CN107845302A - 执法情景仿真系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种执法情景仿真系统和方法，该系统包括佩戴于头部的显示器、持于手中的仿真枪、用于选择执法情景的情景设置手柄、主机以及定位器，其中所述显示器、仿真枪和情景设置手柄上均设置有光敏传感器。本发明能够感知所述显示器、仿真枪或情景设置手柄在当前情景中的位置，并在所述显示器中进行情景显示。其中所述仿真枪包括枪套、用于防止走火的保险开关、扳机开关、枪口磁性开关、振动器、机械扳机及追踪器，所述光敏传感器设置于所述追踪器上。本发明的执法情景仿真方法中枪支结构模仿真枪，并具有跟真枪一样的拔枪，扣动扳机和保险等功能，并能实时仿真显示在头部的显示器中，提高了模拟的真实性。

Description

执法情景仿真系统及方法

技术领域

本发明涉及VR仿真领域，尤其涉及一种执法情景仿真系统及方法。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality)仿真(simulation)技术，或称为模拟技术，就 是用一个系统模仿另一个真实系统的技术。虚拟仿真实际上是一种可创建和体 验虚拟世界(Virtual World)的计算机系统。此种虚拟世界由计算机生成，可以 是现实世界的再现，亦可以是构想中的世界，用户可借助视觉、听觉及触觉等 多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。它是以仿真的方式给用户创造一个 实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界，并通过头盔显示器(HMD)、 数据手套等辅助传感设备，提供用户一个观测与该虚拟世界交互的三维界面， 使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，产生沉浸感。 VR技术是计算机技术、计算机图形学、计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、微电子技术、多媒体技术、信息技术、立体显示技术、传感与测量 技术、软件工程、语音识别与合成技术、人机接口技术、网络技术及人工智能 技术等多种高新技术集成之结晶。其逼真性和实时交互性为系统仿真技术提供 有力的支撑。

传统虚拟仿真执法情景中，手枪训练使用HTC Vive自带手柄进行交互，有 以下几个缺点：

第一无法模拟拔枪及收枪动作，由于拔枪和收枪时，需要将模拟枪从枪套 中拉出或插入，HTC Vive通过自带手柄模拟枪支，但自带手柄由于其结构特性 无法将其插入枪套中(头部比较大，无法顺畅的插入或拔出；另外插入套中时， 头部的定位结构，无法被定位器搜索到)，而且也无法获得其拔出时的信号。

第二无法模拟保险开关的操作动作及上膛动作，枪支的结构，决定了其操 作流程的标准化，由于开枪前需要开保险及上膛，所以使用手柄时，无法提供 该动作模拟。

第三无法模拟枪支的手感，由于手柄重量较轻，并且重心位置与真枪相差 太大，在模拟时，体验者很难做到真实的握枪感。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种执法情景仿真系统，包括 佩戴于头部的显示器、持于手中的仿真枪、用于选择执法情景的情景设置手柄、 主机以及定位器，其中所述显示器、仿真枪和情景设置手柄上均设置有光敏传 感器，以感知所述定位器发出激光的信息并将所述信息传给主机，所述主机根 据激光的信息计算所述显示器、仿真枪或情景设置手柄在当前情景中的位置， 并在所述显示器中进行情景显示；

其中，所述仿真枪包括枪套、用于防止走火的保险开关、扳机开关、枪口 磁性开关、振动器、机械扳机及追踪器，所述光敏传感器设置于所述追踪器上；

所述仿真枪从所述枪套拔出、机械扳机被扣动或保险开关开启时，激活相 应信号并由所述枪口磁性开关转换为电信号并传输给所述追踪器，追踪器通过 无线传输将此信号传送到所述显示器，由所述显示器将信号转发给所述主机， 所述主机在当前情景中进行拔枪后、扣动扳机后或保险开关开启后的信号处理；

所述机械扳机被扣动时所述扳机开关激活所述振动器使得所述仿真枪振 动。

可选的，定位器发出激光的信息为显示器、仿真枪或情景设置手柄的位置 和角度信息。

可选的，所述定位器包含设置于所述执法情景仿真系统上方的两个基站。

可选的，每个所述基站里有一个红外LED阵列和两个转轴互相垂直的旋转 的X轴红外激光发射器和Y轴红外激光发射器；在定位循环中所述红外LED闪 光，之后X轴红外激光发射器的旋转激光扫过整个空间，Y轴不发光；最后Y 轴红外激光发射器的旋转激光扫过整个空间，X轴不发光。

可选的，所述光敏传感器通过测量出X轴激光和Y轴激光分别到达传感器 的时间，计算出显示器、仿真枪或情景设置手柄的位置和角度信息。

可选的，执法情景仿真系统还包括视频线连接盒、连接主机的无线发射器 和连接显示器的无线接收器，在所述显示器中进行情景显示的方法是：所述主 机通过位置信息计算当前情景中的渲染画面，并输出到视频线连接盒，然后将 画面通过无线发射器发出，再由无线接收器接收以后，传输到所述显示器上以 将渲染的画面显示给用户。

可选的，执法情景仿真系统还包括连接主机的无线路由器，所述光敏传感 器感知所述定位器发出激光的信息的过程包括将激光携带的信号发送至无线发 射器后，经由无线路由器传至主机。

可选的，执法情景仿真系统还包括拔枪磁感器、在所述仿真枪从所述枪套 拔出时，所述的相应信号为拔枪磁感器信号。

本发明还提供一种执法情景仿真方法，包括：

提供佩戴于头部的显示器、持于手中的仿真枪、用于选择执法情景的情景 设置手柄、主机以及定位器，其中所述显示器、仿真枪和情景设置手柄上均设 置有光敏传感器；

通过情景设置手柄设置仿真场景；

所述定位器发出激光，各部件的光敏传感器感知所述激光的信息并将所述 信息传给主机，所述主机根据激光的信息计算所述显示器、仿真枪或情景设置 手柄在当前情景中的位置，并在所述显示器中进行情景显示；

提供一仿真枪，包括枪套、用于防止走火的保险开关、扳机开关、枪口磁 性开关、振动器、机械扳机及追踪器，所述光敏传感器设置于所述追踪器上；

所述仿真枪从所述枪套拔出、机械扳机被扣动或保险开关开启时，激活相 应信号并由所述枪口磁性开关转换为电信号并传输给所述追踪器，追踪器通过 无线传输将此信号传送到所述显示器，由所述显示器将信号转发给所述主机， 所述主机在当前情景中进行拔枪后、扣动扳机后或保险开关开启后的信号处理；

所述机械扳机被扣动时，所述扳机开关激活所述振动器使得所述仿真枪振 动。

可选的，在通过情景设置手柄设置仿真场景前，在一空间移动所述情景设 置手柄以进行仿真范围的确定。

本发明提供一种执法情景仿真系统和方法，该系统包括佩戴于头部的显示 器、持于手中的仿真枪、用于选择执法情景的情景设置手柄、主机以及定位器， 其中所述显示器、仿真枪和情景设置手柄上均设置有光敏传感器。本发明能够 感知所述显示器、仿真枪或情景设置手柄在当前情景中的位置，并在所述显示 器中进行情景显示。其中所述仿真枪包括枪套、用于防止走火的保险开关、扳 机开关、枪口磁性开关、振动器、机械扳机及追踪器，所述光敏传感器设置于 所述追踪器上。本发明的执法情景仿真方法中枪支结构模仿真枪，并具有跟真 枪一样的拔枪，扣动扳机和保险等功能，并能实时仿真显示在头部的显示器中，提高了模拟的真实性。

附图说明

图1为本发明一实施例所述执法情景仿真系统的结构示意图。

图2为本发明一实施例所述执法情景仿真系统中定位器设置的结构示意图。

图3为本发明一实施例所述执法情景仿真系统中仿真枪的结构示意图。

图4和图5分别为本发明一实施例所述执法情景仿真系统中无线传输的发 射和接收信号过程的连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和 权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简 化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例 的目的。

本发明提供一种执法情景仿真系统，如图1所示，包括佩戴于头部的显示 器10、持于手中的仿真枪20、用于选择执法情景的情景设置手柄30、主机40 以及定位器50，其中所述显示器10、仿真枪20和情景设置手柄30上均设置有 光敏传感器100，以感知所述定位器50发出激光的信息并将所述信息传给主机 40，所述主机40根据激光的信息计算所述显示器10、仿真枪20或情景设置手 柄30在当前情景中的位置，并在所述显示器10中进行情景显示。此时，使用 者可以通过佩戴于头部的显示器10看到当前的情景画面和仿真枪20在情景中 的位置。

其中，如图3所示，所述仿真枪20包括枪套、用于防止走火的保险开关21、 扳机开关22、枪口磁性开关23、振动器24、机械扳机25及追踪器26，所述光 敏传感器100设置于所述追踪器26上；

所述仿真枪20从所述枪套拔出、机械扳机25被扣动或保险开关21开启时， 激活相应信号并由所述枪口磁性开关23转换为电信号并传输给所述追踪器26， 追踪器26通过无线传输将此信号传送到所述显示器10，由所述显示器10将信 号转发给所述主机40，所述主机40在当前情景中进行拔枪后、扣动机械扳机 25后或保险开关21开启后的信号处理；

所述机械扳机25被扣动时所述扳机开关22激活所述振动器24使得所述仿 真枪振动。

本发明的执法情景仿真系统中枪支结构模仿真枪，并具有跟真枪一样的拔 枪，扣动扳机和保险等功能，并能实时仿真显示在头部的显示器中，提高了模 拟的真实性。

本实施例中，定位器50定位的工作原理如下：

如图2所示，定位器1使用的这套定位系统叫做Lighthouse，由设置于所述 执法情景仿真系统上方的两个基站51构成：每个基站51里有一个红外LED阵 列和两个转轴互相垂直的旋转的红外激光发射器：X轴红外激光发射器和Y轴 红外激光发射器，其转速为10ms一圈。基站51的工作状态是这样的：20ms为 一个定位循环，在循环开始的时候红外LED闪光，10ms内X轴的旋转激光扫 过整个空间，Y轴不发光；下10ms内Y轴的旋转激光扫过整个空间，X轴不发 光。

本实施例中Lighthouse基站Valve在佩戴于头部的显示器10和持于手中的 仿真枪20、用于选择执法情景的情景设置手柄30上均安装了很多光敏传感器 100。在基站10的LED闪光之后就会同步信号，然后光敏传感器100可以测量 出X轴激光和Y轴激光分别到达传感器100的时间。这个时间就正好是X轴和 Y轴激光转到这个特定的，点亮光敏传感器100的角度的时间，于是光敏传感 器100相对于基站的X轴和Y轴角度也就已知了；分布在显示器10、仿真枪 20和情景设置手柄30上的光敏传感器100的位置也是已知的，于是通过各个光 敏传感器100的位置差，就可以计算出显示器10、仿真枪20和情景设置手柄 30的位置和运动轨迹。另外，通过情景设置手柄30设置仿真场景、选择执法情 景前，在一空间移动所述情景设置手柄30可以进行仿真范围的确定。

本实施例中，无线视频信息传输和处理的工作原理如下：

如图1，图4和图5所示，无线视频传输模块由发射端和接收端组成，发射 端由无线发射器1、视频线连接盒4、主机40和无线路由器2组成；接收端由 无线接收器3、佩戴于头部的显示器10等组成，还可以包含电源转换器5、电 源6、耳机7等配合组件。

工作原理：首先，在定位器50工作原理中产生的光电信号由Lighthouse基 站计算后将位置及角度信息通过无线连接发送给头盔的显示器10，由显示器10 将收到的位置角度信息通过无线发射器经由无线路由器2，传输给主机40(如 图5、图4所示)，主机40接收到显示器10发过来的电信号后，计算显示器10 的位置，并将位置信息反馈给处理程序，处理程序接收到后，计算当前情景中 的渲染画面，并输出到视频线连接盒4，然后将画面通过无线发射器1发出，再 由无线接收器3接收以后，传输到显示器10上，由显示器10将渲染的画面显 示给用户。

本实施例中，仿真枪工作原理如下：

如图3所示，仿真枪模块包含如下几个模块组成：保险开关21、扳机开关 22、枪口磁性开关23、高频振动器24、机械扳机25、电池27及追踪器26。

工作原理：首先，通过定位器50捕捉追踪器26的位置角度信息，并将位 置角度信号传送给系统；其次，用户通过拔枪动作，激活拔枪磁感器信号，磁 感器信号由枪口磁性开关23转换为电信号，由仿真枪电路板处理后传送给追踪 器26，追踪器26再将此信号通过无线传输通道，传送到显示器10处，由头盔 显示器10将信号转发给主机40进行信号处理；保险及扳机的信号传输与此相 同，另外扳机信号扣动激活时，会同时激活自带的高频振动器24，模拟开枪时 的震动信号。

本发明还提供一种执法情景仿真方法，包括：

提供佩戴于头部的显示器、持于手中的仿真枪、用于选择执法情景的情景 设置手柄、主机以及定位器，其中所述显示器、仿真枪和情景设置手柄上均设 置有光敏传感器；

通过情景设置手柄设置仿真场景；

所述定位器发出激光，各部件的光敏传感器感知所述激光的信息并将所述 信息传给主机，所述主机根据激光的信息计算所述显示器、仿真枪或情景设置 手柄在当前情景中的位置，并在所述显示器中进行情景显示；

提供一仿真枪，包括枪套、用于防止走火的保险开关、扳机开关、枪口磁 性开关、振动器、机械扳机及追踪器，所述光敏传感器设置于所述追踪器上；

所述仿真枪从所述枪套拔出、机械扳机被扣动或保险开关开启时，激活相 应信号并由所述枪口磁性开关转换为电信号并传输给所述追踪器，追踪器通过 无线传输将此信号传送到所述显示器，由所述显示器将信号转发给所述主机， 所述主机在当前情景中进行拔枪后、扣动扳机后或保险开关开启后的信号处理；

所述机械扳机被扣动时，所述扳机开关激活所述振动器使得所述仿真枪振 动。

在本实施例中，通过情景设置手柄设置仿真场景前，在一空间移动所述情 景设置手柄以进行仿真范围的确定。

本发明的执法情景仿真系统和方法中，仿真枪由于枪支结构主体部分与95 式真枪完全一致，因此可以直接插入到95式枪套中，不影响操作者模拟拔枪动 作，而且通过磁感开关可以检测到操作者的拔枪动作信号，并传递给电脑进行 处理。

仿真枪由于内部结构设计了上膛及回趟结构，因此可以在开枪前，模拟枪 的上膛动作，并且通过信号检测，可以获取上膛及开关保险的信号，并传递给 电脑进行处理。

仿真枪由于设计重量与真枪重量相差10g以内，而且调节配重后的枪支重 心与真枪的重心位置相差较小，因此并不影响操作者的握枪感体验。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明 的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其 等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种执法情景仿真系统，其特征在于，包括佩戴于头部的显示器、持于手中的仿真枪、用于选择执法情景的情景设置手柄、主机以及定位器，其中所述显示器、仿真枪和情景设置手柄上均设置有光敏传感器，以感知所述定位器发出激光的信息并将所述信息传给主机，所述主机根据激光的信息计算所述显示器、仿真枪或情景设置手柄在当前情景中的位置，并在所述显示器中进行情景显示；

其中，所述仿真枪包括枪套、用于防止走火的保险开关、扳机开关、枪口磁性开关、振动器、机械扳机及追踪器，所述光敏传感器设置于所述追踪器上；

所述仿真枪从所述枪套拔出、机械扳机被扣动或保险开关开启时，激活相应信号并由所述枪口磁性开关转换为电信号并传输给所述追踪器，追踪器通过无线传输将此信号传送到所述显示器，由所述显示器将信号转发给所述主机，所述主机在当前情景中进行拔枪后、扣动扳机后或保险开关开启后的信号处理；

所述机械扳机被扣动时所述扳机开关激活所述振动器使得所述仿真枪振动。

2.如权利要求1所述的执法情景仿真系统，其特征在于，定位器发出激光的信息为显示器、仿真枪或情景设置手柄的位置和角度信息。

3.如权利要求1所述的执法情景仿真系统，其特征在于，所述定位器包含设置于所述执法情景仿真系统上方的两个基站。

4.如权利要求3所述的执法情景仿真系统，其特征在于，每个所述基站里有一个红外LED阵列和两个转轴互相垂直的旋转的X轴红外激光发射器和Y轴红外激光发射器；在定位循环中所述红外LED闪光，之后X轴红外激光发射器的旋转激光扫过整个空间，Y轴不发光；最后Y轴红外激光发射器的旋转激光扫过整个空间，X轴不发光。

5.如权利要求4所述的执法情景仿真系统，其特征在于，所述光敏传感器通过测量出X轴激光和Y轴激光分别到达传感器的时间，计算出显示器、仿真枪或情景设置手柄的位置和角度信息。

6.如权利要求1所述的执法情景仿真系统，其特征在于，还包括视频线连接盒、连接主机的无线发射器和连接显示器的无线接收器，在所述显示器中进行情景显示的方法是：所述主机通过位置信息计算当前情景中的渲染画面，并输出到视频线连接盒，然后将画面通过无线发射器发出，再由无线接收器接收以后，传输到所述显示器上以将渲染的画面显示给用户。

7.如权利要求6所述的执法情景仿真系统，其特征在于，还包括连接主机的无线路由器，所述光敏传感器感知所述定位器发出激光的信息的过程包括将激光携带的信号发送至无线发射器后，经由无线路由器传至主机。

8.如权利要求1所述的执法情景仿真系统，其特征在于，包括拔枪磁感器、在所述仿真枪从所述枪套拔出时，所述的相应信号为拔枪磁感器信号。

9.一种执法情景仿真方法，其特征在于，包括：

提供佩戴于头部的显示器、持于手中的仿真枪、用于选择执法情景的情景设置手柄、主机以及定位器，其中所述显示器、仿真枪和情景设置手柄上均设置有光敏传感器；

通过情景设置手柄设置仿真场景；

所述定位器发出激光，各部件的光敏传感器感知所述激光的信息并将所述信息传给主机，所述主机根据激光的信息计算所述显示器、仿真枪或情景设置手柄在当前情景中的位置，并在所述显示器中进行情景显示；

提供一仿真枪，包括枪套、用于防止走火的保险开关、扳机开关、枪口磁性开关、振动器、机械扳机及追踪器，所述光敏传感器设置于所述追踪器上；

所述仿真枪从所述枪套拔出、机械扳机被扣动或保险开关开启时，激活相应信号并由所述枪口磁性开关转换为电信号并传输给所述追踪器，追踪器通过无线传输将此信号传送到所述显示器，由所述显示器将信号转发给所述主机，所述主机在当前情景中进行拔枪后、扣动扳机后或保险开关开启后的信号处理；

所述机械扳机被扣动时，所述扳机开关激活所述振动器使得所述仿真枪振动。

10.如权利要求1所述的执法情景仿真方法，其特征在于，通过情景设置手柄设置仿真场景前，在一空间移动所述情景设置手柄以进行仿真范围的确定。