kpi

Magazín KPI

Pieskovisko — nekontrolované články

Virtuálno-realitné technológie v procese rehabilitácie a tréningu

Tento článok obsahuje informácie o systéme CaveRehab, ktorý je zameraný na použitie virtuálnej jaskyne LIRKIS CAVE v rehabilitačných, terapeutických alebo tréningových procesoch. Virtuálna jaskyňa je jednou z mnoho virtuálno-realitných technológií, ktoré sú rozšírené v oblastiach ako napríklad zábavný priemysel, tréning simulovaných situácií rôznych povolaní a medicína alebo vzdelávanie. Zameranie tohto systému je použitie v procesoch rehabilitácie u pacientov s rôznymi postihnutiami. V článku sa nachádzajú informácie o používaní tohto systému a jeho výhodách.

Použité virtuálno-realitné technológie

Virtuálna jaskyňa, ktorá sa nachádza na pôde TU v Košiciach využíva zmiešanú realitu na vytvorenie reálneho zážitku pre používateľa. Systém CaveRehab využíva túto virtuálnu jaskyňu ako výstupné zariadenie pre imerzívne zobrazovanie testov na hernej báze s pokrytím približne 270° zorného poľa používateľa. Scéna virtuálnej jaskyne je tvorená na základe výstupu herného jadra.

Virtuálna jaskyňa LIRKIS CAVE
Virtuálna jaskyňa LIRKIS CAVE

Zároveň sa využíva stereoskopické zobrazovanie scény so zachytávaním pohybu používateľa. Konkrétne ide o systém OptiTrack, v ktorom sníma osem infračervených kamier značky na okuliaroch používateľa, podľa ktorých upravuje zobrazovanie v reálnom čase.

Systém OptiTrack
Systém OptiTrack

Výpočtové jadro jaskyne sa skladá z počítačového klastra, pre výpočty a generovanie scény pre zobrazenie a riadiacej jednotky. Systém CaveRehab využíva pre komunikáciu s počítačovým klastrom zdieľaný priestor aby nezaťažoval výpočtové jadro systému virtuálnej jaskyne.

Scéna virtuálnej jaskyne

Generovanie scény pre virtuálnu jaskyňu je realizované použitím systému SuperEngine od spoločnosti Slovakia Supercomputers.

SuperEngine riadi pripojenie k zobrazovaciemu jadru jaskyne a tiež spracováva zdrojové kódy pre scénu, vytvorené v skriptovacom jazyku Ruby. Pri tvorbe scény sú s použitím tohto systému určité obmedzenia, z ktorých je najzávažnejším neschopnosť odstraňovať objekty vytvorené v scéne. V spojení s nie najrýchlejšou tvorbou objektov je v scénach systému CaveRehab využívané vytvorenie všetkých objektov pri inicializácii scény a následne sú už iba upravované parametre objektov, presnejšie viditeľnosť. Tento spôsob je zvolený z dôvodu, že herné jadro systému obsahuje hry ako Tetris a Snake, ktorých herný svet je zložený z väčšieho počtu jednoduchých objektov.

Herné jadro systému

Ako je už spomenuté vyššie, herné jadro obsahuje hry Tetris a Snake, pre ktoré je vytvorená 2D aj 3D verzia. Tieto hry sú tvorené ako konzolové aplikácie v programovacom jazyku C++. Rozdiely medzi danými verziami sú hlavne v ovládaní, na ktoré sa aktuálne používa klávesnica a v spracovaní rotácie tetromina (2D) a tetracuby (3D) pre Tetris.

Na ovládanie pohybu v priestore je v hre Snake použitá kombinácia tlačidiel WASD pre 2D verziu s rozšírením o posun smerom dozadu a dopredu použitím tlačidiel E a X pre 3D verziu. V hre Tetris je pohyb kociek založený na posune doprava a doľava v 2D verzii s rozšírením o posun dopredu a dozadu v 3D verzii. Tieto posuny sú ovládané šípkami klávesnice a v oboch verziách slúži na nútený pohyb smerom dole medzerník.

Rotácia v prípade hry Tetris je v 2D verzii pre smer hodinových ručičiek ovládaná tlačidlom R a pre opačný smer tlačidlom E. 3D verzia hry Tetris má však špeciálne ovládanie rotácie, ktoré je spolu s ovládaním pohybu zobrazené na nasledujúcom obrázku.

Ovládanie hry Tetris 3D
Ovládanie hry Tetris 3D

Okrem zobrazenej scény, obsahujú hry aj konzolové rozhranie, v ktorom je zobrazený aktuálny stav hry, ako aj skóre po ukončení testovania.

Na komunikáciu medzi jadrom virtuálnej jaskyne a herným jadrom sa využíva komunikačný súbor, z ktorého číta scéna formátované dáta v reálnom čase, zapisované v priebehu každého priebehu každého kroku herným jadrom.

Riadiaci systém CaveRehabManager s databázou pacientov

Ďalšou časťou vytvoreného systému je riadiaca windows aplikácia, tvorená rovnako ako herné jadro v jazyku C++, s pripojením na databázu. V rozhraní danej aplikácie je možné vykonávať akcie nad záznamami pacientov, nastaveniami testov a záznamami stretnutí alebo testovaní uložených v pripojenej databáze.

Tabuľka pacientov obsahuje záznamy o zdravotnom stave ako aj o základných informáciách o pacientovi ako je meno, priezvisko a dátum narodenia. V prípade tabuľky nastavení testov sa rozdeľuje typ použitej hry herného jadra aj s parametrami náročnosti, rýchlosti a farebnosti hry. Na základe vybratých nastavení je následne možné spustiť testovanie v priestoroch virtuálnej jaskyne. Posledná tabuľka databázy slúži na ukladanie záznamu alebo rezerváciu termínu testovania. Okrem dátumu je možné v tejto tabuľke priradiť pacienta k nastaveniam testu a s odstupom času sledovať zvyšovanie jeho získaného skóre, prípadne zvyšovanie náročnosti testov s cieľom zlepšiť jeho zdravotným stav a schopnosti ovládania vlastného tela za účelom lepšieho výsledku v herných testoch.

Záver

Systém CaveRehab je zameraný hlavne na použitie v procesoch rehabilitácie a tréningu pacientov. Rovnako však vytvára možnosti pre využitie na zábavné účely a umožňuje do budúcna rozšíriť napríklad ovládanie o rôzne virtuálno-realitné technológie zachytávania pohybu ako napríklad Myo náramok alebo 3D joystick. Takisto je možné pod podmienkou splnenia formy zobrazovania a nastavení parametrov hier rozširovať herné jadro o ďalšie hry alebo testy.

S použitím virtuálnej jaskyne zároveň podporuje imerzívny zážitok z použitia a uľahčuje orientáciu v priestore 3D herného sveta, možným pohybom avatara na základe pohybu používateľa. Týmto zabezpečuje pozitívny dopad na používateľa a tvorí ideálne podmienky pre testovanie, s možnosťou opakovania rovnakého testu alebo aj úpravy náročnosti alebo rýchlosti na základe potrieb pacienta.