基于虚拟现实的自闭症儿童训练系统设计与应用

摘要

据统计，中国有超过200万的自闭症儿童，且每年以近20万的速度增长。目前，自闭症尚无根治的方法，只能依靠干预手段来提高生活质量，然而由于自闭症的特殊性，获取新的技能需要大量的重复训练，传统的人工干预训练方式耗费时间长，干预效果差，需要大量的人力物力支持，且无法重复再现逼真的技能训练情景。虚拟现实技术具有逼真度高、复现成本低、可重复性强等特点，可以针对自闭症儿童进行逼真情景模拟式的技能训练，且自定义性强、成本低，大大减少人力物力消耗。然而，运用虚拟现实技术对自闭症儿童进行干预训练国内尚无成熟的研究，国外的研究也仅限于简单初级的技能训练，且缺乏科学的训练方法支撑。
　　基于此，我们开发了一款基于虚拟现实的自闭症儿童训练系统，并针对人工干预过程中最为困难的生活类技能，设计了火灾逃生、乘坐公交车出行、超市购物等三套训练课程。系统不仅在逼真的情景模拟基础上添加体感设备实现自然式的交互过程，降低操作及现实迁移难度，还结合自闭症干预中的关键反应治疗法，采用分步骤、分难度、逐步训练的方式，优化训练过程，提高训练效率。
　　为了对系统的有效性加以研究验证，我们从当地的特教机构选取了三名自闭症儿童针对乘坐公交车技能展开了长达两个学期的训练实验。研究结果表明，通过系统的训练，三名儿童乘坐公交车的能力都得到了有效地提高，可以顺利地完成整个乘车的过程，部分儿童对乘车噪声敏感、对于乘车路线固定等问题也得到了有效地解决。同时，技能训练过程中所隐含的识别数字、遵守规则等能力，也通过系统得到了有效地训练，起到了附加的社会效果。

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致谢

摘要

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表格清单

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 自闭症简介

1．1．2 虚拟现实简介

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究目标及意义

1．4 论文内容及结构

第二章 系统设计

2．1 整体设计方案

2．2 虚拟现实(VR)设备

2．3 交互设备

2．3．1 操作人员交互设备

2．3．2 训练交互设备

2．4 情景处理系统

2．5 动作处理单元

第三章 需求分析设计

3．1 火灾逃生技能教学训练课程设计方案

3．1．1 火灾逃生场景设计

3．1．2 火灾逃生脚本设计

3．1．3 火灾逃生交互设计

3．1．4 火灾逃生提示及奖励设计

3．2 乘坐公交车技能教学训练课程设计方案

3．2．1 乘车场景设计

3．2．2 乘车脚本设计

3．2．3 乘车交互设计

3．2．4 乘车提示及奖励设计

3．3 超市购物技能教学训练课程设计方案

3．3．1 超市购物场景设计

3．3．2 超市购物训练内容脚本设计

3．3．3 超市购物交互设计

3．3．4 超市购物提示及奖励设计

3．3．5 超市购物区域切换设计

第四章 软件设计及实现

4．1 软件总体流程

4．1．1 总体软件流程图

4．1．2 软件总体实现

4．2 场景组合实现

4．3 完成度检测实现

4．4 人机交互控制实现

4．5 模型动画实现

4．6 语音及奖励奖励实现

第五章 实验与结果分析

5．1 实验方案

5．2 实验对象

5．3 实验实施过程

5．4 数据采集及可靠性保证

5．4．1 数据采集

5．4．2 数据有效性保证

5．5 实验结果

5．5．1 数据有效性分析

5．5．2 技能训练数据分析

5．5．3 行为观察及社会效度分析

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况