基于脑机接口的虚拟驾驶系统

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脑机接口(Brain-computer interface,BCI)与虚拟现实(Virtual reality,VR)都是当前科学界研究的热门领域,脑机接口不使用传统的神经-肌肉传导这一生理通道,而是通过解码脑活动模式来实现与外界的交流交互,能够给予重度瘫痪病人与外界交流交互的可能。但是在某些场合下,使用外部硬件设备进行康复训练费用昂贵并存在潜在的不安全性,而与虚拟现实结合解决了这一问题,一方面,虚拟现实能够给予病人正常训练的环境设施,减少了昂贵的硬件设备费用;另一方面,虚拟现实的高度逼真性能能够产生使用实际硬件外部设备同样甚至更加优秀的效果,而且还不会给病人带来安全风险,同时还可以作为一种游戏或者娱乐方式给使用者带来身心的愉悦。首先,本文展示了一个新颖的基于脑电P300的虚拟现实系统,这个系统摒弃了大多数现存的虚拟现实平台中鼠标、键盘或者诸如手柄等物理输入设备。使用者能够使用P300脑电信号驾驶车辆在一个虚拟的、逼真的城市环境中漫游。系统中P300脑电的识别分类采用了自适应贝叶斯判别分析算法(SA-BLDA),系统的P300显示范式采用了新颖的基于OSG三维渲染引擎的3D-P300字符范式。在训练过程中,通过交叉验证所有8名受试者的识别准确率都达到了90%以上。在虚拟驾驶的过程,使用P300字符作为控制命令控制虚拟车辆的驾驶,能够实现如“启动”,“左转”,“右转”,“保持”,“停止”等功能。实验后的受试者心理状态评估表打分中显示:本系统作为一个娱乐性的游戏能够愉悦身心,有益于受试者熟悉和了解脑机接口系统。其次,本文展示了一个基于混合脑机接口控制的虚拟驾驶游戏,不同于上述系统的是本系统采用了P300与运动想象结合的混合脑机控制方式,这一控制方式结合了P300多自由度控制的优点,和运动想象高信息传输率的优点,在控制方式上比单一脑机接口更为优秀。由Unity专业游戏引擎设计的车辆驾驶游戏具有高的可玩性、生动和符合现实的虚拟现实场景。在控制的实现中,由混合脑机接口产生控制指令或者控制数据,通过TCP/IP通信协议进行网络传输,当游戏场景接收到控制指令或者控制数据,做出如“加速”,“减速”,“左转”,“右转”,“保持”,“停止”等动作。在本部分的内容中,本文设计了两个游戏场景用来检验系统的可靠性,分别是“撞木箱游戏”和“环湖驾驶游戏”,在游戏过程中6位受试者均出色的完成了游戏规定内容,并且所有玩家在游戏过程中均实现了零碰撞,实验结果表明本系统具有很好的可玩性和可靠性。
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