CN108694871A - 一种基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统，包括：军事训练考核大空间、穿戴硬件设备及军事训练考核模组；大空间为设有真实物理设备的、实景搭建的真实军事训练场地，包括：实景可行动区域、实景军事工事及可扩展激光定位单元；穿戴硬件设备为受训士兵穿戴于身上的设备，包括：虚拟现实数据军事头盔、数据军事战术背心、数据军事上衣、数据武器及数据军事靴；军事训练考核模组装载于背包主机中，包括：虚拟场景展示模块、训练任务选择模块、军事训练流程模块及军事训练考核模块。由此，本发明以大空间激光定位技术、虚拟现实技术、全身动作捕捉技术、计算机网络技术为基础，虚实结合，使受训人员体验真实的多兵军事训练效果。

Description

一种基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统

技术领域

本发明涉及数字化的军事训练及考核技术领域，尤其涉及一种基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统。

背景技术

目前市面上已有军事训练系统一般分为两种形式，真人CS激光对战或虚拟军事训练系统，真实感差，参与感低，与实际军事训练脱轨，目前已有的军事训练系统存在以下缺点：

1.真实感、代入感缺失

纯粹的真实CS激光对战训练场景单一，伤害判断准确度低，娱乐性强，不适合进行严谨的军事训练；而其他虚拟军事训练系统仅限于视觉上虚拟环境的沉浸感，参与者无法与环境形成真实的肢体感知，代入感缺失，实战体验差，无法做到真实与虚拟的同时同步。

2.不适合进行军事战术训练

目前市面上的虚拟军事训练为小空间(多为3M*4M)，无法根据实际需求扩展空间，因此角色需要通过控制手柄在虚拟空间进行瞬间移动，适合训练单兵技术和武器操作等训练，不适合进行实际军事战术训练。

3.无法进行精准的军事训练指导和考核

目前市面上的军事训练系统无法做到精准考核，因为真实与虚拟相脱节，战损判断准确性低，无法进行精准的军事训练指导和考核，如无法判断参战人员是否因不规范战术动作，不灵活战术素养造成战损等情况，

当前，随着科技的发展，虚拟仿真对军事训练已显现出重要的战略意义和经济效益。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所采用的技术方案是提供一种基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统，包括：军事训练考核大空间、穿戴硬件设备以及军事训练考核模组，其中，

所述军事训练考核大空间为设有真实物理设备的、实景搭建的真实军事训练场地，包括：实景可行动区域、实景军事工事以及可扩展激光定位单元，其中，所述实景可行动区域为所述军事训练考核大空间的地面区域，所述实景军事工事为设于所述实景可行动区域中的军事工事；所述可扩展激光定位单元设于所述军事训练考核大空间的顶部区域，包括：于所述军事训练考核大空间的顶部区域划分出的多个空间单元以及分别设于每个空间单元中的空间定位激光发射装置；

所述穿戴硬件设备为受训士兵参加训练考核时穿戴于身上的设备，包括：虚拟现实数据军事头盔、数据军事战术背心、数据军事上衣、数据武器以及数据军事靴，其中，所述虚拟现实数据军事头盔用于保护受训士兵的头部，头盔上一体成型地设有VR眼镜，所述VR眼镜为配设有耳机的虚拟现实头戴式显示设备；所述虚拟现实数据军事头盔上还一体成型地设有用于进行标准定位、实时获取受训士兵的空间位置并捕捉到动作信息的动作捕捉器，所述动作捕捉器无线连接至所述空间定位激光发射装置，并把捕捉到的受训士兵的动作信息上传至所述空间定位激光发射装置；所述数据军事战术背心的背部位置设有背包，所述背包中放置有背包主机，所述背包主机通过数据线与所述VR眼镜连接，所述背包主机通过所述VR眼镜向受训士兵展现虚拟场景；所述背包主机还无线连接至所述空间定位激光发射装置，所述空间定位激光发射装置将受训士兵的动作信息传送至所述背包主机；所述背包主机还配备有用于实现人机交互功能的数据手套；所述数据军事上衣、所述数据武器及所述数据军事靴上也都一体成型地设有无线连接至所述空间定位激光发射装置的动作捕捉器；

所述军事训练考核模组装载于所述背包主机中，包括：虚拟场景展示模块、训练任务选择模块、军事训练流程模块以及军事训练考核模块；其中，所述虚拟场景展示模块用于通过VR眼镜向受训士兵展示虚拟场景；所述训练任务选择模块供任务设置人员佩戴所述数据手套，在虚拟场景中的选择台上用手套点击，选择具体的训练任务；所述军事训练流程模块供受训士兵进行实际的军事训练，所述军事训练考核模块用于进行战术动作评分和战果评分。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选地，所述背包主机上亦设有无线连接至所述空间定位激光发射装置的动作捕捉器。

优选地，所述空间定位激光发射装置设置于四个相邻空间单元的交界处。

优选地，所述训练任务选择模块包括：多兵战术演练模式、心理战训练模式和特殊任务执行模式。

优选地，所述训练任务选择模块提供训练时刻设置、训练天气设置以及声音设置的功能。

优选地，所述军事训练流程模块中设置的训练行动包括：战斗准备宣布情况、战斗实施破障行动、战斗实施攻击敌火力点、战斗实施清剿行动、战斗实施抗敌低空侦察行动以及战斗实施抗击敌步兵和装甲目标攻击行动。

优选地，该系统还包括军事训练管理后台，所述背包主机无线连接至所述军事训练管理后台；所述军事训练管理后台用于进行人员组织架构管理、权限管理、资料管理及考试成绩管理。

优选地，所述实景可行动区域和实景军事工事皆按照所述VR眼镜中展现的虚拟场景进行比例为1:1的还原，所述实景可行动区域与所述虚拟场景中的可行动区域的大小完全相同，所述实景军事工事与所述虚拟场景中的军事工事的形状大小完全一致。

优选地，该系统支持多人协同军事训练，利用计算机网络技术实时同步多人行动数据以及虚拟场景数据，保证受训士兵在虚拟场景中看到虚拟场景的实时变化、军事工事被毁坏、同行战友的实时空间位置和实时动作的信息。

与过去传统的虚拟仿真军事训练系统相比，本发明的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统具有如下技术效果：

1.真实场景与虚拟场景相辅相成，增加沉浸感

真实场景与虚拟场景根据1:1比例真实搭建，甚至真实军事工事和虚拟军事工事在空间位置上也完全相同；通过接近真实的复杂战场环境以及真实的肢体感知，提高了参战人员的视觉和肢体感受，直接影响和刺激着参战人员的情绪感知，跟随场景变化或紧张，或惊奇，或恐惧，或喜悦，有利于改善士兵在真正临场战斗时的心理素质。

2.真实人物与虚拟人物在时间空间上同时同步，增强真实感

目前市面上一般采用红外发射摄像头，在被追踪物体上放置红外反光点，通过捕捉这些反光点反射回摄像机的图像，确定其在空间中的位置信息。由于对摄像头要求很高，因此价格昂贵；本发明采用激光定位技术定位人体关键骨骼位置，读取深度信息从而转换成目标的空间位置数据，不仅解决了价格高、遮挡等问题，并且利用反向运动学技术，将参战人员映射到虚拟人物身上，实现真实人物与虚拟人物在场景空间位置和肢体动作上同时同步，有益于帮助士兵体验真实的战斗节奏。

3.定位空间可根据实际训练需求定制，满足不同训练需求

目前市面上VR军事训练系统为小空间(3M*4M)，且无法根据实际需求扩展训练空间，本发明克服了目前市面上定位装置相互干扰、延迟大的问题，通过增加定位空间单元(一个空间单元包括四个激光定位装置)，可根据实际训练需求进行实际训练空间大小的扩展定制，定位无干扰、无延迟，有助于根据实际战斗任务进行最合适的训练场景搭建。

4.战损情况判断准确性高

目前已有的真人CS模拟激光对战系统通过使用接收器检测激光发射枪判断是否被击中，准确性低，适合娱乐休闲，不适合严谨的军事训练考核；本发明通过真实人物与虚拟人物在真实环境和虚拟环境的同时同步，可以通过虚拟子弹与虚拟人物或军事工事碰撞的位置、角度和力度等数据，结合天气、重力、风力等影响因素，构建伤害计算模型精确判断伤害数值，战斗的真实度和准确度高，便于调理员进行战损情况评估。

5.适合多人战术演练

目前市面上的虚拟仿真军事训练系统为单人模式，一般以个人训练某一种战术技能为目标；本发明不仅可以为个人提供单兵技术、装备操作等训练，还可以实现多人战术演练、训练多人战术协同；参战人员可以在虚拟世界中看到战友的实时位置、实时动作，并且可以与战友通过对话、手势等方式进行交流；指挥员、战斗员可以在战斗实施过程中，根据实际情况组织指挥，对战术动作、兵器使用和受损情况随机地进行组织调理，这对于军事战术的实际实施、应变和推演有重大意义。

6.适合进行精准军事训练指导和考核

目前市面上军事训练系统无法做到精准考核，如战术动作是否标准等，本发明实现虚拟人物与真实人物同时同步，对战斗情况可随时记录；在战斗过程中和结束后，都可以随时调取战斗作业进程中的画面，方便调理员进行实时战术指导讲评和后期对战损情况进行考核评估，为调理员指导、考核和参战(训)人员作战技能提高提供帮助；调理员可以通过系统随时暂停战斗，并抓取虚拟人物动作，实时进行打分和评定，也可以后期进行回放战斗记录，调取作业进程中战损点画面，和战损情况统计，对战术或战术动作等进行指导和讲评。

附图说明

图1为本发明的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统的结构示意图；

在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：

11——实景可行动区域；12——实景军事工事；13——可扩展激光定位单元；130——空间定位激光发射装置；

20——动作捕捉器；21——虚拟现实数据军事头盔；210——VR眼镜；22——数据军事战术背心；220——背包；23——数据军事上衣；24——数据武器；25——数据军事靴；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

请参照图1所示，其为本发明的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统的结构示意图。所述基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统包括：军事训练考核大空间、穿戴硬件设备以及军事训练考核模组，其中，

所述军事训练考核大空间为设有真实物理设备的、实景搭建的真实军事训练场地，包括：实景可行动区域11、实景军事工事12以及可扩展激光定位单元13，其中，

所述实景可行动区域11为所述军事训练考核大空间的地面区域；

所述实景军事工事12为设于所述实景可行动区域中的军事工事，例如掩体、障碍以及坑道等；

所述可扩展激光定位单元13设于所述军事训练考核大空间的顶部区域，包括：于所述军事训练考核大空间的顶部区域划分出的多个空间单元以及分别设于空间单元中的空间定位激光发射装置130，其中，空间单元的大小可根据实际需求进行规划，例如5米×5米，但不以此为限；每个空间单元中皆设有所述空间定位激光发射装置，可根据实际需求设置一个或多个，例如可在每个空间单元的四角上设置，即，在四个空间单元的交界处设置；具体实施时，应尽量使所述空间定位激光发射装置均匀地布设于所述军事训练考核大空间的顶部区域，力求无死角、全面覆盖；所述空间定位激光发射装置采用分布式计算技术，可以独立处理动作捕捉器的节点数据；

所述穿戴硬件设备为受训士兵参加训练考核时穿戴于身上的设备，包括：虚拟现实数据军事头盔21、数据军事战术背心22、数据军事上衣23、数据武器24以及数据军事靴25，其中，

所述虚拟现实数据军事头盔21用于保护受训士兵的头部，头盔上一体成型地设有VR(Virtual Reality，虚拟现实)眼镜210，所述VR眼镜210为配设有耳机的虚拟现实头戴式显示设备，左右眼屏幕分别显示虚拟的图像，耳机中播放虚拟的声音(例如枪声或炮火声)，可引导受训士兵产生一种身在虚拟场境中的感觉，带领受训士兵沉浸式地观察了解虚拟世界环境；所述虚拟现实数据军事头盔21上还一体成型地设有动作捕捉器20，可进行标准定位，实时获取受训士兵的空间位置，并捕捉到动作信息，通过空间感知达到和肢体运动同步的效果；所述动作捕捉器20无线连接至所述空间定位激光发射装置130，并把捕捉到的受训士兵的动作信息上传至所述空间定位激光发射装置130；

所述数据军事战术背心22的背部位置设有背包220，所述背包220中放置有背包主机(图未示)，所述背包主机通过数据线与所述VR眼镜210连接，由此，所述背包主机通过所述VR眼镜向受训士兵展现虚拟场景；所述背包主机还无线连接至所述空间定位激光发射装置，所述空间定位激光发射装置通过反向动力学(IK)算法及定位9轴姿态融合算法，实时1:1捕捉空间位置及人物动作，将受训士兵的动作信息传送至所述背包主机；由此，系统实时获取受训士兵的空间位置以及全身动作信息，并将信息实时传输到虚拟场景中，做到真实受训者与虚拟世界受训者感知同步；除了虚拟场景的显示之外，本发明的背包主机还具有人机交互功能，任务设置人员使用与之匹配的数据手套，可在其权限之内、于VR眼镜的虚拟场景中进行允许的操作，例如，队长可在训练考核开始时选择训练任务等；

所述数据军事上衣23、所述数据武器24及所述数据军事靴25上也都一体成型地设有无线连接至所述空间定位激光发射装置的动作捕捉器，由此，把捕捉到的士兵的动作信息上传至所述空间定位激光发射装置；动作捕捉器的设置数量可根据实际情况而定，例如，上衣的肘部和腰部，武器的发射处附近，军事靴的脚背或脚踝处，皆可；设于武器发射处和肘部的动作捕捉器可捕捉受训士兵的更换弹夹、手榴弹等操作，设于脚背或脚踝处的动作捕捉器可捕捉受训士兵的跑步、跳跃等动作。

可选地，所述背包主机上亦可设置无线连接至所述空间定位激光发射装置的动作捕捉器；

所述军事训练考核模组装载于所述背包主机中，包括：虚拟场景展示模块、训练任务选择模块、军事训练流程模块以及军事训练考核模块，其中，

所述虚拟场景展示模块用于通过VR眼镜向受训士兵展示虚拟场景，即虚拟战场；根据实际训练任务，通过虚拟仿真技术和虚拟现实技术，构建多样的地理气候环境和人文环境的虚拟战场；

所述训练任务选择模块包括：多兵战术演练、心理战训练、特殊任务执行等模式，队长或任务设置人员佩戴数据手套，可直接在虚拟场景选择台上用手选择具体的训练任务；选择具体的训练任务后，可以对该训练任务进行设置：

1)训练时刻设置：任务设置人员可将训练任务虚拟设置为一天中24小时中的某一具体时刻；

2)训练天气设置：任务设置人员可设置进行训练任务时所处的天气情况，包括晴、雨、雾、雪等状况；

3)声音设置模块：任务设置人员可调节背景音乐音量大小。

所述军事训练流程模块包括：

1)战斗准备宣布情况：小组长列队宣布明确的战场情况，作战目的任务，要求及注意事项；

2)战斗实施破障行动：小组长利用手势指挥队员注意隐蔽，加强观察，做好战斗准备；1名队员(轻机枪手)火力压制敌火力点，1名突击队员利用手中爆破器材组织爆破(手雷或爆破筒)，1名队员指挥观察；小组长指挥轻机枪手对敌实施压制射击；

3)战斗实施攻击敌火力点：两名突入红方队员利用遮挡物进行隐蔽射击，掩护队员(轻机枪手)快速行进至第二道遮挡物前并占领有利位置，组织火力掩护；

4)战斗实施清剿行动：红方两名队员从右侧突入，一名队员(轻机枪手)掩护；右侧突入队员由右至左实施清剿行动；三名队员分别从楼下、楼梯前和第三道墙墙角处，占领有利位置组织协同交替攻击；

5)战斗实施抗敌低空侦察行动：一人对空观察，两人以不同的姿势对空射击(或三人利用不同的地物隐蔽观察)；

6)战斗实施抗击敌步兵和装甲目标攻击行动：红方队员迅速占领有利位置，组织战斗，抗敌冲击；对敌战车进行集火打击，摧毁战车后集火打击攻击之敌，突击队员占领并最终固守建筑物等待后续部队跟进接替。

以上仅为训练内容的示例，并不做限制，在实际应用中，可择项选择训练内容。

所述军事训练考核模块包括：

1)战术动作评分：受训者在不同时节因不规范战术动作，不灵活战术素养而造成已方中弹受伤、装备受损等情况(区分作战阶段；区分参战人员；区分个人受损部位、程度；区分战损装备数量。)

2)战果评分：区分毙敌人数；区分摧毁敌工事、设施情况；区分缴获和击毁武器装备情况。

优选地，本发明的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统还包括军事训练管理后台，所述背包主机无线连接至所述军事训练管理后台，所述军事训练管理后台可以进行人员组织架构、权限管理，通过权限控制不同人员的可操作范围；资料管理，如上传打分制标准，系统自动根据标准对受训人员战损情况进行计分评估；考试、成绩管理，可以查阅以往考试成绩以及调取考试评估结果，也可以随时记录、调取作业进程中战损点画面、战损情况统计。

本发明的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统提供真实大空间VR军事训练区域，包括各种仿真军事工事，虚拟战场军事工事掩体与实际场地空间布局严格按照1：1实物布局搭建；受训者佩戴VR头盔、动作捕捉装备、数据手套以及数据武器枪械等，通过计算机图形学、空间定位系统、动作自由捕捉系统等技术获取的图像数据、深度信息以及人物全身动作信息，进入虚拟战场；系统支持多人协同军事训练，可针对多兵战术演练、心理战训练、特殊任务执行等多种情况构建各种地理气候环境中的虚拟战场，为受训者提供灵活任务设定，将高科技融入现代化军事训练，降低军事训练成本及风险，提高军事训练质量与效率。

本发明的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统利用大空间激光定位技术、全身动作捕捉技术、数据采集技术读取深度信息从而转换成目标的空间位置数据，将受训者在现实空间的位置信息定位到虚拟场景中，时间延迟小于5ms，让受训者能感知虚拟场景中自己的位置，并将受训者在现实中的肢体动作同步到虚拟人物身上。通过计算机网络技术，使多人在同一个虚拟场景中，彼此可以看到对方的模型，动作，感知对方的位置、声音，真正做到多人即时协同作战。

该系统以特定需求(多兵战术演练、心理战训练、特殊任务执行等)为应用背景，构建各种地理气候环境中的虚拟战场，受训者可以根据任务设定，选择典型训练环境，进行具体的军事训练和考核；同时利用计算机网络通信技术，实现多人数据同步，多人可以在虚拟战斗场景中实时协同作战。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统，其特征在于，包括：军事训练考核大空间、穿戴硬件设备以及军事训练考核模组，其中，

所述军事训练考核大空间为设有真实物理设备的、实景搭建的真实军事训练场地，包括：实景可行动区域、实景军事工事以及可扩展激光定位单元，其中，所述实景可行动区域为所述军事训练考核大空间的地面区域，所述实景军事工事为设于所述实景可行动区域中的军事工事；所述可扩展激光定位单元设于所述军事训练考核大空间的顶部区域，包括：于所述军事训练考核大空间的顶部区域划分出的多个空间单元以及分别设于每个空间单元中的空间定位激光发射装置；

所述穿戴硬件设备为受训士兵参加训练考核时穿戴于身上的设备，包括：虚拟现实数据军事头盔、数据军事战术背心、数据军事上衣、数据武器以及数据军事靴，其中，所述虚拟现实数据军事头盔用于保护受训士兵的头部，头盔上一体成型地设有VR眼镜，所述VR眼镜为配设有耳机的虚拟现实头戴式显示设备；所述虚拟现实数据军事头盔上还一体成型地设有用于进行标准定位、实时获取受训士兵的空间位置并捕捉到动作信息的动作捕捉器，所述动作捕捉器无线连接至所述空间定位激光发射装置，并把捕捉到的受训士兵的动作信息上传至所述空间定位激光发射装置；所述数据军事战术背心的背部位置设有背包，所述背包中放置有背包主机，所述背包主机通过数据线与所述VR眼镜连接，所述背包主机通过所述VR眼镜向受训士兵展现虚拟场景；所述背包主机还无线连接至所述空间定位激光发射装置，所述空间定位激光发射装置将受训士兵的动作信息传送至所述背包主机；所述背包主机还配备有用于实现人机交互功能的数据手套；所述数据军事上衣、所述数据武器及所述数据军事靴上也都一体成型地设有无线连接至所述空间定位激光发射装置的动作捕捉器；

所述军事训练考核模组装载于所述背包主机中，包括：虚拟场景展示模块、训练任务选择模块、军事训练流程模块以及军事训练考核模块；其中，所述虚拟场景展示模块用于通过VR眼镜向受训士兵展示虚拟场景；所述训练任务选择模块供任务设置人员佩戴所述数据手套，在虚拟场景中的选择台上用手套点击，选择具体的训练任务；所述军事训练流程模块供受训士兵进行实际的军事训练，所述军事训练考核模块用于进行战术动作评分和战果评分。

2.根据权利要求1所述的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统，其特征在于，所述背包主机上亦设有无线连接至所述空间定位激光发射装置的动作捕捉器。

3.根据权利要求1或2所述的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统，其特征在于，所述空间定位激光发射装置设置于四个相邻空间单元的交界处。

4.根据权利要求1所述的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统，其特征在于，所述训练任务选择模块包括：多兵战术演练模式、心理战训练模式和特殊任务执行模式。

5.根据权利要求1或4所述的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统，其特征在于，所述训练任务选择模块提供训练时刻设置、训练天气设置以及声音设置的功能。

6.根据权利要求1或2所述的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统，其特征在于，所述军事训练流程模块中设置的训练行动包括：战斗准备宣布情况、战斗实施破障行动、战斗实施攻击敌火力点、战斗实施清剿行动、战斗实施抗敌低空侦察行动以及战斗实施抗击敌步兵和装甲目标攻击行动。

7.根据权利要求1或2所述的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统，其特征在于，还包括军事训练管理后台，所述背包主机无线连接至所述军事训练管理后台；所述军事训练管理后台用于进行人员组织架构管理、权限管理、资料管理及考试成绩管理。

8.根据权利要求1或2所述的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统，其特征在于，所述实景可行动区域和实景军事工事皆按照所述VR眼镜中展现的虚拟场景进行比例为1:1的还原，所述实景可行动区域与所述虚拟场景中的可行动区域的大小完全相同，所述实景军事工事与所述虚拟场景中的军事工事的形状大小完全一致。

9.根据权利要求1或2所述的基于大空间虚拟现实的多兵军事训练考核系统，其特征在于，该系统支持多人协同军事训练，利用计算机网络技术实时同步多人行动数据以及虚拟场景数据，保证受训士兵在虚拟场景中看到虚拟场景的实时变化、军事工事被毁坏、同行战友的实时空间位置和实时动作的信息。