對(duì)于一些受傷或患病的病人來(lái)說(shuō)，肢體功能障礙是一種常見(jiàn)的后遺癥。無(wú)法控制自己的肢體，可能會(huì)導(dǎo)致病人喪失自信、無(wú)法自理，甚至引起抑郁情緒。因此，康復(fù)治療逐漸得到了發(fā)展，并成為幫助這些病人回到正常生活的重要部分。
如何更好地幫助肢體功能障礙的病人盡快恢復(fù)正常生活？如何將康復(fù)過(guò)程中的日常練習(xí)變得不那么枯燥？一支來(lái)自西交利物浦大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院和智能工程學(xué)院的夏季本科生研究基金（SURF）團(tuán)隊(duì)，將虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和游戲融入進(jìn)康復(fù)系統(tǒng)，希望能為患者提高康復(fù)訓(xùn)練的體驗(yàn)、效率和質(zhì)量。
團(tuán)隊(duì)導(dǎo)師黃夢(mèng)婕博士說(shuō)：“傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練中的日常練習(xí)是枯燥和乏味的，這可能導(dǎo)致患者在訓(xùn)練過(guò)程中放棄。在這個(gè)項(xiàng)目里，我們希望將枯燥的訓(xùn)練變成有趣的游戲任務(wù)和目標(biāo)，鼓勵(lì)和激勵(lì)患者以更有趣的方式進(jìn)行訓(xùn)練。”
在游戲中進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練
團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的康復(fù)系統(tǒng)分為上肢和下肢兩部分，患者可以在利用VR創(chuàng)造的互動(dòng)虛擬環(huán)境中通過(guò)游戲的方式進(jìn)行康復(fù)練習(xí)。來(lái)自工業(yè)設(shè)計(jì)、信息與計(jì)算科學(xué)和數(shù)字媒體技術(shù)三個(gè)專業(yè)的六名學(xué)生根據(jù)自己的研究興趣和技能進(jìn)行了分工。
其中，上肢VR康復(fù)游戲通過(guò)與傳統(tǒng)康復(fù)桌和輔具相結(jié)合，為上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙患者提供有趣的康復(fù)訓(xùn)練場(chǎng)景。
負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)上肢游戲的是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的焦?jié)蓮⑿畔⑴c計(jì)算科學(xué)專業(yè)的董峰毅和數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的武晨鑫。他們介紹道：“在上肢康復(fù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了名為‘送餐服務(wù)’的特殊虛擬游戲。用戶手持的追蹤器代表了虛擬游戲中的汽車，他們可以根據(jù)游戲中的食物軌跡在康復(fù)臺(tái)上移動(dòng)上肢，就能讓游戲中的汽車以對(duì)應(yīng)的路線收集食物。”
下肢VR康復(fù)游戲則是通過(guò)各種有節(jié)奏的行走任務(wù)，來(lái)訓(xùn)練患有下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的患者。
負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)下肢游戲的是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的趙靖怡、信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的鄭雨菲和翟傳欣。他們解釋說(shuō)：“在開(kāi)始游戲前，用戶可以在測(cè)試環(huán)節(jié)中選擇或校準(zhǔn)自己的行走速度。游戲開(kāi)始后，用戶可以選擇代表不同難度的植物，并根據(jù)提示音和地上的箭頭有節(jié)奏地邁步。根據(jù)用戶的行走表現(xiàn)，游戲中會(huì)出現(xiàn)不同程度的動(dòng)作反饋，反饋也會(huì)體現(xiàn)在植物的生長(zhǎng)情況中?！?/p>
“VR下肢康復(fù)游戲還擁有自適應(yīng)訓(xùn)練模式，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶行走表現(xiàn)的分析，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整程序來(lái)優(yōu)化訓(xùn)練?！编嵱攴蒲a(bǔ)充道。
第一次做科研的挑戰(zhàn)與成長(zhǎng)
在項(xiàng)目開(kāi)始的時(shí)候，團(tuán)隊(duì)在硬件和軟件上都遇到了困難。
在上肢游戲的VR系統(tǒng)中，會(huì)有兩個(gè)定位器不斷追蹤VR頭戴顯示器和手持追蹤器的位置，而定位器是靠三腳架支撐擺放在頭戴顯示器的兩側(cè)，“在使用過(guò)程中，定位器擺放的位置、高度等都可能影響追蹤效果，甚至造成VR畫(huà)面的抖動(dòng)?！倍逡阏f(shuō)。
在經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)后，同學(xué)們通過(guò)合理調(diào)整定位器的位置并修改VR的腳本，限制了追蹤器在垂直于虛擬桌面方向上的移動(dòng)，使用戶得到更好的交互體驗(yàn)。
而在制作下肢康復(fù)游戲時(shí)，團(tuán)隊(duì)需要在軟件中綁定用于在VR中模擬患者運(yùn)動(dòng)的模型，但現(xiàn)有的模型并不符合他們的需求，必須自己進(jìn)行調(diào)整，而能找到的中文相關(guān)資料又非常少。
面對(duì)這些問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)成員在黃夢(mèng)婕老師的指導(dǎo)下，充分發(fā)揮了自主學(xué)習(xí)的能力?！拔覀兯阉髁瞬簧僖曨l，找了一些英文的教程，還去各種英文論壇上尋找答案，自己慢慢摸索，最終調(diào)整好了適合我們這個(gè)項(xiàng)目的模型。”鄭雨菲說(shuō)。
趙靖怡認(rèn)為，設(shè)計(jì)科研實(shí)驗(yàn)需要大量的文獻(xiàn)閱讀和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)過(guò)程，與她原先接觸的設(shè)計(jì)項(xiàng)目十分不同。她說(shuō)：“SURF項(xiàng)目是我第一次參與科研項(xiàng)目，它鍛煉了我將所學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力。很感謝這次的經(jīng)歷給予我參與科研的機(jī)會(huì)，這也為我接下來(lái)的讀研深造奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！?/p>
董峰毅和其他團(tuán)隊(duì)成員也表示，SURF為本科生提供了參與一個(gè)完整的科研項(xiàng)目的機(jī)會(huì)，也非常推薦大家能夠積極參與到SURF中來(lái)。“在參與SURF之前，我們主要是學(xué)習(xí)自己專業(yè)相關(guān)的知識(shí)，而在SURF中，我們能夠了解整個(gè)項(xiàng)目的流程，這一點(diǎn)對(duì)于今后的學(xué)習(xí)和工作都是非常重要的?！?/p>
在游戲設(shè)計(jì)完成后，團(tuán)隊(duì)找來(lái)了一些志愿者對(duì)游戲進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)，通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行了用戶體驗(yàn)方面的研究，大多數(shù)參與者都認(rèn)為這些康復(fù)訓(xùn)練游戲相當(dāng)有趣，也有一些參與者給出了改進(jìn)的意見(jiàn)。團(tuán)隊(duì)成員目前正在基于設(shè)計(jì)與研究結(jié)果，撰寫(xiě)科研論文，計(jì)劃之后投稿至國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上。
黃老師補(bǔ)充說(shuō)：“在目前的項(xiàng)目中，只有健康的參與者參與了實(shí)驗(yàn)。如果我們將來(lái)能邀請(qǐng)真正的病人來(lái)測(cè)試我們的系統(tǒng)，那會(huì)更有意義?！?/p>
“我們也和當(dāng)?shù)氐囊患裔t(yī)院進(jìn)行了研究合作，希望我們的VR康復(fù)系統(tǒng)有一天能投入到真正的病人身上?！保ㄓ浾撸哄X懿 編輯：胡秋辰 圖片提供：SURF團(tuán)隊(duì)）
