自闭症儿童康复教育的虚拟现实系统

摘要

自闭症是一种发展性障碍，主要表现在个体不同程度的社会交往障碍、沟通障碍、行为方式刻板以及兴趣狭隘等方面。虚拟现实技术在自闭症研究与干预上的应用是近年来出现的一个新的研究领域。本文在充分研究了自闭症儿童干预训练需求以及国内外虚拟现实技术现状、进行实地调研的基础上，提出了一种基于虚拟现实技术的软件系统，设计并实现了部分针对自闭症儿童认知教育的干预课程，达到一定的效果。主要细节工作如下:
　　(1)首先分析了自闭症儿童的特点，根据自闭症儿童的干预训练原则设计了以游乐园为主题的自闭症儿童干预方案，提出系统总体的设计思路。其次通过3ds Max三维动画渲染和制作软件，完成了虚拟游戏中教学场景和游戏场景的全景建模，在保证模型逼真度的前提条件下，对模型进行了优化。
　　(2)在Unity3d三维引擎中导入完成了自闭症儿童虚拟干预场景，并实现了对其的实时驱动，在自闭症儿童三维虚拟场景的构建过程中，在灯光渲染、碰撞检测及模型构建等方面做出了一些优化措施，加快了软件运行速度，降低了资源消耗。
　　(3)针对现有的SSAO算法层次感不丰富，对比度低，提出了一种新颖的屏幕空间环境遮挡方法。首先通过下采样减小后续计算量，然后引入一个离散的水平结构，通过采样深度纹理计算轮廓等级和轮廓值，然后根据距离应用线性或高斯衰减减小当前纹理像素与子像素间的距离，最后通过平滑滤波减少噪声影响。本文提出的方法比现有的环境光遮蔽算法SSAO更接近光线跟踪的解决方法，运行速度显著提高，而且对于静态或动态场景都不需要任何预先计算。
　　(4)本课题选用当下流行的HTC Vive传感器作为软件交互的主要设备代替传统的键盘鼠标交互，给使用者提供沉浸式体验，为自闭症儿童的干预治疗做出了实践性的研究，丰富了自闭症干预治疗的方法和手段，具有较好的实践价值。

目录

声明

摘要

1．1课题研究的背景及意义

1．2课题来源

1．3自闭症认知理论及其干预康复手段的研究现状

1．3．1自闭症的相关理论

1．3．2自闭症康复的干预手段分析

1．3．3虚拟现实技术对自闭症儿童康复教育的可行性分析

1．3．4自闭症儿童康复教育的虚拟现实技术研究现状

1．4本文的主要内容和章节安排

第二章自闭症系统三维虚拟场景的设计分析

2．1自闭症儿童虚拟现实系统三维虚拟场景设计与分析

2．2三维模型创建与优化

2．3三维模型纹理映射与烘焙

2．4三维模型导出

2．5本章小结

第三章三维虚拟场景真实感研究

3．1环境光遮蔽算法分析

3．2原始的SSAO算法流程

3．3改进的屏幕空间遮蔽算法

3．3．1下采样算法的基本流程

3．3．2轮廓等级

3．3．3代表性轮廓值

3．3．4平滑滤波

3．4实验结果

第四章自闭症儿童康复教育虚拟现实系统交互设计与实现

4．1自闭症儿童康复教育虚拟现实系统的开发框架设计

4．1．1 3ds Max建模软件

4．1．2 Unity 3D三维引擎

4．1．3 HTC Vive体感交互设备

4．1．4系统开发框架设计

4．3自闭症儿童康复教育虚拟现实系统二维教学功能设计及实现

4．3．1二维教学功能分析与设计

4．3．2二维教学功能实现

4．4自闭症儿童康复教育虚拟现实系统三维训练功能设计及实现

4．4．1训练三维功能分析与设计

4．4．2三维场景训练功能的实现

4．5 HTC Vive体感交互设备连接流程

4．6系统测试

4．6．1测试环境

4．6．2系统功能测试

4．6．3用户体验测试

5．1本文工作总结

5．2未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得的研究成果

致谢