CN110473444A - 一种基于4d场景的海上飞行预适应训练系统 - Google Patents
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Abstract
提供了一种基于4D场景的海上飞行预适应训练系统，它包括：服务器(1)、心理数据分析处理单元(2)、海上飞行模拟场景播放和控制单元(3)、座椅控制单元(4)、特效输出单元(5)、心理应激测试设备(6)、特效座椅(7)和特效设备(8)；海上飞行模拟场景播放和控制单元向座椅控制单元和特效输出单元分别输出与其播放内容一致座椅动作指令和特效指令，并接收座椅控制单元和特效输出单元的信息反馈；心理应激测试设备用于测试受训人员观看4D场景时的身体反应，心理数据分析处理单元将根据测试获得的评估结论转化为个性化训练播放指令发送给服务器，由服务器传输给海上飞行模拟场景播放和控制单元。
Description
技术领域
本发明总体地涉及4D影院和人体应激反应研究技术领域，具体地涉及一种基于4D场景的海上飞行预适应训练系统。
背景技术
目前，飞行员进行海上飞行训练中常见的心理应激来源于对海上特殊环境的陌生和错误认知，尤其是初次参加海上任务的飞行员，容易产生恐惧和紧张。如果能够提前了解并熟悉海上飞行环境的特点，必将大大减少这种紧张情绪。美军在伊拉克作战时，就曾通过模拟训练对八成以上的空军飞行员进行战前培训，他们采用航空照片、卫星影像和数字地图的综合数据来生成高分辨率的作战区域的三维地形环境来训练执行任务的战斗机飞行员。很多飞行员都感慨在执行任务的过程中，见到的环境似乎都在模拟器中见到过。因此大大降低了执行任务的难度和伤亡率。
通过构建真实海上飞行任务可能遇到的不同环境场景，让受训人员置身这些场景中经历不同海上环境的同时，身体同步感受所处环境造成的动作冲击和外部自然环境的影响，观察和测试受训人员经历这些模拟环境过程中的应激反应状况，一方面可以让受训人员预先适应和熟悉未来的飞行任务环境，有足够的心理预期，另一方面可以通过获得人体应激反应数据掌握受训人员在各种飞行环境中的心理和身体应激状况，以备有针对性地开展心理辅助、救援保障和设备供给，因此，有必要建立一套能够模拟海上飞行特殊环境的训练系统对飞行员进行海上飞行预适应训练。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于4D场景的海上飞行预适应训练系统，用于飞行员在立体视频和环境组成四维空间内进行针对性心理训练，提升飞行员在海上险恶环境下遂行作战任务的心理适应和承受能力，并熟悉常见常用的海上飞行作战模式，消除紧张恐惧情绪。
本发明的技术方案是，一种基于4D场景的海上飞行预适应训练系统，它包括：服务器、心理数据分析处理单元、海上飞行模拟场景播放和控制单元、座椅控制单元、特效输出单元、心理应激测试设备、特效座椅和特效设备；海上飞行模拟场景播放和控制单元具备视频播放和信号控制功能，分别连接座椅控制单元和特效输出单元，以向座椅控制单元和特效输出单元分别输出与播放内容一致座椅动作指令和特效指令，并接收座椅控制单元和特效输出单元的信息反馈；特效座椅连接座椅控制单元，以在座椅控制单元的控制下进行相应动作，并供受训人员坐位观看和测试；心理应激测试设备用于测试受训人员观看4D场景时的身体反应，并将测试数据传输给心理数据分析处理单元进行数据统计和评估，心理数据分析处理单元将评估结论转化为个性化训练播放指令发送给服务器，由服务器传输给海上模拟飞行环境播放和控制单元；特效设备连接特效输出单元，用于在特效输出单元控制下进行特殊效果释放；服务器用于接收心理数据分析处理单元发出的个性化训练播放指令，并向海上飞行模拟环境播放和控制单元传送播放指令。
进一步的，上述海上飞行模拟场景播放和控制单元包括播放控制平台和播放音像设备，所述播放控制平台存储有多种海上飞行模拟场景数据的3D视频；所述播放音像设备用于实现海上飞行场景模拟数据的影院播放并同步提供与场景模拟一致的声响效果。
播放控制平台还具有剪辑和拼接功能，可把现有的3D视频中的任意一个或者多个场景剪辑出来并拼接成一个新的3D视频且不会改变3D视频的清晰度；同时支持播放其他任何格式的3D视频。
进一步的，上述海上飞行场景模拟数据包括但不限于海上飞行环境场景；海上飞行作战流程和打击方式场景；飞行座舱噪声环境场景；所述海上飞行环境场景包括但不限于以下场景：辽阔空旷场景、海天一色场景、真假海天线和/或岛屿沙滩多变地标场景、锅底错觉场景、扰动气流场景、海雾的低能见度场景、强烈反光场景、平静海面和/或惊涛骇浪的复杂气象场景、雷电层云场景、海浪起伏场景、白帆海鸟场景；所述海上飞行作战流程和打击方式场景包括但不限于以下场景：不同作战机型的空中对战、俯冲海面、超低空飞行、安全规避、雷达锁定、对舰攻击、导弹发射、电视制导、定点轰炸中的一种或多种组合；所述海上飞行场景模拟数据中与场景配合的声音采用5.1声道的高质量音频，音频采样率为48KHz。
上述多种4D海上飞行环境及作战场景均可以按照时间轴进行抽取、组合等编辑后播放。因为本发明所设计的不同场景分别可以引发不同程度的心理应激反应，如锅底错觉、海雾低能见度、扰动气流、复杂气象、雷电层云以及超低空飞行等海上特殊飞行和作战场景，可以引发焦虑、紧张、恐惧等过度心理应激反应，也可以引发注意力、观察力等认知能力的增强和兴奋等适度心理应激反应；而辽阔空旷、海天一色、多变地标、海浪起伏、白帆海鸟以及噪声、振动等海上巡航飞行场景，可以引发判断、操作、感知等认知能力下降和麻木、空虚等过低心理应激反应。这些场景均用于受训人员适应各种实战环境，同时也用于获知受训人员对不同场景的人体响应程度。
还进一步的，上述播放音像设备包括杜比360度数字立体声环绕音响，两台性能参数完全相同的投影机、加装在所述投影机镜头前方的偏振镜片、供受训人员佩戴的偏振眼镜，以增强3D显示效果。
进一步的，上述特效座椅根据座椅控制单元的控制在上下、左右和前后方向上执行摇晃、倾翻、震动、抖动、爬坡、下坠动作中的一种或多种。
进一步的，上述特效设备在特效输出单元控制下释放的特殊效果包括但不限于水、雾、风、气味中的一种或多种组合。
特效设备的功用在于为受训人员提供与观看的海上模拟飞行环境播放和控制单元播放的视频以及感知乘坐的特效座椅动作同步的五官感觉，比如雾气弥漫、血腥味道、海风呼啸、硫磺刺鼻味道等，以使播放的3D模拟场景更逼真，心理感知度更强。
进一步的，上述心理应激测试设备测试的人体应激数据包括脑电波信号、皮肤电传导反应、肌肉电信号、心率中的一种或多种的组合。
本发明通过将电极片、血容量脉冲等传感器安置在被试身体特定部位，测试和采集脑电、皮肤电传导反应、肌电、心率、等心理应激指标参数。
更进一步的，上述心理数据分析处理单元对心理应激测试设备测试获得的数据进行分析处理，获得脑电波信号、皮肤电传导反应、肌肉电信号、心率中的一个或多个组合的评估参数，并将评估参数送往服务器，与服务器中设定的评估参数阈值进行比较，以形成服务器控制海上模拟飞行环境播放和控制单元执行播放内容、播放频次的指令。
心理数据分析处理单元包括心理数据分析技术和心理数据处理方法：心理数据分析技术是将心理应激测试设备采集的各类指标参数，输入信息处理器后，经过放大、过滤、平均、平滑、去伪差、频谱分析、校正等处理后得到相应数据进行评估分析；心理数据处理方法是将评估结论转化为个性化训练播放指令发送给服务器，由服务器传输给海上飞行模拟环境播放和控制单元，其方法过程简述如下：心理应激反应程度与飞行操作绩效之间的关系符合倒U原理。这个原理表示心理应激反应程度由低向高增加时，操作绩效是逐步升高的。当心理应激反应程度达到某一点或一定区域时，操作绩效是最高的。如果心理应激反应程度再进一步增加，飞行操作水平将下降。因此，适度的心理应激反应程度对于海上飞行是非常重要的。而心理应激反应的本质是一系列的相关的机体生理反应，通过收集分析这些系统的生理数据，可以了解心理应激反应的程度。如大脑皮层的兴奋或抑制活动可以通过脑电信号指标来反映，自主神经系统活动的紧张和放松可以使用皮肤电传导反应、肌电、心率来评估，具体指标的高低又分别代表了不同的心理应激状态。
在开始进行飞行预适应训练前，采集反映参训者心理应激状态程度的各参数指标(脑电、皮肤电传导反应、肌电、心率)的最大值作为基线值，在训练中播放4D海上飞行场景时按照时间轴同步采集分析上述各参数指标数值，其结果作为训练的评估指标。将训练中各参数指标数值的最大值与训练前自身的基线值进行比较，当其变化达到设定的阈值(变化100％以上)时，反映了训练中的心理应激状态程度。
变化设计如下：
所有指标为：脑电波(θ、α、β)、皮肤电传导反应、肌肉电信号、心率的最大值共个六个值。
当训练完成后如受训人员的脑电β波或皮肤电传导反应或肌肉电信号或心率的最大值比基线值增大超过阈值时，表明应激水平过高，兴奋程度过度，此时需要重新对锅底错觉、海雾低能见度、扰动气流、复杂气象、雷电层云以及超低空飞行等海上特殊飞行和作战场景进行训练。
当训练完成后如受训人员的脑电θ或α波的最大值比基线值增大变化超过阈值时，表明应激水平过低，兴奋程度不足，此时需要重新对辽阔空旷、海天一色、多变地标、海浪起伏、白帆海鸟以及噪声、振动等海上巡航飞行场景进行训练。
因此心理数据分析处理单元可以将训练中的心理数据变化结果对应到不同的4D海上飞行环境及作战场景模块，按需进行强化训练。
进一步的，上述服务器、心理数据分析处理单元以及海上飞行模拟场景播放和控制单元组合地或分别独立地运行于PC端但不限于仅运行于PC端。
本领域技术人员可以看出，本发明中的服务器、心理数据分析处理单元以及海上飞行模拟环境播放和控制单元可以集成于一个PC端中的不同功能模块或软件进行各自运行，相互作用，也可以各自独立地运行于各自独立的PC端中，且不限于仅运行于PC端。
本发明与现有技术相比的先进点在于：
1)本发明将人体应激测试设备与真实海上空战环境四维空间模拟相结合，将受训人员对海上飞行环境的应激感知及时获知、分析、研究；
2)本发明根据人体应激测试设备获知的受训人员应激反应评估结果自动调整和控制受训内容，使海上飞行预适应训练更具科学性和针对性；
本发明采用4D仿真(4D simulation)技术，是在3D立体影视的基础上加上环境特效进行模拟仿真，具有喷水、喷气、振动、扫腿等功能，可根据训练情节的不同而由计算机控制做出逼真的特技效果。使用4D仿真技术构建的四维空间环境可真实模拟海上空战中的炮弹爆炸、导弹呼啸、海浪翻滚、硝烟弥漫、发动机轰鸣、飞行颠簸、爬坡转弯俯仰、爆炸震动、弹射冲击、落水等近乎真实的立体环境以及伤、亡、残等血腥情景，使受训者在视、听、嗅、运动觉等多感知通道感受激烈逼真的立体战场环境，通过训练提升飞行人员遂行作战任务的心理适应能力和应激调控能力。
本发明在3D立体影视的基础上同步配合飞行动作和环境特效，实现了真实海上空战飞行环境的四维空间模拟，逼真度高，受训人员感受度真实，在受训人员进行观看和感知各种模拟空战飞行环境的同时，进行心理应激反应的测试和分析评估，并将该结果作为受训人员个性化训练方案的依据，控制不同模拟空战飞行环境的播放，可以快速提升飞行人员遂行作战任务的心理适应能力和应激调控能力。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1为本发明实施例的基于4D场景的海上飞行预适应训练系统的结构组成示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种基于4D场景的海上飞行预适应训练系统，其结构如图1所示，包括：服务器1、心理数据分析处理单元2、海上模拟飞行环境播放和控制单元3、座椅控制单元4、特效输出单元5、心理应激测试设备6、特效座椅7和特效设备8。每部分的具体功能和结构如下。
海上模拟飞行环境播放和控制单元3包括播放控制平台31和播放音像设备32，播放控制平台31存储有多种海上飞行场景模拟数据的3D视频；播放音像设备32用于实现海上飞行场景模拟数据的影院播放并同步提供与场景模拟一致的声响效果，因此具备视频播放和信号控制功能，其中海上飞行场景模拟数据包括炮弹爆炸、导弹呼啸、海浪翻滚、硝烟弥漫、发动机轰鸣、飞行颠簸、爬坡转弯俯仰、爆炸震动、弹射冲击、机体落水中的两种及两种以上的组合，显示设备32包括杜比360数字立体声环绕音响，两台性能参数完全相同的投影机、加装在所述投影机镜头前方的偏振镜片、供受训人员佩戴的偏振眼镜，以增强3D显示效果；播放控制平台31分别连接座椅控制单元4和特效输出单元5，以向座椅控制单元4和特效输出单元5分别输出与播放内容一致座椅动作指令和特效指令，并接收座椅控制单元4和特效输出单元5的信息反馈。
特效座椅7连接座椅控制单元4，以在座椅控制单元4的控制下进行相应动作，并供受训人员坐位观看和测试，特效座椅7根据座椅控制单元4的控制可以执行的动作包括在上下、左右和前后方向上执行摇晃、倾翻、震动、抖动、爬坡、下坠动作中的一种或多种。
心理应激测试设备6用于测试受训人员观看4D场景时的身体反应，测试的人体应激数据包括：脑电波信号、皮肤电传导反应、肌肉电信号、心率中的一种或多种的组合；并将测试数据传输给心理数据分析处理单元2进行数据统计和评估，心理数据分析处理单元2对获得的数据进行分析处理获得上述数据的评估参数，然后将评估参数送往服务器，与服务器中设定的评估参数阈值进行比较，以形成服务器控制海上模拟飞行环境播放和控制单元执行播放内容、播放频次的指令。心理数据分析处理单元2将评估结论转化为个性化训练播放指令发送给服务器1，由服务器1传输给海上模拟飞行环境播放和控制单元3；
特效设备8连接特效输出单元5，用于在特效输出单元5控制下进行特殊效果释放，特殊效果包括水、雾、风、气味中的一种或多种组合。比如雾气弥漫、血腥味道、海风呼啸、硫磺刺鼻味道等，以配合播放视频的模拟场景。
服务器1用于接收心理数据分析处理单元2发出的个性化训练播放指令，并向海上模拟飞行环境播放和控制单元3传送播放指令。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于4D场景的海上飞行预适应训练系统，其特征在于，它包括：服务器(1)、心理数据分析处理单元(2)、海上飞行模拟场景播放和控制单元(3)、座椅控制单元(4)、特效输出单元(5)、心理应激测试设备(6)、特效座椅(7)和特效设备(8)；
所述海上飞行模拟场景播放和控制单元(3)具备视频播放和信号控制功能，分别连接座椅控制单元(4)和特效输出单元(5)，以向座椅控制单元(4)和特效输出单元(5)分别输出与播放内容一致座椅动作指令和特效指令，并接收座椅控制单元(4)和特效输出单元(5)的信息反馈；
所述特效座椅(7)连接座椅控制单元(4)，以在座椅控制单元(4)的控制下进行相应动作，并供受训人员坐位观看和测试；
所述心理应激测试设备(6)用于测试受训人员观看4D场景时的身体反应，并将测试数据传输给心理数据分析处理单元(2)进行数据统计和评估，心理数据分析处理单元(2)将评估结论转化为个性化训练播放指令发送给服务器(1)，由服务器(1)传输给海上飞行模拟场景播放和控制单元(3)；
所述特效设备(8)连接特效输出单元(5)，用于在特效输出单元(5)控制下进行特殊效果释放；
所述服务器(1)用于接收心理数据分析处理单元(2)发出的个性化训练播放指令，并向海上飞行模拟场景播放和控制单元(3)传送播放指令。
2.如权利要求1所述的基于4D场景的海上飞行预适应训练系统，其特征在于，所述海上飞行模拟场景播放和控制单元(3)包括播放控制平台(31)和播放音像设备(32)，所述播放控制平台(31)存储有多种海上飞行模拟场景数据的3D视频；所述播放音像设备(32)用于实现海上飞行场景模拟数据的影院播放并同步提供与场景模拟一致的声响效果。
3.如权利要求2所述的基于4D场景的海上飞行预适应训练系统，其特征在于，所述海上飞行场景模拟数据包括但不限于海上飞行环境场景；海上飞行作战流程和打击方式场景；飞行座舱噪声环境场景；
所述海上飞行环境场景包括但不限于以下场景：辽阔空旷场景、海天一色场景、真假海天线和/或岛屿沙滩多变地标场景、锅底错觉场景、扰动气流场景、海雾的低能见度场景、强烈反光场景、平静海面和/或惊涛骇浪的复杂气象场景、雷电层云场景、海浪起伏场景、白帆海鸟场景；
所述海上飞行作战流程和打击方式场景包括但不限于以下场景：不同作战机型的空中对战、俯冲海面、超低空飞行、安全规避、雷达锁定、对舰攻击、导弹发射、电视制导、定点轰炸中的一种或多种组合；
所述海上飞行场景模拟数据中与场景配合的声音采用5.1声道的高质量音频，音频采样率为48KHz。
4.如权利要求3所述的基于4D场景的海上飞行预适应训练系统，其特征在于，所述播放音像设备(32)包括杜比360度数字立体声环绕音响，两台性能参数完全相同的投影机、加装在所述投影机镜头前方的偏振镜片、供受训人员佩戴的偏振眼镜，以增强3D显示效果。
5.如权利要求1所述的基于4D场景的海上飞行预适应训练系统，其特征在于，所述特效座椅(7)根据座椅控制单元(4)的控制在上下、左右和前后方向上执行摇晃、倾翻、震动、抖动、爬坡、下坠动作中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的基于4D场景的海上飞行预适应训练系统，其特征在于，所述特效设备(8)在特效输出单元(5)控制下释放的特殊效果包括但不限于水、雾、风、气味中的一种或多种组合。
7.如权利要求1所述的基于4D场景的海上飞行预适应训练系统，其特征在于，所述心理应激测试设备(6)测试的人体应激数据包括脑电波信号、皮肤电传导反应、肌肉电信号、心率中的一种或多种的组合。
8.如权利要求7所述的基于4D场景的海上飞行预适应训练系统，其特征在于，所述心理数据分析处理单元(2)对心理应激测试设备(6)测试获得的数据进行分析处理，获得脑电波信号、皮肤电传导反应、肌肉电信号、心率中的一个或多个组合的评估参数，并将评估参数送往服务器(1)，与服务器(1)中设定的评估参数阈值进行比较，以形成服务器(1)控制海上模拟飞行环境播放和控制单元(3)执行播放内容、播放频次的指令。
9.如权利要求1所述的基于4D场景的海上飞行预适应训练系统，其特征在于，所述服务器(1)、心理数据分析处理单元(2)以及海上飞行模拟场景播放和控制单元(5)组合地或分别独立地运行于PC端但不限于仅运行于PC端。
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