CN104751692A - 一种虚实同步的装备训练模拟器 - Google Patents

Abstract

一种虚实同步的装备训练模拟器，由虚拟装备分系统和实装操作分系统组成，虚拟装备分系统包括装备的三维模型和操作案例，在仿真引擎支撑下能够模拟装备的各种现象和行为，实装操作分系统包括主控计算机、操作面板和半实物控制机计算机，实装操作分系统的现象和行为由主控计算机进行控制，同时主控计算机通过以太网接口利用Socket与虚拟装备分系统进行通信，实现实装操作分系统和虚拟装备分系统的虚实同步训练。受训人员既能在实装操作分系统上进行实物操作，具有较强的真实感，又能在虚拟装备分系统中观察到装备所有的现象和行为，有利于对装备形成一个完整的认知。

Description

一种虚实同步的装备训练模拟器

技术领域

本发明涉及一种针对装备的虚拟仿真和半实物模拟相结合实现虚实同步的训练模拟器。

背景技术

随着技术的不断发展，现代装备变得越来越复杂，针对装备的操作训练和维修训练往往需要借助于计算机仿真技术。其中虚拟仿真技术、模拟器技术广泛应用于航天、航空、军事、医学等领域，作为对人员进行装备操作训练和维修训练的重要手段。使用虚拟仿真技术为装备建立三维模型，在仿真引擎的支撑下模拟装备的内部结构、运行原理、操作流程等，具有直观、成本低、易实现的特点，但是操作的真实感不强。模拟器技术是根据实际装备按照一定比例建立的实物模拟器，在模拟器上进行操作训练具有更强的真实感，但是受限于模拟器的制造难度和高昂的制造成本，大部分装备很难建造全套的模拟器。因此，将虚拟仿真技术和模拟器技术结合起来，使用虚拟仿真技术为装备建立全套的三维模型，开发操作训练和维修训练案例，构造虚拟装备分系统；针对装备的常用部件和关键部件建立实物模拟器，构造实装操作分系统。虚拟装备分系统和实装操作分系统共同构成虚实同步的装备训练模拟器，从而可在有限成本的前提下，既能在实装操作分系统上进行实物操作，具有较强的真实感，又能在虚拟装备分系统中观察到装备所有的现象和行为，利于参训人员对装备形成一个完整的认知。

发明内容

本发明针对装备的操作训练提供了一种虚拟仿真和半实物操作相结合的训练模拟器，进行操作训练和维修训练。

一种虚实同步的装备训练模拟器，由虚拟装备分系统和实装操作分系统组成，虚拟装备分系统利用虚拟现实仿真软件为装备构建完整的三维模型，开发操作训练和维修案例，在仿真引擎的支撑下能够模拟装备的各种现象和行为，使用键盘、鼠标、操纵杆、多点触屏等人机交互设备进行虚拟环境下的操作训练和维修训练，实装操作分系统包括主控计算机、半实物模拟的操作面板和控制机构，实装操作分系统的现象和行为由主控计算机通过RS232/RS485接口由专用控制卡直接控制操作面板或者通过交换机经以太网口连接半实物控制计算机进行间接控制，能够模拟装备的基本现象和行为，同时主控计算机通过交换机经以太网接口利用Socket与虚拟装备分系统进行通信，实现实装操作分系统和虚拟装备分系统的同步训练。

附图说明

图1：虚实同步的装备训练模拟器结构示意图

图2：虚实同步的装备训练模拟器操作训练消息序列图

实施方式

下面对本发明的实施方式进行详细说明。

图1是虚实同步的装备训练模拟器结构示意图。11是实装操作分系统，111是主控计算机，112是操作面板，主控计算机通过RS232/RS485接口连接专用控制卡控制操作面板的现象和行为，113是半实物及控制计算机，主控计算机通过交换机经以太网接口利用Socket协议与半实物控制计算机通信，间接控制半实物的现象和行为，114是显示器模块，显示内容由虚拟装备分系统中的虚拟仿真系统计算机提供。12是虚拟装备分系统，121是虚拟仿真系统计算机，122是装备的三维模型，123是支撑虚拟仿真模拟装备运行的仿真引擎模块，124是控制操作逻辑和流程的操作案例模块。

图2是虚实同步的装备训练模拟器操作训练消息序列图。

虚实同步的装备训练模拟器进行的训练由虚拟装备分系统和实装操作分系统共同完成，具体过程如下：

步骤1：在主控计算机选择操作案例，利用Socket向虚拟装备分系统发送案例选择命令，同时向半实物控制计算机发送初始状态设置命令，通过RS232/RS485接口设置控制面板的初始状态；

步骤2：虚拟装备分系统接收到案例选择命令之后运行相应的程序，设置相应的初始状态，虚拟装备分系统的现象和行为与实装操作分系统保持一致；

步骤3：按照操作流程，假设先在控制面板或者半实物上进行操作1，主控计算机读取或者接收到操作1命令之后，按照装备运行机理设置操作1产生的现象和行为，同时将操作1命令发送给虚拟装备分系统，虚拟装备分系统接收到命令之后进行相应的响应；

步骤4：使用鼠标、键盘或者其他人机交互设备在虚拟装备分系统进行操作2，虚拟装备分系统不仅产生相应的现象和行为，还要向实装操作分系统发送操作2命令，实装操作分系统接收到操作2命令之后设置操作2产生的现象和行为；

步骤5：步骤3和步骤4可多次执行，直至完成整个训练操作。

Claims (4)

1.一种虚实同步的装备训练模拟器，由虚拟装备分系统和实装操作分系统组成，虚拟装备分系统利用虚拟现实仿真软件为装备构建完整的三维模型，开发操作训练和维修训练案例，在仿真引擎的支撑下能够模拟装备的各种现象和行为，使用键盘、鼠标、操纵杆、多点触屏等人机交互设备进行虚拟环境下的操作训练和维修训练，实装操作分系统包括主控计算机、半实物模拟的操作面板和控制机构，实装操作分系统的现象和行为由主控计算机通过RS232/RS485接口由专用控制卡直接控制操作面板或者通过交换机经以太网口连接半实物控制计算机进行间接控制，能够模拟装备的基本现象和行为，同时主控计算机通过交换机经以太网接口利用Socket与虚拟装备分系统进行通信，实现实装操作分系统和虚拟装备分系统的同步训练。

2.根据权利要求1所述的虚实同步装备训练模拟器，其特征在于在虚拟装备分系统或者在实装操作分系统上进行操作，虚拟装备分系统和实装操作分系统都会展现该操作产生的现象和行为，并且两者的现象和行为保持一致，即实现虚实同步。

3.根据权利要求1所述的虚实同步装备训练模拟器，其特征在于虚拟装备分系统根据需要能够同时支持多个屏幕显示不同的内容，实装操作分系统中显示器需要显示的内容可由虚拟装备分系统提供。

4.根据权利要求1所述的虚实同步装备训练模拟器，其特征在于根据需求，实装操作分系统中的主控计算机通过RS232/RS485接口连接多个操作面板专用控制卡或者通过交换机经以太网口连接多个半实物控制计算机，结构上具有扩展性特征。