CN101438121B - 教官引导的训练模拟系统以及与模拟步兵场景交互的方法 - Google Patents

Abstract

一种步兵训练模拟系统包括至少一条射击射巷，至少一个显示器被基本上安排在射击射巷尾端附近。体验该模拟的学员可携带至少一件物理或虚拟武器，该武器通常类似于传统步兵武器。为便于导航和与模拟的其它交互，武器优选地装备至少一个控制器。至少一台计算机通信上耦合至该显示器和武器。该计算机可监控来自至少一个控制器的输入、并基于该输入修改显示器上所显示的训练模拟。

Description

教官引导的训练模拟系统以及与模拟步兵场景交互的方法

本申请涉及并要求于2004年11月24日提交的美国临时专利申请第60/630,304号以及于2005年11月8日提交的美国临时专利申请第60/734,276号的优先权，这些申请通过整体引用被包含在此。 

本申请包括受版权保护的材料。版权所有人不反对任何人对该专利公开内容按照其在(美国)专利和商标局的专利文档或记录中的形式进行复制，但版权所有人保留其它所有的权利。 

发明领域

本发明涉及基于教官的模拟训练环境领域，尤其涉及向这样的环境提供新界面。 

发明背景

全世界的武装部队依赖于受过良好训练的男性和女性来保护他们的国家免受伤害。这样的训练在各种不同军种之间差异很大，但直到最近，这样的训练主要涉及两个极端之一，或者是高度先进的模拟，或者是实战的、真实世界训练。 

若干原因造成这种训练划分的存在。一个这样的原因在于，开发模拟训练环境的成本通常显著高于真实世界训练。例如，根据2001年编制的统计数据，美国陆军花费大约$35,000来使用传统的训练方法训练步兵新兵。当将此与轻易花费数千万美元的开发和部署步兵模拟器的成本相比时，一般可以看到提供传统、实战训练成本更具成本效益。对此的例外在于航空和海事领域，每一真实世界的飞行器和船只可能轻易地花费数千万美元，而训练领航员可能花费数十万美元。在这样的情况下，开发允许入门级领航员获取经验而无需进入真实的飞行器的座舱或船只的舰桥的模拟器被证实为，相比冒重要的教官、学员和装备的生命和安全性的风险，是一种成本效益高得多的训练方法。 

训练划分的另一原因在于，大多数步兵相关的任务要求机动(maneuvering)。与坐在相对静态、固定尺寸的座舱或舰桥中的领航员不同，要求步兵和其它兵种成 员在更宽广的区域移动。例如，步兵训练演习可涉及保护城市中的建筑物。当模拟在城市的郊区开始时，新兵必须能够穿过城市找到正确的建筑物、进入并保护它。这样的交互至今要求往往容易使人分心且不允许新兵完全投入到模拟中的难以使用的界面。因此，对步兵新兵，传统的、实战训练传统上较佳。 

尽管对训练步兵新兵，传统、实战、真实世界训练在传统上较佳，但这样的训练有其缺点。例如，通常难以模拟不同战场中所体验的各种环境、结构和语言上的差异。相反，模拟训练环境可容易地允许新兵体验这些差异。 

发明概述

需要一种可使用克服现有技术的一个或多个限制的模拟环境来训练步兵和其它新兵的系统和方法。 

本发明的一目的在于提供一种基于射巷的、教官可控制的模拟训练环境。 

本发明的另一目的在于提供一种步兵新兵或其它这样的学员可用于容易地导航较大的模拟地形的用户界面设备。 

本发明的其它特征和优点将在以下描述中描述，其部分将从描述中显而易见，或可通过实践本发明来领会。本发明的目的和其它优点将通过书面描述及其权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现和获取。 

开发了支持国防和民防部队需求的技术。由该技术解决的具体训练领域可包括但不限于，轻武器非活体击发射击训练、基于情形的致命武力施加决策制定技术、驾驶员训练、以及护航保护技术训练。尽管以下所述的示例性实施例针对目前在军事示例应用和法律实施训练系统环境中存在的软件和硬件技术，但对本领域的技术人员而言，显然这样的系统可容易地适用于替换使用环境，诸如但不限于，视频游戏、民用武器训练、半军事训练等。示例性实施例中所述的技术构件块可作为对一组不同的训练需求的解决方案来以各种方式增强、组合和配置。 

该系统优选地是可缩放的，并允许多条射巷同时与模拟配合，从而允许多队成员单独或作为团队来实践战术、技术和程序。这样的配置还允许多队同时一起训练，允许部队对部队的训练；允许射击团队对射击团队或多个射击团队对多个射击团队的训练，以及射击团队对射击团队训练的任何组合。使用集成的模拟控件，单条射巷的射击团队或班长可诸如通过交互式GUI或语音命令在演习或实践期间对其它学员下令。 

本发明的一个实施例包括包含至少一条射击射巷的步兵训练模拟系统，至少 一个显示器基本上被安排在该射击射巷尾端附近。使用该模拟的学员可携带至少一件武器，该武器通常类似于步兵武器。为便于导航和与模拟的其它交互，武器优选地装备至少一个控制器。至少一台计算机通信上耦合至该显示器和武器、监控来自至少一个控制器的输入、并基于该输入修改显示器上所显示的训练模拟。 

本发明的另一实施例包括包含多条射击射巷的步兵训练模拟系统，其中每一射击射巷有至少一个显示器与之相关联。至少一台计算机通信上耦合至多个显示器的至少其中之一，并生成供所附连的至少一个显示器显示的训练模拟。该实施例优选地还包括至少一个教官台，其中该教官台通信上耦合至该至少一台计算机，允许教官控制模拟中的至少一个实体。学员和/或教官可通过各种手段与模拟交互，包括通过至少一件武器。每一武器优选地与一射击射巷相关联，且每一武器优选地通信上耦合至该至少一台计算机，使得该至少一台计算机可在学员和/或教官与武器交互时对其进行监控。 

本发明的又一实施例包括与模拟步兵场景交互的方法，包括使用至少一个控制器装备物理武器；使用该至少一个控制器在模拟中导航；为至少一个敌对目标监控模拟；以及使用该物理武器与该敌对目标交战。 

可以理解，以上一般描述和以下详细描述均是示例性和说明性的，且旨在提供对要求保护的本发明的进一步说明。 

附图简述

图1是配备两个控制器的武器的左侧正视图。 

图2是配备两个控制器的武器的左侧正视图。 

图3是配备两个控制器的武器的俯视图。 

图4是供武器枪管上使用的控制器安装装置的侧视图。 

图5是供武器扳机附近使用的控制器安装装置的侧视图。 

图6是配备两个控制器的武器的左侧平面图。 

图7是配备无线发射机的武器的右侧平面图。 

图8是替换控制器和安装装置的细节立体图。 

图9是替换控制器和安装装置的细节立体图。 

图10是作为模拟的一部分的使用中的多条训练射巷的立体图。 

图11是单条训练射巷的立体图。 

图12是训练中心实施例的立体图。 

图13是训练中心实施例的替换立体图。 

图14是训练中心实施例的俯视图。 

图15是可经其对每一学员的偏好定制控制器输入的用户界面的屏幕截图。 

图16是供教官台使用的实体列表的屏幕截图。 

图17和18是模拟的步兵训练场景的屏幕截图。 

图19是示出示例性场景控制界面的教官台显示的屏幕截图。 

图20是示出示例性主机场景控制界面的教官台显示的屏幕截图。 

图21是示出示例性场景控制界面并且还示出示例性代理控制界面的教官台显示的替换屏幕截图。 

图22是示出示例性场景控制界面并且还示出示例性学员监视界面的教官台显示的替换屏幕截图。 

图23是示出示例性的教官控制的代理占用过程的流程图。 

图24是示出示例性武器卡壳模拟过程的流程图。 

图25是示出示例性武器卡壳清除过程的流程图。 

较佳实施例的详细描述

现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。 

本发明的一方面提供基于射巷的、教官引导的步兵训练模拟器。在图12-14所示的实施例中，每一学员系统300和310被设计成提供视觉模拟的单个“通道”，且可支持单条射巷。由单个视觉通道生成的、标准4∶3横宽比的图像提供约水平45度垂直34度的虚拟环境中的视野(FOV)。如在学员系统310中，多条通道可按照并排方式组合，以创建诸如水平120度垂直34度的较大的合成FOV。如果需要更大的垂直FOV，每一系统也可使用4∶3的经旋转的横宽比来配置，且可使用其它横宽比。 

最基本地，本发明的实施例可使用计算机系统、模拟或修改的武器和训练射巷来实现。系统软件的本实施例的所有元素均在基于Windows的PC上执行，尽管对本领域的技术人员而言，显然可使用替换操作系统来替代它而不背离本发明的精神或范围。使用诸如键盘和鼠标等标准输入设备来容易地配置和控制每一软件组件。也可按需与软件组件一起使用其它输入设备，诸如，但不限于，游戏垫、操纵杆、方向盘、脚踏、脚垫、光线手套(light glove)、任何Microsoft DirectInput兼容的USB设备等。尽管DirectInput是用于与这样的设备接口的优选API，但对本 领域技术人员而言，显然可使用替换接口装置来替代它，而不背离本发明的精神或范围。 

PC是优选的标准COTS游戏级性能PC，尽管诸如高端机器等技术发展可能不是必需的。典型的、目前优选的计算机配置如下： 

奔腾42.5GHz或以上 

IGB RAM 

ATI Radeon 9800 XT 128MB显卡或以上 

40GB硬盘驱动器 

运行在这些PC上的软件优选地能够以单机模式或协作、连网模式操作。在一种单机模式中，学员是环境中仅有的用户控制的实体，所有其它实体由AI按照场景定义来控制。在协作、连网模式中，应用软件的每一实例，诸如但不限于网络上每一单独控制的学员PC，表示一学员控制的实体。学员控制的实体可以是友好或敌对的，其角色以及起始位置由场景设定。使用这种能力，可训练以下交战场景： 

单人对可编程AI 

团队对可编程AI 

单人对单人 

团队对团队 

如图10和11中所示，优选的学员系统可由至少一个显示系统200组成，诸如固定至坚固底座205的高流明小型投影仪。当使用时，底座205也可保持相关联的基于以太网的命中检测系统208，或者命中检测系统208可单独安装。组合的投影仪/命中检测底座系统可附连于工业用三脚架以便可容易地调节和对齐。显示系统200可优选地被配置成前向或反向投影以适应任何部署情况。如果设施中的空间允许，则将投影仪和命中检测系统置于投影屏之后，这允许学员在屏幕前附近自由移动而没有投影仪、电缆等的物理限制。 

命中检测系统允许学员PC 230或其它计算设备确定何时从武器100击发了一次射击。当激活了诸如扳机110等与武器相关联的击发机构之后，对每次射击，激光“击发”一个脉冲，这通过命中检测系统208向软件指示射击进入虚拟环境空间的位置。每一武器专用的激光签名可标识从同一射巷中多个武器击发的各个射击，从而允许如图10中所示的多个学员在单条射巷中训练。 

再次参考图12-14，任务训练一般由任务简述、任务执行、以及行动后回顾组成。图12-14中所示的训练位置平面布置图便于这样的训练。训练位置优选地安排在各自用于每一相应的训练阶段的三个单独的台中，以最大化学员吞吐量。所示实施例每一阶段由一个教官台320、一个观察员台330以及一个或多个学员台，即训练射巷300组成。尽管所示实施例目前是优选的，但对本领域的技术人员而言，应显然可替代使用替换数目的台和台安排而不背离本发明的精神或范围。作为示例，可使用替换学员台来替代学员台300，诸如由时间、图像、射击检测等方面同步的多个屏幕组成的120度的射巷310。 

除这三个台以外，优选地跨各个系统组件实现四个单独的软件应用程序。尽管这四个软件应用程序此处被描述为单独的实体，但本领域的技术人员应清楚，一个或多个应用程序的功能可被组合在一起，且一个或多个应用程序可被分成多个应用程序，而不背离本发明的精神或范围。以下是每一应用程序的概述。其各自的更详细描述将在以下呈现。 

第一个应用程序是用于经由显示系统200向射巷中的学员呈现实时图像的学员应用程序。该应用程序也处理命中检测系统208的输入、武器100的输入(包括来自如下所述的控制器115、120和140的输入)、以及弹夹座(clip stand)的输入(将在以下描述)，并将这些输入传播到模拟服务器。在一个实施例中，输入经由学员台被传播到模拟服务器。在该实施例中，学员台优选地处理从任何学员控制设备到模拟的所有输入。如下所述，通过使用这些控制设备，学员能够充分地与3D环境交互、射击武器、投掷手榴弹、爬上平台、爬梯、爬绳等。在一个实施例中，教官台控制观察员台，后者可以从模式来运行学员应用程序。 

第二个应用程序是教官台。教官台优选地用作任务执行的模拟服务器、网络主机以及模拟控制台。 

第三个应用程序是场景编辑器。该应用程序允许教程设计者使用简单的点击界面和标准脚本语言来自定义战术情形。 

最后一个应用程序是级别编辑器。该应用程序用于建立环境，它由可见和不可见的几何图形、碰撞几何图形、照明信息、特殊渲染管道信息以及模拟中的环境、物体和行动者的其它特征组成。 

学员台优选地包括至少一个物理或虚拟武器。参考图10，尽管武器100被示为机枪，但本领域的技术人员应清楚，可使用替换武器，包括其它射弹武器和诸如眩晕枪和泰瑟枪等不致命武器来代替，而不背离本发明的精神或范围。如图1-9中所示，每一武器优选地装配一个或多个人工干预控制器115和120，以及激光控制器150和激光155。这样的武器可以是其上附连人工干预控制器115和120以及激 光控制器155和激光155的学员的实际分配的武器、或者是这样的组件附连或嵌入其中的有效模拟武器。不论武器是真实武器还是模拟武器，优选地不要物理上束缚于任何系统组件，而是如上所述利用武器安装的、嵌入的签名激光155来向系统标识射击。 

本发明的优选实施例允许控制器115、120置于学员方便和舒适的位置。学员可使用多个定位螺丝117和托座116和/或简单地移除并旋转用于左手配置的操纵杆/摇杆和按钮机构来基于臂长、手大小等调节控制位置。尽管所示实施例利用螺丝117将控制器安装到武器，但本领域的技术人员应清楚，可使用替换的安装装置，包括但不限于，双面胶带或其它粘合剂、以及橡皮圈或其它机械装置来代替，而不背离本发明的精神或范围。 

在优选实施例中，控制器115和120被实现为传统的操纵杆或摇杆，并添加了在操纵杆上直接按下用作附加输入的功能。尽管操纵杆是优选的，但本领域的技术人员应清楚，可使用替换的控制器安排，包括但不限于，多个按钮或跟踪球来代替，而不背离本发明的精神或范围、 

优选地提供多个控制器，因为它们允许学员同时穿过模拟环境并调节视角。作为示例，而非旨在限制本发明，控制器115可被配置成视角控制器。在这一配置中，对控制器115的激活可使显示改变，就好像学员正转动或倾斜其头部一样。相反，当控制器120被配置成移动或导航控制器时，对控制器120的激活可使学员在模拟内的位置适当改变。这些控制器的组合例如允许学员当后退时看向其左侧。 

控制器115和120优选地位于学员传统上持有武器的位置或其附近。在图1-9所示的实施例中，控制器120位于扳机110附近，而控制器115位于枪管125上。在所示实施例中，电缆130将这些控制器通信耦合至无线控制器105。然而，本领域的技术人员应清楚，可使用替换通信耦合装置，包括但不限于短程超声波或射频通信来代替，而不背离本发明的精神或范围。 

这种方法提供了高度真实的模拟武器交战训练。学员武器到室内训练武器的转换是使用模拟枪管或标准空弹击发适配器代替接收器或枪管，并添加激光155以指示射击位置的简单过程。武器然后适当地使用特殊室内空弹或标准空弹装填。在用户不期望使用空弹的情况中，可使用满足与真实武器相同的形式/装备/重量/功能的有效模拟武器来代替，而不背离本发明的精神或范围。 

除武器被装备来使用控制器115和120模拟输入以外，标准按钮按压也可用于控制学员模拟控制功能，诸如投掷手榴弹、跳跃、对武器清除卡壳、开关武器等。 如图8和9的输入系统140所示，每一学员可配置这些按钮的布局和放置以考虑人体工程上的差异和个人偏好。这些按钮优选地被安装到武器100，但可替换地由传统的键盘或通过诸如附连于学员或学员佩戴的多个按钮等替换的输入装置来提供。 

通过利用诸如输入系统140等多状态输入系统，可按照同时和/或按照所定义的临时序列激活多个控件来定义各个命令。这允许可容易地向每一学员提供大得多的命令集。作为示例，而不旨在限制本发明，来自输入系统140的一连串按钮可临时性地使输入状态机进入外部控制模式，其中下一命令将影响该学员所关联的整个组。 

在一个实施例中，学员可通过诸如图15中所示的武器控件配置屏幕来自定义由输入系统140上的各个按钮表示的功能以及与控制器115和120中每一个相关联的功能。这一屏幕允许学员基于从所装备的武器接收到的定向输入来配置移动并查看轴控件，以及设置配置的“硬度”。 

本发明的一个目的在于提供学员可更熟悉武器、实践各种技战术等的身临其境的模拟环境。这种身临其境的环境是优选地支持诸如城市、乡村和城市/乡村过渡等各种室外地形类型以及各种建筑物室内和室外类型和特定自定义建立的室内布景的协作虚拟世界。用户对该环境的视野可以是静态或移动的。移动的视点模拟该环境内的行走、奔跑、驾驶或其它移动，且可由用户直接控制、写入场景脚本、或由第二用户控制。当在该环境中行走或奔跑时，建筑物的室内布景可通过移动通过房间到房间的门廊、角落周围、上下台阶、绳子、梯子等来探索。图17和18示出带有破坏的建筑物的示例性巴格达城市虚拟环境。 

无论视点是静态还是移动的，软件可在整个身临其境的环境中放置场景驱动的人工智能(AI)实体1800来提供按情况的交战机会。AI可表示单个实体或一组实体，且可展现无辜/非战斗、武装/敌对或其它这样的行为。这些行为优选地可编程且可被组合和/或事件驱动以合成复杂行为序列。这种技术通过提供要训练的更广泛的情况而不同于分支视频场景。此外，这种技术提供向AI行为响应添加变化性以使学员学会处理情况而非训练设备的能力。 

本发明的一个目的在于允许学员在各种条件下训练，并允许教官修改给定的训练场景，使得学员学会响应模拟中发生的事件，而非仅基于现有模拟来预期事件。为此，本发明的一个优选实施例包括场景编辑器和级别编辑器。场景编辑器允许教官、课程开发者或其它用户创建新场景和修改现有场景。优选地向用户提供至少两种不同的查看模式，即自由飞行照相机模式以及锁定照相机视图，这有效地提供 2D正交视图。级别编辑器允许课程开发员创建新环境。 

级别编辑器用户可从诸如但不限于，能够生成OpenFligh^TM文件的软件等各种外部软件导入新地形或几何图形。此外，3DstudioMax或其它三维CAD或绘图工具中创建的几何图形也可被导入。这样的导入可通过例如使用Apex^TM Exporter或其它类似工具来进行。使用鼠标和键盘或导航区，用户可在所导入的地形周围移动、飞行或以其它方式导航，并将物体放置到该场景中。物体可通过显式地指定位置(例如，通过鼠标点击)、通过使用绘制功能来迅速填充物体(诸如森林或灌木丛、垃圾或其它城市杂物)、或通过按照用户指定物体密度来使用随机放置功能来放置。取决于呈现地形所使用的方法，用户也可指定要使用的地形纹理、铺盖因素(tilingfactor)和细节纹理。地形也可具有视觉细节，诸如水域、道路、高速行驶标记，以及置于其上的任何其它类型的视觉细节。使用级别编辑器添加到环境的物体可被移动、旋转、缩放且可使其物体专用属性被编辑。级别编辑器也用于生成或指定地形和物体碰撞网格(collision mesh)。 

场景编辑器优选地包括允许用户使用实体填充环境以及指定其默认行为的AI菜单。可向敌对军队实体给定任务或目标、技能等级、秘密行动等级、以及类似于向活动参与者给定的一组人类特性。可向非战斗实体给定例如起点、数目、路径和目的地(即，它们机动的区域)，或它们逗留但执行指定动作的位置。其它功能包括用于指定复杂场景行为的触发/事件系统。 

场景编辑器较佳地还包含允许用户指定特殊物体的特殊属性的菜单项，这些特殊物体诸如武器(例如，武器类型、有效射程、掮枪姿势(slope)、致命性、对物体的破坏/交互作用)，以及爆炸设备(例如，火球大小、致死范围、致伤范围和对物体的破坏/交互作用)。场景编辑器还支持向环境中的物体分配“健康度”的能力。与特定物体交互的任何事物具有依靠其速度、硬度或其它因素向该物体进行破坏(减少“健康度”)的能力。 

可破坏物体系统紧密地束缚于材料系统。如果用户指定物体的子网格为“木材”，则将对该子网格应用木材特性。“木材”材料的基本特性可包括颗粒效果、冲撞作用声音、弹孔和烧焦痕迹，但也可包括更高级的物理特性，诸如脆性——可破坏物体系统可起作用的位置。 

诸如木材或玻璃等材料的脆性确定彻底破坏向其分配该材料的物体所需的冲击力或力量。破坏点和断裂路径基于所施加的接触力的位置和大小在运行中确定。作为澄清，而不旨在限制本发明，在两个维度上，断裂路径可被认为是一连串具有 随机扰动方向的连接线段。脆性模拟的实现优选地涉及分裂包括原始物体的体积，并对新创建的多边形施加预先分配的纹理。该纹理表示物体的新暴露的内部。 

模拟中的实体视觉表示优选地由与允许采用不同面容、皮肤、头发和衣服样式的可自定义外观组合的各种体型表示(男性、女性、儿童等)组成。使用实体实现的该多变量方法，该软件提供实际上无限的人类表示。图18示出对学员射击的四个不同实体。 

实体在模拟期间使用物理或虚拟武器交战。当在模拟环境中注册射击时，通过对场面或其它实体施加破坏来得到适当的响应。视觉特效以及物理反应提供了破坏的视觉指示。视觉特效中的某一些包括爆炸、血液喷溅、灰尘进发、残骸进发、火花、木屑(来自树木)、水泥进发、弹孔和烧焦痕迹。物理指示包括身体移动反应、较大的飞行的残骸以及车辆物理影响。此外，环境中所注册的射击也可从场面中的实体按其在给定场景中的被编程的行为模式得到响应的行为。 

本发明优选地使用带有不同因数的基础士气分值，以便为模拟中的每一实体或一组实体计算士气分值。士气分值可影响友好和敌对AI实体的行为。该分值也可用于确定实体是否应被抑制。以下是与士气分值有关的示例性因素。以下列表旨在是示例性的，而不是与士气分值有关的仅有因素的一览表。 

向敌人射击+1 

命中敌人+3 

打死敌人+5 

友方被射击-1 

友方被命中-3 

友方被打死-5 

当士气较低时，AI实体可能倾向于掩护、注视友方、靠近友方、减少拦截成本、降低准度、使用较低姿态(如蹲伏攻击)、如果跑开则恐慌且不会还击并试图增加距威胁的距离。基于士气分值和“射向”一个或一组AI实体的子弹数目，模拟可确定实体是否被抑制(即，展现较长的掩护间隔)、钉住(抑制+不移动)、畏缩(钉住+不还击)等。 

为了检测射击接近程度，在每一实体周围创建球体并计算经过子弹进入、离开和中间点(连接球体上进入和离开点的线的中点)的光线投射。如果光线通过球体，则意味着子弹在附近通过，且实体能够感知它，这进而更改了上述实体的士气分值。 

尽管可为单机训练设计场景，但训练优选地经由教官台控制。在模拟期间，向教官呈现类似于图19-22中所示的用户界面。教官台提供主要的场景选择和总体的模拟执行控制。场景执行控制命令可包括但不限于，开始、停止、暂停和继续。优选地向教官呈现他自己对环境的自由飞行的照相机视图，从而允许他从任何所需角度查看场景。 

教官也可选择以第一人称扮演角色以增进训练的真实度。使用面向对象的行动者管理和命令系统，在图16和22中示出了其示例性界面，当3D环境窗口小部件在应用程序中具有焦点时，分布式训练应用程序可使用多路复用的命令路由器来将来自教官台的输入发送给适当选择的分布式行动者。如图16和19中所示，这样的分布式行动者可包括AI实体或学员，且可被教官“占有”(即，控制)、医治和/或重生(即，重新实例化或复活)。图23示出教官可经其占有实体的方法。 

在图23中，教官可选择要占有的实体(框2315)，并点击占有按钮(框2320)。任何键盘命令或其它输入(框2310)然后被多路复用至适当的实体控件(框2330)、地面车辆控件(框2335)或航空器控件(框2340)。 

图19还示出主机场景界面，通过该界面教官可即时移动至给定实体的位置，并选择各种学员和/或模拟选项。图22示出当教官在图19的学员列表中点击学员的名字之后，教官对该学员的第三人称视图。 

如图21中所示，当教官占有或控制实体时，切换教官的视图的平截面和HUD1905使之与第一人称视角模拟一致。也可向教官呈现附加的控件，包括罗盘、友方AI定位器、目标定位器、健康度和姿态指示器。教官也可经由实体控件2100来从第三人称角度控制实体，并命令该实体以某一方式行动。类似地，当教官正控制正执行诸如但不限于操作车辆等传统上更多地从第三人称角度模拟的任务的实体时，可类似地转换教官的视图平截面。一旦在该级别上教官参与的必要性达成，该教官可将对实体的控制返还给原始控制AI或训练参与者。 

在该场景期间，在教官台处编译行动后回顾(AAR)日志。AAR信息优选地包括但不限于，每一学员击发的射击次数、这些射击着陆的位置、战场上的火线、反应时间、和由教官认为重要的其它相关数据。使用AAR日志，教官可在其本地显示器和/或学员的显示系统上回放该场景以汇报表现。回放系统优选地采用自AAR日志文件中任何给定时间点起的“从这里播放”方法。 

在一个实施例中，教官可使用简单的用户界面，诸如图19的场景控件1900，以指示哪些通信信道可用，从而向教官给出对通信矩阵的完全控制。教官可创建、 启用、或禁用单个信道、团队信道、或全局广播信道。教官可指定哪些信道记录AAR，并使用书签来标记AAR。教官也可记录所选个体、组或子组。也可记录外部通信，诸如为模拟命令开火发送的那些通信。 

尽管教官可经由场景控制界面1900的添加标记按钮或其它这样的用户界面元素来插入书签，但某些事件应自动触发书签。这些事件包括但不限于，敌人首次进入学员的视野、学员死亡、敌人死亡、所有爆炸、扳机激活以及来自脚本的其它事件。特定的评估触发器将自动将事件记入学员个体的AAR统计数据日志中。 

通过无论何时在从信道上接收到鼠标点击输入即发送网络分组来完成多信道命中检测。网络分组包含两维鼠标点击产生的投影光线的位置和方向。该网络分组由主信道处理，并使用该光线信息注册命中。为避免在屏幕区域在信道之间重叠的情况中注册多个命中，针对武器最大击发速率比较每一命中的时间。如果命中发生得太快，则该命中被丢弃。 

如图24中所示，本发明的一个实施例可模拟基于当前弹夹135、对所击发的多发弹药的累积作用等造成的武器系统卡壳。在一个实施例中，武器100配备了确定目前在武器中的是哪一弹夹135的弹夹传感器。在替换实施例中，弹夹135被存储在容器中或置于托座上，并且平台或容器能够清点其中所包含的弹夹。当每一弹夹被移除时，对目前正使用的弹夹进行记录。基于弹夹传感器输入2410，每次武器被击发时(框2415)确定弹夹和射弹(框2420)。该信息被处理(框2425)并被存储在数据库中(框2430)，使得学员不能“重复使用”之前已经消耗的弹夹。也存取与每一射弹相关联的性能度量，诸如但不限于，卡壳频率、颗粒堵塞等，这些性能度量用于确定卡壳的可能性。随机数生成器2445可用于基于卡壳的可能性来确定卡壳实际上是否发生。 

通过使用RFID或其它无线或有线技术，包括被装配来标识哪些弹夹135仍未使用(从而得到哪些弹夹已被使用)的特殊弹夹座，在数据库中跟踪弹夹、弹夹内的多发子弹、以及这些多发子弹的类型(标准、曳光弹、自定义等)，模拟可统计上得到用于模拟目前执行击发循环期间真实且合理的武器卡壳的概率。任何击发循环期间的卡壳概率与所击发的子弹类型、这一期间中击发的总发数、自上一次卡壳以来所击发的总发数、这一期间每一弹药类型所击发的发数、自上一次卡壳以来每一弹药类型所击发的发数、以及在模拟中跟踪的其它项目有关；或者卡壳可按教官的命令或按控制脚本中的预定义命令来模拟。 

一旦发生了武器卡壳，则对该装备武器的击发信号被阻塞，且学员必须执行 清除过程来重新激活武器。该过程的复杂性范围可从按下所装备武器上的单个按钮到诸如图25中所示的由从全装备武器的模拟感知的复杂的一连串步骤。在图25中所示的示例性过程中，当发生卡壳时(框2500)，轮询弹夹传感器2510来确定学员是否移除了弹夹并对其进行检查(框2515)。弹夹从武器中移除的时间可被监控以强制令学员更真实地进行模拟。取决于卡壳的类型，弹夹检查可能足以对武器清除卡壳，且模拟如正常地继续。如果武器仍旧卡壳，则可经由枪膛罩传感器监控枪膛罩(框2520)以确定学员是否检查了枪膛(框2525)。与弹夹传感器一样，取决于卡壳的类型，枪膛检查可能足以对武器清除卡壳，且模拟如正常地继续。如果武器仍卡壳，则系统可监控上膛(click)和再装填传感器2530。如果学员执行了适当的步骤，则武器将清除卡壳。尽管以上按照物理检查描述，但这样的步骤可包括虚拟检查枪膛、使用枪栓将新的一发子弹填入枪膛、使用装填臂对枪装填等。一旦如模拟使用状态机所监控的执行了正确的过程，该系统重新接入击发信号，从而允许武器正常激活。 

尽管详细并参考本发明的特定实施例描述了本发明，但对本领域的技术人员而言，显然可在其中进行各种改变和修改，而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求书及其等效实现范围内的本发明的修改和变化。 

Claims (42)

1.一种步兵训练模拟系统，包括：

至少一条射击射巷，其中所述射击射巷具有第一端和第二端；

至少一个显示器，它被安排在所述射击射巷的第二端附近；

至少一件武器，其中所述武器为步兵类武器；

至少一个控制器，其中所述至少一个控制器被安装在所述至少一件武器上；

至少一台计算机，其中所述至少一台计算机通信上耦合至所述至少一个显示器，且通信上耦合至所述至少一个控制器，且其中所述至少一台计算机监控来自所述至少一个控制器的输入、并基于所述输入修改所述显示器上所显示的训练模拟；

至少一个教官台，所述教官台通信上耦合至所述至少一台计算机，所述教官台允许教官无需与所述模拟交互而查看所述模拟。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个控制器由多个控制器组成。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个控制器的至少其中之一位于所述武器的扳机附近。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个控制器的至少其中之一位于所述武器的枪管上。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一台计算机经由无线通信链路通信上耦合至所述至少一个控制器。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述教官台允许教官控制所述模拟中的至少一个实体。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述实体是学员。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述武器是传统武器。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述武器被配置成击发至少一个模拟的射弹。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述至少一个模拟射弹被存储在至少一个弹夹中。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述至少一个弹夹中的每一个配置有一标识符。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述武器能够基于所述标识符来确定所述武器中当前弹夹中所存储的模拟射弹的类型。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述至少一件武器能够基于所述标识符来确定一弹夹之前是否被使用过。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述至少一件武器跟踪从所述武器击发的射弹的数目。

15.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述至少一台计算机能够基于所述标识符来确定所述武器中当前弹夹中所存储的模拟射弹的类型。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述至少一台计算机通过清点与所述学员相关联的弹夹并标识清单上失去的弹夹来确定所述武器中当前弹夹中所存储的模拟射弹的类型。

17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述至少一台计算机能够基于所述标识符来确定一弹夹是否已被使用。

18.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述武器能够模拟武器卡壳。

19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述武器能够监控学员与所述武器的交互来确定何时执行了清除模拟武器卡壳的规定步骤。

20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述计算机能够监控学员与所述武器的交互来确定何时执行了清除模拟武器卡壳的规定步骤。

21.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算机能够模拟武器卡壳。

22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述计算机能够监控学员与所述武器的交互来确定何时执行了清除模拟武器卡壳的规定步骤。

23.一种步兵训练模拟系统，包括：

多条射击射巷，其中每一射击射巷有至少一个显示器与之相关联；

至少一台计算机，其中所述至少一台计算机通信上耦合至所述多个显示器的至少其中之一，且其中所述至少一台计算机生成供所附连的所述至少一个显示器显示的训练模拟；

至少一个教官台，其中所述教官台通信上耦合至所述至少一台计算机，且其中所述至少一个教官台允许教官控制所述模拟中的至少一个实体；

至少一件武器，其中所述至少一件武器中的每一件与一射击射巷相关联，且其中所述至少一件武器中的每一件通信上耦合至所述至少一台计算机，使得所述至少一台计算机可在学员与所述武器交互时对其进行监控。

24.如权利要求23所述的系统，其特征在于，每一件武器具有与之相关联的至少一个控制器，所述至少一个控制器至少允许所述学员在所述模拟内导航。

25.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述至少一个控制器位于所述武器的扳机附近。

26.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述至少一个控制器位于所述武器的枪管上。

27.如权利要求23所述的系统，其特征在于，多个控制器与每一件武器相关联，所述控制器至少允许所述学员在所述模拟内导航，且其中所述多个控制器的至少其中之一位于所述武器的扳机附近。

28.如权利要求23所述的系统，其特征在于，多个控制器与每一武器相关联，所述控制器至少允许所述学员在所述模拟内导航，且其中所述多个控制器的至少其中之一位于所述武器的枪管上。

29.一种与模拟步兵场景交互的方法，包括：

在显示器上显示计算机生成的模拟；

在物理武器上装备至少一个控制器；

使用所述至少一个控制器在模拟中导航；

在所述模拟中监控至少一个敌对目标；

使用所述物理武器与所述敌对目标交战；以及

允许教官经由教官终端观察所述模拟。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述控制器允许学员持有所述武器以在所述模拟中导航。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述武器是射弹武器。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，还包括作为所述交战步骤的一部分向所述敌对对象击发射弹。

33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，还包括计算通过所述模拟环境的所述射弹弹道。

34.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述射弹击发由所述武器模拟。

35.如权利要求32所述的方法，其特征在于，还包括由所述武器监控所击发的射弹的数目以及模拟武器卡壳。

36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述武器卡壳以一频率来模拟，该频率是在真实世界中使用所述物理武器相关联的频率。

37.如权利要求35所述的方法，其特征在于，还包括为每次武器击发模拟来自与所述武器相关联的弹夹的射弹的损耗。

38.如权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括允许所述教官与所述模拟交互。

39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述交互包括更改环境特性。

40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述环境特征包括风、一天中的时间、以及照明。

41.如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述交互包括允许所述教官控制所述模拟内的至少一个实体。

42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，所述教官可控制的至少一个实体包括至少一个学员。

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