一种基于虚拟现实技术的数字人穴位训练装置及使用方法

摘要

本申请公开一种基于虚拟现实技术的数字人穴位训练装置，包括底座、3D全息显示装置、左视觉摄像头、右视觉摄像头、针形部件，底座固定3D全息显示装置，3D全息显示装置的上端固定左、右连接梁，左、右连接梁的外伸端部固定左、右连接梁，底座上设置有红外线位置检测装置，用于检测操作者位于底座的左、右侧位置，操作者位于底座一侧时，该侧视觉摄像头关闭，而另一侧视觉摄像头开启，用于捕捉针形部件的位置信息，通过人机交互装置，选择数字人参数以及需要训练的穴位，针形部件指向虚拟数字人的穴位，控制系统判断操作者的指向的穴位位置是否正确，实现不同参数的虚拟数字人的切换，提高练习热情和练习效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于虚拟现实技术的数字人穴位训练装置及使用方法，属于医疗器械技术领域。

背景技术

中医在针灸、按摩时需要精确地找到穴位，对于初学者来说需要不断练习才能达到穴位治疗的要求，我国宋代出现了针灸铜人的医学教学模型，需要用铜人体表涂蜡，体内注入水银，扎对位置怎水银流出，随着虚拟显示技术的不断发展，通过虚拟显示技术展现全息的人体模型，不仅在练习过程更直观，同时也可以应用到教学过程中。

本申请的基于虚拟现实技术的数字人穴位训练装置的控制系统存储统存储有不同的性别、不同身高的数字人参数，以及对应的每种数字人参数的穴位信息，训练者通过控制系统选择练习的数字人参数和要练习的穴位，控制3D全息显示装置显示显示对应的虚拟数字人模型，视觉摄像头通过捕捉训练者侧身站立手持的针形部件的位置、形态确定要指示的位置，并通过存储的对应的数字人参数的穴位位置信息与针形部件指向的位置信息进行比较，判断操作者的正确性，提高操作者的训练热情；采用红外线位置检测装置，检测操作者所在位置，控制系统控制位于操作者后侧的视觉摄像头关闭，另一侧视觉摄像头开启，实现智能化视觉摄像头切换，同时解决了操作者身体遮挡针形部件的问题；针形部件的圆柱状结构设置有多个环形发光带，针形部件内设置有电池，为发光带供电，发光带的光的颜色与3D全息显示装置显示的虚拟数字人颜色不一致，用以提高视觉摄像头对针形部件的位置、形态的识别精度，也可以用于教学过程中，可以改变不同人的性别、身高信息，此时就不需要判断针形部件的位置，使教学操作过程中更具有直观性和多样性。

发明内容

本发明目的在于：提供一种虚拟现实技术显示不同性别、身高的虚拟数字人，操作者选定虚拟数字人模型和训练的穴位，将针形部件指向对应的穴位信息，通过视觉识别技术识别针形部件的空间位置，并判断针形部件的空间位置与存储的穴位信息位置是否正确的基于虚拟现实技术的数字人穴位训练装置。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于虚拟现实技术的数字人穴位训练装置，包括底座1、3D全息显示装置3、左视觉摄像头5、右视觉摄像头6、人机交互装置7、针形部件10、红外线位置检测装置、控制系统，所述的底座1的前端固定3D全息显示装置3的下端，3D全息显示装置3用于显示虚拟数字人，3D全息显示装置3的上端固定上连接板4，上连接板4上端同时固定有向左后方伸出的左连接梁8、向右后方伸出的右连接梁9，左连接梁8的外伸端部固定左视觉摄像头5，右连接梁9的外伸端部固定右视觉摄像头6，左视觉摄像头、右视觉摄像头6用于捕捉针形部件10的位置；

所述的3D全息显示装置3的后侧设置有透明的防护罩11，所述的底座1上设置有红外线位置检测装置，用于检测操作者位于底座1的左、右侧位置，当红外线位置检测装置检测到操作者位于底座1的一侧，控制系统控制另一侧的视觉摄像头开启，与操作者同侧的视觉摄像头关闭；

所述的针形部件10呈圆柱状，一端带有锥度，使用时，带有锥度的一端朝向3D全息显示装置3，锥度端部指向虚拟数字人的穴位；

所述的底座1上设置有人机交互装置7，用于选择数字人参数以及需要训练的穴位，控制系统控制3D全息显示装置3显示该数字人参数的虚拟数字人；

所述的机交互装置7、3D全息显示装置3、左视觉摄像头5、右视觉摄像头6、红外线位置检测装置通过线路与控制系统连接；

控制系统存储有数字人参数以及对应数字人参数的穴位位置信息。

优选地，当捕捉针形部件10的锥度的一端的位置停留一定时间时，控制系统判定该位置为操作者指定的穴位位置，控制系统根据该位置信息与该数字人的参数对应的穴位位置参数进行比较，判定针形部件10的锥度的一端的位置是否正确。

优选地，所述的针形部件10呈圆柱状，针形部件10的圆柱状结构设置有多个环形发光带，针形部件10内设置有电池，为发光带供电，发光带的光的颜色与3D全息显示装置3显示的虚拟数字人颜色不一致，用以提高左视觉摄像头5、右视觉摄像头6对针形部件10的位置识别精度。

优选地，所述的人机交互装置7包括支架71、触摸屏73，支架71下端固定在底座1上，底座1上端固定触摸屏73，触摸屏73通过线路与控制系统连接。

优选地，所述的判定针形部件10的锥度的一端的位置是否正确后，控制系统通过声音提示或者在人机交互装置7上的触摸屏73显示是否正确的信息。

优选地，所述的触摸屏73的外壳后侧设置有放针凹糟72，放针凹糟72用于收纳针形部件10。

优选地，所述的防护罩11为透明的亚克力材质，防护罩11上、下端分别固定在上连接板4、底座1上。

优选地，所述的红外线位置检测装置包括红外检测装置发射端12、红外检测装置接收端13，红外检测装置发射端12沿着左右方向固定在底座1的后端，防护罩11的下端后侧以及底座1上位于防护罩11的左右侧设置有红外检测装置接收端13，红外检测装置发射端12、红外检测装置接收端13通过线路与控制系统连接。

优选地，所述的针形部件10的锥度的一端的位置停留时间为3秒钟。

优选地，控制系统存储有不同的性别、不同身高的数字人参数，以及对应的每个数字人参数的穴位位置信息。

优选地，基于虚拟现实技术的数字人穴位训练装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：操作者通过人机交互装置7选择不同的性别、不同身高的数字人参数，以及要练习的穴位；

步骤2：控制系统调用数据库中对应的数字人显示参数，控制3D全息显示装置3显示虚拟数字人；

步骤3：操作者拿起针形部件10，针形部件带有锥度的一端朝向3D全息显示装置3，如果红外检测装置发射端12、红外检测装置接收端13检测到操作者位于底座1的左侧，控制系统控制左视觉摄像头5关闭，右视觉摄像头6开启，右视觉摄像头6捕捉针形部件10的锥度的一端的位置；如果红外检测装置发射端12、红外检测装置接收端13检测到操作者位于底座1的右侧，控制系统控制左视觉摄像头5开启，右视觉摄像头6关闭，左视觉摄像头捕捉针形部件10的锥度的一端的位置；

步骤4：当捕捉针形部件10的锥度的一端的位置停留不动一定时间，控制系统判定该位置为操作者指定的穴位位置；

步骤5：控制系统根据该位置信息与该数字人的参数对应的穴位位置参数进行比较，当在误差允许范围内时，控制系统提示正确，否则提示错误。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明的基于虚拟现实技术的数字人穴位训练装置中的控制系统存储统存储有不同的性别、不同身高的数字人参数，以及对应的每种数字人参数的穴位信息，训练者通过控制系统选择练习的数字人参数和要练习的穴位，控制3D全息显示装置显示显示对应的虚拟数字人模型，视觉摄像头通过捕捉训练者侧身站立手持的针形部件的位置、形态确定要指示的位置，并通过存储的对应的数字人参数的穴位位置信息与针形部件指向的位置信息进行比较，判断操作者的正确性，提高操作者的训练热情；采用红外线位置检测装置，检测操作者所在位置，控制系统控制位于操作者后侧的视觉摄像头关闭，另一侧视觉摄像头开启，实现智能化视觉摄像头切换，同时解决了操作者身体遮挡针形部件的问题；针形部件的圆柱状结构设置有多个环形发光带，针形部件内设置有电池，为发光带供电，发光带的光的颜色与3D全息显示装置显示的虚拟数字人颜色不一致，用以提高视觉摄像头对针形部件的位置、形态的识别精度，也可以用于教学过程中，可以改变不同人的性别、身高信息，此时就不需要判断针形部件的位置，使教学操作过程中更具有直观性和多样性。

附图说明

图1是基于虚拟现实技术的数字人穴位训练装置的总体结构示意图一。

图2是基于虚拟现实技术的数字人穴位训练装置的总体结构示意图二。

图3是3D全息显示装置的叶片旋转后的总体结构示意图。

图4是人机交互装置的结构示意图。

图5是3D全息显示装置安装防护罩的结构示意图。

图6是针形部件的结构示意图。

图7是基于虚拟现实技术的数字人穴位训练装置的原理图。

附图标记说明：1-底座、2-支撑柱、3-3D全息显示装置、4-上连接板、5-左视觉摄像头、6-右视觉摄像头、7-人机交互装置、71-支架、72-放针凹糟、73-触摸屏、8-左连接梁、9-右连接梁、10-针形部件、11-防护罩、12-红外检测装置发射端、13-红外检测装置接收端。

具体实施方式

结合图1-7，本发明的一种基于虚拟现实技术的数字人穴位训练装置，包括底座1、3D全息显示装置3、上连接板4、左视觉摄像头5、右视觉摄像头6、人机交互装置7、左连接梁8、右连接梁9、针形部件10、防护罩11、红外线位置检测装置、控制系统，以训练人员面朝3D全息显示装置3时的上下、左右、前后方向定义本申请的上下、左右、前后方向，以便描述本申请。

所述的底座1的前端固定3D全息显示装置3的下端，3D全息显示装置3用于显示虚拟数字人，3D全息显示装置3的上端固定上连接板4，上连接板4上端同时固定有向左后方伸出的左连接梁8、向右后方伸出的右连接梁9，左连接梁8的外伸端部固定左视觉摄像头5，左视觉摄像头5用于捕捉针形部件10的位置，右连接梁9的外伸端部固定右视觉摄像头6，右视觉摄像头6用于捕捉针形部件10的位置。

所述的底座1右侧后部设置有人机交互装置7，人机交互装置7包括支架71、触摸屏73，支架71下端固定在底座1上，底座1上端固定触摸屏73，触摸屏73的外壳后侧设置有放针凹糟72，放针凹糟72用于收纳针形部件10。

所述的3D全息显示装置3的后侧设置有防护罩11，防护罩11为透明的亚克力材质，防护罩11上、下端分别固定在上连接板4、底座1上。

所述的底座1上设置有红外线位置检测装置，用于检测操作者位于底座1的左、右侧位置，红外线位置检测装置包括红外检测装置发射端12、红外检测装置接收端13，红外检测装置发射端12沿着左右方向固定在底座1的后端，防护罩11的下端后侧以及底座1上位于防护罩11的左右侧设置有红外检测装置接收端13。

所述的针形部件10呈圆柱状，一端带有锥度，针形部件10的圆柱状结构设置有多个环形发光带，针形部件10内设置有电池，为发光带供电，发光带的光的颜色与3D全息显示装置3显示的虚拟数字人颜色不一致，用以提高左视觉摄像头5、右视觉摄像头6对针形部件10的识别精度。

所述的触摸屏73、3D全息显示装置3、左视觉摄像头5、右视觉摄像头6、红外检测装置发射端12、红外检测装置接收端13通过线路与控制系统连接。

所述的3D全息显示装置3包括支撑柱2、全息显示单元，两个沿着竖直方向且平行设置的支撑柱2固定在底座1上，支撑柱2上端固定上连接板4，每个支撑柱2上固定4个全息显示单元，3D全息显示装置3是本领域的常规设计，例如中国专利CN211236476U中详细记载了实现3D全息显示的技术方案，这里不再赘述。

红外检测装置发射端12、红外检测装置接收端13检测到操作者位于底座1的一侧时，控制系统控制另一侧的视觉摄像头开启，与操作者同侧的视觉摄像头关闭，例如当操作者位于底座1的右侧时，操作者位于红外检测装置发射端12、红外检测装置接收端13之间的左侧，红外检测装置接收端13右侧被操作者遮挡而接收不到红外检测装置发射端12右侧发射的红外线信号，控制系统判定操作者位于底座1的右侧，控制系统控制左视觉摄像头5开启，与操作者同侧的右视觉摄像头6关闭。

训练时，操作者通过人机交互装置7选择不同的性别、不同身高的数字人参数，以及要练习的穴位，控制系统调用数据库中对应的数字人显示参数，控制3D全息显示装置3显示虚拟数字人，操作者拿起针形部件10，针形部件带有锥度的一端朝向3D全息显示装置3，如果操作者站在底座1的左侧，红外检测装置发射端12、红外检测装置接收端13检测到操作者位于底座1的左侧，控制系统控制左视觉摄像头5关闭，右视觉摄像头6开启，右视觉摄像头6捕捉针形部件10的锥度的一端的位置，当捕捉针形部件10的锥度的一端的位置停留不动一定时间，例如3秒钟，控制系统判定该位置为操作者指定的穴位位置，控制系统根据该位置信息与该数字人的参数对应的穴位位置参数进行比较，当在误差允许范围内时，控制系统提示正确，否则提示错误。