专利名称：互动凝视视觉训练系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种互动凝视视觉训练系统，该系统综合了多种现代近视防治理论，采用了益智类游戏的特点，应用了3D渲染技术，增加了趣味性，成为容易长期坚持的眼保健方法。该系统属于眼保健技术领域，用于锻炼受训者的眼部肌肉，可用于飞行员的视力训练、假性近视患者恢复正常视力、以及防止近视患者的近视程度的进一步恶化等。
背景技术：
近年来，近视防治局限于一些传统的方法和手段，一直是眼科界关注的热点。如何采取行之有效的措施和方法防治近视，遏止近视发病率上升的势头，一直是眼科界专家们探索和研究的课题。
备受世界眼科界关注和推崇的视觉训练方法包括眼肌训练法、色光类视觉训练、凝视法、周边区视网膜刺激法等；最经典实用的眼保健技术如中医的穴位按摩法、双眼合像法、晶体操法、远雾视法等。
人眼调节受第III对脑神经(动眼神经)的支配，动眼神经的睫状神经节有感觉、交感、副交感3个根。副交感神经兴奋传出冲动可使睫状肌收缩，产生近调节(也叫正调节)；副交感神经传出冲动减少时，睫状肌松弛，产生远调节(也叫负调节)。交感神经系统的冲动传入调节中枢对副交感神经系统发生拮抗作用，睫状肌受大脑新皮质和边缘皮质区的支配，也就是说，睫状肌的运动会受主观意识的影响和支配。现代眼科学也认为界状肌受交感神经和副交感神经双重支配，以副交感神经为主。
人眼使用最大调节力所能看清楚的最近的一点称调节近点，调节近点越近，说明调节力越强；眼能看清楚最远的一点，称为远点，远点越远则远视力越好(正视眼的远点在无限远处)。医学上称远点与调节近点间的距离为调节范围。
近视眼普遍存在睫状肌功能的衰退，表现为相对调节储备减小，调节反应时间延长。
然而，根据现有技术的种种视觉训练方法都显得比较枯燥，许多人难以长期坚持。
发明内容
本发明的目的是提供一种互动凝视视觉训练系统，其综合了多种现代近视防治理论，采用了益智类游戏的特点，应用了3D渲染技术，增加了趣味性，成为容易长期坚持的眼保健方法。
根据本发明的互动凝视视觉训练系统，提供了一种互动凝视视觉训练系统，包括计算机、投影机、投影幕、游戏手柄、和用于提高视力的计算机软件，其中所述软件加载在计算机中，游戏手柄与计算机相连接，计算机信号输入投影机后投射在投影幕上，整个系统在投影幕上投影出4-8个各由一个游戏手柄独立操作的小窗口，其特征在于，受训者坐于离投影幕2-5米远的地方；投影幕上任意一点发出的光线经过光学透镜进入受训者的眼球后，在眼内的焦点位于视网膜黄斑中心凹前0.5-2mm。
优选地，所述每个小窗口的主体内容为高度在2-800mm之间的视标。
优选地，视标具有数个的开口方向。
根据本发明的另外一方面，提供了一种互动凝视训练方法，用于提高视力的计算机软件加载在计算机中，输入投影机后投射在投影幕上，整个系统在投影幕上投影出4-8个各由一个游戏手柄独立操作的小窗口，所述游戏手柄具有对应着各相应视标方向的按钮，小窗口中的视标在计算机的控制下不断变小，其特征在于，让受训者坐于离投影幕2-5米远的地方；投影幕上任意一点发出的光线经过光学透镜进入受训者的眼球后，使其在眼内的焦点位于视网膜黄斑中心凹前0.5-2mm；可通过游戏手柄进行输入，所述手柄的各按钮对应着相应的视标方向，计算机可识别所述输入正确与否，随着不断地正确输入，小窗口中的视标不断变小。
优选地，所述计算机软件包括至少视力训练模式、自我竞技模式、和多人对战模式3种操作模式的其中之一。
优选地，视力训练模式可在受训者连续2-5次输入错误后启动训练程序；训练程序中显示的视标高度不大于所述受训者连续2-5次输入错误时的视标高度。
优选地，在所述自我竞技模式中，视标在小窗口出现后的0.1-8秒内不输入视标开口方向，就扣分惩罚，或累计该种情况2-10次就扣分；输入视标开口方向错误就扣分，累计错误输入达到扣分要求2-10次就扣分。
优选地，在多人对战模式中，受训者之间为竞争关系，最终产生1-2个胜利者。
优选地，所述训练程序的训练时间为每次5-30分钟，训练程序重复地进行凝视所述视标20-30秒钟，看自己手掌5-20秒钟，以及给出5-10秒钟时间让受训者输入所述视标的开口方向，所述视标开口方向为“上、下、左、右、左上、左下、右上、右下”中随机任意一种。
根据本发明的互动凝视视觉训练系统，在操作时，受训者头戴专用目镜，根据投影屏幕中给出的按照一定规律依次出现的不同时间间隔、不同背景、不同开口方向、不同视角的视标，正确判断后通过输入手柄进行确定，直至达到受训者的视力极限，进行“凝视法”训练流程，“凝视法”中将规定一定的凝视时间和看掌纹时间。
系统设计了“凝视法”训练模式和多种极限挑战模式、多种多人对战模式等不同使用模式，内容丰富多彩。该系统目前可允许4人同时使用，有了伙伴的共同参与，受训者不会感觉孤单。
根据本发明的互动凝视视觉训练系统，“双手握住操作手柄放于膝盖上，挺胸，抬头、睁大眼睛、双唇并拢、排除杂念、集中精力”的凝视状态甚至系统中设计的鳄鱼追逐等效果即为使主观意识(交感神经)兴奋的要求。所以，在根据本发明的互动凝视视觉训练系统中的可以靠操作者的主观意识来支配睫状肌，改善睫状肌的功能，从而改善人眼的调节能力，提升视力。
根据本发明的互动凝视视觉训练系统的望远凝视状态，靠自我努力，全神贯注，从而有效缓解睫状肌的痉挛和反应迟缓状态，可以大幅度的松弛睫状肌；“眼吧凝视法”中设置的5-20秒钟看手掌时间使睫状肌大幅度的收缩，大幅度的松弛和大幅度的收缩组合成大幅度的晶体操，是众多眼科学者(如徐广第教授)提倡的晶体操。根据本发明的互动凝视视觉训练系统的远近交替注视比传统晶体操对调节系统的作用力更大，效果也将更持久。坚持使用，将不断扩大操作者的调节范围，使调节近点更近，远点更远，坚持下去，远视力便可节节攀升。
根据本发明的互动凝视视觉训练系统融入了远雾视法、CAM光栅/动态棋盘格、三色光闪烁法等被眼科专家普遍认可的增视原理。
根据本发明的互动凝视视觉训练系统在使用过程中需头戴专用目镜，该目镜的作用之一就是远雾视，即远雾视法。现代眼科学认为人眼的调节分为张力性调节、辐辏性调节、近感知调节和反射性调节。其中反射性调节即由于模糊像而引起的调节，此调节过程是——如果初步的调节不能使像变清晰，这一调节反应将反复产生直至视网膜模糊斑减小到最小，根据本发明的互动凝视视觉训练系统使用的远雾视法，导致的调节结果必是调节放松或负调节，从而提升视力。
根据本发明的互动凝视视觉训练系统的目镜既能很好的防止从镜片外头看屏幕，又采用了迎合青少年儿童心理的卡通外形。
利用的是动物和人的大脑皮质中不同神经元对物体不同客观方向可作出特异反应的原理。它是一系列空间频率高，对比敏感度强的黑白条栅条栅，通过旋转的条栅达到对黄斑中心凹强化刺激的目的，促使视中枢细胞恢复兴奋，逐渐提高视力。根据本发明的互动凝视视觉训练系统首先通过互动判断的方式筛选出操作者能识别的最高空间频率的条栅作阈值，将最合适的空间频率条栅放在相应视标的背景上按照特定速度匀速旋转，即按照眼生理规律设置的合适比例。
在根据本发明的互动凝视视觉训练系统中，动态棋盘格产生的作用与CAM光栅类似，变化的背景更有利于提高兴趣、加强效果。
在根据本发明的互动凝视视觉训练系统中，利用的是利用视网膜黄斑部最敏感的红绿黄三色光交替闪烁刺激视锥细胞，激活视觉系统，促进视觉发育。
图1是根据本发明的互动凝视视觉训练系统一个工作状态的组成原理图。
图2是根据本发明的互动凝视视觉训练系统另外一个工作状态的组成原理图。
图3是根据本发明的互动凝视视觉训练系统的一个示意图。
具体实施例方式
如图1和2所述，根据本发明的互动凝视视觉训练系统包括电子计算机及显示器、音箱及其它基础外设，计算机内安装有互动凝视系统软件；1台投影机3；1个2540mm投影幕8；输入手柄2对(4个)；USB加密锁1个；4-10副专用雾视镜11。
电子计算机及其外设包括电脑桌7、电脑主机、液晶显示器、键盘、鼠标、鼠标垫、数据线5、手柄数据线6、加密狗等。
主机的显卡上输出端口1接出一条线5，插到投影机3上，手柄数据线6连接到输入手柄2上，视频数据输入端上。
根据本实用新型的互动凝视视觉训练系统的一个实施例，受训者10容量为7人左右，均被安排坐在投影机的前下方，可坐2至3排，每排可坐3至5人。受训者的数量和座位9的安排以每个人都能够取得最佳锻炼效果为准。
在本发明的一个实施例中，在投影机的前面设立一隔离墙面4，其上面的投影用窗孔和投影机的镜头位置一致。镜头距离屏幕约4.2至5米远的地方进行吊装，其在屋顶上的定位点是在中心线偏右68mm处进行吊装，这样可以保证投影机的镜头正好在屋的中心线上，也就是金属幕的中心线上。
裸眼视力不同的受训者可选择不同型号的目镜11。
启动Windows XP操作系统，启动系统前将加密锁插于机箱的USB插口上，关闭其他程序，只打开《互动凝视视觉训练系统》和电子记录系统。根据本发明的互动凝视视觉训练系统为每个受训者创建一个帐号，每次登陆系统时只要输入帐号，系统将自动调出该受训者的历史积分情况，并且确定该受训现阶段的对应视力训练等级。
根据本发明的互动凝视视觉训练系统的计算机可至少接7个标准外设、4个标准操作手柄、1个鼠标、1个键盘、1套计算机音箱。距离2540mm屏幕前2.5-4米之间设4个以上座椅，离屏幕越远雾视效果越好。
根据本发明的互动凝视视觉训练系统分三种操作模式眼吧凝视法、极限挑战、对战模式。在程序启动后，三种模式的选择按钮将显示在主选择画面上。由管理人员负责用鼠标选择任意一种模式。
“眼吧凝视法”模式是整个系统的核心，“极限挑战”和“对战模式”是对系统趣味性的补充，也是为了方便眼吧管理者举行阶段性视力比赛需要设计的。
在根据本发明的互动凝视视觉训练系统的一个实施例中，本系统画面的主体颜色没有追求华丽的亮色，而是根据视觉生理的特点，设计为人眼最容易持久的颜色下，这是生物进化产生的结果。
在根据本发明的互动凝视视觉训练系统的一个实施例中，系统采用0rigo Engine 3D引擎制作，拥有极佳的3D渲染能力，大背景为一个虚拟的立体场景，并可以在立体场景中漫游。立体场景使操作者如置身于一个绿色的丛林中，心情会自然放松下来。
在根据本发明的互动凝视视觉训练系统的一个实施例中，进入系统后，将显示4个操作窗口。每个操作窗口都有独立的互动操作性，且每个窗口都有独立的背景颜色，这里称小背景。系统设计了各色背景。
在根据本发明的互动凝视视觉训练系统的一个实施例中，本系统在每个窗口中都用特殊的卡通标识来让操作者看清哪个是自己的窗口。
眼吧凝视法模式中，窗口为静止状态。极限挑战和多人对战模式中，为了以下原因，根据眼睛的视觉生理设计了不定时的窗口移动1)促使眼球的追踪运动以促进眼球的协调运动；2)诱发眨眼，促进泪液分泌；3)增加干扰以提高视标辨识能力。
在根据本发明的互动凝视视觉训练系统的一个实施例中，设有爱眼教授、鳄鱼的图标，在一些积分统计时刻，爱眼教授会走出来告诉你得分情况。为增加趣味性，在极限挑战和多人对战模式中将出现一条鳄鱼。
在根据本发明的互动凝视视觉训练系统的一个实施例中，根据操作者的视力状况分别授予列兵、上等兵、下士、中士、上士、专业军士、军士长、少尉、中尉、上尉、少校、中校、上校、大校、少将、中将、上将17级军衔，该军衔也是我国现行军衔体系，也可帮助操作者了解该军衔体系。每个操作者都将拥有属于自己的帐号，每次都由管理员输入操作者的帐号进行登入。系统将记录每个操作者的帐号和积分、军衔。在每次极限挑战和多人对战结束后，都将显示一个大的积分窗口，极限挑战窗口每次显示的是本机历史最好的挑战成绩的前五名人物。
在根据本发明的互动凝视视觉训练系统的一个实施例中，窗口抖动按动手柄的右手下方动作键，手柄操纵的窗口将剧烈震动。目的是为了便于操作者和管理员选择操作窗口。原则上，应优先选择下方的两个窗口。操作者拿起一个手柄后，点击1、2、3、4动作键，屏幕将提示“进入**？”(**指系统模式如挑战)并出现“是”“否”，手柄方向键选择“是”“否”，即可进入，此时弹出帐号录入界面(“是否”也可有管理员用鼠标点击操作)，由管理员录入该操作者的帐号(4位数)在单击进入该操作窗口，此时操作者开始使用。
在根据本发明的互动凝视视觉训练系统的一个实施例中，已有操作者进入的窗口将被激活，是活动窗口；尚未有操作者进入的窗口将以窗口暗状态出现，是非活动窗口。
在任何时间，管理员按下F4键，可出现3个模式转换的界面，转换模式后，已经进入的操作者的窗口自然激活，其他非活动窗口需进入输入界面后方可激活。管理员按下ESC键，可推出整个软件系统。
在眼吧凝视法模式中，可以按F2切换各窗口的位置，这样可以在只有2个操作者训练时，将窗口移动到下层，视觉上更舒是些。
下面，说明根据本发明的互动凝视视觉训练系统的使用方法。“眼吧凝视法”的使用方法是整个视觉训练系统的核心模式。眼吧凝视法模式中，系统只提供红色、白色、绿色、三色闪烁、灰度、各等级CAM光栅。
戴专用雾视镜，需要注意的是，如操作者两眼远视力相差1行以上，此模式中须把视力较好的眼睛遮盖住，先训练视力较差的眼睛。待视力较差的眼睛视力相同后，摘除遮盖。
该模式首先的环节是测出训练用视标，即最适合受训者进行训练的视标。找到该视标后，手柄确认“是”或管理员鼠标点击“是”则进入凝视法训练状态。
眼吧凝视法的训练状态每次时间为10-30分钟。该凝视训练状态是一个3步不断重复的过程，即凝视10-50秒——要求双手握住操作手柄放于膝盖上，挺胸，抬头、挺直腰杆、咬牙、双唇并拢、排除杂念、集中精力，不要眯眼，尽量不要眨眼，凝视自己操作窗口内的视标10-50秒钟，努力寻找视标的开口方向。在10-25秒内不得输入开口方向指令(系统此时处于冷却状态，无法输入，小窗口右上方显示“凝视”)。
看掌纹5-20秒——系统提示“现在开始看近”，此时给出5-20秒的时间倒计时声音提示，此时操作者一只手握住手柄，另一只手掌张开移到眼前，只要能看清掌纹，移的越近越好，因此时眼睛已经暗适应，是可以看清掌纹的。在倒计时的5-20秒内仍无法输入指令。
2-15秒的方向判断时间倒计时结束后，窗口画面恢复，系统给出5秒钟的判断和指令输入时间。如凝视状态的2-15秒方向判断时间内连续3次输入正确，窗口将跳出“恭喜你！视力提升了！”同时改为高度更小的视标进行下一轮训练，直至本次训练终止。此时系统将询问“是否继续眼吧凝视法？”可由管理员进行决定。如果将操作手柄转交下一个操作者，可省去登入步骤。
此2-15秒内，小窗口右上方显示“判断”二字。
每次凝视训练后，操作者闭目养神2-5分钟为宜。
“极限挑战”的使用方法座次和戴镜方式同上所述，不排除裸眼挑战的可能性。
极限挑战模式中，为了更大地激发操作者的潜能，增加操作的难度，设置了红、绿、白三色光闪烁、二级灰度、CAM光栅、七彩光栅万花筒、动态棋盘格等背景。
极限挑战模式中，各等级视标依次出现，但不同于“眼吧凝视法”的是，视标出现后一段时间将自动消失。极限挑战中，将增加鳄鱼追赶的紧迫感来调动受训者的主观参与性。如不能在视标显现的时间段内判断正确，或者判断错误，累计到一定程度，都将在被扣分的同时被鳄鱼吃掉一个星，三颗星都被吃掉后，本次挑战结束并积分。并在一台机器中记录成绩最好的前5名受训者。除了增视作用以外，该部分也通过调动受训者主观意识来提高快速辨识目标的能力。
可以说，极限挑战永无止境，个人积分也将随着操作者视力的康复而不断提升。
所述每个小窗口的主体内容为依次显示的笔划间视角为25.4至2540mm大小的“E”字形视标，如图3所示。视标还可以是C形、U形、M形等有显著开口方向的字母，或箭头、汽车、火箭、手指、手枪等有明确方向的图标、图片或照片。
“多人对战”的使用方法座次和戴镜方式同上所述，为了保持对战竞技的公平性，原则上要求受训者矫正屈光不正后戴专用目镜。
多人对战中的背景，同极限挑战。
对战至少需2个人进入方可开始。对战开始后，画面内的4个窗口将出现开口方向不一样但等级/背景一样的视标，此时的系统状态为“抢答”，谁最先判断出自己窗口的视标开口方向，谁将得分，其他对战对手失去得分机会，此时每个对战窗口的视标将同时随机改变。如果第一个抢答的受训者判断错误，将被扣分，此时其他对战窗口的判断输入仍保持有效，直至出现最先判断正确的受训者得分并进入下一轮抢答。
被别人抢答或每判断错误一次，即累计错误数量，累计到一定程度，即被鳄鱼吃掉一颗星。星星都被吃掉，即被踢出对战，其他人继续。
“极限挑战”和“多人对战”考察的是受训者辨识视标的速度，可以加强凝视法取得的视力提升成绩，并有助于凝视法进一步提高视力。
特别是，本训练系统支持专用的多人手柄。
本训练系统的使用没有年龄限制，主要针对近视者，对弱视也将有很好的辅助康复作用。80天为一个疗程，建议使用3个疗程以上可达到最理想效果，理论上可以不断挑战新的视力极限。建议每天使用1-2次为宜，每次训练30-60分钟。
使用眼吧凝视法训练期间应保持精力充沛，生活规律稳定。过度疲劳、身体患病、虚弱的情况下不建议使用。初次使用，可由短渐长，从刚开始每次训练3-20分钟，每天增加2分钟。使用3-5次后，对专用目镜仍不适应的受训者，不建议使用眼吧凝视法。
眼吧凝视法状态中，眼睛可能会因为出现各种不适，而被迫眨眼，但只须尽力坚持即可。练习引起的眼睛常见症状有酸胀、疼痛、流泪、模糊、疲劳，视力较差者还可能出现肿、痒、麻等。
在眼吧凝视法训练后眼睛所出现的各种异常症状中，个别可能与其它因素有关，需要知晓并鉴别。对学生而言，可能与情绪波动、身体经常疲劳、生活规律被打乱等相关；对成人而言，除前三种因素外，还可能与糖尿病、高血压及其它许多因素相关。如有疑问，最好去医院做全面检查，眼睛有器质性病变者尤其如此。
看近凝视产生的眼睛疲劳可使近视人视力恶化，而根据本发明的互动凝视视觉训练系统的远雾视凝视产生的眼睛疲劳则有益于锻炼并提高远视力和近视力。因此，不能把眼睛疲劳不加区别地一律封杀。但须注意的时，不可急功近利，防止凝视训练过度导致眼睛过度疲劳，以致练完后长久不能恢复。所以如果条件合适，每天分时段训练2-3次效果最好。我们不推荐一次进行多次的凝视训练。
训练结束后，视力常会出现暂时性模糊，不必担心，待眼睛充分休息后，看远时则通常会感觉比开始更加清晰。
视力提升至正常(1.0以上)后，坚持使用眼吧凝视法，对眼睛有益无害。
在眼吧凝视法的25秒凝视中，受训者必须端正坐姿、全身紧张起来、咬牙、眼睛睁大尽量忍住眨眼不要眯眼；10秒的看近时间中，要把手掌移动到近些，要看清楚细节，使晶状体充分的回缩。
以上公开了本发明的优选实施例，根据这些公开的内容，本领域的技术人员还可能做出非实质性的各种修改、变化、替换等等，然而，这都将落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种互动凝视视觉训练系统，包括计算机、投影机、投影幕、游戏手柄、和用于提高视力的计算机软件，其中所述软件加载在计算机中，游戏手柄与计算机相连接，计算机信号输入投影机后投射在投影幕上，整个系统在投影幕上投影出4-8个各由一个游戏手柄独立操作的小窗口，所述游戏手柄具有对应着各相应视标方向的按钮，小窗口中的视标在计算机的控制下不断变小，其特征在于，受训者坐于离投影幕2-5米远的地方；投影幕上任意一点发出的光线经过光学透镜进入受训者的眼球后，在眼内的焦点位于视网膜黄斑中心凹前0.5-2mm。
2.如权利要求1所述的互动凝视视觉训练系统，其特征在于，所述每个小窗口的主体内容为高度在2-800mm之间的视标。
3.如权利要求1所述的互动凝视视觉训练系统，其特征在于，视标具有数个开口方向。
4.一种互动凝视训练方法，用于提高视力的计算机软件加载在计算机中，输入投影机后投射在投影幕上，整个系统在投影幕上投影出4-8个各由一个游戏手柄独立操作的小窗口，其特征在于，让受训者坐于离投影幕2-5米远的地方；投影幕上任意一点发出的光线经过光学透镜进入受训者的眼球后，使其在眼内的焦点位于视网膜黄斑中心凹前0.5-2mm；可通过游戏手柄进行输入，所述手柄的各按钮对应着相应的视标方向，计算机可识别所述输入正确与否，随着不断地正确输入，小窗口中的视标不断变小。
5.如权利要求4所述的互动凝视训练方法，其特征在于，所述计算机软件包括至少视力训练模式、自我竞技模式、和多人对战模式3种操作模式的其中之一。
6.如权利要求6所述的互动凝视训练方法，其特征在于，视力训练模式可在受训者连续2-5次输入错误后启动训练程序；训练程序中显示的视标高度不大于所述受训者连续2-5次输入错误时的视标高度。
7.如权利要求6所述的互动凝视训练方法，其特征在于，在所述自我竞技模式中，视标在小窗口出现后的0.1-8秒内不输入视标开口方向，就扣分惩罚，或累计该种情况2-10次就扣分；输入视标开口方向错误就扣分，累计错误输入达到扣分要求2-10次就扣分。
8.如权利要求5所述的互动凝视训练方法，其特征在于，在多人对战模式中，受训者之间为竞争关系，最终产生1-2个胜利者。
9.如权利要求4所述的互动凝视训练方法，其特征在于，所述训练程序的训练时间为每次5-30分钟，训练程序重复地进行凝视所述视标20-30秒钟，看自己手掌5-20秒钟，以及给出5-10秒钟时间让受训者输入所述视标的开口方向，所述视标开口方向为“上、下、左、右、左上、左下、右上、右下”中随机任意一种。
全文摘要
一种互动凝视视觉训练系统，软件加载入计算机中，游戏手柄与计算机相连接，计算机信号输入投影机后可投射在投影幕上，整个系统在投影幕上投影出4－8个可各由一个游戏手柄独立操作的小窗口，所述游戏手柄具有对应着各相应视标方向的按钮，小窗口中的视标在计算机的控制下不断变小，其特征在于，受训者坐于离投影幕2－5米远的地方；投影幕上任意一点发出的光线经过光学透镜进入受训者的眼球后，在眼内的焦点位于视网膜黄斑中心凹前0.5－2mm。本发明的互动凝视视觉训练系统综合了多种现代近视防治理论，采用了益智类游戏的特点，应用了3D渲染技术，增加了趣味性，成为容易长期坚持的眼保健方法。
文档编号A61F9/00GK101084857SQ20061011461
公开日2007年12月12日 申请日期2006年11月17日 优先权日2006年11月17日
发明者樊舒非, 汤锡强 申请人:北京嘉铖视欣近视防治研究中心