一种基于VR技术的沉浸式抗压力心理训练系统及方法与流程

一种基于vr技术的沉浸式抗压力心理训练系统及方法
技术领域
1.本发明涉及运动心理训练技术领域，具体涉及一种基于vr技术的沉浸式抗压力心理训练系统及方法。


背景技术：

2.心理压力既是一种动态情境又是一种情绪反应。心理训练技术的研究和应用不仅被用于心理调节，也用来揭示用户行为认知、神经认知过程的特征和机制。传统的抗压力心理训练方法依旧是基于实际的环境以及简单的听觉，视觉等条件创造的常规心理模拟情景进行对用户的心理干预和练习。传统的心理训练方法要求的单次训练时间都要在一个小时左右甚至更长的时间，训练周期较长，时间成本过高，训练形式单一，互动性弱，应用效率普遍偏低。
3.现阶段的虚拟现实(vr)技术利用计算机来模拟产生一个三维空间的虚拟世界，为用户提供关于视觉等感官的模拟，让使用者能够即时、没有限制地观察三维空间内的事物。基于运用vr技术进行心理训练的研究显示，使用高保真的虚拟现实系统来还原真实的3d环境能引发焦虑，从而让心理弹性训练系统为用户准备好应对现实世界的高压环境。现有的基于vr技术与生理参数监测的系统多用于精神类疾病的诊断且一般模拟的为现实中的真实场景，诊断结果依旧依靠专家医生主观判断。这些系统弊端是只起到了专家诊断的辅助作用，虚拟场景环境单调，数据采集通道单一，训练形式枯燥，不易对用户的数据进行实时反馈分析。


技术实现要素：

4.本发明具体提供一种基于vr技术的沉浸式抗压力心理训练系统及方法，以解决现有技术中由于用户抗压力心理训练周期较长、时间成本过高、训练形式单一、互动性弱和应用效率普遍偏低的问题，本系统不仅可以用于辅助运动员的备赛训练，还可以用于大众日常抗压力的心理训练。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.根据本发明公开了一种基于vr技术的沉浸式抗压力心理训练系统，该系统包括以下模块：
7.人机交互模块，包括第一pc端、vr头显和操作手柄，用户通过第一pc端和vr头显进入到训练系统中，并通过操作手柄进行操作训练；
8.登录模块，通过对用户的信息和身份进行识别验证后进行登录；
9.场景模拟模块，包括干扰训练场景和压力训练场景，用户通过操作手柄进行训练场景的选择和操作；
10.难度设定模块，通过对每个训练模块的操作难度和干扰项的数量阈值进行阶梯性设定，不同数量阈值对应不同的难度；
11.信号采集模块，用于训练过程中人体生理信息和下肢关节运动信息的采集，并将
采集到的数据发送到处理模块中；
12.处理模块，用于将信号采集模块发送的信息进行融合以实时计算用户的心理评估分数，并将结果传输到显示模块中；
13.无线传输模块，一方面用于将虚拟场景传输到vr头显上，另一方面用于将训练数据传输到存储模块中进行存储；
14.显示模块，用于将训练实况和处理模块输出的数据直接通过数据报表的形式进行生成并显示。
15.进一步地，还包括报警模块，所述处理模块通过无线传输模块与报警模块相连，所述报警模块设置有报警阈值，当用户的实时心理评分低于报警阈值时，系统切换到降压心理心理训练对用户进行调节。
16.进一步地，还包括存储模块，所述存储模块与处理模块无线相连，所述存储模块用于对用户的训练视频和数据进行保存，所述存储模块选用云端服务器；所述登录模块包括密码登录、指纹登录和/或人脸识别登录；所述无线传输模块包括蓝牙模块、wifi传输模块、4g传输模块和/或5g传输模块。
17.进一步地，信号采集模块包括动作捕捉设备和生理数据采集设备，所述动作捕捉设备用于实时捕捉和绑定用户的下肢关节运动信息，并将下肢关节运动信息发送到处理模块中进行处理；所述生理数据采集设备用于实时采集用户的心率、心率变异性和/或皮肤电导水平，并将生成的对应数据信号发送到处理模块中进行处理；所述动作捕捉设备包括七个惯性传感器和第一无线信号接收器，七个所述惯性传感器分别分布在人体下肢，且所述惯性传感器与第一无线信号接收器无线连接；所述生理数据采集设备包括多模态传感器，所述多模态传感器佩戴于用于人员手腕上且与第二无线信号接收器无线连接。
18.进一步地，显示模块包括第二pc端和显示屏，第二pc端经过算法分析生成后台数据报表并给出用户信息数据以及训练结果，所述第二pc端的输出结果通过显示屏进行显示。
19.进一步地，还包括指导者模块，指导者通过指导者模块可以对训练者的训练视频及数据进行人工评价，并在训练者的登录模块中进行显示，指导者模块可以是手机、电脑和/或平板。
20.根据本发明公开的一种基于vr技术的沉浸式抗压力心理训练方法，包括以下步骤：
21.s1、用户通过vr头显连接第一pc端进入到训练系统中，并通过操作手柄控制进行选择操作；
22.s2、用户通过系统验证身份信息后登录个人训练账户进行训练；
23.s3、用户可以根据自身情况，自行对训练场景的训练模式和压力程度进行选择和设定；
24.s4、通过信息采集设备对用户的系统训练数据、人体生理信息和下肢关节运动信息进行采集，并将采集到的数据信息传输到处理器中进行处理,处理器根据处理数据生成心理训练评估报告；
25.s5、处理后的数据信息传输到云端服务器进行存储，并通过显示模块对输出结果以数据报表的形式进行显示。
26.进一步地，在s1中，用户在进入系统前需要进行动作捕捉设备和生理信号采集设备的穿戴，通过动作捕捉设备对用户的下肢关节运动进行实时监测，并将下肢关节运动信息发送到处理器中进行处理；生理数据采集设备用于实时采集用户的心率、心率变异性和/或皮肤电导水平，并将生成的对应数据信号发送到处理器中进行处理。
27.进一步地，在训练过程中，当用户的实时心理评分低于报警模块设定的报警阈值时，报警模块将报警信息传输到处理模块中，处理模块将系统切换到降压心理训练对用户进行调节。
28.进一步地，还包括步骤s6,在训练完成后，指导者可以根据用户的训练视频及数据进行人工点评，并将指导建议同步到用户的账号中，指导者可以通过远程移动终端进行点评。
29.本发明具有如下优点：
30.本发明通过vr虚拟训练的形式，通过特定的系统和方法对用户的抗干扰能力和抗压能力进行系统实景模拟化训练，解决了传统心理训练时间周期长、训练成本较高、趣味性较差以及虚拟训练场景环境单调、数据采集通道单一、训练形式枯燥和不易对用户的数据进行实时反馈分析的问题；通过在虚拟现实中模拟一般的压力情境、干扰情境，与传统心理技能训练方法及多源数据分析技术等融合，帮助用户提高一般压力应对能力及抗干扰能力进而提升应对焦虑情绪的能力。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
32.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
33.图1为本发明提供了一种基于vr技术的沉浸式抗压力心理训练系统的系统结构图；
34.图2为本发明提供了一种基于vr技术的沉浸式抗压力心理训练系统的系统框图；
35.图3为本发明提供了一种基于vr技术的沉浸式抗压力心理训练系统的实物模拟图；
36.图4为本发明提供了一种基于vr技术的沉浸式抗压力心理训练方法的流程图。
具体实施方式
37.为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的技术方案是本技术一部分，而不是全部。通常在此处附图中描述和示出的本技术的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
38.因此，以下对在附图中提供的本技术进行详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定。基于本技术中的具体方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他技术方案，都属于本技术保护的范围。
39.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的特征可以相互组合。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本技术中的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性
41.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
42.结合图1
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3所示，本发明具体公开了一种基于vr技术的沉浸式抗压力心理训练系统，包括以下模块：人机交互模块，包括第一pc端、vr头显4和操作手柄5，用户通过第一pc端和vr头显4进入到训练系统中，vr头显4可以对眼动数据进行采集，并通过操作手柄5进行操作训练。第一pc端中装有利用unity3d引擎编写的场景任务，使用时将第一pc端中的vr场景通过无线模块传输到vr头显4中，为用户提供高度沉浸感的任务体验，实现心理训练。用户佩戴vr头显4，并通过vr头显定位器1进行定位，在用户可沉浸式观看vr场景，其视角随着用户的头部转动而改变，vr头显4发出的信号通过vr头显无线信号接收器2进行采集，并通过vr头显无线信号接收器2传输到处理器中，同时用户可操作手柄5在场景中或跳跃或平滑的移动。在不同的实训子系统中，用户需要使用操作手柄5与系统ui以及场景中设备进行交互以完成所设置的各项实训内容。登录模块，通过对用户的信息和身份进行识别验证后进行登录，登录模块包括密码登录、指纹登录和/或人脸识别登录，用户可以通过任意一种进行识别登录。场景模拟模块，包括干扰训练场景和压力训练场景，用户通过操作手柄4进行训练场景的选择和操作；通过多种干扰源、恐怖压力源以及奖惩压力源的场景体验情景构造逼真、交互体验感较强、操作方便，例如，训练场景可以包括躲避场景、格斗场景和射击场景，用户通过操作手柄4进行操作训练。难度设定模块，通过对每个训练模块的操作难度和干扰项的数量阈值进行阶梯性设定，不同数量阈值对应不同的难度，用户可以根据过往训练模式和训练成绩进行实际的训练选择，以便调节到最适训练难度。信号采集模块，用于训练过程中人体生理信息和下肢关节运动信息的采集，并将采集到的数据发送到处理模块中；信号采集模块包括动作捕捉设备和生理数据采集设备，动作捕捉设备用于实时捕捉和绑定用户的下肢关节运动信息，并将下肢关节运动信息通过动作捕捉系统无线信号接收器3进行信号的采集，并通过动作捕捉系统无线信号接收器3发送到处理模块中进行处理中；生理数据采集设备用于实时采集用户的心率、心率变异性和/或皮肤电导水平等，并将生成的对应数据信号发送到处理模块中进行处理。动作捕捉设备包括七个惯性传感器和第一无
线信号接收器，七个惯性传感器分别分布在人体下肢，且惯性传感器与第一无线信号接收器电连接，惯性传感器选用动作捕捉系统imu传感器7。生理数据采集设备包括多模态传感器，多模态传感器佩戴于用于人员手腕上且与第二无线信号接收器电连接，多模态传感器选用生理信号采集手环，生理信号采集手环6包括心率手环和心率手表，心率手环将人体心率数据传输到处理模块中进行处理，皮电手表将皮阻数据传输到处理模块中进行处理。
43.处理模块，用于将信号采集模块发送的信息进行融合以实时计算用户的心理评估分数，处理模块中包含有心理评价模型，通过心理评价模型可以对用户的结果进行心理等级评定。无线传输模块，用于将处理模块处理后的数据传输到显示模块中。无线传输模块包括蓝牙模块、wifi传输模块、4g传输模块和/或5g传输模块，可以采用蓝牙模块和5g传输模块(或wifi传输模块或4g传输模块)相配合的方式，通过蓝牙模块进行近距离的连接，通过5g传输模块(或wifi传输模块或4g传输模块)进行远程传输。
44.显示模块，用于将训练实况和处理模块输出的数据直接通过数据报表的形式进行生成显示。显示模块包括第二pc端和显示屏，第二pc端经过算法分析生成后台数据报表并给出用户信息数据以及训练结果，第二pc端的输出结果通过显示屏进行显示。
45.还包括报警模块，处理模块通过无线传输模块与报警模块相连，报警模块设置有报警阈值，当用户的实时心理评分低于报警阈值时，系统自动切换到降压心理训练对用户进行调节，即切换轻松场景或播放轻音乐或引导语等进行放松，待心理评分恢复正常时恢复训练。
46.还包括存储模块，存储模块与处理模块无线相连，存储模块用于对用户的训练视频和数据进行保存，存储模块选用云端服务器。
47.还包括指导者模块，指导者通过指导者模块可以对用户的训练视频及数据进行人工评价，并在用户的登录模块中进行显示，指导者模块可以使手机、电脑和/或平板。
48.结合图4所示，本发明具体公开了一种基于vr技术的沉浸式抗压力心理训练方法，具体包括以下步骤：
49.s1、用户通过vr头显连接第一pc端进入到训练系统中，并通过操作手柄控制进行选择操作；用户在进入系统前需要进行动作捕捉设备和生理信号采集设备的穿戴，通过动作捕捉设备对用户的下肢关节运动进行实时监测，并将下肢关节运动信息发送到处理器中进行处理；生理数据采集设备用于实时采集用户的心率、心率变异性和/或皮肤电导水平等，并将生成的对应数据信号发送到处理器中进行处理。
50.s2、用户通过系统验证身份信息后登录个人训练账户进行训练。
51.s3、用户可以根据自身情况，自行对训练场景的训练模式和压力程度进行选择和设定。
52.s4、通过信息采集设备对用户的系统训练数据、人体生理信息和下肢关节运动信息进行采集，并将采集到的数据信息传输到处理器中进行处理,处理器根据数据处理生成心理训练评估报告。
53.s5、处理后的数据信息传输到云端服务器进行存储，并通过显示模块对输出结果以数据报表的形式进行显示。
54.在训练过程中，当用户的实时心理评分低于报警模块设定的报警阈值时，报警模块将报警信息传输到处理模块中，处理模块将系统切换到降压心理训练对用户进行调节。
55.本发明还公开了一种基于vr技术的沉浸式抗压力心理训练方法：
56.还包括步骤s6,在训练完成后，指导者可以根据训练者的训练视频及数据进行人工点评，并将指导建议同步到用户的账号中，训指导者可以通过远程移动终端进行点评，既节省了指导者的时间，保证了心理训练的质量，指导者可以一次性对多个用户的训练数据进行处理，提高了工作效率。
57.本发明针对传统心理训练时间周期长，训练成本较高，趣味性较差以及虚拟训练场景环境单调，数据采集通道单一，训练形式枯燥，不易对用户的数据进行实时反馈分析的问题。本技术包括信号采集模块、处理模块、人机交互模块和显示模块；信号采集模块用于实时捕捉和绑定用户的下肢关节运动信息和实时捕捉用户训练过程中的心率、心率变异性和/或皮肤电导水平等生理数据；信号采集模块将获取的下肢关节运动信息和数据信号发送给处理模块；处理模块将接收的数据处理为坐标值，并通过蓝牙通信方式传递给人机交互模块；人机交互模块为虚拟现实场景任务，利用处理模块传送的下肢关节运动信息驱使用户在场景中进行运动，完成游戏中的任务，利用数据处理单元传送的生理数据坐标值实时监测量化用户心理状态，实现及时心理反馈和心理训练，开始场景任务后，人机交互模块将接收到的数据保存在本地。场景任务结束后，显示单元读取本地数据基于时频域分析给出训练结果，再由心理专家根据该结果为用户提供下一阶段的心理指导建议，并在用户登录自己账号后进行显示提醒。本发明利用当下较为流行的虚拟现实技术辅助心理训练，多种压力源的场景任务及丰富多样的操作形式可以极大程度调动用户的积极性。本发明主要用于运动队的心理治疗室，但由于克服了传统心理训练时间成本较高，无法脱离心理专家指导的问题，也可放置在用户家中，辅助其随时进行心理训练，便于市场推广。
58.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。