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面向脑机接口的虚拟现实场景开发

发布时间:2018-05-26 14:10

  本文选题:脑电信号 + 虚拟现实 ; 参考:《兰州大学》2017年硕士论文


【摘要】:脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)是指在人脑和电子设备之间建立不依赖于常规大脑信息输出通路(外周神经和肌肉组织)的全新对外信息交流和控制技术。其中脑电生物反馈疗法(Electroencephalogram Biofeedback or Neurofeedback)是脑机接口与生物反馈疗法相结合的重要应用。近年来,随着虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术的发展,生物反馈疗法也开始尝试采用VR系统。本研究针对现有生物信息反馈系统以及BCI系统的不足,将BCI技术与虚拟现实相结合,构建面向脑机接口的虚拟现实放松系统。整个系统中,采用Brain Link Lite作为脑电信号采集器,使用C#开发了脑电采集软件,使用Unity3D开发了虚拟现实场景,采用智能手机作为系统的终端,通过无线通信进行数据传输,实现了一个实时反馈的BCI系统和3D虚拟现实环境。在保证放松效果的同时,增强了虚拟现实反馈系统的便携性、高效性。最后为了研究系统的放松效果和虚拟现实场景的临在感,进行了实证研究。实验采用随机分组前测后测的方法,将20名被试随机分为实验组和对照组,其中每组10人,采用调查问卷的方法评估系统的放松效果,同时研究了系统的临在感与放松效果之间的关系。运用临在感调查问卷研究了获取临在感的影响因素和临在感的各个因素所占比重。进行状态特质焦虑问卷(State-Trait Anxiety Inventory,STAI)组内比较,实验组状态焦虑值后测分数低于前测,且差异显著,对照组差异不显著(p0.05)。进行STAI组间比较,状态焦虑值实验组前测与后测分数的差值高于对照组,且两组差异显著(p0.05)。得出沉浸式虚拟现实场景具有更好的心理放松效果。沉浸环境比非沉浸环境具有更强的临在感,更好的放松效果。说明本文设计面向脑机接口的虚拟现实放松系统具有良好的心理放松效果,较强的临在感。
[Abstract]:Brain-Computer Interface (Brain-Computer Interface) is a new technology for information exchange and control between human brain and electronic devices, which does not depend on the conventional brain information output pathway (peripheral nerve and muscle tissue). Electroencephalogram Biofeedback or Neurofeedback) is an important application of brain computer interface and biofeedback therapy. In recent years, with the development of Virtual reality (VR) technology, biofeedback therapy has begun to use VR system. Aiming at the deficiency of the existing bioinformatics feedback system and BCI system, this study combines the BCI technology with the virtual reality, and constructs a virtual reality relaxation system oriented to the brain computer interface. In the whole system, Brain Link Lite is used as EEG collector, EEG acquisition software is developed with C #, virtual reality scene is developed with Unity3D, smart phone is used as the terminal of the system, and data transmission is carried out through wireless communication. A real-time feedback BCI system and 3 D virtual reality environment are implemented. At the same time, it enhances the portability and efficiency of the virtual reality feedback system. Finally, an empirical study is carried out to study the relaxation effect of the system and the presence of virtual reality scene. Twenty subjects were randomly divided into experimental group and control group, 10 in each group. The relaxation effect of the system was evaluated by questionnaire. At the same time, the relationship between the presence of the system and the relaxation effect is studied. The influencing factors and the proportion of each factor of the sense of presence were studied by using the questionnaire of the sense of presence. The results of State-Trait Anxiety inventory (STAI) showed that the post-test scores of state anxiety in the experimental group were lower than those in the pre-test, and the difference was significant, but the difference in the control group was not significant (p 0.05). The difference between pre-test and post-test scores in the experimental group was higher than that in the control group, and the difference between the two groups was significant (p 0.05). It is concluded that the immersive virtual reality scene has better psychological relaxation effect. Immersion environment has stronger sense of presence and better relaxation effect than non-immersion environment. It shows that the design of virtual reality relaxation system for brain-computer interface has good psychological relaxation effect and strong sense of presence.
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R318;TP391.9

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本文编号:1937514

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