CN111664741B - 一种用于射击训练的智能靶标系统的交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于射击训练的智能靶标系统的交互方法，包括：S1:提供三维空气成像设备以形成虚拟三维靶标图像；S2:提供实体射击装置；S3:提供中心处理模块，用于计算实体射击装置发射的子弹与虚拟三维靶标图像的弹着点，并根据弹着点在虚拟三维靶标图像上的具体部位，控制该三维空气成像设备切换所述虚拟三维靶标图像的行为状态；S4:当弹着点不在虚拟三维靶标图像的任何部位时，中心处理模块控制虚拟三维靶标图像向训练者射击，由中心处理模块计算虚拟三维靶标图像发射的虚拟子弹在训练者身体上的弹着点，并根据虚拟子弹的弹着点是否命中训练者、弹着点在训练者身体上的部位来记录训练者的虚拟伤亡情况。本发明运用灵活，可实现真实作战的相互对抗射击演练。

Description

一种用于射击训练的智能靶标系统的交互方法

技术领域

本发明涉及射击训练靶标技术领域，尤其是一种用于射击训练的智能靶标系统的交互方法。

背景技术

在射击训练中，目前大多使用的自动起倒靶系统，价格昂贵、容易出现故障，受天气影响较大，不环保，动作呆板、训练效果较差。使用射击装备虽然能做到较为真实，但由于现实设备的局限，实物模型很难做到活灵活现，使训练效果较差。训练时使用实弹进行射击，会导致成像介质被损耗，场景切换难度极大，布置成本很高。虚拟成像技术能够采用计算机存储介质进行存储，具有场景丰富、易于切换的优势，但是现有是热成像技术、红外成像技术等，都存在对介质要求极高、使用环境局限性大等问题。此外，AR技术目前已经非常成熟，但是训练者无法凭借肉眼看到靶标，必须佩戴较重的AR眼镜，训练者的体验很差。

以上各种实体或虚拟的射击训练靶标系统，都是训练者对靶标进行射击，并记录训练者射击的成绩，但以上靶标系统都是单向射击效果的考察，训练者所针对的靶标都是不具有“还击”能力的靶标，因此演练效果差，与真实作战环境差距很大，对训练者真实作战能力的提高效果较差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种用于射击训练的智能靶标系统的交互方法，不仅可以模拟训练者射击靶标的射击效果，还可以模拟虚拟靶标人物对训练者的还击射击效果，使作战演练愈加接近真实，可记录训练者的“伤亡”情况，对训练者真实作战能力有极大提高。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种用于射击训练的智能靶标系统的交互方法，其包括：

S1:提供三维空气成像设备，该三维空气成像设备根据存储或其他设备共享的三维成像数据发射光线，以空气为光幕投射于空气上，并形成虚拟三维靶标图像或立体场景图像；

S2:提供实体射击装置供训练者握持和控制激发；

S3:提供中心处理模块，用于计算实体射击装置发射的子弹与虚拟三维靶标图像的弹着点，并根据弹着点在虚拟三维靶标图像上的具体部位，控制该三维空气成像设备切换所述虚拟三维靶标图像的行为状态；

所述行为状态包括三种：当弹着点位于该虚拟三维靶标图像的头部或上胸部时，所述虚拟三维靶标图像的行为状态切换为死亡；当弹着点位于该虚拟三维靶标图像的上肢时，所述虚拟三维靶标图像的行为状态切换为失去抵抗能力；当弹着点位于该虚拟三维靶标图像的下肢时，所述虚拟三维靶标图像的行为状态切换为俯跪；

S4:当弹着点不在所述虚拟三维靶标图像的任何部位时(表示虚拟三维靶标图像具有战斗力)，所述中心处理模块控制该三维空气成像设备切换所述虚拟三维靶标图像向训练者射击；由中心处理模块计算所述虚拟三维靶标图像向训练者发射的虚拟子弹在训练者身体上的弹着点，当虚拟子弹在训练者身体上的部位为头部或上胸部时，对实体射击装置进行闭锁使实体射击装置失去射击能力，同时根据虚拟子弹的弹着点是否命中训练者、以及弹着点在训练者身体上的部位来计算和记录训练者的虚拟伤亡情况。

根据本发明的较佳实施例，S3中，在所述实体射击装置上设有定位装置；所述中心处理模块根据训练者射击时所握持的实体射击装置的精确位置、实体射击装置的性能和当时的气象数据计算出该实体射击装置发射子弹的飞行轨迹，并根据该飞行轨迹，计算其与所述虚拟三维靶标图像的交汇点，该交汇点即为子弹的弹着点。优选地，所述气象数据包括空气潮湿度、气压、风力和风向。

根据本发明的较佳实施例，所述定位装置设于所述实体射击装置上，用于精确定位该实体射击装置所在的空间位置，并将空间位置信息发送给所述中心处理模块进行处理；所述定位装置包括设于所述实体射击装置上的摄像头和六自由度惯性传感器。

根据本发明的较佳实施例，S3中，提供子弹轨迹追捕装置；该子弹轨迹追捕装置捕捉子弹历史飞行轨迹，该中心处理模块根据子弹的历史飞行轨迹预测子弹在所述虚拟三维靶标图像上的弹着点。优选地，所述子弹轨迹追捕装置为红外雷达。

根据本发明的较佳实施例，S3中，提供用于感测虚拟三维靶标图像变化的感测装置；利用空气成像效果受空气物理性质影响且高速高热子弹直接影响空气物理性质的特点，由感测装置来感测虚拟三维靶标图像的变化，并将感测结果发送给所述中心处理模块，由所述中心处理模块计算出子弹在所述虚拟三维靶标图像上的弹着点。

根据本发明的较佳实施例，提供训练者定位装置；该训练者定位装置用于精确确定所述训练者的位置信息和立体轮廓所占据的空间信息，将这些信息发送给中心处理模块，由所述中心处理模块根据所述训练者的位置信息和立体轮廓所占据的空间信息、虚拟三维靶标图像所在位置、虚拟三维靶标图像所持虚拟射击装置的位置、虚拟三维靶标图像与训练者之间的立体场景、当时的气象数据、计算出所述虚拟三维靶标图像发射的虚拟子弹在训练者身体上的弹着点，并根据弹着点记录伤亡情况。

优选地，所述训练者定位装置包括分布在不同角度和不同方向上的摄像头和/或红外感测器，这些摄像头和/或红外感测器采集的信息传送给所述中心处理模块进行综合积分处理，以获得训练者实时的位置信息和立体轮廓所占据的空间信息。

优选地，提供可穿戴中弹模拟装置；该可穿戴中弹模拟装置包括多个分散的微型爆燃点，由训练者穿着于身体上；所述中心处理模块根据计算出来的虚拟三维靶标图像对所述训练者的射击效果，以无线传输方式启动虚拟子弹的弹着点所在位置的微型爆燃点爆燃，模拟训练者的中弹效果。该微型爆燃点需保证完全安全、无杀伤力。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

(1)本发明的靶标系统可反复循环使用，不仅可以模拟训练者射击靶标的射击效果，还可以模拟虚拟靶标人物对训练者的还击射击效果，使作战演练愈加接近真实，可记录训练者的“伤亡”情况，对训练者真实作战能力有极大提高。

(2)本发明利用空气成像技术，虚拟靶标更加逼真，摆脱了红外成像、热成像等对成像介质的过高依赖。因此，本发明的靶标系统的运用场景更加灵活广泛，使用者可根据作战需求设置作战环境(例如沙漠、山岭、树林等环境)。本发明裸眼可见成像，摆脱了目戴设备和激光设备的束缚，实现了实弹训练，突破现阶段的训练瓶颈。成像数据可由计算机存储介质存储，使用者可根据需要投射和快速切换虚拟训练环境，或投射集群式作战演练靶标，简化作战演练环境。本发明的靶标系统，大大降低了训练费用，降低了训练场景布置成本，重量轻体积小，运输方便，可借助无人机等在真实的自然环境下，如山岭、草地等环境中投放虚拟三维靶标，而不局限于室内，使作战演练接近真实，对真实作战能力有极大提高。

附图说明

图1为本发明的用于射击训练的智能靶标系统的交互方法流程图。

图2为本发明实施例1的智能靶标系统交互方法的关系图。

图3为本发明实施例1的定位装置的原理图。

图4为本发明实施例2的智能靶标系统的交互方法的关系图。

图5为本发明实施例3的智能靶标系统的交互方法的关系图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1-图2所示，本发明的用于射击训练的智能靶标系统的交互方法，其包括：

S1:提供三维空气成像设备20，该三维空气成像设备根据存储或其他设备共享的三维成像数据发射光线，以空气为光幕投射于空气上，并形成虚拟三维靶标图像或立体场景图像；

S2:提供实体射击装置10，以供训练者握持和控制激发；

S3:提供中心处理模块30，用于计算实体射击装置发射的子弹与虚拟三维靶标图像的弹着点，并根据弹着点在虚拟三维靶标图像上的具体部位，控制该三维空气成像设备切换所述虚拟三维靶标图像的行为状态；

所述行为状态包括三种：当弹着点位于该虚拟三维靶标图像的头部或上胸部时，所述虚拟三维靶标图像的行为状态切换为死亡；当弹着点位于该虚拟三维靶标图像的上肢时，所述虚拟三维靶标图像的行为状态切换为失去抵抗能力；当弹着点位于该虚拟三维靶标图像的下肢时，所述虚拟三维靶标图像的行为状态切换为俯跪；

S4:当弹着点不在所述虚拟三维靶标图像的任何部位时(表现虚拟三维靶标图像具有)，所述中心处理模块20控制该三维空气成像设备20切换所述虚拟三维靶标图像向训练者射击；此时，中心处理模块20需要计算所述虚拟三维靶标图像向训练者发射的虚拟子弹在训练者身体上的弹着点，当虚拟子弹在训练者身体上的部位为头部或上胸部时，对实体射击装置进行闭锁使实体射击装置失去射击能力，同时根据虚拟子弹的弹着点是否命中训练者、以及弹着点在训练者身体上的部位来计算和记录训练者的虚拟伤亡情况。

由此可见，本发明不仅可以模拟训练者射击靶标的射击效果，还可以模拟虚拟靶标人物对训练者的还击射击效果，使作战演练愈加接近真实，可记录训练者的“伤亡”情况，对训练者真实作战能力有极大提高。

如图2所示，实体射击装置10为训练枪，供训练者握持和控制激发。实体射击装置10设有闭锁装置，中心处理模块30可对该闭锁装置进行无线控制。三维空气成像设备20，其包括光线投射装置21，该光线投射装置21根据存储的或其他设备共享的三维成像数据发射光线，以空气为光幕，将三维成像数据转化成投射在空气上的虚拟三维靶标图像或立体场景图像。中心处理模块30，用于计算实体射击装置发射的子弹与虚拟三维靶标图像的弹着点，即子弹在虚拟三维靶标图像上的着落点，接着根据弹着点在虚拟三维靶标图像上的具体部位，控制该三维空气成像设备20(通过调取相应的三维成像数据)切换所述虚拟三维靶标图像的行为状态。在中心处理模块30控制该三维空气成像设备20切换虚拟三维靶标图像的行为状态时，还需同时结合该虚拟三维靶标图像所处的立体场景进行恰当切换。例如，当弹着点位于该虚拟三维靶标图像的下肢且处于该虚拟三维靶标图像处于高处时，应将行为状态切换为高处坠落。

结合图2所示，为了便于中心处理模块30计算实体射击装置10的子弹在虚拟三维靶标图像上的弹着点，需要借助可对实体射击装置10进行精确定位的定位装置40。

定位装置40可直接设于实体射击装置10上，用于实时地精确定位该实体射击装置10所在的空间位置，并将空间位置信息发送给中心处理模块30进行处理。具体地，定位装置40包括内置在实体射击装置10中的六自由度惯性传感器41和设于实体射击装置10首尾端的摄像头42。借此，使定位装置40结合视觉追踪和惯性追踪两种轨迹捕捉策略，以惯性追踪捕捉(六自由度惯性传感器41)的轨迹为主，利用视觉追踪捕捉(摄像头42)的轨迹对其进行修正标定；这种捕捉框架，消除了惯性追踪所产生的不可避免的累积误差，并补偿了视觉追踪经常性的目标遮掩带来的特征丢失，可实现高精度的轨迹捕捉。根据摄像头42注册和标定实体射击装置10的初始位置，然后再借助六自由度惯性传感器41记录实体射击装置10的轨迹，通过经积分计算后可求得实体射击装置10的实时轨迹，并同时利用摄像头42不断补偿和修正，可实时获取实体射击装置10所在的空间位置。定位装置40还包括设有轻小的无线传输模块，可将实体射击装置10的准确空间位置信息发送给中心处理模块30。实体射击装置10内设有给六自由度惯性传感器41、摄像头42及无线传输模块提供工作电能的电池。

中心处理模块30根据训练者射击时所握持的实体射击装置10的精确位置、实体射击装置的性能(训练枪性能参数)和当时的气象数据计算出该实体射击装置10发射子弹的飞行轨迹，并根据该飞行轨迹，计算其与所述虚拟三维靶标图像的交汇点，该交汇点即为子弹的弹着点。其中，气象数据主要包括空气潮湿度、气压、风力和风向。这些因素会影响子弹的实际飞行轨迹。

如图2所示，为了便于中心处理模块30计算虚拟三维靶标图像的发射的虚拟子弹在训练者身体上的弹着点，需要借助可对训练者进行精确定位的训练者定位装置50，其用于精确确定训练者的位置信息和立体轮廓所占据的空间信息。训练者定位装置50可为分布在不同角度和不同方向上的摄像头和/或红外感测器，这些摄像头和/或红外感测器采集的信息被发送给中心处理模块30进行综合积分处理，以实时获得训练者的位置信息和立体轮廓所占据的空间信息。然后，由中心处理模块30根据训练者的位置信息和立体轮廓所占据的空间信息、虚拟三维靶标图像所在位置、虚拟射击装置的位置、虚拟三维靶标图像与训练者之间的立体场景、当时的气象数据、计算出虚拟三维靶标图像对训练者的射击效果。射击效果包括：虚拟三维靶标图像对训练者射击的虚拟子弹的弹着点、虚拟子弹的弹着点在训练者身体上的具体部位，当虚拟子弹弹着点位于训练者的头部或上胸部时，中心处理模块30遥控关闭训练者所握持的实体射击装置10的闭锁装置开启，使实体射击装置10失去发射子弹的能力。中心处理模块30还根据虚拟子弹的弹着点在训练者身体上的部位不同，对应转换为训练者的虚拟“伤残或牺牲”等信息，由存储模块进行存储，以综合得出该训练者最后的训练成绩。

为了进一步获得逼真效果，还可设置可穿戴中弹模拟装置60，其包括多个分散的微型爆燃点(可配合红色水性颜料模拟血液)，由训练者穿着于身体上。中心处理模块30根据计算出来的虚拟三维靶标图像对所述训练者的射击效果，启动或者不启动(如计算出虚拟子弹的弹着点不在训练者的体型轮廓上)虚拟子弹的弹着点所在位置的微型爆燃点爆燃，模拟训练者的中弹效果。该微型爆燃点需保证完全安全、无杀伤力。

综上所述，本发明不仅可以模拟训练者射击靶标的射击效果，可以模拟虚拟靶标人物对训练者的还击效果，使作战演练愈加变得真实，对真实作战能力有极大提高。此外，本发明是基于空气成像技术，虚拟靶标更加逼真，摆脱对成像介质的过高依赖，无需局限于室内环境，可在山岭、树林等各种场景下布置虚拟作战环境，使作战演练接近真实，对真实作战能力有极大提高。

实施例2

如图4所示，本实施例与实施例1的主要区别在于，在本实施例中，为了便于中心处理模块30计算实体射击装置10的子弹在虚拟三维靶标图像上的弹着点，需要借助可子弹轨迹追捕装置40A。该子弹轨迹追捕装置40A可以捕捉子弹历史飞行轨迹，该中心处理模块30则根据该子弹的历史飞行轨迹预测子弹在虚拟三维靶标图像上的弹着点。该子弹轨迹追捕装置40A可单独设于训练场地一旁的支架上。。该子弹轨迹追捕装置40A包含无线传输器，可向中心处理模块30传输信息。优选地，子弹轨迹追捕装置40A可设为红外雷达，借助子弹的高温高热(具有强红外信号)的特点捕捉子弹历史飞行轨迹。

实施例3

如图5所示，本实施例与实施例1的主要区别在于，在本实施例中，为了便于中心处理模块30计算实体射击装置10的子弹在虚拟三维靶标图像上的弹着点，需要借助用于感测虚拟三维靶标图像变化的感测装置40B。本实施例中，主要是利用空气成像效果受空气物理性质影响且高速高热子弹直接影响空气物理性质的特点，由感测装置40B来感测虚拟三维靶标图像的变化，并将感测结果发送给中心处理模块30，由中心处理模块30计算出子弹在所述虚拟三维靶标图像上的弹着点。感测装置40B单独设于虚拟三维靶标图像旁侧，也可包含无线传输器，可向中心处理模块30传输信息。感测装置40B可为风速传感器、红外温度传感器等。此外，还可进一步通过光场重构原理，将受到子弹影响的光线在空气中重新汇聚成像，由计算机根据虚拟三维靶标图像在子弹射击前后的物理变化、以及子弹所引起的图像变化，计算弹着点在虚拟三维靶标图像上的具体部位。例如，飞行子弹所经路径会产生明显的气流变化、引起风速、高温引起空气受热膨胀等，都会直接反应于虚拟三维靶标图像的局部变化，可能会使虚拟三维靶标图像变、位移、图像抖动、局部图像缺失(图像不连续)等现象，由这些信息的变化，可计算出训练者发射的子弹在虚拟三维图像上弹着点的具体部位。

需要说明的是，以上所述的实施方式是对本发明技术方案的说明而非限制，所属技术领域的技术人员的等同替换或根据上述技术而做的其他修改只要没有超过本发明技术方案思路和范围，均应包含在本发明所要求的权利和范围之内。

Claims (4)

1.一种用于射击训练的智能靶标系统的交互方法，其特征在于，其包括：

S1:提供三维空气成像设备，该三维空气成像设备根据存储或其他设备共享的三维成像数据发射光线，以空气为光幕投射于空气上，并形成虚拟三维靶标图像或立体场景图像；

S2:提供实体射击装置供训练者握持和控制激发；

S3:提供中心处理模块和子弹轨迹追捕装置；

所述中心处理模块用于计算实体射击装置发射的子弹与虚拟三维靶标图像的弹着点，并根据弹着点在虚拟三维靶标图像上的具体部位，控制该三维空气成像设备切换所述虚拟三维靶标图像的行为状态；所述子弹轨迹追捕装置捕捉子弹历史飞行轨迹，该中心处理模块根据子弹的历史飞行轨迹预测子弹在所述虚拟三维靶标图像上的弹着点；

在所述实体射击装置上设有定位装置；所述中心处理模块根据训练者射击时所握持的实体射击装置的空间位置、实体射击装置的性能和当时的气象数据计算出该实体射击装置发射子弹的飞行轨迹，并根据该飞行轨迹，计算其与所述虚拟三维靶标图像的交汇点，该交汇点即为子弹的弹着点；所述气象数据包括空气潮湿度、气压、风力和风向；

所述定位装置设于所述实体射击装置上，用于精确定位该实体射击装置所在的空间位置，并将空间位置信息发送给所述中心处理模块进行处理；所述定位装置包括设于所述实体射击装置上的摄像头和六自由度惯性传感器；所述行为状态包括三种：当弹着点位于该虚拟三维靶标图像的头部或上胸部时，所述虚拟三维靶标图像的行为状态切换为死亡；当弹着点位于该虚拟三维靶标图像的上肢时，所述虚拟三维靶标图像的行为状态切换为失去抵抗能力；当弹着点位于该虚拟三维靶标图像的下肢时，所述虚拟三维靶标图像的行为状态切换为俯跪；

S4:当弹着点不在所述虚拟三维靶标图像的任何部位时，中心处理模块控制该三维空气成像设备切换所述虚拟三维靶标图像做出向训练者射击状；由中心处理模块计算所述虚拟三维靶标图像向训练者发射的虚拟子弹在训练者身体上的弹着点，当虚拟子弹在训练者身体上的部位为头部或上胸部时，对实体射击装置进行闭锁使实体射击装置失去射击能力，同时根据虚拟子弹的弹着点是否命中训练者、以及弹着点在训练者身体上的部位来计算和记录训练者的虚拟伤亡情况；

其中，计算所述虚拟三维靶标图像向训练者发射的虚拟子弹在训练者身体上的弹着点时利用训练者定位装置来实现；该训练者定位装置用于精确确定所述训练者的位置信息和立体轮廓所占据的空间信息，将这些信息发送给中心处理模块，由所述中心处理模块根据所述训练者的位置信息和立体轮廓所占据的空间信息、虚拟三维靶标图像所在位置、虚拟三维靶标图像所持虚拟射击装置的位置、虚拟三维靶标图像与训练者之间的立体场景、当时的气象数据、计算出所述虚拟三维靶标图像发射的虚拟子弹在训练者身体上的弹着点，并根据弹着点记录伤亡情况；

所述训练者定位装置包括分布在不同角度和不同方向上的摄像头和/或红外感测器，这些摄像头和/或红外感测器采集的信息传送给所述中心处理模块进行综合积分处理，以获得训练者实时的位置信息和立体轮廓所占据的空间信息。

2.根据权利要求1所述的用于射击训练的智能靶标系统的交互方法，其特征在于，所述子弹轨迹追捕装置为红外雷达。

3.根据权利要求1所述的用于射击训练的智能靶标系统的交互方法，其特征在于，S3中，提供用于感测虚拟三维靶标图像变化的感测装置；利用空气成像效果受空气物理性质影响且高速高热子弹直接影响空气物理性质的特点，由感测装置来感测虚拟三维靶标图像的变化，并将感测结果发送给所述中心处理模块，由所述中心处理模块计算出子弹在所述虚拟三维靶标图像上的弹着点。

4.根据权利要求1所述的用于射击训练的智能靶标系统的交互方法，其特征在于，提供可穿戴中弹模拟装置，其包括多个分散的微型爆燃点，由训练者穿着于身体上；所述中心处理模块根据计算出来的虚拟三维靶标图像对所述训练者的射击效果，以无线传输方式启动虚拟子弹的弹着点所在位置的微型爆燃点爆燃，模拟训练者的中弹效果。

Images