基于穿戴式生物反馈设备的虚拟现实自适应呼吸

本发明属于人机交互，具体涉及一种基于穿戴式生物反馈设备的虚拟现实自适应呼吸训练方法及系统。背景技术：1、呼吸训练随着现代医学的发展，在康复领域得到越来越广泛的应用。通过呼吸训练，一方面可以直接对呼吸肌群进行锻炼，通过增强胸廓活动来增加肺活量和吸氧量，另一方面还可以有效缓解焦虑、抑郁情绪，进而改善消化、循环系统功能。在用户进行呼吸训练时，容易受外部环境干扰，注意力无法长时间保持集中，影响呼吸训练效果。2、申请号为cn202211654581.1的专利提出，使用热丝式流量传感器获得用户呼气的气流，根据气流流量计算肺活量时流速，从而反应用户的呼吸实时状态。但使用热丝式传感器方案，通常要安装在面罩或以鼻腔插入式的方式使用，穿戴比较麻烦，而且会影响用户呼吸，使用体验不好。3、申请号为cn202310390284.9的专利提出，使用虚拟现实设备控制器来获取呼吸变化。将虚拟现实设备的控制器贴附于用户腹部表面，根据控制器的位置变化来反馈呼吸的实时状态。对于这种方案，一方面，由于控制器比较大且比较重，外形不规则，贴附于用户的腹部，会造成用户不适，影响呼吸训练效果，另一方面，如果控制器需要vr头盔的传感器照射到才能实现跟踪，在用户头部转向上方时，控制器容易跟踪丢失。技术实现思路1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于穿戴式生物反馈设备的虚拟现实自适应呼吸训练方法，使用可快速穿戴的基于压力检测的生物反馈设备，向虚拟现实系统实时传输压力变化来驱动呼吸引导模块的显示变化，为用户构建一个有益于身心的、可摆脱外部干扰的自适应呼吸训练系统。2、一种基于穿戴式生物反馈设备的虚拟现实自适应呼吸训练方法，包括：3、步骤1、将穿戴式生物反馈设备佩戴在用户胸部位置，用于检测用户胸部位置的压力；为用户佩戴vr头盔；4、步骤2、为用户构建一个虚拟场景，并经由5g通道无线串流至vr头盔中；5、步骤3、在ue程序中制作“呼吸球”并与vr场景融合；6、步骤4、对用户呼吸数据进行测试与记录，计算呼吸训练基准值：7、用户佩戴穿戴式生物反馈设备后，计时进行120s的深呼吸，呼吸初始时间为t0，压力达到最大值时的时刻为t，压力达到最小值时的时刻为t，则深呼吸的呼气基准时长吸气的基准时长为计算出呼气基准频率吸气基准频率其中，n表示深呼吸的次数；ti表示第i次深呼吸时压力最小值的时刻；ti表示第i次深呼吸时压力最大值的时刻；8、步骤5、按照步骤4的方法，计算出普通呼吸的呼气基准时长outs，吸气基准时长ins，并计算出呼气基准频率吸气基准频率9、步骤6、呼吸训练开始后，得穿戴式生物反馈设备通过蓝牙通道传输过来的压力数据p，引导语提示呼吸训练开始，将虚拟场景变暗，呼吸球出现。10、步骤7、引导语要求开始深呼吸的t1时刻的压力数据δp，当δp＞0时，判定为吸气，控制呼吸球变大，记录吸气持续时间为tin，在呼吸球左下侧用数字显示提示吸气完成程度，吸气行为结束后，计算出吸气频率f′in，右下角用数字显示表示此次吸气过程的评分；11、当δp＜0时，判定为呼气，控制呼吸球变小，呼气持续时间为tout，用数字显示提示呼气完成程度，呼气行为结束后，计算出呼气频率f′out，用数字显示表示此次呼气过程的评分；12、同理，在引导语要求开始正常呼吸时t2时刻，根据压力数据δp判断呼气或者吸气状态，根据δp改变呼吸球大小，在呼吸球的两侧分别显示吸气完成程度吸气过程评分呼气完成程度呼气过程评分13、步骤8、在引导语表示呼吸训练结束的t3时刻，销毁呼吸球，场景亮度回复正常值。14、较佳的，为用户佩戴降噪耳机，为用户播放高沉浸音频并隔绝外部噪声。15、较佳的，所述呼吸球的材质设置为蓝色半透明。16、一种实现上述自适应呼吸训练方法的系统，其特征在于，包括：穿戴式生物反馈设备、vr头盔、降噪耳机、工作站以及5g路由器；17、其中，穿戴式生物反馈设备内含蓝牙通讯模块，通过蓝牙通道与工作站连接，实时传输压力数据；18、vr头盔为用户提供高沉浸的视景；降噪耳机为用户播放高沉浸音频并隔绝外部噪声；19、所述工作站运行vr程序，渲染生产高沉浸感的vr视景及音效；20、所述5g路由器连通vr头盔与工作站，工作站渲染的vr视景及音频经由5g通道无线串流至vr头盔中。21、较佳的，所述穿戴式生物反馈设备包括压力采集盒和绑带；压力采集盒内含压力计，压力数值通过蓝牙接口向外传输，压力采集盒表面设置液晶屏幕，用于显示实时压力数值。22、较佳的，压力采集盒放置在用户的胸部后，将绑带一端固定在压力采集盒a端，绑带另一端穿过压力采集盒b端的环扣，使用魔术贴进行固定。23、本发明具有如下有益效果：24、本发明提出了一种基于穿戴式生物反馈设备的虚拟现实自适应呼吸训练方法及系统，穿戴式生物反馈设备内置压力传感器，将用户呼吸时胸部扩张/收缩产生的压力变化实时发送至vr程序中，驱动动态“呼吸球”扩张/收缩，使动态“呼吸球”的变化与用户呼吸行为同步，并进行评分提示；用户佩戴vr头盔进入高沉浸的vr场景，在vr场景中按照引导语进行呼吸训练，根据动态“呼吸球”的变化直观感知自己的呼吸状态，根据系统评分实时调整呼吸状态。这样，可以有效隔绝外部环境的影响，使用户将注意力集中呼吸训练上，提升呼吸训练效果；本发明的方法能够有效消除外部环境对用户呼吸训练的干扰，让用户能够在舒缓的虚拟环境中消除消极情绪，注意力高度集中，通过佩戴轻型生物反馈设备，实时直观感知自己的呼吸训练状态，对比呼吸训练评分，及时调整自身呼吸行为，提升呼吸训练效果与效率。技术特征：1.一种基于穿戴式生物反馈设备的虚拟现实自适应呼吸训练方法，其特征在于，包括：2.如权利要求1所述的一种基于穿戴式生物反馈设备的虚拟现实自适应呼吸训练方法，其特征在于，为用户佩戴降噪耳机，为用户播放高沉浸音频并隔绝外部噪声。3.如权利要求1所述的一种基于穿戴式生物反馈设备的虚拟现实自适应呼吸训练方法，其特征在于，所述呼吸球的材质设置为蓝色半透明。4.一种实现权利要求1、2或3所述的自适应呼吸训练方法的系统，其特征在于，包括：穿戴式生物反馈设备、vr头盔、降噪耳机、工作站以及5g路由器；5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述穿戴式生物反馈设备包括压力采集盒和绑带；压力采集盒内含压力计，压力数值通过蓝牙接口向外传输，压力采集盒表面设置液晶屏幕，用于显示实时压力数值。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，压力采集盒放置在用户的胸部后，将绑带一端固定在压力采集盒a端，绑带另一端穿过压力采集盒b端的环扣，使用魔术贴进行固定。技术总结本发明提出了一种基于穿戴式生物反馈设备的虚拟现实自适应呼吸训练方法及系统，穿戴式生物反馈设备内置压力传感器，将用户呼吸时胸部扩张/收缩产生的压力变化实时发送至VR程序中，驱动动态“呼吸球”扩张/收缩，使动态“呼吸球”的变化与用户呼吸行为同步，并进行评分提示；在VR场景中按照引导语进行呼吸训练，根据动态“呼吸球”的变化直观感知自己的呼吸状态，根据系统评分实时调整呼吸状态；可以有效隔绝外部环境的影响，使用户将注意力集中呼吸训练上，提升呼吸训练效果；通过佩戴轻型生物反馈设备，实时直观感知自己的呼吸训练状态，对比呼吸训练评分，及时调整自身呼吸行为，提升呼吸训练效果与效率。技术研发人员：翁冬冬,李明,郝杰,周立经受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11