重慶工程學院 廖武忠

根據(jù)《中國互聯(lián)網(wǎng)絡發(fā)展狀況統(tǒng)計報告》我國當前網(wǎng)民數(shù)量達到驚人的9.04億，互聯(lián)網(wǎng)的普及程度更是達到了64.5%，而其中青少年普及程度更是達到了93.7%。而引起頸椎病的主要生理原因是長期姿勢不正確，由于網(wǎng)絡的普及，大量網(wǎng)民的坐姿無法長期正確地保持，即容易引起頸椎病。根據(jù)世界衛(wèi)生組織公布的全新數(shù)據(jù)，頸椎病已經(jīng)悄悄”榮居”全球十大疾病的亞軍，而頸椎病也愈來愈年輕化，而年輕人是學習、工作、消費的主體，所有勁椎病嚴重影響了人們的學習、工作和消費。但是在頸椎病初期以及未發(fā)病時，人們會忽視頸椎病的預防和治療。而較好的頸椎病緩解和預防方案是能在人們無形中或者人們感興趣的事中去實施。

本文將通過游戲設計，實現(xiàn)融入勸導設計體驗思想，改進圖像處理算法，設計AR游戲，達到讓玩家能在游戲過程實現(xiàn)頸椎病的緩解和預防，并養(yǎng)成做相關頸椎操的習慣，以達到根治頸椎病和拒絕頸椎病發(fā)生的目的。

1 頸椎病治療與預防

由于頸椎病主要是頸椎的病變引起，輕微的頸椎病容易引起進食時吞咽不暢，腹脹便秘以及心動過速，嚴重者可能引起肢體腫脹，高血壓，胸痛，癱瘓等癥狀，給患者帶來學習，生活，工作上的不方便，以及給患者帶來經(jīng)濟上的負擔。而隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，頸椎病的發(fā)病率相對較高，達到17.3%，當前青少年的發(fā)病率更高達24.3%。

當前頸椎病治療和預防的主要方法有：通過對頸部按摩的理筋法，對頸部按摩的理筋法，揉捏對應穴位以及藥物透析法。而當前對應的產(chǎn)品主要有三類：牽引類產(chǎn)品、按摩類產(chǎn)品、頸托類產(chǎn)品。這三類產(chǎn)品都有一個不足之處，就是必須佩戴相關儀器，因而如果在戶外使用非常不方便，對用戶來說體驗效果并不好。

余夢婷根據(jù)辦公室用戶特點，設計了符合辦公室人群的頸椎操。董青英等研究了熱奄包聯(lián)合頸椎保健操對頸椎病患者治療效果進行研究。曹麗等對在校大學生的頸椎保健操對勁椎病的治療效果進行了跟蹤與調(diào)查，并且高灼榮等人對編排頸椎操在大學生頸椎病的運動處方干預效果進行了研究，結(jié)果表明編排頸椎操對大學生的頸椎病治療具有較好的效果，能較好地對頸椎病起到緩解和預防的作用。因此，頸椎操是一個方便、快速、有效的對頸椎病起到緩解、預防和治療作用的方案。但是單純的頸椎操，做的時間較久就會感覺枯燥，無趣，對此厭煩，因此不能堅持。

2 改進的圖像處理算法

2.1 改進的邊緣提取算法

本文提出在圖像降噪過程中，應用圖論的最短路徑算法進行降噪處理，該算法可以較好地應對各種噪聲，對噪聲的處理實現(xiàn)不偏不漏。最短路徑主要體現(xiàn)圖中各個點的連通性，根據(jù)點和點之間的距離，找出其中最短的路徑，該算法的連通性能反映各個方向的連通，所以對噪聲處理效果較好。而最短路徑算法主要應用Dijkstra算法和Prim算法。

2.2 視頻序列的圖像處理

在視頻幀，除了運動物體，其他不運動物體的基本特征不變，雖然運動過程中，可能使圖片的整體色差變換，但是圖像的基本特征不會變換。所以通過2.1的邊緣提取，得到每一幀的特征信息。再通過前后兩幀的邊緣信息差，得到運動物體的運動特征信息。其中處理算法步驟如下：

Step1.E1(i,j)－E2(i,j)=sub(i,j)（其中E為圖像的邊緣信息），并且標識其中大于零部分記為sub1(i,j)并且等于sub(i,j)，標識其中小于零部分sub2(i,j)為并且等于sub(i,j)的絕對值。

Step2.根據(jù)sub1(i,j)統(tǒng)計sub2(i,j)的5×5區(qū)域內(nèi)非零點個數(shù)，如果非零點個數(shù)大于一個臨界值設置運動標識矩陣sign(i,j)為1。

Step3.剔除sign(i,j)3×3區(qū)域內(nèi)的非零點個數(shù)大于一個臨界值，記為運動對象。

2.3 頸部運動算法

根據(jù)相機成像原理，由于物體相對相機的位置，會影響物體在圖片上的相對位置，即如果物體相對向前后移動，物體在圖片的相對位置就會改變，而在頸部上下移動的時候頭部位置相對就有前后移動，所以頭部相對圖片位置不能反映頸部位置的改變。如果物體沒有相對相機的前后位置移動，臉部在圖片中的相對位置的上下移動，就能較好反映頸部的上下移動。而物體的左右移動，不受物體與相機的相對位置的影響，所以本文以臉部的上下左右移動，做為頸部的上下左右移動。該算法的步驟如下：

Step1.剔除非臉部位置：根據(jù)sign(i,j)在y方向上的最小值部分的臨近部分記為頭發(fā)的像素值，剔除邊緣內(nèi)頭發(fā)相關的像素。

Step2.統(tǒng)計臉部在x和y方向的平均值。

Step3.計算前后兩幀在x和y方向的差值，記為物體的相對運動位置。

2.4 頸部運動評分

按照前面圖像處理算法得到給定頸椎操視頻的相對位置序列記為Mi1 ≤ i ≤ n，線對改變相對位置進行標準化處理。通過unity里面的玩家的運動幀，記錄最近運動狀態(tài)改變的幀序列，按照上面的標準化處理得到。最后根據(jù)兩個序列進行對比得到頸部運動的評分。

3 游戲的設計

3.1 游戲行為總體介紹

該游戲玩家行為主要流程框架為，當游戲玩家進入游戲后，提供三個選項供玩家選擇。其中包括頸椎操跟我練，AR游戲模式，普通游戲模式。在頸椎操跟我練中，主要提供頸椎操視頻播放以及頸椎操評分模式；在AR游戲模式中，通過圖像處理算法得到的頸部和頭部運動情況，對角色控制，并且在游戲策劃過程對障礙出現(xiàn)按照頸椎操的順序出現(xiàn)。普通模式，通過鍵盤以及手指滑動進行角色控制。在后面兩種模式中角色死亡進入重新游戲和退出游戲界面。該游戲玩家行為的流程大致如下。

3.2 模式選擇設計

由于該設計的主要目的是實現(xiàn)頸椎病的緩解和預防，所以游戲模式選擇界面設計了跟我練和AR游戲模式.。跟我練模式的設計主要是為了讓玩家認識頸椎操，了解標準的頸椎操做法，以及檢驗自己的頸椎操作法是否規(guī)范；AR模式主要是把頸椎操融入到游戲玩法里面，讓玩家能在不自覺中完成頸椎操，實現(xiàn)頸椎的鍛煉，達到緩解和預防頸椎病的目的。由于玩家不能長期做頸椎運動，而又為了讓玩家對該游戲具有粘連性，設計了普通游戲模式，可以通過鼠標和觸摸屏進行控制，并提供防沉迷機制。

3.3 跟我練模式的設計

該模式主要有兩個功能頸椎操視頻播放功能，練習評分功能。視頻播放功能主要有三個小功能，即為視頻播放，以及快進快退功能，添加快進快退功能，主要是為用戶提供方便觀看自己感興趣，或者自己不會的某些動作進行重復練習。練習評分功能，主要是檢驗玩家動作是否標準，并指出動作不標準的地方。

3.4 AR游戲模式

該模式通過攝像機獲取玩家頭部運動的方向來控制游戲角色的移動，經(jīng)常的晃動一下腦袋，對頸部有一個較好的保護，在運動過程中還可以獲得玩游戲的樂趣，打發(fā)無聊的時間。引用AR技術，增強用戶的體驗感和游戲的易操作性。并且把頸椎操融入游戲中障礙物的出現(xiàn)規(guī)則里面，讓用戶在不自覺中養(yǎng)成頸椎鍛煉的習慣，對頸椎病起到預防和緩解的目的。

3.5 普通游戲模式

該游戲模式主要目的就是為了增加玩家對該設計方案的粘連性，該模式的測試設計主要是按照游戲設計理念，通過由易到難的原則設計多重關卡，并在每一關卡里面，添加了復雜的游戲道具和種類繁多障礙物，使游戲玩法更豐富。該模式下主要在AR模式下，改變了角色控制方式，用用戶習慣的鍵盤或手機屏幕滑動控制。并通過過關觸發(fā)下一關卡開啟，增強玩家對游戲的興趣和征服體驗。

圖1 游戲玩家行為流程圖

結(jié)論：本文主要對圖像處理算法進行改進，達到對圖像實時、有效的處理。通過圖像處理結(jié)果控制游戲角色的移動，提高用戶的參與度，加強游戲的粘連性。并且在游戲設計中引入頸椎操，并在游戲過程對用戶的行為與世界頸椎操進行對比，進行不同獎勵，激勵玩家進行標準化的操作，讓玩家在游戲過程中得到鍛煉頸椎的目的，以實現(xiàn)頸椎病的緩解和預防行為目標。而該設計對相機內(nèi)有多個運動物體處理還不夠完善，以后還可以向該方向進行研究。