基于增强现实技术的孤独症儿童注意力训练系统

摘要

注意是所有认知活动发生的背景条件，没有注意的参与，任何活动都将无法维持与进行。孤独症儿童通常在运动、感知、情绪理解与表达等方面存在严重不足，而注意的选择功能、保持功能、调节监督功能会直接影响感知觉、记忆、思维等过程的正常进行，因此，对孤独症儿童进行注意力训练非常重要。基于Posner提出的注意网络理论，特定的训练可以影响有注意力障碍的儿童和正常儿童的注意网络。 目前常用的注意力训练方法主要有：药物干预方法、行为方法、感觉统合训练方法、生物反馈训练方法以及计算机软件训练方法。药物干预虽然作用明显，但长时间服药对儿童健康成长有所影响；行为方法对于孤独症儿童的干预效果不够理想，只能改善患儿某一方面的问题；感觉统合训练则受场地等诸多因素限制，同时也具有训练时间长的缺陷；生物反馈训练目前没有考虑到训练者个体差异性来针对性的进行训练；而计算机软件训练是将传统的注意力训练任务移植到计算机上，但很多软件只是简单的用计算机代替纸、笔操作，训练元素单一，且在任务设计上并无多少创新。 针对上述问题，本课题主要研究了基于增强现实技术的孤独症儿童注意力训练系统。系统采用Kinect传感器采集深度图像，通过目标识别与追踪算法获取系统所需图像，经过Unity3D平台融合渲染后，将训练任务以游戏的形式呈现给孤独症儿童，最后系统将所有训练数据上传到云端服务器进行保存。本课题将系统应用于孤独症儿童干预过程，检验其对注意力水平的改善作用。 本文首先介绍了课题的研究背景，并介绍了注意力训练的研究现状，对国内外的研究情况进行了调研，提出了基于增强现实技术的孤独症儿童注意力训练系统。本文对注意力训练系统的各个模块进行了分析设计，详细介绍了注意力训练系统的客户端设计与实现，包括深度图像的预处理，目标识别与追踪算法和图像渲染融合技术，并对注意力训练任务进行了详细介绍，介绍了接鸡蛋和贪吃蛇的任务设计和交互方式；对系统服务端的设计进行了详细介绍，包括业务逻辑处理、数据逻辑处理和数据库设计等工作。最后将本课题开发的注意力训练系统应用于孤独症儿童的干预训练中，经过为期一个月的干预训练，分析干预结果，证明干预前后孤独症儿童的注意力有显著性差异。 综上所述，系统实现了互联网化的训练，通过自然的人机交互，可有效提高儿童的选择性注意力和持续性注意力水平，本课题所取得的研究成果为今后的注意力训练方法和手段提供了一定的实用价值和借鉴意义，并展示了增强现实技术在儿童发展等领域的美好应用前景。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.1.1 孤独症的定义和诊断标准

1.1.2 孤独症发病率

1.1.3孤独症发病机理

1.2课题研究现状

1.2.1 注意力研究现状

1.2.2 孤独症儿童注意力训练方法

1.2.3 增强现实技术研究现状

1.3 课题研究意义与主要工作

1.4 论文组织结构

第二章 系统总体设计

2.1 系统需求分析

2.1.1 业务需求

2.1.2 用户需求

2.1.3 功能需求

2.2 系统设计原则

2.3 系统架构

2.3.1 系统整体架构

2.3.2 系统模块划分

2.4 技术选型

2.4.1 客户端软硬件选型

2.4.2 服务端软硬件选型

2.5 本章小结

第三章 客户端软件设计与开发

3.1 客户端软件总体设计

3.2 目标识别与追踪

3.2.1 深度图像预处理

3.2.2 人体目标识别

3.2.3 人体图像分割

3.2.4 手部位置检测

3.3 注意力训练任务模块

3.3.1 训练任务设计

3.3.2 软件功能设计与实现

3.4 数据接口模块

3.4.1 用户数据及训练参数跨场景传输

3.4.2 客户端与远程服务器间的数据通信

3.5 本章小结

第四章 服务端设计与实现

4.1 系统服务端总体设计

4.2 事务逻辑层

4.2.1 数据通信接口

4.2.2事务逻辑处理

4.3 数据逻辑层

4.4 数据库设计与实现

4.4.1 数据库总体设计

4.4.2 数据表设计

4.4.3 数据库维护

4.5本章小结

第五章 注意力训练系统的实证研究

5.1 研究目的

5.2 研究对象

5.3 研究工具

5.4 干预流程

5.5 实验结果

5.5.1 Flanker任务前后测结果

5.5.2 舒尔特方格前后测结果

5.5.3训练任务数据

5.5.4 访谈记录

5.6 讨论

5.7 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

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