本实用新型涉及针灸、推拿、按摩等中医技能的教学考核应用领域，尤其涉及一种基于人工智能、虚拟现实、大数据分析处理和动作捕捉技术的中医适宜技术智能培训考核系统。
背景技术：
中医技能是指中医适宜技术，通常是指安全有效、成本低廉、简便易学的中医药技术，又称“中医药适宜技术”，包括针法类、灸法类、按摩疗法、外治疗法、中医内服法和中药炮制适宜技术。中医适宜技术是中医学传统疗法应用于生活中常见多发疾病的主要治疗方法，既有深厚的中医学历史根基，又是现代人所容易接受的中医学治疗方法。
传统的中医技能培训方法主要包括理论教学、课堂讲解，多媒体、挂图、人体模型展示，操作示范和实体训练。传统的中医技能培训方法能够较全面的讲解基础理论知识，但不同课程的教学相对独立，不利于学员在学习过程中对相关课程的综合学习运用和融会贯通；教学内容比较固化，与中医技能的发展和实践不相匹配；教师资源数量有限，为学员提供的实际动作示范和观摩机会较少，在学员学习和操作练习过程中难以对每名学员进行针对性辅导和动作纠正，同时由于教员示范动作缺乏统一的标准规范，难以对学员的操作动作起指导作用；所用培训器材与真实操作场景差别较大、无互动性、缺乏真实性和体验感；由于中医技能水平对于人才的要求较高，传统的教学方案难以在短时间内培养出综合能力合格的专业技能人才。
目前，虚拟现实技术、人工智能技术在医药领域已经有了广泛应用，尤其是应用于虚拟手术、远程会诊、数字影像识别等西医领域，但是在中医领域还应用较少。国内只在针灸技能培训领域有少量系统的开发，但系统功能不全面、互动性不强、培训场景与实际差别较大。例如公告号为CN 106327983 A的中国发明专利，公开了“一种针灸定穴辅助教学系统”，其通过虚拟现实技术建立全三维的虚拟环境，使用户与人体模型进行交互操作。其缺陷是手部控制器需要做成手部带小臂的手套形态，限制了使用者的活动范围，增加了使用者的穿戴设备，需要与银针传感器配合使用，限定了所用硬件的可选范围；包含的真实人体模型上缺乏人体经络数据和操作动作采集设备，无法收集操作数据；银针传感器只能提供“震动”力反馈效果，与实际人体力反馈效果差别较大，体验感不强；无法根据使用者特点，如身高、体重、性别，进行培训课程的定制化训练，无法提供动作判断和正确动作指导功能。
技术实现要素：
本实用新型的目的意在解决现有中医技能培训方法的缺陷，贴近中医技能培训需求，提出的一种将传统的中医技能培训方法与虚拟现实技术、动作捕捉技术和大数据分析挖掘技术、人工智能技术相互融合的智能精准中医技能培训考核系统。该系统基于真实人体数据模型，针对针灸、推拿、脉诊、辩药等中医适宜技术培训内容，可为使用者提供与真实场景相似的视觉、触觉、听觉等感官体验，可实现培训课程的定制推送，培训内容的智能优化，培训过程的实时引导，操作数据的精准测量，有效解决传统中医技能培训的场景不真实、操作动作指导不及时，操作标准不统一的问题。
该系统包括：
头戴式显控设备，该设备需佩戴在使用者头部，使用者可通过所述头戴式显控设备中的显示屏观看虚拟场景软件所生成的虚拟场景、虚拟人体模型和交互虚拟动作。所述头戴式显控设备上安装光学动作捕捉设备和惯性动作捕捉设备，用于实时记录使用者头部动作数据和定位信息。
动作捕捉分系统，用于对培训环境内所有使用者和物体的动作和空间定位数据进行实时记录、分类管理、融合处理。
重力传感分系统，用于记录培训空间内所有人员的重力数据，记录使用者的人体特征。
智能仿真人体模型，所述智能仿真人体模型为现实场景中的实体模型，与虚拟场景中的虚拟人体模型一致对应。所述智能仿真人体模型，基于真实人体数据结合不同人体部位特性进行制作，提供接近真实人体的力反馈效果，内置力量传感器、动作传感器，用于测量和记录使用者作用于智能仿真人体模型的力量数据、动作数据和智能仿真人体模型的形态变化数据。
针型模拟器材，用于模拟中医针灸培训考核场景中所用真实“针”体，其前端为真实中医用针体，后端安置微型空间定位装置，用于配合所述动作捕捉分系统精确捕捉针型模拟器材的空间动作和位置。
设备接入管理分系统，与所述头戴式显控设备、动作捕捉分系统、重力传感分系统、智能仿真人体模型、针型模拟器材、综合展现分系统、智能中医技能培训考核分系统、数据“云”平台进行连接，用于完成对各分系统所产生和采集数据的分类接入，对培训环境内的所有设备运行状态的监控维护。所述设备接入管理分系统包括设备接入管理服务器、数据采集软件、运行维护软件。
综合展现分系统，用于完成使用者在虚拟场景中动作与真实环境中动作的同步处理展示，完成虚拟场景中声音、视频、图像、人体脉络、穴位信息的实时可视化展现。所述综合展现分系统包括综合展现服务器、场景渲染服务器和综合展现软件。
智能中医技能培训考核分系统，用于完成所述智能精准中医技能培训考核内容的管理制作。所述智能中医分系统包括内容管理服务器、虚拟场景制作软件和智能精准中医技能培训考核软件。
数据“云”平台，用于完成各类数据的收集管理、分析挖掘、智能优化，为所述智能精准中医技能培训考核系统提供数据支撑。
优选的，所述动作捕捉分系统包括光学动作捕捉设备、惯性动作捕捉设备、动作捕捉设备架设框架、配套连接线路、电源系统和动作捕捉服务器，所述动作捕捉分系统与头戴式显控设备分离。
优选的，所述智能仿真人体模型的制作包括以下步骤：
1)获取人体中医学基础数据，包括：骨骼、器官、肌肉、皮肤、经脉、穴位；
2)结合不同人体差异，包括性别、身高、体重、年龄，基于不同人体基础数据制作人体三维结构模型；
3)通过3D打印技术完成仿真人体模型制作，所述仿真人体模型放于操作台或支架上，不同结构部位具有不同的密度和强度，用户可在操作过程中体验真实人体的皮肤触感和力反馈效果；
4)在智能仿真人体模型内植入力量传感器、动作传感器，用于仿真人体模型的数据采集。
优选的，所述虚拟人体模型的制作包括以下步骤：
1)基于人体中医学基础数据，建立虚拟场景人体数字模型和标准人体模型数据库；
2)根据不同人体差异，包括性别、身高、提供、年龄段，调整人体数字模型的偏差，获得分类的人体数字模型，建立分类的人体结构模型；
3)与仿真人体模型进行身体部位智能识别比对，建立关联识别数据，包括特征关联数据和位置关联数据，为虚拟人体模型与仿真人体模型的交互式操作提供关联数据；
4)建立虚拟人体模型的准确经脉和穴位模型；
5)加入声音反馈数据；
6)加入操作动作的中医学反馈效果数据，例如穴位联通、经脉疏通、身体动作反馈。
优选的，所述虚拟场景制作软件，用于完成虚拟场景的内容搭建和展现内容的制作管理。
优选的，所述智能精准中医技能培训考核软件，用于完成使用者的信息智能识别、培训课程的定制制作、培训内容的智能优化教学、培训步骤的智能引导、操作动作的判定分析、训练结果的效果评估。
根据上述技术方案，本实用新型产生的有益效果是：
可对培训环境中所有使用者的面部特征数据、身体形态特征数据、重力数据、动作数据和空间位置数据进行精确采集和实时记录，可对培训环境中的所有物体的外形特征数据、重力数据、运动数据和空间位置数据进行精确采集和实时记录，为所述智能精准中医技能培训考核系统实现课程的智能优化、动作模型的标准化引导、教学内容的实时展现提供数据支撑。
可领使用者在进行中医适宜技术培训过程中获得更加真实准确的交互体验。用户可通过针型模拟器材和智能仿真人体模型，直接模拟真实场景中的针灸、推拿、按摩等中医培训内容的操作动作，通过声音反馈和力反馈效果缩小培训场景与真实场景中的体验偏差，解决了中医教学领域的实际操作机会少、操作感不强的问题。
不同于现有虚拟现实系统的单一视觉立体或触觉立体，或场景效果的简单模拟，所述智能精准中医技能培训考核系统基于精准真实人体数据，针对不同的人体结构组织提供的真实力反馈效果，同时加入声音反馈和人体内部穴位、经络、身体状态的变化动画效果展现，使用户同时感受到不同组织的触感、结构性质、形态和柔韧度等区别，逼真模拟进行各类中医动作后所产生的“人体”的变化特征。
虚拟人体模型和真实仿真人体模型相结合，用户可在虚拟场景中看到与真实人体一致的多维人体模型，并在进行动作操作时，对应的操作部位可以用文字、图片、视频、动画的方式综合展现相关信息，强化理论内容与实际场景的关联学习效果。
在虚拟培训环境中，可进行不同用户视角切换，让使用者可从多角度观摩标准动作的教学操作，同时可在虚拟场景中，观看中医标准教学操作动作的放大效果，解决学员在观摩动作过程中的角度单一，视线阻挡和无法看清细微动作的实际操作限制。
在虚拟场景中可对虚拟人体模型进行局部或整体练习，同时提供智能化动作判定分析，有效提高使用者对于各种不同动作和不同位置的操作训练，极大缩短实际培训周期，降低使用者对于教员的动作判定纠正依赖。
基于使用者身份特点，通过人工智能分析处理，完成培训内容的优化定制，全面提升使用者中医技能学习培训效果。
附图说明
图1为本实用新型的系统结构示意图
图2为使用本实用新型的准备工作流程图
图3为本实用新型实施过程的总体流程图
具体实施方式
以下，将参考附图来详细说明本实用新型的实施例。
图1为本实用新型的系统结构示意图，包括智能仿真人体模型、针型模拟器材、动作捕捉分系统、头戴式显控设备、重力传感分系统、设备接入管理分系统、数据“云”平台、智能中医分系统、综合展现分系统。其中智能仿真人体模型为实体仿真模型，用于为用户提供真实人体的力反馈效果、实时测量和记录使用者作用于智能仿真人体模型的力量数据、动作数据和智能仿真人体模型的形态变化数据。针型模拟器材，用于为用户提供针灸技能培训所用的针体培训器材，提升用户操作真实性体验，同时记录模拟针体的空间位置，与动作捕捉系统结合判断用户操作动作的正确性，辅助完成用户中医针灸技能培训。动作捕捉分系统，包括光学动作捕捉设备、惯性动作捕捉设备、动作捕捉服务器、配套安装设施，用于对培训空间内所有使用者和物体的动作和空间定位数据进行实时记录、分类管理、融合处理。头戴式显控系统，用于为使用者提供虚拟场景的查看功能，同时可对头部动作进行记录和定位。设备接入管理分系统，用于完成对各分系统所产生和采集数据的分类接入，对培训环境内的所有设备运行状态的监控维护。数据“云”平台，用于完成各类数据的收集管理、分析挖掘、智能优化。智能中医技能培训分系统，内容管理服务器、虚拟场景制作软件和智能精准中医技能培训考核软件，用于完成虚拟培训场景的制作、培训系统的智能优化、培训内容的制作完善，使用者身份的收集识别。综合展现分系统，用于完成使用者在虚拟场景中动作与真实环境中动作的同步处理展示，虚拟场景中声音、视频、图像、人体脉络、穴位信息等人机交互信息的实时可视化展现。
图2为用户使用本实用新型的准备工作流程图。主要包括使用者准备、设备穿戴、环境设备状态测试三个步骤。使用者做好准备后，进入培训环境，穿戴头戴式显控设备，可根据培训场地大小放置不同数量的智能仿真人体模型或智能仿真人体局部模型。培训环境内需使用饱和自热光，不可使用有色灯光。培训环境内还可放置其他培训器材，供使用者多种需求。用户对所有穿戴和环境设施进行状态检查，若动作和位置捕捉信息正确，启动无误，则检测成功，头戴式显控设备内的显示屏正确显示当前视角画面，培训环境内物体正确显示。若检测失败，则提示用户调整穿戴设备或重新定位设备。
图3为本实用新型的实施过程的总体流程图。当用户进入培训环境后，根据用户基础数据进行身份和特征智能识别，通过与标准数据的分析比对，生成定制化培训课程内容，并向不同用户推送培训课程。客户选择中医技能培训教学或技能考核内容，若选定内容为技能培训教学，则首先进行相应内容的理论教学和动作演示，若有教师进行指导，则实时展示教师示范动作，学员可多角度或在虚拟空间中放大观看操纵动作，若无教师进行指导，则自动转为标准动作的人工智能示范，动作演示可多次观看，也可观看历史或数据库内相应动作演示内容；其次，引导学员完成分解操作练习和综合操作练习，分解操作练习主要针对局部人体模型进行针对性练习，综合操作练习为对整个人体模型进行综合性操作练习，练习过程中，学员可根据培训内容同步查看提示信息，体验真实场景反馈效果，系统同步记录人员动作数据、虚拟人体操作数据、人员和物体定位数据，并与标准动作数据进行比较分析；最后，在操作完毕后，通过数据分析处理，对操作动作进行分析判定，指出与标准动作的差别，并提出动作优化建议，指导学员对相关内容进行重复训练。若选定内容为中医技能考核，则根据考核内容实时生成定制化考核方案，包括理论考核和实际操作考核，在考核过程中实时记录考生动作数据，与标准数据进行比对分析，待考试结束后，即时得到考核结果和分析报告，并分析考核情况。在用户使用该平台过程中，平台可基于数据分析智能学习，结合不同场景不断优化培训方案。