3 虚拟现实感觉统合训练系统的设计与实现
　　虚拟现实感觉统合训练系统的硬件 虚拟现实感觉统合训练系统的实际测量的硬件包括图像采集设备（Kinect）、电脑主机（Windows7操作系统）、外置音箱等设备，收集到的信息通过数学模型计算来获得物体的运动轨迹数据。
　　1）图像采集设备。采用微软公司2010年推出的基于体感交互的Kinect人机交互新型设备，利用即时人体骨骼追踪、影像识别等功能，通过玩家的肢体动作来控制游戏[12]。人体骨骼追踪技术是Kinect的核心技术，根据人体的大关节部位将人体标定为20个关键点（图1），躯干、四肢的运动可以用这20个点的三维运动来描述出来。微软公司采用机器学习技术，建立了庞大的人体骨骼框架图像资料库，能对感应到的人体骨骼框架进行智能辨识匹配，实时获取训练者的姿势和动作变化的数据，并将该动作数据结合实时影像互动系统，使训练者与屏幕之间产生紧密结合的互动效果。
　　Kinect的整体构架包括红外线发射器、RGB彩色摄像头、红外线COMS深度摄像头、仰角控制马达和超强并行计算逻辑的系统级芯片。Kinect将采集图像、深度数据流和骨骼信息，通过USB传给PC主机，最后利用进程间的通信与PC机上的其他应用程序进行信息融合[13]。
　　Kinect的工作示意图如图2所示，它的水平视角为57°，侦测的人体骨豁的最佳距离为1.2～3.5米，有效工作距离为5米。训练者处于有效距离之内，计算机通过获取训练者的动作数据用于控制虚拟场景，虚拟场景通过置于训练者正前方的LED显示屏显示，训练者通过观看LED的交互结果与虚拟场景交互。
　　2）电脑主机。硬件需求：需满足处理器（CPU）主频2.0 GHz以上，内存（RAM）4 G以上，显卡NVIDIA GeForce GT610以上，硬盘容量200 G以上。电脑主机通过Kinect for Windows API来获取深度图像数据来进行骨骼运动轨迹跟踪。
　　虚拟现实感觉统合训练系统的游戏设计 游戏设计根据三大常见感觉统合障碍训练原则制定。
　　1）本体觉训练——足球射门。足球射门游戏是一款要求训练者通过单脚站立同时另一只腿进行踢腿动作来控制屏幕中人物完成射门的游戏。游戏背景是一个足球场，绿色的草坪上方有一个白色的球门。屏幕中有一个足球运动员与球门有一定的距离，脚下放一足球。训练者踢出自己的脚，以控制游戏中人物踢出右脚，当踢出的角度达到一定值，便可将足球踢出，足球向前滚动，足球的滚动速度和脚踢出的速度有关，当脚踢出的速度达到一定值，足球便可进球门。若脚踢出的速度过小而达不到设定值，球到达球门之前便会停下来，这就表示此次动作失败。当足球进门时，会发出欢呼的音效给训练者以听感上的刺激。游戏可选“右脚模式”和“左脚模式”。结束游戏后的界面中，给出游戏总时间、踢进的足球个数和游戏的成功率r。设踢出的足球总数为N，其中进门的足球个数为n，则成功率r的计算公式为：
　　踢脚的检测是通过检测当前脚抬起的角度和踢脚的角速度来完成，当脚抬起的角度大于预设值，同时踢脚的角速度也大于预设值时，判断当前动作为踢脚。其中，踢脚的角速度这一值可以反映出训练者脚部运动能力的强弱，它的获得的过程如下：①创建脚抬起角度链表，用于保存脚抬起角度，脚抬起角度通过髋（HIP）、膝（KNEE）、脚（Foot）与垂直线的夹角获得，经过测试和调节，确定此处序列的长度为30帧；②将链表中30个值两两相减，再将所有差值求平均数，得到的便是平均角加速度。
　　以检测右脚踢脚为例。设定右臀点（HipRight）坐标（x1，y1，z1），右脚（FootRight）坐标（x2，y2，z2）。设抬起的角度是指与垂直线的夹角α，计算公式为：
　　2）前庭觉训练——跳蹲游戏。跳蹲游戏是指虚拟场景中躲避障碍物的游戏。该游戏设定的场景是一片美丽的树林，游戏的主角在树林前方的小路上奔跑，跨过一道道障碍，奔向胜利的终点。当人物前方出现石头等障碍物时，画面中将会出现向上的箭头，此时训练者需要做出跳跃（或替代性动作）以控制游戏人物向上跃起以躲避障碍物；当人物前方出现悬空的木头等障碍物时，画面中将会出现向上的箭头，此时训练者需要做出蹲下（或替代性动作）以控制游戏人物向下蹲以躲避障碍物。若人物没有及时躲避障碍物，HP（血量）就会减少，在游戏时间结束之前HP减少到0，游戏也会结束。

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