CN111369861A - 一种基于虚拟现实技术的模拟战斗机驾驶系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实技术的模拟战斗机驾驶系统及方法，应用于一电子设备，所述方法包括构建个人训练、对抗训练和综合训练为一体的模拟步战车训练系统；由所述模拟战斗机驾驶系统形成虚拟训练场景；用户在所述虚拟装配场景中选择进行个人训练、对抗训练和综合训练中的任一或两种或全部功能；所述模拟战斗机驾驶系统虚拟现实软件；所述虚拟现实软件包括虚拟现实场景生成模块、战斗模拟器械模组生成模块、模拟驾驶组件生成模块、天气选择模块、训练模块。本发明针对飞行类泛科目研究课题，提供了相对简单、灵活的配置方案，可以协助模拟多种战场天气环境下对飞机或参与人的感观反馈；针对主题公园类场所，可以以较低代价带给人逼真的飞行体验；在降低生产成本的同时，又能模拟真实驾驶中的战场感受问题。

Description

一种基于虚拟现实技术的模拟战斗机驾驶系统及方法

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术，尤其一种基于虚拟现实技术的模拟战斗机驾驶系统及方法。

背景技术

传统的战斗机训练以及对抗训练中,不论是在何其恶劣的气候条件下,飞行员都要在这种残酷的环境下进行驾驶训练。并且,这种大规模的训练方式一方面会对于昂贵的战斗机产生一定的磨损,另一方面也会消耗更多的油料以及人力物力，最重要的是对于普通用户而言，战斗机是平时生活无法接触到的。VR虚拟现实技术是一种能够创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术，它利用计算机生成一种交互式的三维动态视景，其实体行为的仿真系统能够使用户沉浸到该环境中。虚拟仿真的战斗机也成为各类院校教学的重点科目和研究课题，在模拟驾驶中，有效激发了学员的积极性，并且有效降低了教学成本，在主题公园类场所中，则可以满足普通用户的好奇心。

发明内容

本发明的目的是针对驾驶类泛科目研究课题，提供一种相对简单，灵活的配置方案，主要在于协助模拟多种战场天气环境下对飞机/战斗机或参与人的感观反馈。针对主题公园类场所，能以较低代价带给人高度沉浸的驾驶体验。

为了解决达到前述目的，本发明的技术方案是一种基于虚拟现实技术的模拟战斗机驾驶方法，应用于一电子设备，所述方法包括

S1：构建个人训练、对抗训练和综合训练为一体的模拟战斗机训练系统；由所述模拟战斗机训练系统形成虚拟训练场景；

S2：用户在虚拟训练场景中选择进行个人训练、对抗训练和综合训练中的任一或两种或全部功能；

所述模拟战斗机驾驶系统虚拟现实软件；所述虚拟现实软件包括虚拟现实场景生成模块、战斗模拟器械模组生成模块、模拟驾驶组件生成模块、天气选择模块、训练模块；所述模拟战斗机训练系统通过虚拟现实场景生成模块调用战斗模拟器械模组生成模块和模拟驾驶组件生成模块，生成虚拟训练场景，由训练模块提供个人训练、对抗训练和综合训练。

用户佩戴虚拟现实显示模块选择并进入训练模块，确定训练模式，战斗模拟器械模组；

S102：选择个人训练的天气和初始模拟驾驶组件运行速度d，不同的天气对模拟驾驶组件提供不同的参数；

S103：用户使用战斗模拟器械模组和模拟驾驶组件，在躲避场景中被射击的同时对场景中出现的竖立的靶标进行射击操作；

S104：对靶标静态干涉检查和动态干涉检查，未通过干涉检查的靶标保持竖立状态；通过干涉检查，靶标呈现倒下状态；

所述静态干涉检查为战斗模拟器械模组发射出的射线与靶标之间是否存在碰撞；所述动态干涉检查为战斗模拟器械模组在移动中发射出的射线是否会靶标发生碰撞。

所述天气选择模块包括：晴朗、多云、雷电、雨雪、大风、大雾。

所述S1步骤中，所述模拟战斗机驾驶练系统还包括模拟战斗机驾驶设备；所述模拟战斗机驾驶设备包括虚拟现实设备；所述虚拟现实模块包括虚拟现实显示模块、虚拟现实定位模块和虚拟现实操控模块；

所述虚拟现实显示模块为头戴显示设备或者虚拟眼镜；用于提供360度沉浸式的场景显示；所述虚拟现实定位模块为安装于电子设备所处空间上方的红外深度传感器，用于确定用户的位置与姿势；

所述虚拟现实操控模块包括摇杆控制模块和调节式阻尼油门杆模块；所述摇杆控制模块由方向控制手柄、左右旋转轴、控制滑块、方向控制按键、升降控制轴、1，2，3，4，5，6号功能按钮组成；所述调节式阻尼油门杆模块由阻力油门、1，2，3，4，5，6号功能按钮组成。

所述步骤S2中个人训练，其特征在于靶标为静态，用户对向靶标的单向射击；对抗训练，其特征在于靶标为动态，模拟敌机，用户和靶标之间是双向射击；综合训练，其特征在于场景中既有静态靶标又有动态靶标。

不同的训练模式有着不同的难度，吸引着用户一步步挑战，增加了娱乐性。

进一步的，所述虚拟现实场景生成模块的虚拟现实场景生成方法为：通过三维重建、全景拼接、计算机建模得到的360度沉浸式表达的虚拟装配场景；三维重建、全景拼接和计算机建模都可以采用现有技术，能得到虚拟装配场景即可。所述360度沉浸式表达的虚拟装配场景的个数大于6。这样可以进行不同天气的场景切换，提高训练的趣味性和吸引力。

优选的，所述步骤S102中，不同天气对应的模拟驾驶组件参数设置方法包括：

用户选择晴朗天气，传递给模拟驾驶组件速度参数为d；用户选择多云天气，传递给模拟驾驶组件速度参数为3/4d；用户选择雷电天气，传递给模拟驾驶组件速度参数为2/3d；用户选择雨雪天气，传递给模拟驾驶组件速度参数为1/3d；用户选择大风天气，传递给模拟驾驶组件速度参数为1/2d；用户选择多云天气，传递给模拟驾驶组件速度参数为1/2d。

优选的，所述步骤S103中，战斗模拟器械模组的交互方式为：

通过按下方向控制盘上的1号键，战斗模拟器械模组获取第一信息，所述第一信息为自动射击的交互信息；

通过按下方向控制盘上的3号键，战斗模拟器械模组获取第二信息，所述第二信息为战斗模拟器械模组切换成机炮模式的交互信息。

优选的，所述S103步骤中，模拟驾驶组件的交互方式为：

通过右手摇杆控制战斗机的左右机翼和前后尾翼，模拟驾驶组件获取第一信息，所述第一信息为战斗机飞行姿态的交互信息；

通过左手控制阻力油门，模拟驾驶组件获取第二信息，所述第二信息为战斗机加减速的交互信息。

采用不用的交互方式达到不同的射击效果，增加了该系统的丰富性。

基于上述技术方案，本发明还提供了机械制造模具虚拟装配培训系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

S1：构建个人训练、对抗训练和综合训练为一体的模拟战斗机驾驶系统；由所述模拟战斗机驾驶系统形成虚拟训练场景；

S2：用户在虚拟训练场景中选择进行个人训练、对抗训练和综合训练中的任一或两种或全部功能；

所述模拟战斗机驾驶系统虚拟现实软件；所述虚拟现实软件包括虚拟现实场景生成模块、战斗模拟器械模组生成模块、模拟驾驶组件生成模块、天气选择模块、训练模块；所述模拟战斗机驾驶系统通过虚拟现实场景生成模块调用战斗模拟器械模组生成模块和模拟驾驶组件生成模块，生成虚拟训练场景，由训练模块提供个人训练、对抗训练和综合训练。

所述训练模块的训练方法包括：

S101：用户佩戴虚拟现实显示模块选择并进入训练模块，确定训练模式，战斗模拟器械模组；

S102：选择个人训练的天气和初始模拟驾驶组件运行速度d，不同的天气对模拟驾驶组件提供不同的参数；

S103：用户使用战斗模拟器械模组和模拟驾驶组件，在躲避场景中被射击的同时对场景中出现的竖立的靶标进行射击操作

S104：对靶标静态干涉检查和动态干涉检查，未通过干涉检查的靶标保持竖立状态；通过干涉检查，靶标呈现倒下状态；

所述静态干涉检查为战斗模拟器械模组发射出的射线与靶标之间是否存在碰撞；所述动态干涉检查为战斗模拟器械模组在移动中发射出的射线是否会靶标发生碰撞。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的积极的效果：(1)本发明提供一套基于虚拟现实的模拟战斗机驾驶系统，通过虚拟现实技术创造出一个交互的、三维的现实环境，使用户能够通过感官及专用装置进行人机交互并参与，不仅提供培训人员模拟战斗机驾驶的模式选择，同时也提供天气模式选择，辅助用户高度沉浸在模拟战斗机驾驶系统中，大大激发了用户的积极性和趣味性，应用于主题公园类场所，能以较低代价带给用户高度沉浸的驾驶体验。

(2)本发明的战斗模拟器械模组生成模块通过高度仿真建模的战斗模拟器械模组，为未曾过战斗器械的用户群提供了初步的认知，开阔了用户的眼界。

具体实施方式

(实施例1)

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

本发明提供了一种，用于解决现有技术中，为了解决上述问题，本发明的总体思路如下：

一种基于虚拟现实技术的模拟战斗机驾驶方法，应用于一电子设备，所述方法包括

S1：构建个人训练、对抗训练和综合训练为一体的模拟战斗机训练系统；由所述模拟战斗机训练系统形成虚拟训练场景；

S2：用户在虚拟训练场景中选择进行个人训练、对抗训练和综合训练中的任一或两种或全部功能；

所述模拟战斗机驾驶系统虚拟现实软件；所述虚拟现实软件包括虚拟现实场景生成模块、战斗模拟器械模组生成模块、模拟驾驶组件生成模块、天气选择模块、训练模块；所述模拟战斗机驾驶系统通过虚拟现实场景生成模块调用战斗模拟器械模组生成模块和模拟驾驶组件生成模块，生成虚拟训练场景，由训练模块提供个人训练、对抗训练和综合训练。

所述训练模块的训练方法包括：

S101：用户佩戴虚拟现实显示模块选择并进入训练模块，确定训练模式，战斗模拟器械模组；

S102：选择个人训练的天气和初始模拟驾驶组件运行速度d，不同的天气对模拟驾驶组件提供不同的参数；

S103：用户使用战斗模拟器械模组和模拟驾驶组件，在躲避场景中被射击的同时对场景中出现的竖立的靶标进行射击操作；

S104：对靶标静态干涉检查和动态干涉检查，未通过干涉检查的靶标保持竖立状态；通过干涉检查，靶标呈现倒下状态；

所述静态干涉检查为战斗模拟器械模组发射出的射线与靶标之间是否存在碰撞；所述动态干涉检查为战斗模拟器械模组在移动中发射出的射线是否会靶标发生碰撞。

所述天气选择模块包括：晴朗、多云、雷电、雨雪、大风、大雾。

所述训练模块的训练方法包括：

S101：用户佩戴虚拟现实显示模块选择并进入训练模块，确定训练模式，战斗模拟器械模组；

S102：选择个人训练的天气和初始模拟驾驶组件运行速度d，不同的天气对模拟驾驶组件提供不同的参数；

S103：用户使用战斗模拟器械模组和模拟驾驶组件，在躲避场景中被射击的同时对场景中出现的竖立的靶标进行射击操作；

S104：对靶标静态干涉检查和动态干涉检查，未通过干涉检查的靶标保持竖立状态；通过干涉检查，靶标呈现倒下状态；

本发明提供一套基于虚拟现实的模拟战斗机驾驶系统，通过虚拟现实技术创造出一个交互的、三维的现实环境，使用户能够通过感官及专用装置进行人机交互并参与，不仅提供培训人员模拟战斗机驾驶的模式选择，同时也提供天气模式选择，辅助用户高度沉浸在模拟战斗机驾驶系统中，大大激发了用户的积极性和趣味性，应用于主题公园类场所，能以较低代价带给用户高度沉浸的驾驶体验。

下面通过具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

一种基于虚拟现实技术的模拟战斗机驾驶方法，应用于一电子设备，在本实施例中，电子设备可以理解为台式电脑或笔记本电脑，但不限于这两种。

所述方法包括：

S1：构建个人训练、对抗训练和综合训练为一体的模拟战斗机驾驶系统；由所述模拟战斗机驾驶系统形成虚拟训练场景；

所述模拟战斗机驾驶系统包括虚拟现实软件和虚拟现实设备。

所述模拟战斗机驾驶系统虚拟现实软件；所述虚拟现实软件包括虚拟现实场景生成模块、战斗模拟器械模组生成模块、模拟驾驶组件生成模块、天气选择模块、训练模块；所述模拟战斗机驾驶系统通过虚拟现实场景生成模块调用战斗模拟器械模组生成模块和模拟驾驶组件生成模块，生成虚拟训练场景，由训练模块提供个人训练、对抗训练和综合训练。

其中，所述战斗模拟器械模组生成模块包括：对通过机械图纸建立或三维重建建立并经过金属渲染的模具模型依照层次化模型进行管理，以及使用数据库对模组尺寸信息，位置信息等进行管理，采用层次化模型，应用树状结构，更好地表达模型间的分层装配和顺序约束。比如CAD图纸建模后采用stl文件导入3dmax进行渲染并导出fbx格式文件，然后文件以fbx格式导入Unity3d，这种方法可以有效的减少特征丢失。

所述虚拟现实场景生成模块通过三维重建(比如单目重建方法)、全景拼接 (比如基于时域的方法)、计算机建模(3D建模软件，比如UG、solidworks等) 得到的360度沉浸式表达的虚拟装配场景；所述360度沉浸式表达的虚拟装配场景的个数在本实施例中选择6个。

所述虚拟现实设备包括虚拟现实显示模块、虚拟现实定位模块和虚拟现实操控模块。

所述虚拟现实显示模块为头戴显示设备或者虚拟眼镜；用于提供360度沉浸式的场景显示；在本实施例中头戴现实设备采用HTC vive VR头显，其采用 HTC Vive强大的Lighthouse定位技术。

所述虚拟现实定位模块为安装于电子设备所处空间上方的红外深度传感器，用于确定用户的位置与姿势；比如HTC VIVE定位器，安装位置至少距离地面两米高，每个HTCVIVE定位器的感应区域一般为120°，为了得到更大感应区域，一般要设置多个，比如设置两个，则应将两个HTC VIVE定位器设置在同样高度的不长于五米的对角线处。比如本系统的电子设备放置在一个桌子上，用户坐在桌子前，在用户所处位置距离地面两米高处规划一个对角线不大于五米的方形框，两个HTC VIVE定位器就设置在对角线的两个位置。

所述虚拟现实操控模块为单个或多个体感交互输入设备，用于为用户提供真实世界到虚拟环境的接口；所述体感交互输入设备包括摇杆控制模块和调节式阻尼油门杆模块；所述摇杆控制模块由方向控制手柄、左右旋转轴、控制滑块、方向控制按键、升降控制轴、1，2，3，4，5，6号功能按钮组成；所述调节式阻尼油门杆模块由阻力油门、1，2，3，4，5，6号功能按钮组成。

S2：用户在虚拟训练场景中选择进行个人训练、对抗训练和综合训练中的任一或两种或全部功能；

所述训练模块的训练方法包括：

S101：用户佩戴虚拟现实显示模块选择并进入训练模块，确定训练模式，战斗模拟器械模组；

S102：选择个人训练的天气和初始模拟驾驶组件运行速度d，不同的天气对模拟驾驶组件提供不同的参数；

S103：用户使用战斗模拟器械模组和模拟驾驶组件，在躲避场景中被射击的同时对场景中出现的竖立的靶标进行射击操作；

S104：对靶标静态干涉检查和动态干涉检查，未通过干涉检查的靶标保持竖立状态；通过干涉检查，靶标呈现倒下状态；

对天气的设置，优选采用Unity3D软件的天空盒子。

对参数的设置，在PC端打开软件后，在PC界面上进行速度的UI界面选择，用“快”，“中速”，“慢”代替具体速度数值。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于虚拟现实技术的模拟战斗机驾驶方法，应用于一电子设备，其特征在于：所述方法包括

S1：构建个人训练、对抗训练和综合训练为一体的模拟战斗机训练系统；由所述模拟战斗机训练系统形成虚拟训练场景；

S2：用户在虚拟训练场景中选择进行个人训练、对抗训练和综合训练中的任一或两种或全部功能；

所述模拟战斗机驾驶系统虚拟现实软件；所述虚拟现实软件包括虚拟现实场景生成模块、战斗模拟器械模组生成模块、模拟驾驶组件生成模块、天气选择模块、训练模块；所述模拟战斗机训练系统通过虚拟现实场景生成模块调用战斗模拟器械模组生成模块和模拟驾驶组件生成模块，生成虚拟训练场景，由训练模块提供个人训练、对抗训练和综合训练。

用户佩戴虚拟现实显示模块选择并进入训练模块，确定训练模式，战斗模拟器械模组；

S102：选择个人训练的天气和初始模拟驾驶组件运行速度d，不同的天气对模拟驾驶组件提供不同的参数；

S103：用户使用战斗模拟器械模组和模拟驾驶组件，在躲避场景中被射击的同时对场景中出现的竖立的靶标进行射击操作；

S104：对靶标静态干涉检查和动态干涉检查，未通过干涉检查的靶标保持竖立状态；通过干涉检查，靶标呈现倒下状态；

所述静态干涉检查为战斗模拟器械模组发射出的射线与靶标之间是否存在碰撞；所述动态干涉检查为战斗模拟器械模组在移动中发射出的射线是否会靶标发生碰撞。

所述天气选择模块包括：晴朗、多云、雷电、雨雪、大风、大雾。

2.根据权利要求1所述一种基于虚拟现实技术的模拟战斗机驾驶方法，其特征在于：

所述S1步骤中，所述模拟战斗机驾驶练系统还包括模拟战斗机驾驶设备；所述模拟战斗机驾驶设备包括虚拟现实设备；所述虚拟现实模块包括虚拟现实显示模块、虚拟现实定位模块和虚拟现实操控模块；

所述虚拟现实显示模块为头戴显示设备或者虚拟眼镜；用于提供360度沉浸式的场景显示；所述虚拟现实定位模块为安装于电子设备所处空间上方的红外深度传感器，用于确定用户的位置与姿势；

所述虚拟现实操控模块包括摇杆控制模块和调节式阻尼油门杆模块；所述摇杆控制模块由方向控制手柄、左右旋转轴、控制滑块、方向控制按键、升降控制轴、1，2，3，4，5，6号功能按钮组成；所述调节式阻尼油门杆模块由阻力油门、1，2，3，4，5，6号功能按钮组成。

3.根据权利要求1所述一种基于虚拟现实技术的模拟战斗机驾驶方法，其特征在于：

所述步骤S102中，不同天气对应的模拟驾驶组件参数设置方法包括：

用户选择晴朗天气，传递给模拟驾驶组件速度参数为d；用户选择多云天气，传递给模拟驾驶组件速度参数为3/4d；用户选择雷电天气，传递给模拟驾驶组件速度参数为2/3d；用户选择雨雪天气，传递给模拟驾驶组件速度参数为1/3d；用户选择大风天气，传递给模拟驾驶组件速度参数为1/2d；用户选择多云天气，传递给模拟驾驶组件速度参数为1/2d。

4.根据权利要求1所述一种基于虚拟现实技术的模拟战斗机驾驶方法，其特征在于：

所述S103步骤中，战斗模拟器械模组的交互方式为：

通过按下方向控制盘上的1号键，战斗模拟器械模组获取第一信息，所述第一信息为自动射击的交互信息；

通过按下方向控制盘上的3号键，战斗模拟器械模组获取第二信息，所述第二信息为战斗模拟器械模组切换成机炮模式的交互信息。

所述S103步骤中，模拟驾驶组件的交互方式为：

通过右手摇杆控制战斗机的左右机翼和前后尾翼，模拟驾驶组件获取第一信息，所述第一信息为战斗机飞行姿态的交互信息；

通过左手控制阻力油门，模拟驾驶组件获取第二信息，所述第二信息为战斗机加减速的交互信息。

所述S103步骤中，在个人训练中，是用户对向靶标的单向射击；在对抗训练和综合训练中靶标为模拟敌机，用户和靶标之间是双向射击。

5.根据权利要求1所述一种基于虚拟现实技术的模拟战斗机驾驶方法，其特征在于：

所述步骤S2中个人训练，其特征在于靶标为静态，用户对向靶标的单向射击；对抗训练，其特征在于靶标为动态，模拟敌机，用户和靶标之间是双向射击；综合训练，其特征在于场景中既有静态靶标又有动态靶标。

6.一种基于虚拟现实技术的模拟战斗机驾驶方法，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

S1：构建个人训练、对抗训练和综合训练为一体的模拟战斗机驾驶系统；由所述模拟战斗机驾驶系统形成虚拟训练场景；

S2：用户在虚拟训练场景中选择进行个人训练、对抗训练和综合训练中的任一或两种或全部功能；

所述模拟战斗机驾驶系统虚拟现实软件；所述虚拟现实软件包括虚拟现实场景生成模块、战斗模拟器械模组生成模块、模拟驾驶组件生成模块、天气选择模块、训练模块；所述模拟战斗机训练系统通过虚拟现实场景生成模块调用战斗模拟器械模组生成模块和模拟驾驶组件生成模块，生成虚拟训练场景，由训练模块提供个人训练、对抗训练和综合训练

所述训练模块的训练方法包括：

S101：用户佩戴虚拟现实显示模块选择并进入训练模块，确定训练模式，战斗模拟器械模组；

S102：选择个人训练的天气和初始模拟驾驶组件运行速度d，不同的天气对模拟驾驶组件提供不同的参数；

S103：用户使用战斗模拟器械模组和模拟驾驶组件，在躲避场景中被射击的同时对场景中出现的竖立的靶标进行射击操作

S104：对靶标静态干涉检查和动态干涉检查，未通过干涉检查的靶标保持竖立状态；通过干涉检查，靶标呈现倒下状态；

所述静态干涉检查为战斗模拟器械模组发射出的射线与靶标之间是否存在碰撞；所述动态干涉检查为战斗模拟器械模组在移动中发射出的射线是否会靶标发生碰撞。