本發(fā)明涉及電子數(shù)字數(shù)據(jù)處理，尤其涉及一種基于vr的心肺復蘇模擬系統(tǒng)及方法。
背景技術：
1、心肺復蘇（cardiopulmonary?resuscitation,?cpr）是一種在心臟驟停時使用的急救技術，旨在通過人工方法維持血液循環(huán)和呼吸功能，以保持重要器官的氧氣供應，直到能夠提供更高級別的醫(yī)療護理。cpr通常包括胸外按壓、開放氣道和人工呼吸等步驟。
2、現(xiàn)有的心肺復蘇訓練方法主要是通過學員按壓模擬人，然后培訓師會在各組間巡視，提供即時指導和糾正錯誤動作。這樣培訓師在培訓時的工作強度較大，同時學生難以得到及時有效的指導，降低了培訓的效率。
3、
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于vr的心肺復蘇模擬系統(tǒng)及方法，旨在可以通過高度仿真的vr環(huán)境，學員能夠在接近真實情境下練習cpr技巧，增強實戰(zhàn)能力，提高培訓效率。
2、為實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種基于vr的心肺復蘇模擬系統(tǒng)，包括手部數(shù)據(jù)獲取模塊、vr顯示模塊、特征提取模塊、偏差計算模塊和偏差可視化模塊；
3、所述手部數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取學員在按壓模擬人時產(chǎn)生的手部空間位置數(shù)據(jù)；
4、所述vr顯示模塊，用于顯示心肺復蘇教學模型，同時讀取并顯示模擬人數(shù)據(jù)和手部空間位置數(shù)據(jù)；
5、所述特征提取模塊，用于基于手部空間位置數(shù)據(jù)提取按壓特征值組；
6、所述偏差計算模塊，用于基于按壓特征值和參考特征值計算偏差值；
7、所述偏差可視化模塊，用于將偏差值可視化后實時顯示到vr顯示模塊中。
8、其中，所述手部數(shù)據(jù)獲取模塊包括穿戴數(shù)據(jù)檢測單元、初始化單元、數(shù)據(jù)收集單元和存儲單元；
9、所述穿戴數(shù)據(jù)檢測單元，用于穿戴到模擬人生的按壓部位，并設置有傳感器陣列獲取手部空間位置數(shù)據(jù)；
10、所述初始化單元，用于在安裝好所述穿戴數(shù)據(jù)檢測單元后對傳感器陣列進行初始化；
11、所述數(shù)據(jù)收集單元，用于學員在按壓穿戴數(shù)據(jù)檢測單元時產(chǎn)生手部空間位置數(shù)據(jù)；
12、所述存儲單元，用于對產(chǎn)生的手部空間位置數(shù)據(jù)進行存儲。
13、其中，所述穿戴數(shù)據(jù)檢測單元包括安裝帶、調(diào)節(jié)單元和傳感器陣列，所述調(diào)節(jié)單元與所述安裝帶連接，用于調(diào)節(jié)所述安裝帶的長度，所述安裝帶由彈性材料制成，所述傳感器陣列設置在所述安裝帶上。
14、其中，所述vr顯示模塊包括場景創(chuàng)建單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、顯示單元和固定單元：
15、所述場景創(chuàng)建單元，用于創(chuàng)建3d教學場景并將安裝完成的模擬人數(shù)據(jù)導入到教學場景中；
16、所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元，用于獲取手部空間位置數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換到3d教學場景，得到目標場景；
17、所述顯示單元，用于采用vr技術對目標場景進行顯示；
18、所述固定單元，用于將顯示單元固定到學員眼部位置。
19、其中，所述特征提取模塊包括噪聲處理單元、時間序列同步單元、特征設置單元和數(shù)值計算單元；?所述噪聲處理單元，用于去除手部空間位置數(shù)據(jù)中的噪聲值；
20、所述時間序列同步單元，用于將多個傳感器的位置數(shù)據(jù)進行對齊；
21、所述特征設置單元，用于設置提取的特征類型，所述特征類型包括按壓深度、按壓速度、按壓面積、按壓力度和重復頻率；
22、所述數(shù)值計算單元，用于對于每個選定的特征類型計算具體數(shù)值，得到按壓特征值組。
23、其中，所述時間序列同步單元包括時間參考系轉(zhuǎn)換子單元、插值子單元和空間參考系轉(zhuǎn)換子單元；
24、所述時間參考系轉(zhuǎn)換子單元，用于將所有傳感器的時間戳轉(zhuǎn)換到一個共同的時間參考系；
25、所述插值子單元，用于通過線性插值填補缺失的數(shù)據(jù)點，使所有數(shù)據(jù)具有相同的采樣頻率；
26、所述空間參考系轉(zhuǎn)換子單元，用于將所有獲取到的手部位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到一個共同的坐標系統(tǒng)中。
27、其中，所述偏差計算模塊包括參考值設置單元和偏差計算單元；
28、所述參考值設置單元，用于設置參考特征值；
29、所述偏差計算單元，用于對每個選定的特征按照絕對差值方法逐一計算其偏差值。
30、其中，所述偏差可視化模塊包括視覺元素設置單元、數(shù)據(jù)匹配單元和渲染單元；所述視覺元素設置單元，用于設置多種可視化數(shù)據(jù)元素；
31、所述數(shù)據(jù)匹配單元，用于將各個特征類型的偏差值與可視化數(shù)據(jù)元素進行匹配，得到目標元素；
32、所述渲染單元，用于將目標元素渲染到目標場景中。
33、第二方面，本發(fā)明還提供一種基于vr的心肺復蘇模擬方法，包括：
34、獲取學員在按壓模擬人時產(chǎn)生的手部空間位置數(shù)據(jù)；
35、顯示心肺復蘇教學模型，同時讀取并顯示模擬人數(shù)據(jù)和手部空間位置數(shù)據(jù)；
36、基于手部空間位置數(shù)據(jù)提取按壓特征值組；
37、基于按壓特征值和參考特征值計算偏差值；
38、將偏差值可視化后實時顯示到vr顯示模塊中。
39、本發(fā)明的一種基于vr的心肺復蘇模擬系統(tǒng)及方法，手部數(shù)據(jù)獲取模塊捕捉學員在進行心肺復蘇按壓操作時產(chǎn)生的高精度手部空間位置數(shù)據(jù)。它采用了先進的手部追蹤技術，如光學追蹤、慣性測量單元（imus）或電磁感應等，以確保數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性。vr顯示模塊作為用戶界面的核心部分，vr顯示模塊不僅重現(xiàn)了一個逼真的心肺復蘇教學場景，還包括了模擬人模型及其內(nèi)部生理參數(shù)的變化。此外，它還具備讀取并同步展示模擬人狀態(tài)信息（如心率、血壓等）及學員手部動作的功能。學員通過佩戴vr頭顯進入虛擬世界，在這里他們可以看到自己的雙手與模擬人的互動情況。這種直觀的視覺呈現(xiàn)有助于加深理解和記憶。特征提取模塊基于手部空間位置數(shù)據(jù)，特征提取模塊利用算法識別并量化每一次按壓的關鍵屬性，形成一組按壓特征值。這些特征可能涵蓋按壓深度、速度、面積、角度等多個維度。偏差計算模塊接收來自特征提取模塊的按壓特征值，并將其與預定義的參考標準進行比較，從而計算出每個特征的實際偏差值。這一步驟對于評估學員的表現(xiàn)至關重要。根據(jù)偏差值，系統(tǒng)可以為每位學員生成個性化的改進建議，指出需要加強練習的具體方面，促進技能的快速提升。為了讓學員更清晰地理解自己的操作偏差，偏差可視化模塊將計算得到的偏差值轉(zhuǎn)化為易于理解的圖形化表示，并實時呈現(xiàn)在vr環(huán)境中。學員可以在訓練過程中立即看到自己按壓動作與理想狀態(tài)之間的差異，例如顏色編碼、箭頭指示或數(shù)值標簽等形式，以便及時調(diào)整姿勢和技術。從而可以通過高度仿真的vr環(huán)境，學員能夠在接近真實情境下練習cpr技巧，增強實戰(zhàn)能力。結(jié)合多種傳感技術和智能算法，系統(tǒng)能夠捕捉細微的動作變化，并提供詳細的性能評估。即刻可見的偏差可視化使得學員可以迅速糾正錯誤，提高學習效率。
40、
1.一種基于vr的心肺復蘇模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括手部數(shù)據(jù)獲取模塊、vr顯示模塊、特征提取模塊、偏差計算模塊和偏差可視化模塊；
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于vr的心肺復蘇模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述手部數(shù)據(jù)獲取模塊包括穿戴數(shù)據(jù)檢測單元、初始化單元、數(shù)據(jù)收集單元和存儲單元；
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于vr的心肺復蘇模擬系統(tǒng)，其特征在于，
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于vr的心肺復蘇模擬系統(tǒng)，其特征在于，
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于vr的心肺復蘇模擬系統(tǒng)，其特征在于，
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于vr的心肺復蘇模擬系統(tǒng)，其特征在于，
7.如權(quán)利要求6所述的一種基于vr的心肺復蘇模擬系統(tǒng)，其特征在于，
8.如權(quán)利要求7所述的一種基于vr的心肺復蘇模擬系統(tǒng)，其特征在于，
9.一種基于vr的心肺復蘇模擬方法，采用權(quán)利要求1~8任意一項所述的一種基于vr的心肺復蘇模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括：