“体医融合”背景下的虚拟仿真与增强现实技术
在锻炼心理学教学中的应用研究—以孕期女性
身体锻炼中应用为例
丁焕香1 张红品1 孟祥新1 张 洁2
1.临沂大学体育与健康学院 山东 临沂 276005
2.临沂市河东区人民医院 山东 临沂 276005
【摘 要】运动文献资料法、观察法、定性分析法、描述性研究方法等对孕期女性的身体锻炼问题进行研究，借助虚拟仿真与增强现实技术可以帮助孕期女性更加科学的提高身体意向，运动处方动作仿真系统将抽象概念转化为直观、可控的仿真图形并深入浅出地开展实验，使指导者根据孕期（孕期是指备孕、孕前、孕中和孕后以及产后期）女性不同身心状况以及孕期的不同敏感期有针对性的进行健身指导。
【关键词】孕期女性；运动处方；虚拟仿真
1 前言
2017年10月中共十九大报告中提出了“实施健康中国战略”号召，再次明确了大健康观的核心要义，就是要加强预防，让人民群众不生病、少生病，有病能医、医病便捷乃至免费，以确保身体的健康长寿。这些政策都为妇幼健康事业发展提供了前所未有的历史性机遇。女性健康，关系到家庭社会的和谐，重视女性健康是时代的需求，促进女性健康迫在眉睫。
2 虚拟仿真与增强现实技术概述
虚拟仿真与增强现实技术（简称虚拟现实），又可以称之为灵境技术，它是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它是综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术并行处理技术和多传感器技术、计算机网络技术、模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人可以沉浸在虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互。虚拟现实技术的一个主要功能就是生成虚拟现实环境的图形。
虚拟现实技术主要有三方面的含义：第一，是借助于计算机生成的环境是虚幻的；第二，人对这种环境的感觉(视、听、触、嗅等)是逼真的；第三，人可以通过自然的方法（手动、眼动、口说、其他肢体动作等）与这个环境进行交互，虚拟环境还能够实时地作出相应的反应。虚拟仿真技术，则是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种更高级的仿真技术。近年来,它已广泛地应用于竞技体育领域,如跳水、体操、蹦床、举重、篮球、滑雪、高尔夫球等项目,尤其在跳水、蹦床项目上取得了较大成功,虚拟现实技术的研究多限于表现难美性、分道竞速性项群,而对大众健身方面鲜见涉及，而作为孕期女性的孕育过程具备高危、不可逆转等特点，运用运动干预孕育这个过程就带有非常大的危险性，这也是很多女性不参与锻炼的主要原因。在需要锻炼和困惑于如何锻炼的特殊时期，借助虚拟仿真与增强现实技术帮助女性科学合理的参与身体锻炼，对于孕期女性的身心健康以及宝宝的健康都将有重要的意义。
3 虚拟仿真与增强现实技术与孕期女性锻炼处方的结合
3.1 需要的仪器设备
国民体质测试系统、人体体成分测试系统、运动心电测试设备、运动心肺测试设备、FMS测试设备、人体体态评估设备三维结构操作图、运动处方实施环境三维图像、运动处方动作仿真系统。其中运动处方动作仿真系统是利用虚拟现实技术将抽象概念转化为直观、可控的仿真图形并深入浅出展示给孕期女性，帮助孕期女性根据本身（孕期是指备孕、孕前、孕中和孕后以及产后期）不同身心状况以及孕期的不同敏感期选择运动处方。运动处方动作仿真系统是借助国家虚拟仿真教学项目的申报契机，由北京润尼尔网络科技有限公司正在帮助建立的平台。
3.2 需要测试的指标
对于每一个使用虚拟仿真技术的孕期女性定期测试相关指标并记入档案。①孕期女性的基本形体指标如：体重、胸围、腰围、臀围、大腿围、腹部皮褶厚度、肩胛部皮褶厚度、体脂百分比等。
②孕期女性的基本机能指标如：心率、血压、肺活量、骨密度等。孕期女性的心理指标如：自我效能感、焦虑等。
③孕期女性的重要肌肉指标主要有：以膈肌为主的呼吸肌群、以腹直肌为主的腹部肌群、以盆底肌为主的盆地肌群。膈肌（diaphragm）位于胸腔与腹腔之间的肌肉-纤维结构。其周围为肌腹，中央为腱膜，又被译为横膈，是机体重要的呼吸肌，占所有呼吸肌功能的60%～80%，呼吸肌（反映呼吸肌功能指标包括呼吸肌收缩强度和持久力指标，呼吸肌收缩强度采用肺活量指标，持久力采用机械力储备即每分钟通气量/最大分钟通气量和潮气量/肺活量。）；腹直肌rectus abdominis位于腹前壁正中线两侧，被包埋于腹直肌鞘内，为上宽下窄的带状多腹肌，左右腹直肌内侧以腹白线相隔，自上而下被3～4个横行的腱划(致密结缔组织索)分隔，腱划与腹直肌鞘前壁紧密愈合，起防止该肌收缩时移位的作用。此肌上端起自第5～7肋软骨前面和胸骨剑突，止于耻骨上缘(耻骨结节与耻骨联合之间)，腹直肌（产妇屈膝，胸部抬起至腹部收紧，用手指在肚子中间从胸骨至趾骨向下按，如果存在腹直肌分离，应该能感受到中间的间隙，若其间隙不到2指宽是正常的，若多过3指宽应进行康复锻炼。）；盆底肌是指封闭骨盆底的肌肉群。这一肌肉群犹如一张“吊网”，尿道、膀胱、阴道、子宫、直肠等脏器被这张“网”紧紧吊住，从而维持正常位置以便行使其功能。一旦这张“网”弹性变差，“吊力”不足，便会导致“网”内的器官无法维持在正常位置，从而出现相应功能障碍，如大小便失禁、盆底脏器脱垂等。盆底肌（“Plevnik(1985）提出采用阴道锤加强盆底肌张力,具备有简单、易行、安全、有效、无副作用等特点。”产妇取站立位,阴道内放置阴道锤（50g）,观察阴道锤是否自动脱落。10min内不脱落为盆底肌张力尚可,15min内不脱落为盆底肌张力良好）。
3.3 虚拟与现实结合
3.3.1 现实与虚拟的交互
运动处方动作仿真系统的交互性是指孕期女性通过使用专用设备，用其自身的自然技能实现对模拟环境的考察与参与程度。例如，孕期女性可以直接用手去抓虚拟环境中的一个虚拟锻炼器械，在这个过程中孕期女性有真实握住东西的感觉，同时还可以感觉的到这个物体的重量（此时用户手中并没有实物），视场中被抓起的物体也可以能够立刻随着人手的移动来移动。孕妇可以使用数据衣服感受普拉提、瑜伽、牵拉动作等，在熟悉动作的要领以及注意事项后再进行跟随教练学习，在虚拟和现实的交互过程中减少了孕妇对身体锻炼的惧怕感，增强了锻炼的效果。
3.3.2 现实沉浸在虚拟
运动处方动作仿真系统最主要的技术特征是沉浸感，当然也有人称其为“临境感”、“投入”或“存在感”等。虚拟现实其实追求的目标是力争孕妇在计算机所创造出的三维虚拟环境中处于一种“逼真投入”的感觉状态，有着身临其境的感觉，即所谓的“沉浸感”。在这个环境中的一切，看上去很真、听起来很真、动起来也很真，所有一切的感觉都很逼真。用户就会觉得自己确实是在一个真实的世界中，自己是世界中的一部分，而不是一个局外人。尤其是在孕前期（0-3月）很多孕妇需要静卧养胎，甚至于轻微的运动都不敢，孕后期（7-10月）身体笨重、行动迟缓、运动不便等也使得孕妇运动量大大的减少，因此而导致的血糖身高、血压升高、体重过重等现象的频发。在这两个特殊时期虚拟仿真技术可以帮助到孕妇的意识形态上的改变，帮助女性如何科学合理的在特殊时期进行锻炼。
3.3.3 虚拟伴随想象
运动处方动作仿真系统并不只是一种媒介或者一个高级终端界面，所以它的应用不仅可以解决在工程、军事、医学等方面的一些问题，这些应用都是虚拟现实技术与设计者来并行一起操作的。在这个过程中，极大地依赖于人类的想象力。运动处方动作仿真系统将把个人信息库和运动处方库完美的结合。运动处方动作仿真系统的适用面比较广，如各种健身中心、孕期女性本人、妇产科医生、体育教学中、各种月子中心等如下图所示。各方在使用个过程中反馈给运动处方动作仿真系统中心，发挥各自的想象力，把运动处方动作仿真系统构造的更加的完美、实用、便捷。相信必究必然带动围绕孕期女性的相关其他产品的仿真系统。
4 小结
运动处方动作仿真系统可以利用虚拟仿真技术提供可视化的运动全过程，为教师对学生特殊人群运动方案的制定、医生对病人的指导、健身中对特殊人群的动作指导、月子中心对孕期女性的动作指导等提供生动、逼真的模拟环境,更形象、立体的提高孕期女性的锻炼质量。由于虚拟仿真技术的沉浸性和交互性,使孕妇能够在虚拟的环境中扮演一个角色,全身心地投人到锻炼环境中去,这非常有利于孕妇的身心康健。随着虚拟现实技术研究的不断发展和完善,以及软、硬件技术的不断提升,我们相信虚拟现实技术作为一个新型的平台,以其自身强大的辅助运动训练优势和潜力,最终一定会在孕期女性的锻炼领域发挥其重要作用。
参考文献：
[1] 韦有双,杨湘龙,王飞.虚拟现实与仿真[M].北京:国防工业出版社,2004.1.
[2] 王兆琪.面向体育训练三维人体运动仿真与视频分析[Eb/OL].http: //www.163.com/sports/2004-1-1.
[3] 姜学智,李忠华.国内外虚拟现实技术的研究现状[J].辽宁工程技术大学学报,2004,(23): 238-240.
[4] 李平，毛昌杰，徐进．开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设，提高高校实验教学信息化水平[J]． 实验室研究与探索，2013，32(11):5-8．
[5] BTICE RICHARD.Multimedia and Virtual Engineering [M].Boston: Newnes,2003.
[6] 钟秉枢.竞技体育中各国对运动技术的研究热点[Eb/OL].http: //www.sina.com/sports/2005-3-12.
[7] 王春阳,宋君毅,许永刚.数字化虚拟人的研究进展及其在体育中的应用前景[J].广州体育学院学报,2以”,24(3):127-128.
教育部人文社会科学研究项目，项目名称：基于pender健康促进模式的孕期职业女性体育健康促进研究，项目编号： 18YJA890018。