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研究生:許良菁
研究生(外文):Liang-Ching Hsu
論文名稱:結合虛擬實境與動作捕捉系統於高齡者平衡能力訓練之姿勢反應研究
論文名稱(外文):Combine Virtual Reality with Motion Capture System for balance training performance in postural responses.
指導教授:孫天龍孫天龍引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:工業工程與管理學系
學門:工程學門
學類:工業工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:虛擬實境動作捕捉系統虛擬人模人形框
外文關鍵詞:Virtual realityMotion CaptureDigital Human ModelPosture Model
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跌倒除了會造成的身體受傷嚴重時可能會造成致命傷害,因此預防跌倒已成為重視的議題,而靜態的平衡能力訓練可有效的增強身體平衡能力的維持以及降低跌倒的風險。本研究使用虛擬實境提供視覺輔助結合動作捕捉技術運用於平衡能力訓練,在進行平衡訓練時受測者需穿著動作捕捉衣並驅動虛擬場景中的虛擬人模,隨者虛擬場景提供人形框視覺輔助並與虛擬場景互動,讓受測者進行平衡能力訓練時受測者需讓虛擬人模維持於人形框內,以表示受測者的動作符合平衡能力訓練之動作姿勢,本研究設計人形框大小與人形框移動時間這兩項參數設計四種不同平衡能力訓練虛擬場景,並探討在不同人框參數設計之平衡能力訓練虛擬場景對於受測者維持於人形框內的時間與碰撞機率的影響,本研究所使用提出的平衡能力訓練方法有下列優點,第一,可客製化人形框參數設計調整訓練困難度,第二,提供視覺輔助讓動作姿勢更標準,第三,利用動作捕捉系統將能擷取受測者於平衡能力訓練過程的肢體動作,以進行量化分析。實驗結果為提供人形框視覺輔助下進行平衡能力訓練,不同人形框參數調整下可設計出平衡能力訓練的困難度。

Fall prevention has become a more and more important issue as fall-down has been cited as the number one reason to cause accidental death of aged adults. Static balance training is an effective method to increase the balancing capacity of elderly and reduce their fall risks. This paper proposes combined virtual reality (VR) with motion capture system (MoCap) to practice balance training. Our method lets the subjects wear motion capture devices to interactively manipulate a digital human model (DHM) in a virtual environment to follow a 3D posture model (PM). A usability evaluation experiment is conducted and the results show that the parameters of PM design will affect the subjects posture control performance. Our approach is superior to existed methods in several aspects. First, the training process could be customized by modifying the parameters of the PM. Secondly, the training process is accurate because the trainee has to follow the PM. Thirdly, the training process could be quantitatively evaluated by detecting and analyzing the collision information between the DHM and PM. The results show that the visual stimulations created by different PM designs could affect the trainee’s posture control ability and quality.

書名頁 II
摘要 III
Abstract IV
誌謝 V
目錄 VI
圖目錄 VIII
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1. 研究背景 1
1.2. 研究動機 2
1.3. 研究目的 4
第二章 文獻探討 6
2.1. VR視覺刺激影響平衡能力之研究 6
2.2. VR用於平衡能力之訓練 15
2.3. 柏格平衡量表(Berg Balance Test) 27
2.4. 動作捕捉器設備(Motion Capture System) 27
第三章 平衡能力訓練虛擬場景設計與建構 29
3.1. 虛擬場景建構 29
3.2. 動作捕捉系統 29
3.3. 虛擬場景與動作捕捉系統整合 31
第四章 虛擬場景影響平衡能力訓練姿勢反應評估設計 32
4.1.實驗目的 32
4.2.實驗對象 32
4.3.實驗設計 32
4.3.1平衡能力訓練姿勢 32
4.3.2人形框建構與設計 33
4.3.3實驗自變項 34
4.3.4實驗依變項 35
4.4.實驗設備與環境 40
4.5實驗步驟 41
4.6.實驗假設 44
第五章 平衡能力訓練虛擬場景之受測者姿勢反應 45
5.1不同人形框參數設計之年輕受測者姿勢反應 45
5.1.1年輕受測者維持於人形框內時間 45
5.1.2年輕受測者碰撞機率 47
5.2不同人形框參數設計之高齡受測者姿勢反應 49
5.2.1高齡受測者維持於人形框內時間 49
5.2.2高齡受測者碰撞機率 51
5.3.有人形框視覺輔助與無人形框視覺輔助之年輕受測者姿勢反應 53
5.3.1有/無視覺輔助下年輕受測者維持於人形框內時間 53
5.3.2有/無視覺輔助下年輕受測者碰撞機率 54
5.4不同年齡層受測者之姿勢反應分析與討論 57
5.4.1不同年齡層受測者維持於人形框內時間 57
5.4.2不同年齡層受測者碰撞機率 59
5.5 測驗次數影響高齡受測者姿勢反應 62
5.6分析結論 64
第六章 未來研究 65
參考文獻 66
附錄一 69
附錄二 72


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