基于AR設(shè)計(jì)的盲人模擬導(dǎo)航系統(tǒng)的商業(yè)化研究

師強(qiáng)強(qiáng)　李麗新　鄧娟娟　彭相澍　戴文滔　佟勝偉

【摘要】作為新型的人機(jī)接口和仿真工具，AR受到的關(guān)注日益廣泛，并且已經(jīng)發(fā)揮了重要作用，顯示出了巨大的潛力。隨著AR技術(shù)的不斷成熟，AR技術(shù)正逐步席卷我們的生活，其中就包括盲人導(dǎo)航方面。通過(guò)AR導(dǎo)航設(shè)備與盲人患者大腦的芯片進(jìn)行交互，產(chǎn)生了神經(jīng)電信號(hào)的振蕩，進(jìn)而在患者大腦皮層呈現(xiàn)出周?chē)h(huán)境及其詳細(xì)信息。這一項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了直接跨過(guò)了人類的視覺(jué)這一感官，讓AR技術(shù)代替人類大腦的視覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)。從根本上解決了盲人出行的難題。

【關(guān)鍵詞】AR技術(shù) 大腦芯片植入技術(shù) 導(dǎo)航系統(tǒng)

一、引言

當(dāng)下社會(huì)專為盲人設(shè)立的盲道，早已被各種共享單車(chē)還有其他東西所占據(jù)，極少數(shù)能發(fā)揮其作用。而目前市場(chǎng)上的傳統(tǒng)盲人助行工具都只是被動(dòng)的來(lái)發(fā)揮作用，其安全性與準(zhǔn)確性也有著不同程度的不足之處。利用芯片技術(shù)以及AR技術(shù)為支持，我們提出了通過(guò)腦芯片與AR設(shè)備的交互來(lái)幫助盲人跨過(guò)視覺(jué)采集信息這一途徑，可以最大限度的提高盲人的出行安全及出行體驗(yàn)。

二、系統(tǒng)的研究目的

國(guó)內(nèi)盲人數(shù)量日益增多，他們的出行和日常生活已經(jīng)成了難題，本系統(tǒng)應(yīng)用AR技術(shù)把虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行交互，為盲人的日常生活提供了便利，并提高了出行的安全性。本系統(tǒng)針對(duì)盲人的出行，提出并解決以下問(wèn)題：

1.盲人的方向辨別低，導(dǎo)致出行困難。

2.盲人無(wú)法感知外界的事物，不能體會(huì)自己所處的世界。

3.盲人缺乏自信，導(dǎo)致不敢與外界交流，無(wú)法問(wèn)清道路。

三、項(xiàng)目設(shè)計(jì)

1、AR技術(shù)的全稱為Augmented Reality（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)。通過(guò)這種技術(shù)可以把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)，隨著科技的發(fā)展，真實(shí)世界的信息與虛擬信息的結(jié)合愈加“無(wú)縫”，通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，不僅可以展現(xiàn)出真實(shí)世界的信息，還可以將虛擬的信息同時(shí)顯示出來(lái)，兩種信息相互補(bǔ)充、疊加。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)包含了多媒體、三維建模、多傳感器融合等許多高新技術(shù)與手段，具有信息集成、實(shí)時(shí)交互等顯著特性。

2、運(yùn)用AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以把虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行交互，將虛擬信息套加在真實(shí)世界當(dāng)中，進(jìn)而被設(shè)備感知。該AR設(shè)備同時(shí)有著環(huán)境自動(dòng)識(shí)別的特性，可以不間斷的向周?chē)h(huán)境采集數(shù)據(jù)信息;同時(shí)它還可以進(jìn)行多種物體的自動(dòng)識(shí)別。被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到了同一個(gè)畫(huà)面或空間同時(shí)存在。通過(guò)算法和數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而判斷各個(gè)物體所處的方位及距離等信息，還兼有文字識(shí)別的功能。能識(shí)別盲人日常生活中的絕大部分場(chǎng)景中的物體。

3、利用AR技術(shù)代替視覺(jué)系統(tǒng)，經(jīng)研究表明光電換能過(guò)程的第二信使是cGMP（Ca2+），黑暗中，cGMP的作用使Na+通道蛋白活化，導(dǎo)致Na+通道開(kāi)放，Na+持續(xù)內(nèi)流（暗電流），光感受器細(xì)胞去極化;光照引起視色素分解，使視盤(pán)膜上的GTP結(jié)合蛋白分子活化，后者再激活PDE，迅速分解cGMP，引起Na+通道關(guān)閉，暗電流驟降，光感受器細(xì)胞膜超極化，這樣光能就轉(zhuǎn)化為神經(jīng)電信號(hào)。再把神經(jīng)電信號(hào)傳遞給大腦做出分析，判斷。此項(xiàng)AR技術(shù)的作用起到了產(chǎn)生神經(jīng)電信號(hào)并且負(fù)責(zé)運(yùn)輸給大腦，并在大腦皮層中振蕩，因此引發(fā)視覺(jué)功能看見(jiàn)，感知到自身生理活動(dòng)的變化，讓盲人獲得第二次光明。

4、設(shè)備采集分析完信息之后，將最終結(jié)果傳遞到腦芯片當(dāng)中，他們之間可以互相進(jìn)行信息的傳遞，通過(guò)將芯片中的數(shù)據(jù)信息傳遞到大腦神經(jīng)，進(jìn)而替代人的視覺(jué)器官，實(shí)現(xiàn)盲人可視化。

如圖所示，用戶通過(guò)佩戴VR設(shè)備來(lái)采集環(huán)境信息，通過(guò)云端數(shù)據(jù)整合、分析運(yùn)算最終將最優(yōu)結(jié)果傳遞到用戶大腦芯片當(dāng)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)盲人“可視”的目的。

四、項(xiàng)目意義

1.從本項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用角度分析

應(yīng)用此系統(tǒng)幫助盲人解決了大量的生活問(wèn)題，讓他們能感受到正常的生活，為他們的出行提供了便利，在外出旅行中，敢于和正常人交流，打開(kāi)他們的內(nèi)心，有著良好的心態(tài)。

2.從本項(xiàng)目的研發(fā)角度分析

學(xué)生進(jìn)行程序的編寫(xiě)，芯片的研發(fā)，以及結(jié)果檢驗(yàn)，提高了他們的操作能力，豐富了他們的視野，為國(guó)家、為社會(huì)奉獻(xiàn)自己的智慧，為國(guó)家培養(yǎng)出新型人才。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著生物芯片技術(shù)的日益成熟，以及AR技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化的方式正在逐步取代傳統(tǒng)出行。AR技術(shù)充分發(fā)揮創(chuàng)造力的科學(xué)技術(shù)為人類的智能擴(kuò)展提供了強(qiáng)有力的手段，對(duì)生產(chǎn)方式和社會(huì)生活產(chǎn)生了巨大的深遠(yuǎn)的影響。本項(xiàng)目中，我們分析了諸多傳統(tǒng)盲人助行工具的工作方式，結(jié)合當(dāng)下AR技術(shù)與生物芯片技術(shù)，探討了此系統(tǒng)所面臨的問(wèn)題，最終得到了此些成果。在某種意義上，填補(bǔ)了此方向上的一些空白，在智能化時(shí)代的今天，此系統(tǒng)一定會(huì)有著極大地市場(chǎng)空間。

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