CN109785706A - 用于实兵虚拟现实训练的综合式头盔 - Google Patents

Abstract

一种用于实兵虚拟现实训练的综合式头盔设备，包括双目显示器、翻斗车装置、耳机、麦克风、战术头盔、战术姿态跟踪单元，通过所述翻斗车调节双目显示器与受训者眼部的距离，调节双目显示器的上下位置和翻转双目显示器，耳机和麦克风通过耳麦导轨支架安装在FSAT头盔上，支架可以360度旋转，这一系列设计有效提高了双目显示器、耳机麦克风的安装、使用灵活性，增强了不同使用习惯、不同身体条件下受训实兵在训练使用时的适应性，既实现了综合头盔设备在功能上的丰富性和完备性，也有效保证了设备在训练使用时的简洁性。

Description

用于实兵虚拟现实训练的综合式头盔

技术领域

本发明涉及军事训练领域，具体的，涉及一种用于实兵虚拟现实训练的综合式头盔，能够用于配套专业VR眼镜，给受训士兵提供虚拟现实训练。

背景技术

军事训练及演习是提高单兵素质以及整体军事合作能力的重要途径，随着虚拟现实技术的发展，提供虚拟现实的方式给受训士兵提供军事训练场景成为一种成本低、转换场景快、受训科目多的一种方式。

但，现有虚拟现实训练设备缺乏专门配套的军事训练用头盔，训练时一般通过佩戴虚拟现实眼镜(VR眼镜)来将虚拟视景呈现给受训实兵。通过佩戴VR眼镜这种方式存在一定的缺点和局限性，主要是设备的适应性差、针对性弱。由于VR眼镜是一种市场上通用的货架产品，并不针对任何特定的训练场合，因此在很多具有军事背景业务的训练场合，VR眼镜无论是在外观还是功能上都存在适应性差、针对性弱的缺点。

因此，如何提供一种集成性好、适应性强、稳定可靠、佩戴方便舒适的用于实兵虚拟现实训练的综合式头盔设备成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出适用于虚拟现实训练的单兵用集成装置，能够用于实兵虚拟现实训练。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于虚拟现实训练的综合式头盔，其特征在于：

该综合式头盔包括战术头盔，以及安装在战术头盔上的翻斗车、战术姿态跟踪单元、通讯耳机、麦克风和双目显示器；

其中所述翻斗车安装在战术头盔的前端，所述双目显示器通过所述翻斗车安装在所述战术头盔上，并通过所述翻斗车调节双目显示器与受训者眼部的距离，调节双目显示器的上下位置和翻转双目显示器；

所述双目显示器，用于给受训者提供虚拟现实训练；

所述通讯耳机和麦克风用于给受训者提供语音通讯服务；

所述战术姿态跟踪单元用于跟踪受训者的姿态，使得双目显示器提供相应的虚拟现实训练环境。

可选的，所述翻头车装置包括：

翻转微调旋钮：用于微调眼镜与眼部的前后位置；

上下调节锁定装置：用于对双目显示器进行上下调节，拨至右侧锁定；

翻转按钮：用于翻转双目显示器；

前后调节按钮：用于前后调节双目显示器与人眼部的位置；

脱离按钮：用于脱离双目显示器与翻斗车支架；

翻斗车锁定拨杆：用于将翻斗车与头盔分离或者锁定。

可选的，所述双目显示器包括显示器驱动板，并利用OLED进行VR虚拟成像。

可选的，所述战术头盔为FAST头盔，头盔的后部具有悬挂调节装置，以调节使用者的佩戴感受。

可选的，所述战术头盔的后部还具有配重。

可选的，所述双目显示器具有亮度增强钮和亮度降低钮，用于双目显示器的亮度调节。

可选的，所述双目显示器还具有近视调节钮用于近视调节，和瞳距调节钮，用于瞳距调节。

可选的，所述通讯耳机和麦克风通过导轨支架固定到战术头盔的导轨上。

可选的，所述战术姿态跟踪单元固定在综合式头盔顶部，可实时跟踪识别受训实兵头部的姿态。

可选的，头部战术姿态传感单元安装原则为：若人面朝正北，传感器的体坐标系Z轴朝北，X轴朝东，Y轴延垂线方向指向天。

用于实兵虚拟现实训练的综合式头盔设备由双目显示器、翻斗车装置、耳机、麦克风、战术头盔、战术姿态跟踪单元等组成，通过对头盔设备、显示设备、姿态捕捉设备、语音通信设备等的有机、综合设计集成，既实现了综合头盔设备在功能上的丰富性和完备性，也有效保证了设备在训练使用时的简洁性。

战术头盔设计采用黑色军用仿制FAST头盔，能够适应军队、武警、公安等不同行业的训练使用需要。利用翻斗车装置对战术头盔和双目显示器进行连接，可方便摘下双目显示器、调节双目显示器与眼部的距离、调节双目显示器的上下位置、翻转双目显示器；双目显示器可进行近视调节和瞳距调节；耳机和麦克风通过耳麦导轨支架安装在FSAT头盔上，支架可以360度旋转，这一系列设计有效提高了双目显示器、耳机麦克风的安装、使用灵活性，增强了不同使用习惯、不同身体条件下受训实兵在训练使用时的适应性。

军用仿制FAST头盔由高强度材料制成，坚固耐用；翻斗车装置设计有双目显示器上下调节锁定装置、翻斗车锁定拨杆，确保使用时的稳定可靠。战术头盔经人体工学设计，适合各种人的头型，且佩戴方便舒适；耳机固定到FSAT头盔的导轨上，能有效解决耳机在头盔内部的不适感。

附图说明

图1是根据本发明具体实施例的用于虚拟现实训练的综合式头盔；

图2是根据本发明具体实施例的战术头盔；

图3是根据本发明具体实施例的战术头盔锁紧的示意图；

图4是根据本发明具体实施例的翻斗车示意图；

图5是根据本发明具体实施例的翻斗车的另一个示意图；

图6是根据本发明具体实施例的显示驱动装置工作逻辑图；

图7是根据本发明具体实施例的双目显示器的光路设计图；

图8是根据本发明具体实施例的双目显示器的一个示意图；

图9是根据本发明具体实施例的双目显示器的另一个示意图；

图10是根据本发明具体实施例的通讯耳机调节示意图；

图11是根据本发明具体实施例的通讯耳机的音量调节示意图；

图12是根据本发明具体实施例的战术姿态传感器的坐标示意图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

1、翻斗车；2、战术姿态跟踪单元；3、战术头盔；4、配重；5、通讯耳机；6、麦克风；7、双目显示器；11、翻转微调旋钮；12、上下调节锁定装置；13、微调旋钮；14、前后调节按钮；15、脱离按钮；16、翻斗车锁定拨杆；71、亮度增强钮；72、亮度降低钮；73、近视调节旋钮；74、瞳距调节旋钮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明在于以战术头盔为本体，通过翻斗车装置安装VR显示用的双目显示器，并附加安装通讯耳机、麦克风、战术姿态跟踪单元，通过对头盔设备、显示设备、姿态捕捉设备、语音通信设备的综合设计集成，既实现了综合头盔设备在功能上的丰富性和完备性，也有效保证了设备在训练使用时的简洁性。

具体而言，参见图1-图12，分别示出了用于虚拟现实训练的综合式头盔，以及其组成部件的相应的示意图。

该综合式头盔包括战术头盔3，以及安装在战术头盔3上的翻斗车1、战术姿态跟踪单元2、通讯耳机5、麦克风6和双目显示器7；

其中翻斗车1安装在战术头盔3的前端，所述双目显示器7通过所述翻斗车1安装在所述战术头盔3上，并通过所述翻斗车调节双目显示器与受训者眼部的距离，调节双目显示器的上下位置和翻转双目显示器；

所述双目显示器7用于给受训者提供虚拟现实训练；

所述通讯耳机5和麦克风6用于给受训者提供语音通讯服务；

所述战术姿态跟踪单元2用于跟踪受训者的姿态，使得双目显示器提供相应的虚拟现实训练环境。

可选的，所述战术头盔可以采用FAST头盔，例如黑色军用仿制FAST头盔，采用高强度材料，配置经人体工学设计，后部有悬挂调节装置，其视图如图2所示。

并且如图3所示，所述FAST头盔的后部具有悬挂调节装置，以调节使用者的佩戴感受。并且所述FAST头盔的后部具有配重4。

可选的，如图4、5所示，所述翻斗车装置主要用于双目显示器与头盔之间的连接，并方便调节双目显示器与眼部的位置。

进一步的，所述翻头车装置包括：

翻转微调旋钮11：旋转旋钮，可用于微调眼镜与眼部的前后位置；

上下调节锁定装置12：逆时针拨至左侧，可用于对双目显示器进行上下调节，拨至右侧锁定；

翻转按钮13：按下此按钮可用于翻转双目显示器；

前后调节按钮14：用食指和拇指用力按下，可用于前后调节双目显示器与人眼部的位置；

脱离按钮15：按下此按钮可用于脱离双目显示器与翻斗车支架；

翻斗车锁定拨杆16：将拨杆拨至右侧可将翻斗车与头盔分离，拨至左侧锁定翻斗车。

在一个可选的实施例中：

翻斗车装置水平调节范围：正负15mm。

翻斗车装置垂直调节范围：正负15mm。

翻斗车装置俯仰角调节范围：90度。

可选的，所述双目显示器包括显示器驱动板，并利用OLED进行VR虚拟成像。

所述显示器驱动板根据视频信号源可人工设置全屏或左右分割屏显示方式，显示器采用HDMI接口，显示器驱动板将视频信号解码后分别送到左右两只OLED显示器。自动适应HDMI信号分辨率从640×480到1920×1080。

图6示出了一个示例性的显示器驱动板工作逻辑图。

所述双目显示器的显示单元具有重量轻，亮度高，对比度高和颜色均匀等特点。

在一个可选的实施例中，显示单元具有如下的显示参数：

显示颜色：24位；

对比度：不小于150:1；

OLED像素分辨率：1280×720；

纵横比：16:9；

亮度：不小于30cd/m2；

刷新：60Hz。

通过球面透镜方式可观察到显示单元三维图像，光路设计如图7所示。光学参数为：视场角：45°；镜筒长度：40mm；球差、慧差、场曲：<0.05；轴向/横向色差：<0.05；工作温度：0-65℃。

进一步的，所述双目显示器的前部具有亮度增强钮71和亮度降低钮72，用于双目显示器的亮度调节，还具有近视调节钮73，用于近视调节，最大支持400度近视，和瞳距调节钮74，用于瞳距调节。

其中，近视调节钮和瞳距调节钮可调节双目显示器的显示清晰度。

可选的，通讯耳机5和麦克风6，安装在战术头盔上，获取接近于人眼视场的三维立体虚拟场景，听到立体声响，进行话音通信，并测量其头部指向。

所述通讯耳机5和麦克风6通过导轨支架固定到战术头盔的导轨上，解决耳机在头盔内部的不适感，所述导轨支架可以360度旋转，提高耳机安置的灵活性，可按照图10中箭头方向进行旋转。同时所述通讯耳机还设置有调节耳机音量大小按键，如图11所示，可对耳机进行音量调节。

在一个可选的实施例中，耳机和麦克风设计参数如下：

(1)耳机和麦克风适用于各种头型；

(2)耳机和麦克风通过耳麦导轨支架安装在战术头盔上；

(3)耳机采用立体声耳机，封闭式高灵敏度耳机；

(4)耳机上下调节范围为正负30mm；

(5)耳机位置前后调节角度为正负10度；

(6)麦克风调节位置为三挡调节。

可选的，所述战术姿态跟踪单元固定在综合式头盔顶部，可实时跟踪识别受训实兵头部的姿态。战术姿态跟踪单元采用四元数解算数据，其接口支持USB、串口和SPI，更新速率最大200Hz。

战术姿态传感单元的坐标XYZ方向如图12所示。头部战术姿态传感单元安装固定时要遵循：若人面朝正北，传感器的体坐标系Z轴朝北，X轴朝东，Y轴延垂线方向指向天。

因此，本发明将战术头盔与虚拟现实眼镜相结合，使之成为一体式装备，更符合军用仿真的需要。其具有集成度高、适应性强、稳定可靠、佩戴方便舒适等特点。

用于实兵虚拟现实训练的综合式头盔设备由双目显示器、翻斗车装置、耳机、麦克风、战术头盔、战术姿态跟踪单元等组成，通过对头盔设备、显示设备、姿态捕捉设备、语音通信设备等的有机、综合设计集成，既实现了综合头盔设备在功能上的丰富性和完备性，也有效保证了设备在训练使用时的简洁性。

战术头盔设计采用黑色军用仿制FAST头盔，能够适应军队、武警、公安等不同行业的训练使用需要。利用翻斗车装置对战术头盔和双目显示器进行连接，可方便摘下双目显示器、调节双目显示器与眼部的距离、调节双目显示器的上下位置、翻转双目显示器；双目显示器可进行近视调节和瞳距调节；耳机和麦克风通过耳麦导轨支架安装在FSAT头盔上，支架可以360度旋转，这一系列设计有效提高了双目显示器、耳机麦克风的安装、使用灵活性，增强了不同使用习惯、不同身体条件下受训实兵在训练使用时的适应性。

军用仿制FAST头盔由高强度材料制成，坚固耐用；翻斗车装置设计有双目显示器上下调节锁定装置、翻斗车锁定拨杆，确保使用时的稳定可靠。战术头盔经人体工学设计，适合各种人的头型，且佩戴方便舒适；耳机固定到FSAT头盔的导轨上，能有效解决耳机在头盔内部的不适感。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (10)

1.一种用于虚拟现实训练的综合式头盔，其特征在于：

该综合式头盔包括战术头盔，以及安装在战术头盔上的翻斗车、战术姿态跟踪单元、通讯耳机、麦克风和双目显示器；

其中所述翻斗车安装在战术头盔的前端，所述双目显示器通过所述翻斗车安装在所述战术头盔上，并通过所述翻斗车调节双目显示器与受训者眼部的距离，调节双目显示器的上下位置和翻转双目显示器；

所述双目显示器，用于给受训者提供虚拟现实训练；

所述通讯耳机和麦克风用于给受训者提供语音通讯服务；

所述战术姿态跟踪单元用于跟踪受训者的姿态，使得双目显示器提供相应的虚拟现实训练环境。

2.根据权利要求1所述的综合式头盔，其特征在于：

所述翻头车装置包括：

翻转微调旋钮：用于微调眼镜与眼部的前后位置；

上下调节锁定装置：用于对双目显示器进行上下调节，拨至右侧锁定；

翻转按钮：用于翻转双目显示器；

前后调节按钮：用于前后调节双目显示器与人眼部的位置；

脱离按钮：用于脱离双目显示器与翻斗车支架；

翻斗车锁定拨杆：用于将翻斗车与头盔分离或者锁定。

3.根据权利要求1所述的综合式头盔，其特征在于：

所述双目显示器包括显示器驱动板，并利用OLED进行VR虚拟成像。

4.根据权利要求1所述的综合式头盔，其特征在于：

所述战术头盔为FAST头盔，头盔的后部具有悬挂调节装置，以调节使用者的佩戴感受。

5.根据权利要求4所述的综合式头盔，其特征在于：

所述战术头盔的后部还具有配重。

6.根据权利要求3所述的综合式头盔，其特征在于：

所述双目显示器具有亮度增强钮和亮度降低钮，用于双目显示器的亮度调节。

7.根据权利要求6所述的综合式头盔，其特征在于：

所述双目显示器还具有近视调节钮用于近视调节，和瞳距调节钮，用于瞳距调节。

8.根据权利要求1所述的综合式头盔，其特征在于：

所述通讯耳机和麦克风通过导轨支架固定到战术头盔的导轨上。

9.根据权利要求1所述的综合式头盔，其特征在于：

所述战术姿态跟踪单元固定在综合式头盔顶部，可实时跟踪识别受训实兵头部的姿态。

10.根据权利要求1所述的综合式头盔，其特征在于：

头部战术姿态传感单元安装原则为：若人面朝正北，传感器的体坐标系Z轴朝北，X轴朝东，Y轴延垂线方向指向天。