基于情境感知的人体经络个性化信息服务研究

2012-01-31 05:21陈国栋黄洪海

电视技术 2012年13期

陈国栋，王娜，黄洪海，余轮

(1.福州大学物理与信息工程学院，福建福州350005;2.福建师范大学福清分校数学与计算机科学系，福建福州350300)

近年来，随着计算机技术的发展，人们对知识的获取不再局限于纸质材料、平面二维图像、实体模型等传统的表现形式，越来越多的数据、知识、工具等资源与服务以富媒体作为传播载体，以满足用户对信息服务的需求［1-2］。依据古籍记载和现代经络研究成果，将经络理论、中医的病理学研究与计算机图形学相结合，构建一个具有可交互性的虚拟人体经络系统，对于经络理论的研究和学习具有重要的现实意义。然而人体经络较为复杂，其分布有浅表、骨间、肉分、筋间以及脏腑的区别［3］，不同用户对人体经络系统提供的信息内容和信息表达方式有所不同。因此，所构建的系统如何去除无关信息的干扰，主动为用户提供个性化的服务信息，便成为了该系统需要解决的关键问题，也是本文的研究目标。

本文在已有的研究基础上，从系统的应用背景以及实际需求出发，围绕网络环境下人体经络系统的个性化信息服务，对系统的资源进行合理的组织，建立用户的个性化兴趣模型，并将情境感知引入到用户的个性化信息服务的实现中，主动感知用户的需求并为用户提供有针对性的信息，尽量减少用户与系统的交互，提高用户学习效率，从而促进系统的推广以及经络的学习，同时也为电子商务、信息检索、文献分类和多媒体推荐等领域中的个性化信息服务的研究及应用提供了新的思路和方法，具有广泛的应用前景。

1 研究现状

近年来，随着计算机多媒体技术以及人机交互技术的发展，利用图像、图形、声音、动画等媒介，运用二维动画技术制作的虚拟二维人体经络模型被广泛应用于互联网上，促进了经络知识的传播。这些系统利用多媒体的表现形式，较之挂图、实体模型，将人体经络学说表达得更加生动、形象，通过文字、声音、影像、动画等技术增强人们对经络的感性认识，促进了中医知识的普及推广。但二维平面模型的空间立体感稍差，而且穴位的分块分布也不利于经络的显示和观察，交互性较差［4］。

目前，随着计算机图形、虚拟现实等技术的飞速发展，越来越多的研究者利用三维图形技术、虚拟现实技术等建立了三维人体经络模型。在国内，福州大学图像图形研究所的“计算机人体经络三维模型系统”应用Maya、3DS Max等三维动画制作软件和计算机三维图形显示方法相结合，建立起计算机人体经络三维图形模型，实现了人体经络穴位透明叠加显示及偱经感传现象动画演示，并能够进行穴位、经络、疾病等信息查询。2003年香港中文大学研制了一套虚拟针灸系统“中国针灸触觉式手法模拟仪”，利用力反馈技术来模拟针刺过程，并通过电脑以三维图像形式动态观察针灸操作的过程，为针灸教学和实践提供了一个有利的平台［5］。上海交通大学和上海中医药大学的严振国、庄天戈等人在VOXEL-MAN软件平台上进行再次开发，加入人体常用穴位信息，研制出了交互式针灸三维影像浏览器，该系统可实时显示腧穴的三维解剖结构，并通过动画方式进行交互式调用来模拟针刺过程，同时结合智能化知识库系统，让用户浏览和感受高分辨力的三维虚拟人体模型，获得丰富的解剖学知识［6］。此类研究还有天津大学中医学院的“经穴数字虚拟人的构建”［7-8］。在国外，主要是通过数字技术模拟人体器官而合成三维人体模型，如美国的可视人计划、虚拟人计划、生理人计划、韩国可视人计划、欧洲虚拟人计划、日本虚拟人计划、人类脑计划等。

综上所述，人体经络系统的表现形式经历了从实体模型到虚拟现实系统，从二维医学挂图到三维互动模型的发展过程。采用三维图形技术、虚拟现实技术等，以计算机为平台构造三维人体经络模型，建立虚拟人体经络系统，借助三维交互、显示技术展示人体经络的相关知识，克服了实体模型、二维挂图、动画模型等人体经络表现形式的不足和缺陷。它能够向用户提供更为丰富的信息，用户可以更加直观、全面、深入地观察研究人体穴位构造，感受偱经感传现象。然而，考虑到人体经络系统其特有的复杂性，用户在使用系统的过程中容易出现迷航现象，因此迫切需要应用智能化的人机交互技术来为用户提供个性化的信息服务。目前，关于人体经络系统在个性化服务方面的相关研究还相对较少，系统尚不能在尽量减少用户与系统交互的情况下，感知、识别用户的行为需求，并及时为用户提供所需的信息服务。

2 人体经络系统的个性化信息服务模型

个性化主动信息服务是根据用户的专业领域、兴趣爱好、使用习惯等独特要求主动提供用户感兴趣的信息［9］。为了让人体经络系统为用户提供个性化信息服务，要求系统不能仅仅将用户的输入作为其功能执行的驱动，而必须能够在用户发出服务请求的情况下预测何时向用户提供服务，以及以何方式提供何种服务。交互上下文(Context)往往是系统确定其自身行为最为直接、有效，甚至是惟一的依据。

通过以上分析，建立了人体经络系统基于情境感知的个性化信息服务模型，如图1所示。

图1 人体经络系统的个性化信息服务模型

3 基于本体的情景建模及领域本体构建

人体经络系统是作为一个普及中医经络知识、演示偱经感传现象、查询经络、穴位、疾病信息的网络交互式系统，用户通过客户端远程连接服务器，以键盘鼠标作为基本输入设备，实现信息查询、三维模型操作、动画演示等功能。对于人体经络系统来说，涉及的情境信息多种多样，为实现基于情境感知的个性化信息服务，首先应该准确地界定系统中情境的内涵和外延。结合上一章对情境的定义和分类，为了提供有效的个性化信息服务，在情境信息的选取上必须考虑如下几个问题:

1)你是谁?

人体经络系统必须明确地知道自己用户的相关信息，如用户的职业、学历、年龄、偏好等，在此基础上才能较为准确地判断用户的需求。

2)发生了什么?

用户在使用人体经络系统的整个过程中，用户根据自己的兴趣爱好、信息需求浏览相关的场景，查询相关的信息。系统应该准确地获取、记录用户的这些行为信息，通过分析找出用户的兴趣所在，从而提供有针对性的服务。

3)有什么资源?

人体经络系统资源是个性化信息服务的基础，关系到其能为用户提供的服务及服务的形式。人体经络系统由若干个三维场景组织而成，以文字、动画、视频等形式向用户展示人体经络相关的信息，场景中的三维模型是与情境感知计算有关的实体资源。

根据以上的分析，列举出了人体经络系统的情境，包括用户情境、时间情境、设备情境、活动情境和场景情境，如图2所示。

图2 人体经络系统中的情境信息

1)用户情境:包括用户的身份信息、用户的个性偏好、使用系统的目的、操作习惯等。

2)时间情境:提供交互过程中的时间信息，如用户登录、退出系统的时间，在某场景上的驻留时间，数据下载时间等。

3)设备情境:主要描述系统的设备信息，如网络状况(带宽、传输时延)、可用音/视频播放器、显示设备等。

4)活动情境:描述用户的交互行为信息，如访问某场景的次数、鼠标操作、键盘输入等。

5)场景情境:描述系统三维场景的信息，包括场景大小、场景内容、场景对应的领域本体概念等。

本体与情境之间的关系可以用一个三元组M={O，C，R}来表示，其中O表示本体的集合，C表示情境的集合，R表示本体与情境信息之间的关系。本体集合O={o1，o2，o3，…}，其中o1，o2，o3等表示本体。情境集合C={c1，c2，c3，…}，其中c1，c2，c3等表示情境信息。关系集合R={r1，r2，r3，…}，其中r1，r2，r3表示情境信息直接的关系。

在用户使用人体经络系统的过程中，所需感知的用户信息主要包括登录、退出系统的时间、访问某场景的次数及场景上驻留的时间等，下面以此为例，具体说明如何用本体来表示情境信息。具体程序段如下:

＜owl:Class rdf:ID="VisitJLSystem"＞