基于情境感知的人體經(jīng)絡(luò)個性化信息服務(wù)研究

2012-01-31 05:21:48陳國棟黃洪海

電視技術(shù) 2012年13期

陳國棟，王娜，黃洪海，余輪

(1.福州大學(xué) 物理與信息工程學(xué)院，福建福州350005;2.福建師范大學(xué)福清分校數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)系，福建福州350300)

近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，人們對知識的獲取不再局限于紙質(zhì)材料、平面二維圖像、實體模型等傳統(tǒng)的表現(xiàn)形式，越來越多的數(shù)據(jù)、知識、工具等資源與服務(wù)以富媒體作為傳播載體，以滿足用戶對信息服務(wù)的需求［1-2］。依據(jù)古籍記載和現(xiàn)代經(jīng)絡(luò)研究成果，將經(jīng)絡(luò)理論、中醫(yī)的病理學(xué)研究與計算機圖形學(xué)相結(jié)合，構(gòu)建一個具有可交互性的虛擬人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)，對于經(jīng)絡(luò)理論的研究和學(xué)習(xí)具有重要的現(xiàn)實意義。然而人體經(jīng)絡(luò)較為復(fù)雜，其分布有淺表、骨間、肉分、筋間以及臟腑的區(qū)別［3］，不同用戶對人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)提供的信息內(nèi)容和信息表達(dá)方式有所不同。因此，所構(gòu)建的系統(tǒng)如何去除無關(guān)信息的干擾，主動為用戶提供個性化的服務(wù)信息，便成為了該系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題，也是本文的研究目標(biāo)。

本文在已有的研究基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)的應(yīng)用背景以及實際需求出發(fā)，圍繞網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的個性化信息服務(wù)，對系統(tǒng)的資源進(jìn)行合理的組織，建立用戶的個性化興趣模型，并將情境感知引入到用戶的個性化信息服務(wù)的實現(xiàn)中，主動感知用戶的需求并為用戶提供有針對性的信息，盡量減少用戶與系統(tǒng)的交互，提高用戶學(xué)習(xí)效率，從而促進(jìn)系統(tǒng)的推廣以及經(jīng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，同時也為電子商務(wù)、信息檢索、文獻(xiàn)分類和多媒體推薦等領(lǐng)域中的個性化信息服務(wù)的研究及應(yīng)用提供了新的思路和方法，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 研究現(xiàn)狀

近年來，隨著計算機多媒體技術(shù)以及人機交互技術(shù)的發(fā)展，利用圖像、圖形、聲音、動畫等媒介，運用二維動畫技術(shù)制作的虛擬二維人體經(jīng)絡(luò)模型被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)上，促進(jìn)了經(jīng)絡(luò)知識的傳播。這些系統(tǒng)利用多媒體的表現(xiàn)形式，較之掛圖、實體模型，將人體經(jīng)絡(luò)學(xué)說表達(dá)得更加生動、形象，通過文字、聲音、影像、動畫等技術(shù)增強人們對經(jīng)絡(luò)的感性認(rèn)識，促進(jìn)了中醫(yī)知識的普及推廣。但二維平面模型的空間立體感稍差，而且穴位的分塊分布也不利于經(jīng)絡(luò)的顯示和觀察，交互性較差［4］。

目前，隨著計算機圖形、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的研究者利用三維圖形技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等建立了三維人體經(jīng)絡(luò)模型。在國內(nèi)，福州大學(xué)圖像圖形研究所的“計算機人體經(jīng)絡(luò)三維模型系統(tǒng)”應(yīng)用Maya、3DS Max等三維動畫制作軟件和計算機三維圖形顯示方法相結(jié)合，建立起計算機人體經(jīng)絡(luò)三維圖形模型，實現(xiàn)了人體經(jīng)絡(luò)穴位透明疊加顯示及偱經(jīng)感傳現(xiàn)象動畫演示，并能夠進(jìn)行穴位、經(jīng)絡(luò)、疾病等信息查詢。2003年香港中文大學(xué)研制了一套虛擬針灸系統(tǒng)“中國針灸觸覺式手法模擬儀”，利用力反饋技術(shù)來模擬針刺過程，并通過電腦以三維圖像形式動態(tài)觀察針灸操作的過程，為針灸教學(xué)和實踐提供了一個有利的平臺［5］。上海交通大學(xué)和上海中醫(yī)藥大學(xué)的嚴(yán)振國、莊天戈等人在VOXEL-MAN軟件平臺上進(jìn)行再次開發(fā)，加入人體常用穴位信息，研制出了交互式針灸三維影像瀏覽器，該系統(tǒng)可實時顯示腧穴的三維解剖結(jié)構(gòu)，并通過動畫方式進(jìn)行交互式調(diào)用來模擬針刺過程，同時結(jié)合智能化知識庫系統(tǒng)，讓用戶瀏覽和感受高分辨力的三維虛擬人體模型，獲得豐富的解剖學(xué)知識［6］。此類研究還有天津大學(xué)中醫(yī)學(xué)院的“經(jīng)穴數(shù)字虛擬人的構(gòu)建”［7-8］。在國外，主要是通過數(shù)字技術(shù)模擬人體器官而合成三維人體模型，如美國的可視人計劃、虛擬人計劃、生理人計劃、韓國可視人計劃、歐洲虛擬人計劃、日本虛擬人計劃、人類腦計劃等。

綜上所述，人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的表現(xiàn)形式經(jīng)歷了從實體模型到虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，從二維醫(yī)學(xué)掛圖到三維互動模型的發(fā)展過程。采用三維圖形技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等，以計算機為平臺構(gòu)造三維人體經(jīng)絡(luò)模型，建立虛擬人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)，借助三維交互、顯示技術(shù)展示人體經(jīng)絡(luò)的相關(guān)知識，克服了實體模型、二維掛圖、動畫模型等人體經(jīng)絡(luò)表現(xiàn)形式的不足和缺陷。它能夠向用戶提供更為豐富的信息，用戶可以更加直觀、全面、深入地觀察研究人體穴位構(gòu)造，感受偱經(jīng)感傳現(xiàn)象。然而，考慮到人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)其特有的復(fù)雜性，用戶在使用系統(tǒng)的過程中容易出現(xiàn)迷航現(xiàn)象，因此迫切需要應(yīng)用智能化的人機交互技術(shù)來為用戶提供個性化的信息服務(wù)。目前，關(guān)于人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)在個性化服務(wù)方面的相關(guān)研究還相對較少，系統(tǒng)尚不能在盡量減少用戶與系統(tǒng)交互的情況下，感知、識別用戶的行為需求，并及時為用戶提供所需的信息服務(wù)。

2 人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的個性化信息服務(wù)模型

個性化主動信息服務(wù)是根據(jù)用戶的專業(yè)領(lǐng)域、興趣愛好、使用習(xí)慣等獨特要求主動提供用戶感興趣的信息［9］。為了讓人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)為用戶提供個性化信息服務(wù)，要求系統(tǒng)不能僅僅將用戶的輸入作為其功能執(zhí)行的驅(qū)動，而必須能夠在用戶發(fā)出服務(wù)請求的情況下預(yù)測何時向用戶提供服務(wù)，以及以何方式提供何種服務(wù)。交互上下文(Context)往往是系統(tǒng)確定其自身行為最為直接、有效，甚至是惟一的依據(jù)。

通過以上分析，建立了人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)基于情境感知的個性化信息服務(wù)模型，如圖1所示。

圖1 人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的個性化信息服務(wù)模型

3 基于本體的情景建模及領(lǐng)域本體構(gòu)建

人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)是作為一個普及中醫(yī)經(jīng)絡(luò)知識、演示偱經(jīng)感傳現(xiàn)象、查詢經(jīng)絡(luò)、穴位、疾病信息的網(wǎng)絡(luò)交互式系統(tǒng)，用戶通過客戶端遠(yuǎn)程連接服務(wù)器，以鍵盤鼠標(biāo)作為基本輸入設(shè)備，實現(xiàn)信息查詢、三維模型操作、動畫演示等功能。對于人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)來說，涉及的情境信息多種多樣，為實現(xiàn)基于情境感知的個性化信息服務(wù)，首先應(yīng)該準(zhǔn)確地界定系統(tǒng)中情境的內(nèi)涵和外延。結(jié)合上一章對情境的定義和分類，為了提供有效的個性化信息服務(wù)，在情境信息的選取上必須考慮如下幾個問題:

1)你是誰?

人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)必須明確地知道自己用戶的相關(guān)信息，如用戶的職業(yè)、學(xué)歷、年齡、偏好等，在此基礎(chǔ)上才能較為準(zhǔn)確地判斷用戶的需求。

2)發(fā)生了什么?

用戶在使用人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的整個過程中，用戶根據(jù)自己的興趣愛好、信息需求瀏覽相關(guān)的場景，查詢相關(guān)的信息。系統(tǒng)應(yīng)該準(zhǔn)確地獲取、記錄用戶的這些行為信息，通過分析找出用戶的興趣所在，從而提供有針對性的服務(wù)。

3)有什么資源?

人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)資源是個性化信息服務(wù)的基礎(chǔ)，關(guān)系到其能為用戶提供的服務(wù)及服務(wù)的形式。人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)由若干個三維場景組織而成，以文字、動畫、視頻等形式向用戶展示人體經(jīng)絡(luò)相關(guān)的信息，場景中的三維模型是與情境感知計算有關(guān)的實體資源。

根據(jù)以上的分析，列舉出了人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的情境，包括用戶情境、時間情境、設(shè)備情境、活動情境和場景情境，如圖2所示。

圖2 人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)中的情境信息

1)用戶情境:包括用戶的身份信息、用戶的個性偏好、使用系統(tǒng)的目的、操作習(xí)慣等。

2)時間情境:提供交互過程中的時間信息，如用戶登錄、退出系統(tǒng)的時間，在某場景上的駐留時間，數(shù)據(jù)下載時間等。

3)設(shè)備情境:主要描述系統(tǒng)的設(shè)備信息，如網(wǎng)絡(luò)狀況(帶寬、傳輸時延)、可用音/視頻播放器、顯示設(shè)備等。

4)活動情境:描述用戶的交互行為信息，如訪問某場景的次數(shù)、鼠標(biāo)操作、鍵盤輸入等。

5)場景情境:描述系統(tǒng)三維場景的信息，包括場景大小、場景內(nèi)容、場景對應(yīng)的領(lǐng)域本體概念等。

本體與情境之間的關(guān)系可以用一個三元組M={O，C，R}來表示，其中O表示本體的集合，C表示情境的集合，R表示本體與情境信息之間的關(guān)系。本體集合O={o1，o2，o3，…}，其中o1，o2，o3等表示本體。情境集合C={c1，c2，c3，…}，其中c1，c2，c3等表示情境信息。關(guān)系集合R={r1，r2，r3，…}，其中r1，r2，r3表示情境信息直接的關(guān)系。

在用戶使用人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的過程中，所需感知的用戶信息主要包括登錄、退出系統(tǒng)的時間、訪問某場景的次數(shù)及場景上駐留的時間等，下面以此為例，具體說明如何用本體來表示情境信息。具體程序段如下:

＜o(jì)wl:Class rdf:ID="VisitJLSystem"＞