CN110288868A - 实兵交互对抗系统 - Google Patents

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CN110288868A CN201910580718.5A CN201910580718A CN110288868A CN 110288868 A CN110288868 A CN 110288868A CN 201910580718 A CN201910580718 A CN 201910580718A CN 110288868 A CN110288868 A CN 110288868A
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马小龙
季冬夏
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Xi'an Liutao Information Technology Co Ltd
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    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00Simulators for teaching or training purposes
    • G09B9/003Simulators for teaching or training purposes for military purposes and tactics

Abstract

本发明公开了实兵交互对抗系统,包括中央控制系统、IG图形服务器以及单兵硬件系统;所述单兵硬件系统包含多组单兵模拟器硬件;其中,所述中央控制器主要完成实时任务导调;实时任务编辑,各单兵视点跟踪,全局视角跟踪监控与记录;其中,所述IG图形服务器主要完成运行大型虚拟训练系统软件及数据库等。本发明的有益效果是,基于先进的虚拟现实技术,涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域,它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉,使人作为参与者通过适当装置,自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。

Description

实兵交互对抗系统
技术领域
本发明涉及虚拟现实领域,特别是实兵交互对抗系统。
背景技术
随着现代化战争升级和发展及国内维和反恐的更高的要求,我军特种作战和特警反恐作战成为了我军警主要作战手段之一,已经成为战争中达成全局性的重要作战样式和形式。特种作战及反恐作战的多样化及目标的多元化已经成为趋势,如何保证特种作战筹划准备的科学细致,如何进行特种作战行动前实战实验和临战演练已经成为迫切需要解决的难题。我军特种作战目前处于单兵战术技能训练,还是利用较为传统作训的手段进行训练,利用虚拟仿真技术面向特种作战和反恐作战方案规划和临战演练的模拟仿真准备仍属空白。支撑部队进行精细化的特种作战方案规划决策和临战演练的信息技术手段匮乏。部队面向复杂环境下特种作战任务的分队战术演习训练和考评能力严重不足,这已成为制约我军特种部队战斗力提升的重要瓶颈。调研表明部队对于特种作战方案规划和行动实验演练的手段需求非常迫切。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题,设计了实兵交互对抗系统。
实现上述目的本发明的技术方案为,实兵交互对抗系统,包括中央控制系统、IG图形服务器以及单兵硬件系统;
所述单兵硬件系统包含多组单兵模拟器硬件;
其中,所述中央控制器主要完成实时任务导调;实时任务编辑,各单兵视点跟踪,全局视角跟踪监控与记录;
其中,所述IG图形服务器主要完成运行大型虚拟训练系统软件及数据库等;
其中,所述单兵模拟器硬件均为服务器客户端,每一个单凭模拟器均具有客户端主机,并通过无线方式和服务器相连,单个单兵模拟器硬件对训练人员在训练中的身体动作进行捕捉,所述单兵模拟器硬件连接有PC机;
其中,所述单兵硬件系统还包括:背负式图形工作站,武器控制系统,传感器控制系统,立体头盔显示系统,反馈控制系统、语音交互系统以及数据转换接口系统组成。
所述单兵模拟器硬件中对训练人员在训练中的身体动作包括:头部、枪体转动、蹲、匍匐、站立动作进行检测。
所述背负式图形工作站主要用于完成场景生成和输出以及姿态解算和反馈控制。
所述武器控制系统即可采用全无线控制单元。
所述传感器控制系统包括头部姿态传感器,武器控制系统姿态传感器以及腿部姿态传感器。
所述语音交互系统通过耳机和话筒形成通信。
所述立体头盔显示器可以模拟训练场景。
所述据转换接口主要分为通信接口软件和配置软件。
所述配置软件为数据中间转接平台,数据可以接入游戏引擎,并提供完全的交互操作。
利用本发明的技术方案制作的实兵交互对抗系统,对于模拟训练系统来说,涵盖的范围比较广,有飞行模拟,车辆模拟,舰船模拟,单兵模拟等,军用的模拟训练技术至今比较成熟,在高端工程模拟器、训练模拟器的竞争优势较小,民用的模拟训练系有专门的公司设计制造,其技术和产能已经相对饱和和稳定,没有竞争的必要;在目前,协同作战交互对抗系统在国内尚属空白,可以节约相当大的经费和人力投入,可作为一个产品发展方向。
因此,开发协同作战交互对抗系统平台对今后在模拟器行业中的发展是非常必要的。这种协同作战交互对抗系统系统也可以用在民用和游戏行业,前景不可估量。
附图说明
图1是本发明所述实兵交互对抗系统的系统框图;
图2是本发明所述单兵硬件系统的组成系统框图;
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述,如图1-2所示,实兵交互对抗系统:
本发明的目的在于克服传统场地化训练的缺点,基于先进的虚拟现实技术,涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域,它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉,使人作为参与者通过适当装置,自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时,电脑可以立即进行复杂的运算,将精确的3D世界影像传回产生临场感。提供模拟训练的作战软硬件平台,该系统是一套用于协同作战交互对抗系统,具有高可重用、可扩展、可灵活部署的功能模块,只需作简单的配置即可构建一套协同作战交互对抗系统。
协同作战交互对抗系统就是利用虚拟现实技术的原理,协同作战交互对抗系统能实时提供士兵在训练演习中的动作姿态及其持枪的作战动作;准确获取士兵在突发事件中的反应过程及应对措施。支持在虚拟环境下,训练单兵对突发事件适应能力和采取的应对措施,能对训练者的快速反应能力进行等级评判,对其综合能力进行评估。该系统提取的动作状态信息输出给虚拟环境中,驱动虚拟人同步模拟站、蹲、匍匐、移动、转动,以及操枪、瞄准、扣扳机等动作,并可以和队友进行协同作战训练。显示设备可以是头盔显示器或大屏幕显示设备,前者供被训练士兵使用,后者由教官和其他参训人员观摩。
本系统由中央控制系统;IG图形服务器;多组单兵硬件系统构成。其中中央控制器主要完成实时任务导调;实时任务编辑,各单兵视点跟踪,全局视角跟踪监控与记录;IG图形服务主要完成运行大型虚拟训练系统软件及数据库等。硬件系统采用服务器客户端模式,每一个单兵模拟器都是一个客户端主机,通过无线方式和服务器相连。单个单兵模拟器对训练人员在训练中的身体动作,包括头部及枪体转动、蹲、匍匐、站立等动作进行检测;同时对士兵持枪瞄准、射击等动作进行检测和采集。把检测的信息送入PC机供软件进行解算,计算出训练人员的动作状态,驱动虚拟视景中人物运动,实现对训练人员与虚拟人的同步运动。通过头盔显示器或大屏幕显示设备显示虚拟场景,根据训练人员的动作显示虚拟视景中虚拟人的动作状态。根据训练人员在虚拟环境下对突发事件适应能力和采取的应对措施,对训练者的快速反应能力进行等级评判,对其综合能力进行评估,对方案预演的效能进行分析和评估。通过生物传感器对训练人员的身体的生物特征进行提取,像血氧饱和度,心率,脉动压,呼吸率等,通过这些信息可以对训练人员的训练过程中的心理特征尽心分析和评估。
单兵模拟器硬件组成单兵硬件系统主要由背负式图形工作站,武器控制系统,传感器控制系统,立体头盔显示系统,反馈控制系统、语音交互系统、数据转换接口系统等组成。
背负式图形工作站:完成场景生成,输出;姿态解算、反馈控制等工作;
武器控制系统:采用全无线控制单元,可以加载到真实的武器上(触发,弹夹,开火模式,向前助攻,充电手柄,手柄握把,功能按钮,操纵杆)、在不破坏枪械的前提下,通过战术导轨进行武器控制系统的安装,实现单兵在虚拟场景的武器操作,通过摇杆进行方向控制,14个可配置按键。
反馈控制系统包括身体反馈设备、姿态控制设备、生物传感设备。身体反馈设备包括,力反馈头盔,力反馈背心,力反馈护臂,力反馈护腿,力反馈腰带,其中力反馈的头盔上有8个偏心电机,力反馈背心前后共有32个偏心电机,力反馈护腿和力反馈护臂上分别有8个偏心电机,力反馈腰带上有安全电击设备。其中力反馈背心和和力反馈护腿和护臂通过机械电机设备连接。当中弹后,反馈控制设备的偏心电机可以模拟中弹后的感觉,并可以通过设置各个电机的旋转速度大小,对身体中弹部位的方位进行模拟。当受伤部位在手臂及腿部时,偏心电机可以模拟中弹反应并且机械电机设备采取锁死方式限制受伤的部位活动。当中弹部位在头部及要害部位并发力反馈腰带的电击设备模拟死亡方式,并且身体全部电机锁死,武器控制设备切断信号并失效。姿态控制设备包括头部姿态传感器,武器控制系统姿态传感器,腿部姿态传感器。头部姿态传感器用于检测人体头部的运动信息;武器姿态传感器用于检测武器的运动信息。腿部姿态传感器用于检测人体下蹲、跳跃、站立等动作及其发生的速度和程度。生物传感器采集血氧饱和度,心率,脉动压,呼吸率。
语音交互系统通过耳机和话筒可以与队友进行通信联系。
立体头盔显示器可以让训练者看到虚拟的训练场景,沉浸感强。
数据转换接口主要分为通信接口软件和配置软件。通信接口以动态链接库(DLL)的形式提供给上层的虚拟训练软件调用。需要给训练软件提供的数据和操作以下内容,为了方便通信接口对原始数据进行分类,在调用动态链接库前可以对传感器进行配置,独立存在一个配置软件是一个数据中间转接平台,数据可以接入游戏引擎,并提供完全的交互操作。
软件系统功能平台
为满足分布式单兵虚拟对抗训练要求,采用基于网络的客户机/服务器形式,其中服务器端管理计算机负责参训人员管理,训练任务创建、编辑管理,训练过程管理和监控(可通过二维全局态势进行观察,选中观察对象后可进一步跟踪)、训练结果评估等,同时管理计算机还充当中央服务器的角色,负责训练数据的存储和管理等。客户机负责接收管理计算的训练指令,建立本地场景,同时负责与硬件设备(姿态传感器、枪控按钮)的交互(通过无线传输),客户机所产生的图像通过无线传输给头盔显示器,参训人员通过头盔显示器观察训练场景,通过耳麦来进行语音交互(对讲机)。为简化处理,客户机之间不直接进行数据通讯,客户机数据发送至管理计算机,管理计算机处理后再发给客户机,客户机与服务器之间通过局域网(有线或者无线)联接。
根据技术要求,虚拟训练系统可以划分为如下几个功能模块
1)仿真场景的生成模块:包括士兵模型、武器模型、建筑模型、树木模型、地表模型、地图模型和天空模型等,利用场景编辑对各种模型进行添加删改,并且提供两种场景编辑类型,固定场景:玩家不能对场景做任何的改动。
可编辑场景:首先我们会为玩家提供一个可添加的物体列表,玩家可根据自己的需要从中物体列表添加到地形中,并可改变添加的物体的位置和角度。
2)任务编辑模块:包括训练任务编辑模块功能包括离线任务编辑、任务逻辑的存储、解析、执行逻辑。训练任务的编辑包括场景的选择,自然环境(日期、时间、天气等)设置,参训人员的选择、武器装备的配置,任务的逻辑,路径的设置。
3)仿真模型模块;包括三维显示模型、仿真实体的数学模型、仿真任务的逻辑模型等
4)硬件接口模块;软硬件接口模块主要分为通信接口软件和配置软件。通信接口以动态链接库(DLL)的形式提供给上层的虚拟训练软件调用。为了方便通信接口对原始数据进行分类,在调用动态链接库前可以对传感器进行配置,独立存在一个配置软件
5)网络通信模块;网络通讯模块主要解决分布式虚拟训练系统中客户机(一个参训单元)与管理计算机之间通讯、客户机与客户机之间通讯。
6)训练管理模块运行在管理计算机上,负责训练任务的管理、训练数据管理和训练监控,以及训练过程的开始、暂停、恢复运行、结束等,所有这些指令通过网络消息的方式发送至各个客户端,客户端根据消息采取相应的动作。训练监控分为正投影平面监控、实际场景监控和训练数据监控。
7)训练效果评估模块;训练效果的评估在服务器(管理计算机)上进行,主要有训练过程中的评估、训练结束后的评估、多次训练的综合评估。
8)仿真数据管理模块;数据库模块主要对人员、任务和训练结果等相关数据管理
9)仿真回放模块;为了对训练过程进行评讲,需要对训练的过程进行记录和回放。采用方式是信息记录回放,即在训练过程对参训对象的位置信息、状态信息等进行记录保存,在回放的过程读取该记录信息进行场景的驱动,与视频回放不同,这种回放方式是交互式的回放,用户可以在回放的过程调整视角、控制回放的速度、甚至进行倒放等。
10)用户界面:用户登录、管理、设置等基本配置。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案,本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理,属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.实兵交互对抗系统,其特征在于,包括中央控制系统、IG图形服务器以及单兵硬件系统;
所述单兵硬件系统包含多组单兵模拟器硬件;
其中,所述中央控制器主要完成实时任务导调;实时任务编辑,各单兵视点跟踪,全局视角跟踪监控与记录;
其中,所述IG图形服务器主要完成运行大型虚拟训练系统软件及数据库等;
其中,所述单兵模拟器硬件均为服务器客户端,每一个单凭模拟器均具有客户端主机,并通过无线方式和服务器相连,单个单兵模拟器硬件对训练人员在训练中的身体动作进行捕捉,所述单兵模拟器硬件连接有PC机;
其中,所述单兵硬件系统还包括:背负式图形工作站,武器控制系统,传感器控制系统,立体头盔显示系统,反馈控制系统、语音交互系统以及数据转换接口系统组成。
2.根据权利要求1所述的实兵交互对抗系统,其特征在于,所述单兵模拟器硬件中对训练人员在训练中的身体动作包括:头部、枪体转动、蹲、匍匐、站立动作进行检测。
3.根据权利要求1所述的实兵交互对抗系统,其特征在于,所述背负式图形工作站主要用于完成场景生成和输出以及姿态解算和反馈控制。
4.根据权利要求1所述的实兵交互对抗系统,其特征在于,所述武器控制系统即可采用全无线控制单元。
5.根据权利要求1所述的实兵交互对抗系统,其特征在于,所述传感器控制系统包括头部姿态传感器,武器控制系统姿态传感器以及腿部姿态传感器。
6.根据权利要求1所述的实兵交互对抗系统,其特征在于,所述语音交互系统通过耳机和话筒形成通信。
7.根据权利要求1所述的实兵交互对抗系统,其特征在于,所述立体头盔显示器可以模拟训练场景。
8.根据权利要求1所述的实兵交互对抗系统,其特征在于,所述据转换接口主要分为通信接口软件和配置软件。
9.根据权利要求1所述的实兵交互对抗系统,其特征在于,所述配置软件为数据中间转接平台,数据可以接入游戏引擎,并提供完全的交互操作。
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