基于增强现实的膳食营养搭配平台设计及应用
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摘 要大众对饮食健康和膳食营养搭配日益重视。为克服营养知识不全面、缺乏科学指导等膳食搭配问题，基于增强现实的膳食营养搭配APP采用增强现实技术和膳食营养计算搭配相结合，把膳食营养搭配计算方式嵌入开发平台。利用平台采集的身体基本健康信息，交互性、可视化的搭配方式更加便捷和准确。软件平台将面向普通和患病人群，为营养均衡提供实时、科学的依据。
关键词增强现实;膳食搭配;营养均衡
1 系统构建
1.1 需求分析
目前，居民的食物需求得到了极大满足，营养状况得到进一步改善，但膳食结构仍然不尽合理。心脏病、糖尿病、肥胖症等“富贵病”随着生活质量的提高随之而来，胆固醇血症及其相关的心血管疾病也有着较高的死亡率和致残率。国际知名营养学家坎贝尔教授十分明确的观点就是：以动物性食物为主的膳食会导致慢性疾病的发生（如肥胖、冠心病、肿瘤、骨质疏松等）;以植物性食物为主的膳食最有利于健康，也最能有效地预防和控制慢性疾病。近些年来的实验室研究以及临床研究资料一致表明，所有的膳食成分，包括脂质、蛋白质、碳水化合物、膳食纤维和微量元素，其质和量对血浆脂蛋白均有影响[1]。 由于计算方式复杂且需要一定的营养知识，在现实生活中少有人计算膳食营养的合理搭配比例。但对于患有相关疾病的患者，他们在饮食方面有着合理搭配计算的需求。缺少专业知识、计算困难的问题亟待解决。近年来，虚拟现实技术和增强现实技术飞速发展，可应用在生活的方方面面。本平台将探讨增强现实技术与营养膳食搭配相结合的应用。
1.2 研究现状
营养膳食搭配一直是研究的重点，也有研究表明，营养膳食对身体健康有一定的影响，我国的膳食宝塔也早就建立，包括对糖尿病人的饮食研究都已经取得不少成果。但也仅有一些网站进行营养膳食的搭配的宣传并给出部分已搭配好的菜谱，无法给用户进行自由选择的机会，也不能针对用户的个体性差异给予正确的指导。
据Digi-Capital的报告显示，2015年，投资者对虚拟现实和现实增强领域的投资总额接近7亿美元。增强现实的技术的发展在全世界得到广泛的关注和欢迎。在我国，多媒体、三维建模、场景融合等新技术与新手段叠加到现实世界不断得到应用和技术挖掘。国内生产方式和生活等领域也因此逐步出现改变。由于AR技术，北京理工大学王涌天课题组研究的基于增强现实的圆明园景观数字重建技术将部分圆明园遗址作了很好的还原，真实感得以增强，游客可在圆明园废墟前看到重建后的皇家园林。华中科技大学的蒋钦云提出的三维注册方法，提高注册精度。此外，中国增强现實核心技术产业联盟（China Augmented Reality Core Technology Industry Alliance，简称CARA）宣布正式成立，同时首届高峰论坛在杭州举行。国内的增强现实的发展如火如荼。
由于增强现实技术独有的特点，在知识表达和传播中比单纯文字和语言更具有优势，也出现了部分平台将营养膳食搭配与增强现实技术相结合。例如，腾讯公司开发出的“虚拟餐桌”，徐建红等开发的基于虚拟标识虚拟营养信息。但将增强现实与每日餐饮的摄入量、营养搭配等结合研究较少，这与目前用户的需求还有一段较大差距。
1.3 平台营养理论
想要健康长寿其中一个主要的方面就是要保证营养的摄入要全面且合理。可以说，决定人类生命衰老程度和健康是饮食习惯和生活习惯[2]。人类必须通过食物来摄取身体必需的营养，而每种食物所含的营养成分又不同。如果饮食摄入不够合理，便容易导致疾病。糖类、蛋白质、脂肪、维生素和矿物质是人体所需要的五种重要的营养素，在饮食摄取中要保持一定摄入量。在膳食营养搭配中还要注意食物的酸碱搭配，使符合人体内的中性环境。膳食营养搭配中的粗细粮搭配、荤素搭配也是不可少的。蔬果中的钾钙、钠、镁等的碱性食物与粮、豆、肉等酸性食物的比例摄入，维持有机体酸碱平衡，也就是人们所提倡的“荤素混食”的说法[3]。而针对糖尿病等患病人群，他们的营养需求与普通人群不同，需要做到少摄入糖类，多补充膳食纤维，从而达到控制血糖水平的目的。
以糖尿病患者为例，在饮食方面他们不仅要控制主食还需要控制副食，更需要一些细化的饮食指导。营养成分计算法、食物交换份法和手测量法等多种方法的准确应用就显得尤为重要[4]。本平台根据《中国食物成分表》和各标准公式，通过公式计算人一天中所消耗的热量并与他的劳动量相结合，再根据用户的自身的肥胖度等计算出一餐所需的热量，并将患病人群的计算公式进行单独设计编写。并注意每日摄入三大产能营养素蛋白质、脂肪、碳水化合物的含量限制，分别为10%-15%，20%-30%和55%-65%。再根据《中国居民平衡膳食宝塔》，考虑三餐分配合理，食物多样谷类为主等问题，同时考虑患病人群营养摄入方面的特殊要求，在平台设计中增加了油、盐、酒等的用量限制，进行个体化评估，给出合理的膳食搭配推荐。
1.4 平台增强现实技术
增强现实技术是虚拟现实的延伸，是将虚拟信息叠加到现实场景中的技术，它能实现现实环境与虚拟信息的无缝结合，将虚拟的信息叠加到现实的生活中，使人有身临其境的感觉，增强了互动性[5]。增强现实效果的实现需要三维模型，菜品、蔬菜等实物的数据采集是模型重建的基础。三维模型的点面数是影响最直接的因素，首先由于模型在程序运行过程中CPU需要对加载物体进行不断运算，如果不能对图像采集获得的高精度三维模型进行优化，使用时就会受到极大的限制。其次，模型的体积将会影响互联网环境下的加载速度。菜品与蔬菜三维建模要突破的技术难关就是在不影响显示精度的前提下得到最大限度的优化的三维建模结果。所以，此方面主要研究三维模型精度、贴图表现力和张力与视觉呈现之间的关系，进而据此确定模型优化目标，提出模型优化方法，实现菜品、蔬菜等实物的三维建模，达到精度、体量与性能之间最佳匹配。
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