基于VR仿真情境的幼儿自闭症评估系统

技术领域

本发明涉及自闭症评估技术领域，具体涉及基于VR仿真情境的幼儿自闭症评估系统。

背景技术

儿童自闭症是一种比较广泛性的发育障碍的一种亚型，大多起病于婴幼儿期，主要是由于孩子说话比较落后才来就诊；所以，主要表现就是语言的发育有一些障碍和落后的，不愿意与人交往，所以人际交往方面也是存在一些障碍；还有这些孩子常常兴趣比较狭窄，总是玩着一个玩具，而不是去接受很多个玩具，而且他的行为方式方面也会显得比较刻板；有一些孩子的智力发育可以基本正常，但是还有部分孩子是存在一定的智力落后的情况；

对于儿童自闭症治疗而言，若能够做到早发现、早干预，便可极大的提高儿童的治疗效果，目前自闭症的前期诊断、后期评估方法主要是依靠医生评估，医生的评估主要是“一问一答”引导方式，但由于自闭症儿童的沟通能力缺乏，医生所能获得的评价数据有限，如此，便无法给出最佳的预诊断结果、训练方案。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了基于VR仿真情境的幼儿自闭症评估系统，解决了背景技术中提到的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

基于VR仿真情境的幼儿自闭症评估系统，包括自闭症预警分析系统和VR训练系统；自闭症预警分析系统包括儿童资料库、评价内容调用模块、评价内容储存模块、自评价终端、教师评价终端、评价结果综合展示模块；

儿童资料库，储存有各个儿童的历史训练数据、身体信息、身份基本信息；

评价内容储存模块，储存有多种评价规则、训练规则；

评价内容调用模块，根据儿童资料信息而选择评价内容储存模块中合适的评价规则、训练规则，并将评价规则分配至自评价终端、教师评价终端，将训练规则分配至VR训练系统；

VR训练系统，儿童通完成训练规则所对应的VR训练课程，其信号输出端连接第一显示屏；

自评价系统，依据VR训练系统反馈的训练数据而生成场景虚拟评价结果；

教师评价终端，将真实教学情况与评价规则结合，生成真实场景评价结果；

评价结果综合展示模块，综合展示场景虚拟评价结果、真实场景评价结果，其信号输出端连接第二显示屏；

所述VR训练系统包括VR主机、VR眼镜组件、骨骼传感组件，VR眼镜组件通过信号线缆连接VR主机，信号线缆的中部缠绕于线缆导向组件上，VR眼镜组件装配连接背部支撑组件，背部支撑组件的外侧连接手柄组件、骨骼传感组件，VR眼镜组件、骨骼传感组件、手柄组件均通讯连接至VR主机。

进一步的，所述自评价终端包括感知能力评价模块、动作能力评价模块以及数据输入/输出模块；

教师评价终端包括智力评价模块、感知能力评价模块、语言能力评价模块、动作能力评价模块以及数据输入/输出模块。

进一步的，所述感知能力评价模块的工作方法为：

儿童在VR训练系统中执行感知游戏，感知游戏中覆盖有多个感知要素，感知要素包括形状要素、方位要素、深度要素、大小要素；VR训练系统中的手柄组件实时反馈选择监测数据；

当儿童在游戏中需要选择某个动作要素时，该感知要素对应的评价单元开始工作，该评价单元实时抓取选择监测数据；

根据选择监测数据确定当前动作时间、当前动作准确度，根据预设评分标准，给出该动作要素的分值；

当感知游戏结束后，汇总各个感知要素的分值，给出评价，评价包括感知总分、感知要素数据、不合格感知要素、合格感知要素。

进一步的，所述动作能力评价模块的工作方法为：

儿童在VR训练系统中执行动作游戏，动作游戏中覆盖有多个动作要素，动作要素包括走要素、跑要素、爬要素、跨要素、蹦要素、跳要素；VR训练系统中的骨骼传感组件实时反馈各个骨骼监测数据；

当儿童在游戏中需要进行某个动作要素时，该动作要素对应的评价单元开始工作，该评价单元实时抓取骨骼监测数据；

根据骨骼监测数据确定当前动作时间、当前动作准确度，根据预设评分标准，给出该动作要素的分值；

当动作游戏结束后，汇总各个动作要素的分值，给出评价，评价包括动作总分、动作要素数据、不合格动作要素、合格动作要素。

进一步的，所述VR主机内置有数据处理模块、数据采集模块、定时报警模块，数据采集模块的输入端连接VR眼镜组件、骨骼传感组件、手柄组件，数据采集模块的输出端连接数据处理模块，数据处理模块的输出端连接第一显示屏、定时报警模块、自评价终端，数据采集模块的输入端连接评价内容调用模块、游戏存储模块；定时报警模块用以在游戏进行指定时间后提醒暂停休息。

进一步的，所述VR眼镜组件包括主镜盒、眼镜护罩、头部绑带、竖板、横板，主镜盒的内壁设有眼镜护罩，眼镜护罩的两侧设有头部绑带，主镜盒的表面设有连接管，主镜盒内置有数据采集模块，连接管的侧部垂直设有竖板，竖板垂直阻尼转动连接横板，横板背离竖板的另一端装配连接背部支撑组件。

进一步的，所述背部支撑组件包括背板、活动板、腰部绑带，背板的顶部滑动嵌入有活动板，活动板与背板之间通过第一锁紧螺钉连接，手柄组件包括第一姿态手柄、第二姿态手柄、集成线缆、信号插柱，集成线缆贯穿背板、活动板，集成线缆的一端电性连接信号插柱、另一端并联有第一姿态手柄和第二姿态手柄，信号插柱设于活动板的顶端侧壁，横板的外端面设有信号插孔，信号插孔与信号插柱配合电性插接，信号插孔电性连接数据采集模块。

进一步的，所述活动板包括下插板、弧形板、装配板，下插板竖直插入于背板内，下插板的顶端设有外凸的弧形板，弧形板的顶端设有L型的装配板，装配板的内部对称开设有第二锁紧孔，第二锁紧孔的内部贯穿有第一锁紧螺钉，装配板的外壁设有信号插柱，装配板与横板的对齐装配。

进一步的，所述线缆导向组件包括支柱，支柱的顶端转动同轴转动连接上托架，上托架的内部安装有收卷轮，收卷轮的侧壁连接有驱动电机，收卷轮的外壁缠绕有信号线缆；所述支柱的顶部外壁设有固定环，固定环的外壁转动套装有套环，套环通过连杆固定连接上托架，套环的侧壁固定连接斜撑组件，斜撑组件包括斜杆、导向轮架，斜杆的底端固定连接套环、顶端连接导线轮架，斜杆置于上托架的外侧，信号线缆贯穿导线轮架。

进一步的，所述信号线缆的端部设有主插头，主插头安装于连接管内且与数据处理模块通讯连接，信号线缆的外部套装有压紧组件，压紧组件旋装于连接管内，压紧组件用以下压主插头；

所述压紧组件包括压套、挡板以及锥管，压套的顶端设有挡板，挡板的顶面设有锥管，信号线缆滑动贯穿锥管、挡板以及压套；所述连接管的内壁对称开设有收纳槽，连接管的内部同心设有装配管，装配管置于主插头、连接管之间，压套螺纹旋装于装配管内，装配管的顶端向外折弯有滑板，滑板滑动伸入于收纳槽内，收纳槽的内部底部设有弹簧、内部顶部设有柱式压力传感器，滑板置于弹簧、柱式压力传感器之间。

本发明提供了基于VR仿真情境的幼儿自闭症评估系统。与现有技术相比，具备以下有益效果：

1、能够建立出虚拟场景评价体系和真实场景评价体系，从而得出儿童自闭症的预警、训练的真实结果；虚拟场景评价体系通过VR训练系统完成，能够帮助儿童在VR世界里完成相应的动作训练，能够规避环境限制、激发儿童兴趣，并且训练场景能够针对性开发，丰富度更高；真实场景评价体系通过教师与儿童真实对话、互动游戏，能够增加评价数据，判断儿童在真实场景下的表现状态，此状态为高权重状态；

2、通过建立儿童数据库来储存不同儿童的信息，并建立多样的评价规则、训练规则，实现不同年龄段、不同要素不合格的儿童能够得到针对性的训练规则、评价规则，提高训练效果，减少重复训练，降低儿童和训练人员的压力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明的自闭症预警分析系统示意图；

图2示出了本发明的自闭症预警分析系统与VR训练系统连接示意图；

图3示出了本发明的评价内容调用模块示意图；

图4示出了本发明的VR训练系统结构示意图；

图5示出了本发明的VR眼镜组件结构示意图；

图6示出了本发明的背部支撑组件与手柄组件连接结构示意图；

图7示出了图4的A处放大结构示意图；

图中所示：1、第一显示屏；2、线缆导向组件；21、支柱；211、固定环；22、套环；23、连杆；24、上托架；25、收卷轮；26、驱动电机；3、信号线缆；31、主插头；4、斜撑组件；41、斜杆；42、导向轮架；5、VR眼镜组件；51、主镜盒；511、连接管；5111、收纳槽；5112、弹簧；512、装配管；5121、滑板；513、压力传感器；52、眼镜护罩；53、头部绑带；54、竖板；55、横板；551、锁紧孔；552、信号插孔；6、背部支撑组件；61、背板；611、第一锁紧螺钉；62、活动板；621、下插板；622、弧形板；623、装配板；624、第二锁紧螺钉；63、腰部绑带；7、手柄组件；71、第一姿态手柄；72、第二姿态手柄；73、集成线缆；74、信号插柱；8、压紧组件；81、压套；82、挡板；83、锥管；9、第二显示屏。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

为解决背景技术中的技术问题，给出如下的基于VR仿真情境的幼儿自闭症评估系统：

结合图1-图7所示，本发明提供的基于VR仿真情境的幼儿自闭症评估系统，包括自闭症预警分析系统和VR训练系统；自闭症预警分析系统包括儿童资料库、评价内容调用模块、评价内容储存模块、自评价终端、教师评价终端、评价结果综合展示模块；儿童资料库，储存有各个儿童的历史训练数据、身体信息、身份基本信息；评价内容储存模块，储存有多种评价规则、训练规则；评价内容调用模块，根据儿童资料信息而选择评价内容储存模块中合适的评价规则、训练规则，并将评价规则分配至自评价终端、教师评价终端，将训练规则分配至VR训练系统；VR训练系统，儿童通完成训练规则所对应的VR训练课程；自评价系统，依据VR训练系统反馈的训练数据而生成场景虚拟评价结果；教师评价终端，将真实教学情况与评价规则结合，生成真实场景评价结果；评价结果综合展示模块，综合展示场景虚拟评价结果、真实场景评价结果，其信号输出端连接第二显示屏9；

通过上述评估系统能够建立出虚拟场景评价体系和真实场景评价体系，从而得出儿童自闭症的预警、训练的真实结果；虚拟场景评价体系通过VR训练系统完成，能够帮助儿童在VR世界里完成相应的动作训练，能够规避环境限制、激发儿童兴趣，并且训练场景能够针对性开发，丰富度更高；

真实场景评价体系通过教师与儿童真实对话、互动游戏，能够增加评价数据，判断儿童在真实场景下的表现状态，此状态为高权重状态；

通过建立儿童数据库来储存不同儿童的信息，并建立多样的评价规则、训练规则，实现不同年龄段、不同要素不合格的儿童能够得到针对性的训练规则、评价规则，提高训练效果，减少重复训练，降低儿童和训练人员的压力。

第一显示屏1能够实时显示VR状态，帮助教师了解儿童状态，第二显示屏9能够实时显示评价数据，以便教师根据儿童在VR场景中的状态结合判断。

所述VR训练系统包括VR主机、VR眼镜组件5、骨骼传感组件，VR眼镜组件5通过信号线缆3连接VR主机，信号线缆3的中部缠绕于线缆导向组件2上，VR眼镜组件5装配连接背部支撑组件6，背部支撑组件6的外侧连接手柄组件7、骨骼传感组件，VR眼镜组件5、骨骼传感组件、手柄组件7均通讯连接至VR主机。

背部支撑组件6一方面能够支撑VR眼镜组件5，将VR眼镜组件5重力转移至腰部，从而降低儿童配合时的头部、颈部酸痛感，另一方面背部支撑组件6能够对手柄组件7、骨骼传感组件的线束进行收纳，实现有线传输、降低数据延迟，同时也避免线束影响儿童的活动。

实施例二

如图1-图3所示，在上述实施例的基础上，本实施例进一步给出如下内容：

为使得自评价终端能够实现上述利用VR训练系统数据得出评价结果，给出如下方案：

所述自评价终端包括感知能力评价模块、动作能力评价模块以及数据输入/输出模块；教师评价终端包括智力评价模块、感知能力评价模块、语言能力评价模块、动作能力评价模块以及数据输入/输出模块。

自评价终端能够利用VR训练系统的优势吸引儿童的感知兴趣、动作兴趣，因此其着重评估、训练儿童的感知能力、动作能力；教师评价终端能够全方位的对儿童的智力、感知、语言、动作进行综合评价，自评价终端结果为教师评价终端的补充，

在本实施例中，所述感知能力评价模块的工作方法为：

儿童在VR训练系统中执行感知游戏，感知游戏中覆盖有多个感知要素，感知要素包括形状要素、方位要素、深度要素、大小要素；VR训练系统中的手柄组件7实时反馈选择监测数据；儿童在游戏中可以根据提示通过手柄组件7选择对应的要素；

当儿童在游戏中需要选择某个动作要素时，该感知要素对应的评价单元开始工作，该评价单元实时抓取选择监测数据；

根据选择监测数据确定当前动作时间、当前动作准确度，根据预设评分标准，给出该动作要素的分值；示例性的，评分标准为：从开始提示，到完成选择，准确触碰中心点10分，准确触碰要素但为触碰中心点7分，未触碰到0分；在准确触碰时，用时0-5s计15分，5-10s计10分，10-20s计5分，20s以上0分；

当感知游戏结束后，汇总各个感知要素的分值，给出评价，评价包括感知总分、感知要素数据、不合格感知要素、合格感知要素、。

通过上述方法，能够给出单要素数据、感知总分、不合格感知要素、合格感知要素，从而协助教学人员准确了解儿童的各个要素情况，既能够准确的评估儿童自闭症状态，又能够协助教学人员后续针对不合格要素而制定特定训练方案。

每个感知要素均分配有对应的权重，将各个感知要素按权重汇总即可得到感知总分。

在本实施例中，所述动作能力评价模块的工作方法为：

儿童在VR训练系统中执行动作游戏，动作游戏中覆盖有多个动作要素，动作要素包括走要素、跑要素、爬要素、跨要素、蹦要素、跳要素；VR训练系统中的骨骼传感组件实时反馈各个骨骼监测数据；

当儿童在游戏中需要进行某个动作要素时，该动作要素对应的评价单元开始工作，该评价单元实时抓取骨骼监测数据；

根据骨骼监测数据确定当前动作时间、当前动作准确度，根据预设评分标准，给出该动作要素的分值；

当动作游戏结束后，汇总各个动作要素的分值，给出评价，评价包括动作总分、动作要素数据、不合格动作要素、合格动作要素。

通过上述方法，能够给出单要素数据、动作总分、不合格动作要素、合格动作要素，从而协助教学人员准确了解儿童的各个要素情况，既能够准确的评估儿童动作状态，又能够协助教学人员后续针对不合格要素而制定特定训练方案。

每个动作要素均分配有对应的权重，将各个动作要素按权重汇总即可得到动作总分。

而最终的，按照权重将自评价终端的感知总分与教师评价终端的感知总分融合，将自评价终端的动作总分与教师评价终端的动作总分融合。

实施例三

如图4-图7所示，在上述实施例的基础上，本实施例进一步给出如下内容：

在本实施例中，所述VR主机内置有数据处理模块、数据采集模块、定时报警模块，数据采集模块的输入端连接VR眼镜组件5、骨骼传感组件、手柄组件7，数据采集模块的输出端连接数据处理模块，数据处理模块的输出端连接第一显示屏1、定时报警模块、自评价终端，数据采集模块的输入端连接评价内容调用模块、游戏存储模块；定时报警模块用以在游戏进行指定时间后提醒暂停休息。

在本实施例中，所述VR眼镜组件5包括主镜盒51、眼镜护罩52、头部绑带53、竖板54、横板55，主镜盒51的内壁设有眼镜护罩52，眼镜护罩52的两侧设有头部绑带53，主镜盒51的表面设有连接管511，主镜盒51内置有数据采集模块，连接管511的侧部垂直设有竖板54，竖板54垂直阻尼转动连接横板55，横板55背离竖板54的另一端装配连接背部支撑组件6。

通过在主镜盒51处设计竖板54、横板55，当定时报警模块提醒时或需要暂停休息时，可取下头部绑带53，向上转动主镜盒51，如此，主镜盒51即可阻尼向上转动收起，如此，实现不拆卸背部组件，即可取下主镜盒51，以便后续再次操作。

在本实施例中，为使得背部支撑组件6能够实现上述背部支撑的功能，

所述背部支撑组件6包括背板61、活动板62、腰部绑带63，背板61的顶部滑动嵌入有活动板62，活动板62与背板61之间通过第一锁紧螺钉611连接，手柄组件7包括第一姿态手柄71、第二姿态手柄72、集成线缆73、信号插柱74，集成线缆73贯穿背板61、活动板62，集成线缆73的一端电性连接信号插柱74、另一端并联有第一姿态手柄71和第二姿态手柄72，信号插柱74设于活动板62的顶端侧壁，横板55的外端面设有信号插孔552，信号插孔552与信号插柱74配合电性插接，信号插孔552电性连接数据采集模块。

可上下调节活动板62的外伸长度，使得背部支撑组件6能够满足不同升高的穿戴需要，使得活动板62的顶端能够对齐横板55，横板55一方面能够铰接主盒体，另一方面能够装配连接活动板62，同时也是信号中转位置；集成线缆73贯穿背板61、活动板62，实现集成线缆73隐藏；第一姿态手柄71，第二姿态手柄72为儿童双手握持进行操作。

在本实施例中，所述活动板62包括下插板621、弧形板622、装配板623，下插板621竖直插入于背板61内，下插板621的顶端设有外凸的弧形板622，弧形板622的顶端设有L型的装配板623，装配板623的内部对称开设有第二锁紧孔551，第二锁紧孔551的内部贯穿有第二锁紧螺钉624，装配板623的外壁设有信号插柱74，装配板623与横板55的对齐装配。

弧形板622的设计，能够符合人体背部曲线，使得装配板623能够对齐置于儿童头顶。

在本实施例中，由于儿童是在电子上进行游戏，信号线缆3需要预留很长以跟随儿童运动，牵引的信号线缆3容易绊倒儿童，需要训练人员在后面照看，为解决上述问题，给出如下方案：

所述线缆导向组件2包括支柱21，支柱21的顶端转动同轴转动连接上托架24，上托架24的内部安装有收卷轮25，收卷轮25的侧壁连接有驱动电机26，收卷轮25的外壁缠绕有信号线缆3；所述支柱21的顶部外壁设有固定环211，固定环211的外壁转动套装有套环22，套环22通过连杆23固定连接上托架24，套环22的侧壁固定连接斜撑组件4，斜撑组件4包括斜杆41、导向轮架42，斜杆41的底端固定连接套环22、顶端连接导线轮架，斜杆41置于上托架24的外侧，信号线缆3贯穿导线轮架。

收卷轮25能够缠绕收卷信号线缆3，使得信号线缆3能够从儿童头顶输送信号线缆3，信号线缆3不会置于地面上；上托架24与支柱21转动连接，使得收卷轮25能够360°转动，当儿童多方向运动时，即可牵引收卷轮25、上托架24转动至对应方向；

斜撑组件4能够斜撑信号线缆3，避免信号线缆3下坠，并且当上托架24转动时，套环22也跟随转动，实现斜撑组件4与收卷轮25同步转动。

在本实施例中，为牵引过程中，信号线缆3处与主镜盒51的连接处易松动，信号线缆3如何能够自动收卷，为解决上述问题，给出如下方案：

所述信号线缆3的端部设有主插头31，主插头31安装于连接管511内且与数据处理模块通讯连接，信号线缆3的外部套装有压紧组件8，压紧组件8旋装于连接管511内，压紧组件8用以下压主插头31；所述压紧组件8包括压套81、挡板82以及锥管83，压套81的顶端设有挡板82，挡板82的顶面设有锥管83，信号线缆3滑动贯穿锥管83、挡板82以及压套81；所述连接管511的内壁对称开设有收纳槽5111，连接管511的内部同心设有装配管512，装配管512置于主插头31、连接管511之间，压套81螺纹旋装于装配管512内，装配管512的顶端向外折弯有滑板5121，滑板5121滑动伸入于收纳槽5111内，收纳槽5111的内部底部设有弹簧5112、内部顶部设有柱式压力传感器513，滑板5121置于弹簧5112、柱式压力传感器513之间。

在装配时，将压套81旋装至连接管511内并与装配管512连接，使得压套81抵触主插头31，从而避免连接处松脱；

在使用时，儿童走动牵拉主镜盒51，使得连接管511运动，装配管512的滑板5121相对在滑槽内位移，并压缩柱式压力传感器513、拉长弹簧5112；

压力过大时，则表示需要更长的信号线缆3，驱动电机26工作带动收卷轮25转动，释放了更多的信号线缆3，当压力过小时，则表示冗余信号线缆3过多，驱动电机26驱动收卷轮25反转，收卷信号线缆3。

在本实施例中，骨骼传感组件包括左上臂加速度传感器、左下臂加速度传感器、右上臂加速度传感器、右下臂加速度传感器、左上腿加速度传感器、左下腿加速度传感器、右上腿加速度传感器、右下腿加速度传感器，各个加速度传感器通过绑带置于儿童躯干处，各个加速度传感器通过线束并联至集成线缆73。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。