一种游戏化视觉训练方法

摘要

一种游戏化视觉训练方法，属于视觉训练技术领域。该方法基于计算机基本组件和红蓝分视眼镜等硬件设备，通过红蓝立体显示原理设计训练内容，利用眼球主动运动的原理，牵引训练者的眼球运动，提升睫状肌和眼外肌的收缩能力、立体视觉、注意力和视觉分辨能力，进而达到视疲劳防治、近视防控的效果。考虑到几何图形对于儿童青少年视空间能力发展的促进作用，训练中的视标采用一系列带开口方向的立体几何图形，且通过各种方式实现游戏难度变化，激发并维持儿童青少年玩家的内部动机，提升视觉训练的依从性。同时，也可通过游戏缓解儿童青少年的学习压力，供儿童青少年休闲娱乐，有助于儿童青少年释放情绪，兼具实用性和趣味性。

说明书

技术领域

本发明属于视觉训练技术领域，具体涉及一种适用于儿童青少年学生、基于计算机和红蓝立体显示技术的游戏化视觉训练方法。

背景技术

人类获取信息的83％来自视觉，21世纪的生活方式使得人们更多地使用近视力，普遍存在与用眼过度有关的视觉问题，如近视和视疲劳。一直保持双眼聚焦在一米范围内的人群是罹患近视和视疲劳的主要群体，例如儿童青少年学生群体，当视疲劳严重时，导致阅读漏字串行、难以持久阅读、注意力不集中和抄写文字困难等学习障碍。缓解视疲劳的治疗方法有很多，包括手术、药物、按摩和视觉训练等，手术治疗对于青少年过于极端，药物治疗只能缓解短期不适，且以眼保健操为代表的眼部按摩是以让眼睛接受被动按摩的方式进行的，达不到眼球主动运动的效果，因此大部分人会希望采用视觉训练的方式进行缓解。如今，市面上有很多视觉训练产品，但是其操作复杂、价格高昂，且进行视疲劳防治时，大部分情况下需要前往医院或者专门的眼保健养生馆，缺少便利的视觉训练产品。

8-17岁儿童青少年的瞳距为46mm-70mm不等，人眼视域在10° -15°时，能较为准确地捕捉动态信息且注意力较好，而眼球转动幅度通常在18°左右，因此眼球转动幅度范围为10°-18°时可以达到眼肌锻炼和注意力训练的作用。

红蓝分视眼镜利用色差互补的原理进行分视，左眼红色镜片过滤除了红色光以外的其它光，右眼蓝色镜片过滤除了蓝色光以外的其它光，理想情况下双眼的颜色信息互补，得到RGB颜色通道中颜色信息相对较全的红蓝图像。人可以通过双眼视差来获得立体感，对图像加入视差设置，会得到立体效果，虽然这种方式实现的立体效果会丧失部分信息，但是人的大脑还是会在残缺信息的欺骗下合成出一幅完整的图像，立体视锐度大于800″(秒弧)为立体盲，正常人可接受800″视差的图像，在大脑合成为立体效果图像。人眼视物存在模糊适应的情况，专家猜测推测模糊适应是由神经系统代偿引起的适应反应，如果眼睛处于模糊环境一段时间后，眼睛会适应模糊状态，眼睛努力看清模糊状态中的物象，视觉分辨能力将提升。此外，由于信息学和游戏技术的发展，电子游戏的普及程度越来越高，不仅用于娱乐目的，也用于康复领域，2020年6月，美国食品药品监督管理局首次批准电子游戏为8-12岁儿童青少年注意力治疗的处方药。

为解决眼球主动运动和眼肌训练的问题，眼科医学届已有相关研究和方案，其中与本发明较为接近的技术方案包括：论文(彭伟，基于眼肌运动调节机制的近视矫正训练系统研究[D].中国科学技术大学,2017.)该方法是在总结几种主动式眼保健操后，提出一种15个动态点的眼球运动模型，引导眼球进行主动式眼球训练，但是该方法视标点数有限，眼球运动轨迹有限，且缺乏趣味性。发明专利(申请号： CN201410373159.8，名称：睫状肌训练方法)提出一种通过成像装置投射大小变化的像体刺激视觉神经的方法，可达到增强睫状肌调节晶状体能力的效果，但该方法有一定的视觉刺激感，在实际应用中并不乐见。论文(王少巍，游戏化在视觉形态感知训练中的探索与设计实践[D].浙江大学,2017.)提出将视觉训练种融入游戏化元素，但该方法是基于视觉形态感知训练而开发的训练游戏模型，并没有体现眼肌运动特性和视疲劳相关防治办法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种使用设备简易、支持随时随处进行、训练内容有趣且使用方法简单的专门针对儿童青少年眼肌训练以缓解视疲劳的训练方法。

本发明提供如下技术方案：一种游戏化视觉训练方法，其特征在于：包括以下步骤:

步骤1：向训练用计算机系统中输入训练者的瞳距、选择视标尺寸、选择训练模式、选择训练时间；

步骤2：根据步骤1中的瞳距计算计算机屏幕上视标在水平距离上的注意范围；以屏幕中心位置为原点，由注意范围和屏幕高度计算得出视标位置范围；根据步骤1中选定的视标尺寸，计算设定视距下的视标高度；

步骤3：根据步骤1及步骤2中数据得出关于随机视标的方向、颜色、种类数据；

步骤4：根据步骤1、步骤2及步骤3中数据，确定视标数据信息，通过设置视差，制作视标的立体图；

步骤5：屏幕逐个呈现带视差的随机视标，用户带上戴上红蓝分视眼镜，通过完成视标任务获取分数。

所述的一种游戏化视觉训练方法，其特征在于：所述步骤1中，所述训练模式以背景图为区别按照难度递增的顺序依次包括纯白背景图模式、静态干扰图模式及动态干扰图模式，所述静态干扰图包括静态斑点干扰图、静态条纹干扰图、静态螺旋干扰图，所述动态干扰图包括动态斑点干扰图、动态条纹干扰图、动态螺旋干扰图。

所述的一种游戏化视觉训练方法，其特征在于：所述静态干扰图及动态干扰图中的黑点直径、线条宽度、螺旋线条宽度均适配为相应视标高度的1/5，静态干扰图及动态干扰图中的点、线间距值为视标高度1/5，静态干扰图及动态干扰图居于视标下方，动态干扰图的转速为0.5r/min。

所述的一种游戏化视觉训练方法，其特征在于：所述训练方法包括游戏化训练级别计算、计分及计时功能。

所述的一种游戏化视觉训练方法，其特征在于：随着游戏化训练级别的增大，视标尺寸从大到小变换、透明度从小到大变换。

所述的一种游戏化视觉训练方法，其特征在于：所述视标为一组带有开口的几何图形。

所述的一种游戏化视觉训练方法，其特征在于：所述步骤5中，用户带上戴上红蓝分视眼镜，根据视标开口方向进行反馈互动，完成视标任务。

所述的一种游戏化视觉训练方法，其特征在于：所述步骤3中，所述视标为半封闭矢量图，被随机直线切割为两部分，并分别以红、蓝色填充。

所述的一种游戏化视觉训练方法，其特征在于：训练时双眼平视屏幕，双眼高于屏幕并与屏幕保持至少40cm的视距。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明使用一系列立体显示的几何图形为视标，对于儿童青少年的视空间能力发展具有促进作用；通过随机位置的设置、红蓝立体效果图、透明度改变及模糊适应等方式，提升眼肌调节能力、立体视觉及视觉分辨能力，进而达到视疲劳防治、近视防控的目的；具有实用性和趣味性，其游戏难度变化特点可持续激发并维持玩家进行反复训练，提升训练的依从性。

附图说明

图1为本发明的眼球转动注意范围说明示意图；

图2为本发明的红蓝视差计算说明示意图；

图3为本发明的红蓝分视成像原理说明示意图；

图4为本发明的视标显示流程说明示意图；

图5为本发明的训练游戏使用流程图；

图6为本发明的游戏化训练级别递增流程图；

图7为本发明的各级透明度说明示意图；

图8为本发明的三种干扰图案示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

请参阅图1-8，一种游戏化视觉训练方法，游戏化视觉训练的主要目的是引导眼球进行主动式运动，从而带动眼肌运动，包括以下步骤：

步骤1：玩家矫正视力后，调整舒适的坐姿，调整眼睛距离屏幕 40cm及以上的位置。

步骤2：开启游戏，玩家输入训练者的瞳距d∈[4.6cm,7cm]；玩家选择视标尺寸，即视角大小x∈(2°、3°、4°、5°、6°、7°)，默认为视角7°；玩家选择训练模式，训练有纯白背景图、静态干扰图、动态干扰图三种模式选择，静、动态干扰图模式下均含有三种干扰图案，并以1分钟为间隔顺序交替，默认为纯白背景模式(无干扰)；玩家选择训练时间，训练时间有5分钟、7分钟、10分钟三种，默认为5分钟。

步骤3：戴上红蓝分视眼镜。

步骤4：显示屏逐个呈现训练视标，玩家通过完成视标任务获取分数。

(一)其中，训练视标呈现规则为：

1)首先，根据步骤1的瞳距d计算屏幕上视标在水平距离上的注意范围，如附图1所示的AB间距L＝2*tanθ*40cm+d，d∈

[4.6cm-7cm]，θ∈[10°，18°]。以屏幕中心位置为原点的情况下，由L可得出视标的水平位置

2)然后，利用随机函数得出关于随机视标图案的方向i、颜色j、种类k的取值，确定视标状态的

视标均为半封闭矢量图，图示图案开口方向可明显辨识且图示仅为右开口。图案被随机直线切割为比例为γ(γ∈

3)接下来，对随机视标图进行副本复制并将其向左偏移处理，如附图2所示，由于800″角度极小且不足1°，则偏移距离即原图及副本图的中心点间的距离D＝tan800″*40cm(40cm为视距)。原图及其副本简称为带视差的视标。

4)如附图4所示的视标显示流程，根据以上视标位置(l，h)、视标高度a、随机视标状态(i，j，z)、视差D等信息，结合所玩模式下的背景图，屏幕呈现带视差的视标形态，玩家对应半封闭视标的开口方向，用鼠标左键按住屏幕上随意点进行某一方向拖动(←、↑、→、↓)或根据键盘按键(←、↑、→、↓)来进行反馈互动。

(二)其中，三个训练模式下的游戏计分规则为：

1)游戏初始分数s均为0，游戏化训练级别g初始值均为1。

2)每个视标存在相应时间t(初始为5秒)，互动出现失误或超过相应时间则直接出现下一个视标，互动正确则进行加分，加分的分值大小与基本分数和游戏化训练级别相关，在不同的模式下均单独累计和计算分值。随某玩家游戏互动正确次数的增多，玩家积分越多，游戏化训练级别越高，难度越大。

3)游戏化训练级别以“三进一退”的原则自动计算累计值，即互动连对三次则级别加1，极值为1和100，详见附图6。

4)对第k个视标互动行为的得分n

(三)其中，游戏难度体现如下：

难度体现在单个视标响应时间t、视标尺寸、视标透明度、背景图(干扰图)。

1)当游戏化训练级别每增加10级，单个视标响应时间t变短，变化为

2)当游戏化训练级别每增加10级，视标变小，即从选定的视标尺寸开始按序列7°、6°、5°、4°、3°、2°进行改变，初始视标尺寸均为玩家设置值或默认值7°，极值为2°。

3)当游戏化训练级别每增加10级，视标透明度按照序列0％、 30％、50％、60％、65％、70％、75％、80％进行逐级改变，视标透明度初始值均为0％，极值为80％，受显示器性能影响，具有细微差别，详见附图7。

4)纯白背景模式最为简单，其次为静态干扰模式，最难的是动态干扰模式，动态旋转转速为0.5r/min，其中，干扰图案以1分钟为间隔依次交替，三种干扰图案见附图8。

步骤5：当游戏时间达到选定时间或默认时间，或玩家按ESC键主动退出，游戏终止。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。