研究一种用于康复训练的，集功能测试、运动疗法(或作业疗法)和心理治疗为一体的康复器械是康复事业的需要，这类产品在国内外都是一个空白，这类产品的问世，会给我国的康复事业作出巨大的贡献，对广大患者来说，也是一个福音。同时，目前专业康复人员的数量也较少，这一类器械的问世将缓解矛盾，使更多的患者受益。而虚拟现实技术正好能解决康复工程中存在的上述问题。

　　1.2　虚拟现实技术的发展现状

　　虚拟现实是一门崭新的技术，是一种高度逼真地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的人机界面技术。虽然人们对它研究的时间并不算太长，但其发展和影响力已远远超出了人们的预料。相信随着研究的不断深入，VR技术将会产生飞跃的发展，并将带来一场世界性的技术革命。

　　1990年在美国达拉斯召开的SIGGRAPH国际会议上对VR进行了讨论，并首次用以下三个构成技术对VR进行了定义：

　　● 三维计算机图形学技术

　　● 采用多功能传感器的交互式接口技术

　　● 高清晰度以及高更新速度的显示技术

　　一个虚拟现实系统应具备的特征有：

　　(1)自主性：表示在虚拟环境中，对象的行为是自主的，是由程序自动完成的，只有这样，才能使操作者感到虚拟环境中的生物是“有生命的”、“自主的”，非生物的行为是符合物理规律的。

　　(2)交互性：表示在虚拟环境中，操作者能够对虚拟环境中的生物及非生物进行操作，并且，操作的结果应该能够被操作者感受到。

　　(3)存在感：表示在虚拟环境中，操作者应该能很好地感受到自己的存在。存在感的强弱，与虚拟表达的详细度、精确度和真实度有密不可分的关系。

　　一个标准的VR系统应该由以下几个部分组成(如图2)：

结构

　　(1)三维的虚拟环境产生器及其显示部分：

　　这是VR系统的最基础部分，它可以由各种传感器的信号来分析操作者在虚拟环境中的位置及观察角度，并根据在计算机内部建立的虚拟环境的模型快速产生图形，快速显示图形。这部分可将患者的训练姿态与计算机图形的显示内容融合在一起，使患者在训练时知道自己的状态，并利用计算机显示的图形进行心理诱导治疗。

　　(2)由各种传感器构成的信号采集部分：

　　这是VR系统的感知部分，传感器包括力、温度、位置、速度以及声音传感器等，这些传感器可以感知操作者移动的距离和速度、动作的方向、动作力的大小以及操作者的声音，这部分可用于测定患者训练的强度大小，测试患者的脉搏、呼吸、关节的活动度和训练的力度等。产生的信号可以帮助计算机确定操作者的位置及方向，从而计算出操作者所观察到的景物，也可以使计算机确定操作者的动作性质及力度。

　　(3)由各种外部设备构成的信息输出部分：

　　这是VR系统使操作者产生感觉的部分，感觉包括声音、触觉、动觉和风感，甚至还可以有嗅觉、味觉等。正是VR系统产生的这些丰富的感觉，才使操作者能真正地沉浸于虚拟环境中，产生身临其境的感觉。这部分中的动作器械可产生主动运动和抵抗运动，引导使用者进行被动的或主动的动作训练；而其信息发生器则产生各种能使人感知的信息，还可用音乐或语言提示的方式，鼓励患者，进行心理治疗。

　　一个虚拟环境特性的实现是和实现虚拟环境的硬件及软件性能密不可分的。例如自主性是否良好由软件的设计水平决定，交互性则不仅与软件水平有关，更重要的是由各种传感器的性能决定的，而存在感则与三维视觉产生系统的运算速度及显示器分辨率、刷新速度有着密不可分的关系。

　　虚拟现实系统的作用是十分广泛的，它可以被应用于：

　　(1)训练：使用者可像在真实环境中一样操纵虚拟环境中的对象，这样可以用于培训和教育，如飞行员用飞机模拟训练器练习驾驶技术，医生用虚拟现实技术进行手术训练等。

　　(2)体验因大小关系而无法体验的事情：例如，在人的血管及体内行走，观察遥远星系的演化等。

　　(3)体验到那些由于危险、经济代价高或费时等原因而不易到达的地方的感觉：例如对核反应堆的操作，到太阳、火星等星体上去旅行。

　　(4)检验系统、建筑设计的合理性：在系统设计完以后，可以建立该系统的计算机模型，并由操作者在VR系统中感受系统有无不便之处，并对设计进行交互式的修改，从而完善系统。

　　(5)用于虚拟空间辅助决策系统(Virtual Space Decision Support System, VSDSS)：这是应用于产品开发及试制过程中的一种辅助评价手段，其评价结果将直接送CIMS系统，供