CN107807735B - 一种协同跳伞训练方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种协同跳伞训练方法及系统，协同跳伞训练系统包括多套仿真跳伞训练子系统，每个训练人员使用一套仿真跳伞训练子系统进行训练，空间姿态感应传感器采集训练人员头部的运动信息，以及获取训练人员对伞绳的控制信息，并将采集的数据发送至图形服务器，图形服务器根据所属仿真跳伞训练子系统的空间姿态感应传感器采集的数据，实时生成自身的当前空间位置姿态，结合其它仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息，生成三维场景并将所述三维场景发送至所属仿真跳伞训练子系统的视景仿真头盔进行显示。这样每个视景仿真头盔显示所有跳伞人员，即每个视景仿真头盔显示的三维场景都是一个跳伞编队的跳伞过程，完成了多人协同跳伞的仿真训练。

Description

一种协同跳伞训练方法及系统
技术领域
本发明涉及MR(Mixed Reality，混合现实)领域，更具体地说，涉及一种协同跳伞训练方法及系统。
背景技术
跳伞队伍在跳伞过程中，有时需要彼此之间协调、协作来完成一次跳伞任务，使得整个跳伞队伍能够顺利完成任务。在整个跳伞训练过程中跳伞人员对自身角色和其它成员角色有更深入的理解，利于自身在今后的跳伞任务中能够正确处理特殊情况、配合队伍完成任务。跳伞过程是一个典型的协同活动过程，为很好的达成跳伞任务目标，跳伞过程需要进行大量的协同训练，以使各跳伞成员熟练操作过程，避免不必要的危险因素。对于新跳伞员，寻求一种逼真、高效、安全的训练手段，以克服跳伞的紧张感，实现跳伞员正确的选择着陆点，保持正确的着陆姿势和动作，确保训练安全是目前空降跳伞训练亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种协同跳伞训练方法及系统，欲实现为协同跳伞任务提供一种逼真、高效、安全的训练手段的目的。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种协同跳伞训练系统，包括：多套仿真跳伞训练子系统；
每套所述仿真跳伞训练子系统包括：图形服务器、视景仿真头盔、空间姿态感应传感器和仿真训练人员悬吊机构；
所述图形服务器，用于根据所属仿真跳伞训练子系统的空间姿态感应传感器采集的数据，实时生成自身的当前空间位置姿态，结合其它仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息，生成三维场景并将所述三维场景发送至所属仿真跳伞训练子系统的所述视景仿真头盔；
所述视景仿真头盔，用于接收所述图形服务器发送的所述三维场景，并显示所述三维场景；
所述空间姿态感应传感器，用于采集训练人员头部的运动信息，以及获取训练人员对伞绳的控制信息，并将所述运动信息和所述控制信息发送至所述图形服务器；
所述仿真训练人员悬吊机构，用于悬吊训练人员。
优选的，所述系统还包括：
评价仿真计算机，用于根据使用各套所述仿真跳伞训练子系统中跳伞人员的当前空间位置姿态信息生成三维场景并进行显示。
优选的，所述评价仿真计算机，还用于计算使用各套所述仿真跳伞训练子系统的每个训练人员的跳伞投放点，并在训练人员到达对应跳伞投放点时，向相应仿真跳伞训练子系统发送跳伞命令。
优选的，所述评价仿真计算机，具体用于通过跳伞投放点公式计算得到使用各套所述仿真跳伞训练子系统的每个训练人员的跳伞投放点，所述跳伞投放点公式为：
Figure BDA0001446195980000021
Figure BDA0001446195980000022
Figure BDA0001446195980000023
Figure BDA0001446195980000024
其中，所述Xt表示跳伞投放点横坐标，所述Yt表示跳伞投放点纵坐标，所述X0表示着陆点横坐标，所述Y0表示着陆点纵坐标，所述windspeed表示风速，所述windDirection表示风向角度，所述SH表示伞垂直下降速度，所述 H表示跳伞投放点的高度，所述direction(i)表示第i高度层的风向角度，speed (i)表示第i高度层的风速，所述n表示高度层的总个数。
优选的，所述系统还包括：
同步时钟发生器，用于生成同步时钟并发送至各套所述仿真跳伞训练子系统，以使各套所述仿真跳伞训练子系统同时采集到其它各套仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息。
一种协同跳伞训练方法，基于权利要求上述的协同跳伞训练系统，所述方法包括：
根据所属仿真跳伞训练子系统的空间姿态感应传感器采集的数据，实时生成自身的当前空间位置姿态；
获取其它各套仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息；
结合生成自身的当前空间位置姿态，以及其它各套仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息，生成三维场景；
显示所述三维场景。
优选的，所述协同跳伞训练系统还包括评价仿真计算机，所述方法还包括：
将所述各个仿真跳伞训练子系统中跳伞人员的当前空间位置姿态信息发送至所述评价仿真计算机，所述评价仿真计算机根据各个跳伞人员的当前空间位置姿态信息生成三维场景并进行显示。
优选的，所述评价仿真计算机，还用于计算每个训练人员的跳伞投放点，并在训练人员到达对应跳伞投放点时，向相应仿真跳伞训练子系统发送跳伞命令。
优选的，所述评价仿真计算机，具体用于通过跳伞投放点公式计算得到每个训练人员的跳伞投放点，所述跳伞投放点公式为：
Figure BDA0001446195980000031
Figure BDA0001446195980000032
Figure BDA0001446195980000033
Figure BDA0001446195980000034
其中，所述Xt表示跳伞投放点横坐标，所述Yt表示跳伞投放点纵坐标，所述X0表示着陆点横坐标，所述Y0表示着陆点纵坐标，所述windspeed表示风速，所述windDirection表示风向，所述SH表示伞垂直下降速度，所述H 表示跳伞投放点的高度，所述direction(i)表示第i高度层的风向角度，speed (i)表示第i高度层的风速，所述n表示高度层的总个数。
优选的，所述协同跳伞训练系统还包括同步时钟发生器，在所述获取其它各套仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息之前还包括：
接收所述同步时钟发生器发出的同步时钟。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种协同跳伞训练方法及系统，协同跳伞训练系统包括多套仿真跳伞训练子系统，每个训练人员使用一套仿真跳伞训练子系统进行训练，空间姿态感应传感器采集训练人员头部的运动信息，以及获取训练人员对伞绳的控制信息，并将采集的数据发送至图形服务器，图形服务器根据所属仿真跳伞训练子系统的空间姿态感应传感器采集的数据，实时生成自身的当前空间位置姿态，结合其它仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息，生成三维场景并将所述三维场景发送至所属仿真跳伞训练子系统的视景仿真头盔进行显示。这样每个视景仿真头盔显示所有跳伞人员，即每个视景仿真头盔显示的三维场景都是一个跳伞编队的跳伞过程，完成了多人协同跳伞的仿真训练。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种协同跳伞训练系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的仿真跳伞训练子系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种仿真训练人员悬吊机构的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的空间姿态感应传感器的工作原理示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种协同跳伞训练系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的分段风速风向的示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种协同跳伞训练系统的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的仿真时序控制示意图；
图9为本发明实施例提供的一种协同跳伞训练方法的流程图；
图10为本发明实施例提供的另一种协同跳伞训练方法的流程图；
图11为本发明实施例提供的伞绳感应系统示意图。
具体实施方式
本发明是基于混合现实技术协同跳伞仿真训练，具体是指将现实世界的伞控装备与虚拟场景相结合，通过实际的伞控操作及训练人员的头部移动操作与虚拟场景进行实时交互，搭起一个信息回路，达到增强训练人员跳伞真实感的目的；同时将多个训练人员的信息进行空间组合，进而实现多个体协同训练的目的。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供一种协同跳伞训练系统，参见图1，包括：多套仿真跳伞训练子系统11，各套仿真跳伞训练子系统11通过RTI网络相互连接，以进行信息共享。
参见图2，每套所述仿真跳伞训练子系统11包括：图形服务器111、视景仿真头盔112、空间姿态感应传感器113和仿真训练人员悬吊机构114；
所述图形服务器111，用于根据所属仿真跳伞训练子系统11的空间姿态感应传感器113采集的数据，实时生成自身的当前空间位置姿态，结合其它仿真跳伞训练子系统11的当前空间位置姿态信息，生成三维场景并将所述三维场景发送至所属仿真跳伞训练子系统的111所述视景仿真头盔112。空间姿态感应传感器113采集的数据包括训练人员头部的运动信息和训练人员对伞绳的控制信息。
所述视景仿真头盔112，用于接收所述图形服务器111发送的所述三维场景，并显示所述三维场景。
所述空间姿态感应传感器113，用于采集训练人员头部的运动信息，以及获取训练人员对伞绳的控制信息，并将所述运动信息和所述控制信息发送至所述图形服务器111。
所述仿真训练人员悬吊机构114，用于悬吊训练人员。图3示出了仿真训练人员悬吊机构114的结构示意图，跳伞后，将训练人员提升至双脚离开地面，形成悬吊状态，训练结束后再将训练人员放回地面。
图形服务器111根据所属仿真跳伞训练子系统11的空间姿态感应传感器113采集的数据，实时生成自身的当前空间位置姿态，结合其它仿真跳伞训练子系统11的当前空间位置姿态信息，生成三维场景并将所述三维场景发送至所属仿真跳伞训练子系统11的视景仿真头盔112进行显示。这样每个视景仿真头盔显示112所有跳伞人员，即每个视景仿真头盔112显示的三维场景都是一个跳伞编队的跳伞过程，完成了多人协同跳伞的仿真训练。
图4示出了空间姿态感应传感器的工作原理示意图，空间姿态感应传感器113包括头盔感应器1131、左伞绳感应器1132、右伞绳感应器1133、通讯转换器1134和磁场发生器1135。头盔感应器1131、左伞绳感应器1132、右伞绳感应器1133均处于磁场发生器1135产生的磁场中。头盔感应器1131实现对训练人员头部的三维自由度运动的运动信息进行感应，并将运动信息通过通讯转换器1134发送至图像服务器111，图像服务器111生成与训练人员头部的运动相匹配的人眼对场景的观测场景，即通过头盔感应器1131反馈的数据，进行三维场景中视场角度的调整；左伞绳感应器1132获取训练人员对左伞绳的控制信息、右伞绳感应器1133获取训练人员对右伞绳的控制信息，并分别通过通讯转换器1134发送至图像服务器111，以使图像服务器111控制场景中伞的运动轨迹，图11示出了包括左伞绳感应器1132和右伞绳感应器1133的伞绳感应系统。
本实施例提供另一种协同跳伞训练系统，参见图5，相对于图1公开的系统，本实施例公开的系统还包括：评价仿真计算机12，评价仿真计算机12通过RTI网络分别与各套仿真跳伞训练子系统11连接。
评价仿真计算机12，用于根据使用各套所述仿真跳伞训练子系统11中跳伞人员的当前空间位置姿态信息生成三维场景并进行显示。评价仿真计算机 12实时显示各个训练人员的跳伞过程，进而评判员可以根据各个训练人员的空间姿态控制以及落地最终状态与分布，评估每一轮训练的状态，
评价仿真计算机12，还用于计算使用各套所述仿真跳伞训练子系统11的每个训练人员的跳伞投放点，并在训练人员到达对应跳伞投放点时，向相应仿真跳伞训练子系统11发送跳伞命令。评价仿真计算机12对各套仿真跳伞训练子系统11进行编队，计算各个训练人员的跳伞投放点，进而控制训练人员按顺序进行跳伞，如果判断某个训练人员需要跳伞，则发送跳伞命令至对应的仿真跳伞训练子系统11。
评价仿真计算机12，具体用于通过跳伞投放点公式计算得到使用各套所述仿真跳伞训练子系统11的每个训练人员的跳伞投放点，所述跳伞投放点公式为：
Figure BDA0001446195980000071
Figure BDA0001446195980000072
Figure BDA0001446195980000073
Figure BDA0001446195980000074
其中，所述Xt表示跳伞投放点横坐标，所述Yt表示跳伞投放点纵坐标，所述X0表示着陆点横坐标，所述Y0表示着陆点纵坐标，所述windspeed表示风速，所述windDirection表示风向角度，所述SH表示伞垂直下降速度，所述 H表示跳伞投放点的高度，所述direction(i)表示第i高度层的风向角度，speed (i)表示第i高度层的风速，所述n表示高度层的总个数。
图6为分段风速风向的示意图。按照海拔高度将风速风向分段，每段对应一个风速风向。第i高度层的风速风向即第i段对应的风速风向。从图6可以看出，将坐标系中心作为跳伞降落中心的话，计算出合成风速风向便可以确定跳伞投放点。伞垂直下降速度SH与伞型号、训练人员质量相关，在训练前即可确定；因此，将X0、Y0、SH、H、direction(i)、speed(i)等参数确定后，即可计算得到训练人员的跳伞投放点。当跳伞人员达到相应高度时，图形服务器111获取对应的风速风向，计算训练人员当前应处的位置，进行场景逐帧刷新。
本实施例提供另一种协同跳伞训练系统，参见图7，相对于图5公开的系统，本实施例公开的系统还包括：同步时钟发生器13，用于生成同步时钟并发送至各套所述仿真跳伞训练子系统11，以使各套所述仿真跳伞训练子系统 11能够同时采集到其它各套仿真跳伞训练子系统11的当前位置姿态信息。实现各子系统保持同步，进而实现仿真推进精确控制的目的。具体仿真时序控制如图8所示。从图8可以看出，同步时钟发生器13为仿真跳伞训练子系统 11，以及评价仿真计算机12提供统一的时钟信号，保证所有仿真跳伞训练子系统11，以及评价仿真计算机12中显示的场景一致，使仿真系统达到了真正意义上的同步。
本实施例提供一种协同跳伞训练方法，基于图1所示的协同跳伞训练系统，参见图9，该方法包括：
步骤S11：图形服务器111根据所属仿真跳伞训练子系统的空间姿态感应传感器采集的数据，实时生成自身的当前空间位置姿态；
步骤S12：图形服务器111获取其它各套仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息；
步骤S13：图形服务器111结合生成自身的当前空间位置姿态，以及其它各套仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息，生成三维场景；
步骤S14：视景仿真头盔显示112显示所述三维场景。
本实施例提供另一种协同跳伞训练方法，基于图5所示的协同跳伞训练系统，该方法相对于图9公开的方法还包括步骤：将所述各个仿真跳伞训练子系统中跳伞人员的当前位置姿态信息发送至所述评价仿真计算机，所述评价仿真计算机根据各个跳伞人员的当前位置姿态信息生成三维场景并进行显示。
所述评价仿真计算机，还用于计算每个训练人员的跳伞投放点，并在训练人员到达对应跳伞投放点时，向相应仿真跳伞训练子系统发送跳伞命令。
所述评价仿真计算机，具体用于通过跳伞投放点公式计算得到每个训练人员的跳伞投放点，所述跳伞投放点公式为：
Figure BDA0001446195980000081
Figure BDA0001446195980000091
Figure BDA0001446195980000092
Figure BDA0001446195980000093
其中，所述Xt表示跳伞投放点横坐标，所述Yt表示跳伞投放点纵坐标，所述X0表示着陆点横坐标，所述Y0表示着陆点纵坐标，所述windspeed表示风速，所述windDirection表示风向，所述SH表示伞垂直下降速度，所述H 表示跳伞投放点的高度，所述direction(i)表示第i高度层的风向角度，speed (i)表示第i高度层的风速，所述n表示高度层的总个数。
本实施例提供另一种协同跳伞训练方法，基于图7所示的协同跳伞训练系统，参见图10，该方法相对于图9公开的方法还包括：
步骤S10：接收所述同步时钟发生器发出的同步时钟。
图形服务器111在接收到同步时钟后，才进行获取其它仿真跳伞训练子系统中跳伞人员的空间位置姿态信息的步骤。保证所有仿真跳伞训练子系统 11显示的场景一致。
软件系统建立在Windows XP操作系统之上，使用MultiGen-Creator进行三维实体建模；利用MultiGen-Vega实现对三维视景的运动控制功能，驱动、控制、管理虚拟场景；在VC++6.0平台上建立Vega主应用程序通过调用Vega API应用程序接口及PolhemusG4的应用程序接口，实现软件的设计与开发。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种协同跳伞训练系统，其特征在于，包括：多套仿真跳伞训练子系统；
每套所述仿真跳伞训练子系统包括：图形服务器、视景仿真头盔、空间姿态感应传感器和仿真训练人员悬吊机构；
所述图形服务器，用于根据所属仿真跳伞训练子系统的空间姿态感应传感器采集的数据，实时生成自身的当前空间位置姿态，结合其它仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息，生成三维场景并将所述三维场景发送至所属仿真跳伞训练子系统的所述视景仿真头盔；
所述视景仿真头盔，用于接收所述图形服务器发送的所述三维场景，并显示所述三维场景；
所述空间姿态感应传感器，用于采集训练人员头部的运动信息，以及获取训练人员对伞绳的控制信息，并将所述运动信息和所述控制信息发送至所述图形服务器；
所述仿真训练人员悬吊机构，用于悬吊训练人员；
所述协同跳伞训练系统还包括：
同步时钟发生器，用于生成同步时钟并发送至各套所述仿真跳伞训练子系统，以使各套所述仿真跳伞训练子系统同时采集到其它各套仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息；
所述系统还包括：
评价仿真计算机，用于根据使用各套所述仿真跳伞训练子系统中跳伞人员的当前空间位置姿态信息生成三维场景并进行显示；
所述评价仿真计算机，还用于计算使用各套所述仿真跳伞训练子系统的每个训练人员的跳伞投放点，并在训练人员到达对应跳伞投放点时，向相应仿真跳伞训练子系统发送跳伞命令；
所述评价仿真计算机，具体用于通过跳伞投放点公式计算得到使用各套所述仿真跳伞训练子系统的每个训练人员的跳伞投放点，所述跳伞投放点公式为：
Figure FDA0002646767050000021
Figure FDA0002646767050000022
Figure FDA0002646767050000023
Figure FDA0002646767050000024
其中，所述Xt表示跳伞投放点横坐标，所述Yt表示跳伞投放点纵坐标，所述X0表示着陆点横坐标，所述Y0表示着陆点纵坐标，所述windspeed表示风速，所述windDirection表示风向角度，所述SH表示伞垂直下降速度，所述H表示跳伞投放点的高度，所述direction(i)表示第i高度层的风向角度，speed(i)表示第i高度层的风速，所述n表示高度层的总个数。
2.一种协同跳伞训练方法，其特征在于，基于权利要求1所述的协同跳伞训练系统，所述方法包括：
根据所属仿真跳伞训练子系统的空间姿态感应传感器采集的数据，实时生成自身的当前空间位置姿态；
获取其它各套仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息；
结合生成自身的当前空间位置姿态，以及其它各套仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息，生成三维场景；
显示所述三维场景；
在所述获取其它各套仿真跳伞训练子系统的当前空间位置姿态信息之前还包括：
接收所述同步时钟发生器发出的同步时钟；
所述协同跳伞训练系统还包括评价仿真计算机，所述方法还包括：
将所述各个仿真跳伞训练子系统中跳伞人员的当前空间位置姿态信息发送至所述评价仿真计算机，所述评价仿真计算机根据各个跳伞人员的当前空间位置姿态信息生成三维场景并进行显示；
所述评价仿真计算机，还用于计算每个训练人员的跳伞投放点，并在训练人员到达对应跳伞投放点时，向相应仿真跳伞训练子系统发送跳伞命令；
所述评价仿真计算机，具体用于通过跳伞投放点公式计算得到每个训练人员的跳伞投放点，所述跳伞投放点公式为：
Figure FDA0002646767050000031
Figure FDA0002646767050000032
Figure FDA0002646767050000033
Figure FDA0002646767050000034
其中，所述Xt表示跳伞投放点横坐标，所述Yt表示跳伞投放点纵坐标，所述X0表示着陆点横坐标，所述Y0表示着陆点纵坐标，所述windspeed表示风速，所述windDirection表示风向，所述SH表示伞垂直下降速度，所述H表示跳伞投放点的高度，所述direction(i)表示第i高度层的风向角度，speed(i)表示第i高度层的风速，所述n表示高度层的总个数。
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