本发明属于虚拟现实技术领域，具体的说是一种虚拟现实镜像治疗仪。
背景技术：
镜像疗法是指利用平面镜成像原理，将健侧活动的画面复制到患侧，让患者想象患侧运动，通过视错觉、视觉反馈，结合康复训练项目而成的治疗手段。从提出至今，镜像疗法都基于平面镜或结合透镜进行。由于装置的限制，在训练的规范性、统一性上较难量化，影响了临床应用的效果。在早期的治疗仪器中，镜像装置通常是采用镜子组合或摄像装置拷贝健侧肢体的影像，移植到患侧产生视错觉和视觉反馈，虽取得了不错的效果，但存在着视错觉效果差等问题。
近年来，由于技术的不断发展，国内外出现了一些基于虚拟现实技术的镜像疗法设备，虚拟现实技术在镜像康复仪器中的应用尽管取得了一些进展，但在肢体三维建模、肢体动作捕捉、动作数据记录、分析和可视化治疗方案等关键技术上需创新和改进，主要表现在：
1、在镜像表现形式来看，镜像影像生成多为镜面或视频影像，视觉效果差，虽然出现了三维模型，但采用的是标准模型，适用性不强；
2、对于肢体动作捕捉，应用的光学动作捕捉和数据手套采集范围小，达不到肢体整体的动作捕捉，同时捕捉的精度还需进一步的提高；
3、治疗中多采用观察和手工记录的方式，自动数据记录和分析在多数的研究中没有涉及，规范性不强。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种虚拟现实镜像治疗仪，该治疗仪的模型适用性强，动作捕捉更加全面和准确。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
提供了一种虚拟现实镜像治疗仪，包括：主计算机、混合动作捕捉系统、镜像显示器、医生显示器和输入设备，混合动作捕捉系统、镜像显示器、医生显示器和输入设备均与主计算机相连接；
所述混合动作捕捉系统包括惯性动作捕捉模块和光学动作捕捉模块，所述惯性动作捕捉模块用于与患者的手臂配合以捕捉上肢动作，所述光学动作捕捉模块用于与患者的手掌配合以捕捉手部动作。
进一步的，所述输入设备包括键盘和鼠标，所述键盘和鼠标与主计算机相连接。
进一步的，所述镜像显示器和医生显示器均为高清显示器。
进一步的，所述镜像显示器采用头盔式显示器。
进一步的，还包括三维模型模块，所述三维模型模块包括多个离散的、通用的患侧未患病情况下的不同类型人群健康肢体的三维模型。
进一步的，所述三维模型通过三维扫描采集若干健康正常手臂的数据进行分析，采用三维扫描和次世代模型制作方法制成。
进一步的，还包括可视化治疗模块，所述可视化治疗模块以可视化的方法存储治疗方案，所述治疗方案包括运动方式和运动参数，以三维动画的方式存储。
进一步的，还包括医生治疗模块，所述医生治疗模块用于为患者选择治疗方案，根据运动方式和运动参数从可视化治疗模块选择治疗方案。
进一步的，还包括记录数据模块，所述记录数据模块把混合动作捕捉系统采集到的患侧肢体的关节活动参数进行记录。
进一步的，还包括数据分析模块，所述数据分析模块用于将记录数据模块记录的患侧肢体动作数据与标准动作数据进行分析比对。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明示例的虚拟现实镜像治疗仪，设置混合动作捕捉系统，混合动作捕捉系统由惯性动作捕捉模块和光学动作捕捉模块构成，实现了肢体整体的动作捕捉，同时捕捉精度高。
2、本发明示例的虚拟现实镜像治疗仪，输入设备设置为鼠标和键盘，成本低、操作方便，镜像显示器和医生显示器均为高清显示器，图像显示清晰，有效避免使用过程中产生视觉疲劳，镜像显示器采用头盔式显示器，不妨碍患者的活动，使用更加方便。
3、本发明示例的虚拟现实镜像治疗仪，其三维模型通过采集若干健康正常手臂的数据进行分析，采用三维扫描和次世代模型制作方法制成，包括多个离散的、通用的患侧未患病情况下的三维肢体模型。该模型通过比对不同人群、不同性别、不同年龄段的人群手臂情况，建立分布数据模型，在数据统计的支持下，选择合理的参数制作出不同年龄、性别的有代表性和通用性的镜像手臂模型。与传统的三维模型相比，分类建立的三维模型与患者的适配性更好，治疗效果更好。
4、早期的镜像疗法采用单面镜或二维摄像机等图像采集装置，通过镜像反射形成患侧肢体的图像实现视觉反馈。本发明示例的虚拟现实镜像治疗仪，利用前期的大规模数据库，采用统计分析方法和三维建模技术，构建适用于不同人群的具有真实感的患侧肢体三维模型，在显示装置中实时显示，替代传统治疗中二维图像。与二维镜像图像模式相比，三维模型的视觉呈现方式可产生逼真的、效果更佳的镜像效果。
5、本发明示例的虚拟现实镜像治疗仪，设置可视化治疗模块，将患者需要做出的康复训练动作以三维动画的方式存储，形成不同的治疗方案。传统的治疗过程中，患者通过镜像装置观察到患侧的肢体运动，在头脑中产生视错觉和视觉反馈，达到恢复的效果，但镜像装置存在着动作显示想象困难，视错觉和视觉反馈效果差的问题，影响治疗的质量，本发明示例的镜像治疗仪在动作捕捉和动画生成技术的基础上，首先对健侧肢体的运动进行捕捉，通过镜像匹配形成患侧肢体三维模型的动画显示，直接形成视错觉和视觉反馈，可大幅度提高视错觉和视觉反馈的效果。
6、本发明示例的虚拟现实镜像治疗仪，包括记录数据模块和数据分析模块，能够把混合动作捕捉系统采集到的患侧肢体的关节活动参数进行记录，并将记录数据模块记录的患侧肢体动作数据与标准动作数据进行分析比对，实现治疗效果的量化，有利于医生掌握患者的康复情况，制定治疗方案，克服了平面镜或视频图像评主观判定的模式，实现治疗过程的规范化和标准化。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例的构成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种虚拟现实镜像治疗仪，其硬件系统包括：主计算机、混合动作捕捉系统、镜像显示器、医生显示器和输入设备，混合动作捕捉系统、镜像显示器、医生显示器和输入设备均与主计算机相连接；
混合动作捕捉系统包括惯性动作捕捉模块和光学动作捕捉模块，所述惯性动作捕捉模块用于与患者的手臂配合以捕捉上肢动作，所述光学动作捕捉模块用于与患者的手掌配合以捕捉手部动作。
输入设备包括键盘和鼠标，键盘和鼠标与主计算机相连接，与医生显示器一起用于医生控制。镜像显示器和医生显示器均为高清显示器，清晰度高，有效缓解使用过程中的视觉疲劳。镜像显示器采用头盔式显示器，使用过程不会影响到患者的活动。
该镜像治疗仪的软件系统包括数据层和应用层，数据层包括：
三维模型模块：三维模型模块包括不同类型人群的肢体三维模型数据。该模块通过采集一定数量健康正常手臂的数据进行分析，比对不同人群、不同性别、不同年龄段的人群手臂情况，建立分布数据模型。在数据统计的支持下，选择合理的参数制作出不同年龄、性别的有代表性和通用性的镜像手臂模型库。
模型制作采用三维扫描和次世代模型制作技术，具体如下：
在人工干预的情况下建立以采集到的骨架线为标准生成肢体结构。根据采集的图形信息，丰富肢体，创建相应的肌肉骨骼群，建立大量的、离散的、通用的患侧未患病情况下无贴图信息的肢体白模；根据采集的皮肤纹理数据，在人工干预的情况下采用模糊聚类、数值分析等方法，提取皮肤的主要特征纹理信息，绘制其在无光照参数下的无缝纹理贴图；根据采集到的肌肉线条数据，在人工干预的情况下，采用次时代贴图烘焙技术和贴图蒙板信息技术，构建其相应的骨骼线条、明暗关系、高光、环境遮挡等光影特效，使模型手臂视觉效果更加真实、立体；采用蒙版贴图技术，对已经制作完成的具有贴图属性的模型进行纹理局部细节的调整和修饰。
可视化治疗模块：可视化治疗模块以可视化的方法存储治疗方案，通过设置不同运动方式、设置不同的运动参数为病人形成个体化的方案。可视化治疗模块把患者需要做出的康复训练动作以三维动画的方式存储，形成不同的治疗方案。
记录数据模块，记录数据模块把动作捕捉系统采集的患侧肢体的关节活动的角度、幅度等参数进行记录，实现治疗效果的量化，有利于医生掌握病人康复情况，制定治疗方案。
应用层包括：
医生治疗模块：医生通过医生治疗为病人选择治疗方案，根据运动方式、运动参数从治疗方案模块选择病人治疗方案，控制镜像显示器显示三维镜像模型和治疗方案动画，观察病人的患侧肢体反应情况并选择数据记录，存入数据记录模块。
数据分析模块：数据分析模块用于将记录数据模块记录的患侧肢体动作数据与标准动作数据进行分析比对，确定治疗效果。
本发明示例的虚拟现实镜像治疗仪，以虚拟现实技术形成镜像代替光学和平面图像镜像进行治疗，利用大规模数据库，采用统计分析方法和三维建模技术，构建出适用于不同人群的具有真实感的患侧肢体三维模型。可视化治疗模块采用镜像延时映射，在动作捕捉和动画生成技术的基础上，首先对健侧肢体的运动进行捕捉，通过镜像匹配，经过一段时间延迟后形成患侧肢体三维模型的动画显示，直接形成视错觉和视觉反馈。记录数据模块和数据分析模块根据患者患侧肢体的动作采集数据，对关节活动的角度、幅度等参数进行分析比对，实现治疗效果的量化。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。