CN109686168A - 一种基于混合现实的空勤训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于空勤人员训练技术领域，具体涉及一种基于混合现实的空勤训练系统；所述的空勤训练系统包含空勤训练仿真子系统、混合现实输入/输出设备、训练评估子系统；空勤训练仿真训练子系统为仿真模拟端，用于数据存储，飞机仿真模型调度管理以及接口管理的功能；混合现实输入/输出设备包括输入设备和输出设备，通过相应的模块加载相应输入参数并将仿真结果输出到相应的输出设备；训练评估子系统为教学的控制端，用于设置训练科目和教学讲评；本发明的训练系统借助虚拟现实设备，营造“人在环”的训练体验，并且训练设备小型化，便携带，极大的降低了空勤人员的训练成本。

Description

一种基于混合现实的空勤训练系统

技术领域

本发明属于空勤人员训练技术领域，具体涉及一种基于混合现实的空勤训练系统。

背景技术

目前针对空勤人员的训练一般采用模拟机，但模拟机训练成本高，目前没有混合虚拟现实的训练系统或产品。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于混合现实的空勤训练系统，主要用于驾驶舱程序训练以及航空辅助训练、基础仪表训练设备以及部分综合程序训练，提升空勤人员的训练效率，降低空勤人员的训练成本。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于混合现实的空勤训练系统，所述的空勤训练系统包含空勤训练仿真子系统、混合现实输入/输出设备、训练评估子系统；

所述的空勤训练仿真训练子系统为仿真模拟端，用于数据存储，飞机仿真模型调度管理以及接口管理的功能；

所述的混合现实输入/输出设备包括输入设备和输出设备，通过相应的模块加载相应输入参数并将仿真结果输出到相应的输出设备；

所述的训练评估子系统为教学的控制端，用于设置训练科目和教学讲评。

所述的空勤训练仿真子系统包含数据库模块、飞机仿真模型模块及仿真接口模块；

所述的数据库模块包含用户数据库和模型数据库，为系统的数据中心；

所述的飞机仿真模型为空勤训练系统提供训练过程中飞机的飞行状态数据，包含训练样机模块、视景仿真模块、配置调度模块；所述的训练样机模块包含飞机结构模型和系统模型；所述的视景仿真模块在训练仿真中，通过接收配置调度模块的相关信息，读取地景及模型数据，实时合成更新渲染图像，并将渲染后的图像通过仿真接口发送到立体显示设备；所述的配置调度模块实现训练样机及仿真视景的配置调度，配置调度模块通过仿真接口接收训练评估子系统及混合现实输入/输出设备反馈的相关信息，并根据接收的信息访问数据库模块，对训练样机和仿真视景进行初始化配置；

所述的仿真接口模块用于接口配置管理和信息传输交换：接收训练评估子系统的相关信息访问数据库模块中的用户数据库；接收混合现实输入设备和训练评估子系统的相关信息访问飞机仿真模型中的配置调度模块；仿真接口模块也将访问数据库的相关信息及飞机仿真模型的相关信息发送给混合现实输出设备以及训练评估子系统。

所述的混合现实输入/输出设备为标准可插接式设备，包括运动座椅、仿真座舱硬件设备、手势识别设备、立体显示头盔、第三视角显示设备及3D音响设备。

所述的训练评估子系统包含科目设置模块、教学讲评模块及用户管理模块；

所述的科目设置模块用于设置训练科目,教员/用户根据需求选择相应的训练科目；所述的教学讲评模块包括虚拟教官和训练评估，虚拟教官通过操作提示信息指导学员训练，训练评估通过将学员操作行为与标准操作行为进行比对，对学员的训练过程进行评估；所述的用户管理模块用于用户的登录、添加、删除。

所述的数据库模块中用户数据库存储人员登录信息、训练科目、考核评估信息。

所述的数据库模块中模型数据库存储飞机结构模型、飞机系统仿真模型的相关信息以及地景数据信息。

利用所述的基于混合现实的空勤训练系统的训练过程如下：

步骤1：管理员通过训练评估子系统中的用户管理模块录入教员/学员信息，训练评估子系统通过空勤训练仿真子系统中的仿真接口模块访问数据库中的用户数据库，存储/变更教员/学员信息；

步骤2：教员登录系统，通过训练评估子系统中科目设置模块，设置训练科目；

步骤3：仿真接口模块将训练科目信息输出到飞机仿真模型模块中的配置调度模块；

步骤4：配置调度模块根据科目信息访问数据库，获取当前设置科目信息下的飞机各模型的状态信息，并对训练样机和视景仿真进行初始化；

步骤5：仿真接口模块将初始化后的信息输出到混合现实输入/输出设备，呈现给受训人员；

步骤6：学员登录系统；

步骤7：学员操作混合现实输入/输出设备，并将输入操作反馈到仿真接口模块；

步骤8：仿真接口模块将输入信息转换并输出到空勤训练仿真子系统中的配置调度模块、用户数据库以及训练评估子系统的教学讲评模块；

步骤9：教学讲评模块将将学员操作行为与标准操作行为进行比对；

步骤10：若用户操作错误，给出受训学员下步操作提示；若用户操作正确时，配置调度模块接收仿真接口模块的输入操作信息，并根据输入操作信息对训练样机和视景仿真进行初始化；

步骤11：仿真接口模块将初始化后的仿真样机和视景状态信息输出到混合现实输入/输出设备；

步骤12：教学讲评模块判断训练是否结束；若没有结束，重复步骤7～11；若结束，显示受训学员本次训练结果。

本发明的有益效果是：

1、借助虚拟现实设备研发空勤训练系统，营造“人在环”的训练体验，并且训练设备小型化，便携带，极大的降低了训练系统的开发成本；

2、训练交互方式简单，允许受训人员通过一定的自然交互方式操纵仿真飞机模型，获得与真实飞机较为一致的体验，从而完成通用以及特殊飞行程序的训练。

附图说明

图1为基于混合现实的空勤训练系统示意图；

图2为基于混合现实的空勤训练系统典型使用流程；

图3为基于混合现实的空勤训练系统的典型实现形式。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的基于混合现实的空勤训练系统。

如图1所示为本发明的基于混合现实的空勤训练系统示意图，所述系统包含空勤训练仿真训练子系统、混合现实环境输入/输出设备、训练评估子系统。

1.所述的空勤训练仿真训练子系统为仿真模拟端，用于数据存储，飞机仿真模型调度管理以及接口管理的功能；

所述的混合现实输入/输出设备包括输入设备和输出设备，通过相应的模块加载相应输入参数并将仿真结果输出到相应的输出设备；

所述的训练评估子系统为教学的控制端，用于设置训练科目和教学讲评。

所述的空勤训练仿真子系统包含数据库模块、飞机仿真模型模块及仿真接口模块；

1)所述的数据库模块包含用户数据库和模型数据库，为系统的数据中心；

2)所述的飞机仿真模型由训练样机模块、视景仿真模块、配置调度模块组成。a)训练样机模块为由飞机结构模型和系统模型组成，结构模型为飞机机体及驾驶舱面板及仪表模型，主要基于Unity3D制作，系统模型主要为飞行性能仿真模型和航电系统仿真模型，飞机系统仿真模型基于模拟飞行软件/Prepare3D等主流商业模拟飞行软件开发。飞机仿真模型主要为空勤训练系统提供训练过程中飞机的飞行状态数据，确保飞行仿真的实时性与逼真度。b)视景仿真模块为图像生成系统，在训练仿真中，通过接收配置调度模块的相关信息，读取地景及模型数据，实时合成更新渲染图像，并将渲染后的图像通过仿真接口发送到立体显示设备。c)配置调度模块主要实现训练样机及仿真视景的配置调度，配置调度模块可通过仿真接口接收训练评估子系统及混合现实输入/输出设备反馈的相关信息，并根据接收的信息访问数据库模块，对训练样机和仿真视景进行初始化配置。

3)仿真接口模块13主要功能为接口配置管理和信息传输交换。仿真接口模块可以接收训练评估子系统的相关信息访问数据库模块中的用户数据库；也可以接收混合现实输入设备和训练评估子系统的相关信息访问飞机仿真模型中的配置调度模块；仿真接口模块也将访问数据库的相关信息及飞机仿真模型的相关信息发送给混合现实输出设备以及训练评估子系统。

2.混合现实输入/输出设备主要包括运动座椅、仿真座舱硬件设备、手势识别设备、立体显示头盔、第三视角显示设备及3D音响设备，设备均为标准插接式的货架产品。其中运动座椅为受训学员提供飞行过程中的运动感知，仿真座舱硬件设备主要为油门杆及脚蹬，为受训学员提供油门和脚蹬的操作反馈，手势识别设备用于设备用户的操作动作，投影到虚拟现实中，立体显示头盔为用户提供立体视景，3D音响设备提供训练过程中环境声音，第三视角显示设备为教员和其他受训学员提供当前受训学员的所见仿真视景。

3.训练评估子系统由科目设置模块、教学讲评模块及用户管理模块组成。a)科目设置模块主要用于设置训练科目,教员/用户可根据需求选择相应的训练科目；b)教学讲评模块主要包括虚拟教官和训练评估两个功能，虚拟教官通过操作提示信息指导学员训练，训练评估功能主要通过将学员操作行为与标准操作行为进行比对，对学员的训练过程进行评估；c)用户管理模块主要实现用户的登录、添加、删除等功能；

如图2所示为本发明的基于混合现实的空勤训练系统典型使用流程图，训练过程具体步骤如下：

步骤1：管理员通过训练评估子系统中的用户管理模块录入教员/学员信息，训练评估子系统通过空勤训练仿真子系统中的仿真接口模块访问数据库中的用户数据库，存储/变更教员/学员信息；

步骤2：教员登录系统，通过训练评估子系统中科目设置模块，设置训练科目；

步骤3：仿真接口模块将训练科目信息输出到飞机仿真模型模块中的配置调度模块；

步骤4：配置调度模块根据科目信息访问数据库，获取当前设置科目信息下的飞机各模型的状态信息，并对训练样机和视景仿真进行初始化；

步骤5：仿真接口模块将初始化后的信息输出到混合现实输入/输出设备，呈现给受训人员；

步骤6：学员登录系统；

步骤7：学员操作混合现实输入/输出设备，并将输入操作反馈到仿真接口模块；

步骤8：仿真接口模块将输入信息转换并输出到空勤训练仿真子系统中的配置调度模块、用户数据库以及训练评估子系统的教学讲评模块；

步骤9：教学讲评模块将将学员操作行为与标准操作行为进行比对；

步骤10：若用户操作错误，给出受训学员下步操作提示；若用户操作正确时，配置调度模块接收仿真接口模块的输入操作信息，并根据输入操作信息对训练样机和视景仿真进行初始化；

步骤11：仿真接口模块将初始化后的仿真样机和视景状态信息输出到混合现实输入/输出设备；

步骤12：配置调度模块判断训练是否结束；若没有结束，重复步骤7～11；若结束，显示受训学员本次训练结果。

如图3所示为本发明的训练系统的典型应用场景，训练评估子系统为教员端，是教学的控制端；仿真子系统为训练系统的核心，是模型端和仿真模拟端；输入输出设备为标准插接式的货架，包括立体显示设备、头盔、沉浸式体验设备等货架设备；可以根据需要选用高配、低配等设备配置，采用油门杆和脚蹬为最低配置即可实现3D仿真模拟。系统通过仿真数据库存储飞机结构模型、系统仿真模型、地形视景、科目配置信息等数据，通过用户信息数据库存储教员、受训人员基本信息及训练结果等信息；训练评估主要完成训练管理相关功能，用户可以通过该模块实现训练科目选择及登录信息管理，同时也可用于教员进行讲评及考核；通过混合现实输入设备将用户操作行为转换为输入信号给空勤训练仿真子系统；空勤训练仿真子系统响应科目设置进行初始化，并根据用户操作行为进行响应，同时响应过后的结果反馈给混合现实输出设备；混合现实输出设备将训练仿真系统的仿真结果以视觉、听觉、触觉等感官形式反馈给用户，从而形成“人在环”的训练环境，为空勤人员提供真实的训练体验。

Claims (7)

1.一种基于混合现实的空勤训练系统，其特征在于：所述的空勤训练系统包含空勤训练仿真子系统、混合现实输入/输出设备、训练评估子系统；

所述的空勤训练仿真训练子系统为仿真模拟端，用于数据存储，飞机仿真模型调度管理以及接口管理的功能；

所述的混合现实输入/输出设备包括输入设备和输出设备，通过相应的模块加载相应输入参数并将仿真结果输出到相应的输出设备；

所述的训练评估子系统为教学的控制端，用于设置训练科目和教学讲评。

2.根据权利要求1所述的基于混合现实的空勤训练系统，其特征在于：所述的空勤训练仿真子系统包含数据库模块、飞机仿真模型模块及仿真接口模块；

所述的数据库模块包含用户数据库和模型数据库，为系统的数据中心；

所述的飞机仿真模型为空勤训练系统提供训练过程中飞机的飞行状态数据，包含训练样机模块、视景仿真模块、配置调度模块；所述的训练样机模块包含飞机结构模型和系统模型；所述的视景仿真模块在训练仿真中，通过接收配置调度模块的相关信息，读取地景及模型数据，实时合成更新渲染图像，并将渲染后的图像通过仿真接口发送到立体显示设备；所述的配置调度模块实现训练样机及仿真视景的配置调度，配置调度模块通过仿真接口接收训练评估子系统及混合现实输入/输出设备反馈的相关信息，并根据接收的信息访问数据库模块，对训练样机和仿真视景进行初始化配置；

所述的仿真接口模块用于接口配置管理和信息传输交换：接收训练评估子系统的相关信息访问数据库模块中的用户数据库；接收混合现实输入设备和训练评估子系统的相关信息访问飞机仿真模型中的配置调度模块；仿真接口模块也将访问数据库的相关信息及飞机仿真模型的相关信息发送给混合现实输出设备以及训练评估子系统。

3.根据权利要求1所述的基于混合现实的空勤训练系统，其特征在于：所述的混合现实输入/输出设备为标准可插接式设备，包括运动座椅、仿真座舱硬件设备、手势识别设备、立体显示头盔、第三视角显示设备及3D音响设备。

4.根据权利要求1所述的基于混合现实的空勤训练系统，其特征在于：所述的训练评估子系统包含科目设置模块、教学讲评模块及用户管理模块；

所述的科目设置模块用于设置训练科目,教员/用户根据需求选择相应的训练科目；所述的教学讲评模块包括虚拟教官和训练评估，虚拟教官通过操作提示信息指导学员训练，训练评估通过将学员操作行为与标准操作行为进行比对，对学员的训练过程进行评估；所述的用户管理模块用于用户的登录、添加、删除。

5.根据权利要求2所述的基于混合现实的空勤训练系统，其特征在于：所述的数据库模块中用户数据库存储人员登录信息、训练科目、考核评估信息。

6.根据权利要求2所述的基于混合现实的空勤训练系统，其特征在于：所述的数据库模块中模型数据库存储飞机结构模型、飞机系统仿真模型的相关信息以及地景数据信息。

7.利用权利要求2至6任一项所述的基于混合现实的空勤训练系统的训练，其特征在于：所述的训练过程如下：

步骤1：管理员通过训练评估子系统中的用户管理模块录入教员/学员信息，训练评估子系统通过空勤训练仿真子系统中的仿真接口模块访问数据库中的用户数据库，存储/变更教员/学员信息；

步骤2：教员登录系统，通过训练评估子系统中科目设置模块，设置训练科目；

步骤3：仿真接口模块将训练科目信息输出到飞机仿真模型模块中的配置调度模块；

步骤4：配置调度模块根据科目信息访问数据库，获取当前设置科目信息下的飞机各模型的状态信息，并对训练样机和视景仿真进行初始化；

步骤5：仿真接口模块将初始化后的信息输出到混合现实输入/输出设备，呈现给受训人员；

步骤6：学员登录系统；

步骤7：学员操作混合现实输入/输出设备，并将输入操作反馈到仿真接口模块；

步骤8：仿真接口模块将输入信息转换并输出到空勤训练仿真子系统中的配置调度模块、用户数据库以及训练评估子系统的教学讲评模块；

步骤9：教学讲评模块将将学员操作行为与标准操作行为进行比对；

步骤10：若用户操作错误，给出受训学员下步操作提示；若用户操作正确时，配置调度模块接收仿真接口模块的输入操作信息，并根据输入操作信息对训练样机和视景仿真进行初始化；

步骤11：仿真接口模块将初始化后的仿真样机和视景状态信息输出到混合现实输入/输出设备；

步骤12：教学讲评模块判断训练是否结束；若没有结束，重复步骤7～11；若结束，显示受训学员本次训练结果。