，進(jìn)行人體識(shí)別定位，并在軟件中設(shè)定訓(xùn)練目標(biāo)，指定需要訓(xùn)練的部位，建立運(yùn)動(dòng)處方，完成一個(gè)時(shí)間段的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后，臨床報(bào)告會(huì)自動(dòng)顯示訓(xùn)練數(shù)據(jù)結(jié)果，主要運(yùn)用于患者的肢體康復(fù)訓(xùn)練，每個(gè)治療方案有多種訓(xùn)練方式，為不同患者提供個(gè)性化治療，這樣的治療方法大大增加了患者對(duì)康復(fù)的信心和希望。

4.2 運(yùn)用實(shí)例

早在2002年，Rutgers和Stanford大學(xué)就研制了一套家用康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)擁有一個(gè)帶圖形加速器的計(jì)算機(jī)、一個(gè)多功能觸覺(jué)控制界面、一個(gè)追蹤儀，它利用了WorldToolKit軟件構(gòu)建了康復(fù)訓(xùn)練環(huán)境，然后對(duì)虛擬路徑進(jìn)行規(guī)劃，適用于患者的手、肘、膝和踝關(guān)節(jié)等的訓(xùn)練。endprint

2007年《中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù)》發(fā)表了一篇叫作《上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人虛擬環(huán)境建模技術(shù)》的研究，該研究證明了虛擬現(xiàn)實(shí)可以實(shí)現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練中視覺(jué)和力的交互，根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及時(shí)給予患者視覺(jué)反饋和力的反饋，患者通過(guò)機(jī)械臂根據(jù)虛擬環(huán)境中提供的引導(dǎo)小球，進(jìn)行反復(fù)的圓弧運(yùn)動(dòng)，達(dá)到鍛煉上肢康復(fù)訓(xùn)練的目的。這項(xiàng)技術(shù)會(huì)規(guī)劃路徑并在此周圍建立虛擬力勢(shì)場(chǎng)，當(dāng)患者的實(shí)際運(yùn)動(dòng)與預(yù)測(cè)的位置存在誤差時(shí)，它會(huì)提供相應(yīng)的力反饋，提示并幫助患者進(jìn)行正確的鍛煉。

在2017年最新的一項(xiàng)研究報(bào)告中，研究人員根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)了多種基于駕駛體驗(yàn)的訓(xùn)練游戲，并根據(jù)不同的患者制定個(gè)性化的治療方案。系統(tǒng)設(shè)置了三種訓(xùn)練模式，針對(duì)不同患者需要，醫(yī)師可以更改參數(shù)以適應(yīng)他們的需求。這樣的多模式的訓(xùn)練游戲，又將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合下的康復(fù)訓(xùn)練想要達(dá)到的激勵(lì)患者鍛煉的目的提升了一個(gè)檔次。

4.3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下的老年人康復(fù)拐杖概念設(shè)計(jì)

①智能體驗(yàn)。將老人放置在一個(gè)虛擬環(huán)境中，拐杖連接終端設(shè)備，老人通過(guò)屏幕出現(xiàn)的情景，根據(jù)提示做出相應(yīng)的動(dòng)作，例如顯示公園這個(gè)場(chǎng)景，老人需要執(zhí)行的動(dòng)作是一系列簡(jiǎn)單的鍛煉動(dòng)作?；蛘呤侵贫骋挥?xùn)練目標(biāo)，每一階段都有特定的訓(xùn)練計(jì)劃，老人可以借此了解自己的康復(fù)程度，得到直觀的反饋。根據(jù)不同的需求通過(guò)設(shè)置參數(shù)提供不同的鍛煉方式，這樣的體驗(yàn)主要針對(duì)的痛點(diǎn)是老年人手腳不便無(wú)法像一般老人一樣外出鍛煉、聊天，待在家中沉悶無(wú)聊；爽點(diǎn)：利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，模擬各種場(chǎng)景，讓老人在家中隨時(shí)鍛煉，足不出戶也能感受外界的美好，同時(shí)還能與科技接軌，享受科技帶來(lái)的樂(lè)趣，從而激發(fā)對(duì)美好生活的向往，積極投入到鍛煉康復(fù)中去。②概念模型。拐杖所起到的作用不僅只是輔助行走這個(gè)傳統(tǒng)功能，在一定意義上屬于老人在虛擬環(huán)境下使用的操作桿，這樣老人就能夠用自然方式與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互操作。根據(jù)規(guī)范動(dòng)作設(shè)計(jì)一套參數(shù)，用來(lái)識(shí)別老人的動(dòng)作是否規(guī)范，拐杖設(shè)置語(yǔ)言提示功能及時(shí)提醒老人動(dòng)作錯(cuò)誤，同時(shí)還給予力的反饋。為了保證老人使用拐杖的安全性，這項(xiàng)技術(shù)會(huì)在拐杖底部建立虛擬勢(shì)場(chǎng)，保證拐杖只能在一定角度傾斜，不會(huì)傾倒。③難點(diǎn)及發(fā)展的可能性。然而，目前大多數(shù)人對(duì)虛擬技術(shù)還是采取觀望態(tài)度，由于技術(shù)的不成熟、安全性得不到保證、價(jià)格昂貴等原因，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還尚未真正進(jìn)入人們的生活。雖然這項(xiàng)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域已經(jīng)得到一小部分運(yùn)用，但是如果真正要被每個(gè)人所接受還是有一點(diǎn)難度的，更不用說(shuō)大部分都不懂科技的老年人了。

但是，科技的發(fā)達(dá)以及人們?nèi)找鎸?duì)生活服務(wù)質(zhì)量的要求提高，催促著對(duì)新興技術(shù)快速研究和發(fā)展，隨著時(shí)代的發(fā)展，未來(lái)的老一輩正是努力追求科技發(fā)展、生活層次豐富的我們這一代，而也正是我們這一代敢于創(chuàng)新、敢于追求新事物，相信到時(shí)候的我們會(huì)享受到科技帶來(lái)的幸福感，像基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的拐杖這樣的產(chǎn)品將會(huì)是類似于手機(jī)這樣普通的存在吧。

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)是一種為了一定的目的而構(gòu)想行動(dòng)方案的活動(dòng)，應(yīng)靈活運(yùn)用新技術(shù)新材料不斷滿足現(xiàn)代設(shè)計(jì)的需要。人工智能時(shí)代已經(jīng)開(kāi)啟，我們應(yīng)積極主動(dòng)去迎接新技術(shù)帶給我們的挑戰(zhàn)，將它們充分運(yùn)用到為人類提供更好服務(wù)的事業(yè)之中。關(guān)于虛擬技術(shù)下的老年人康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研究，還需要更多的研究與探索，但是對(duì)于它未來(lái)的前景，我們充滿著期待。

【參考文獻(xiàn)】

【1】韓貞貞.家用老年人肢體康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究[D].上海：東華大學(xué)，2013.endprint