CN207895727U - 作训系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种作训系统，涉及虚拟现实技术领域。本实用新型的作训系统，包括：分布在训练场地内，捕捉参训人员和环境变化情况的传感器阵列；头戴式的虚拟现实VR设备；具有感应功能的武器装备；和，控制器；其中，传感器阵列生成传感器数据并发送给控制器；武器装备生成攻击数据并发送给控制器；控制器根据传感器数据和攻击数据，结合预定虚拟信息向VR设备输出显示数据。这样的作训系统能够实时捕捉人员在场地内的变化情况和场地内的环境变化情况，能够实时获取参训人员的获取攻击信息，并结合预定虚拟信息为参训人员展示增强现实图像，从而在训练场地内实现模拟真实环境，降低实战训练的成本，优化实战训练的效果。

Description

作训系统

技术领域

本实用新型涉及虚拟现实技术领域，特别是一种作训系统。

背景技术

随着军事现代化建设的发展，对于部队和公安的实战要求越来越高。在现有的训练方式中，除了老师授课学生听课的方式之外，多采用传统条件下粗放型的战术训练和红蓝对抗训练的模式来提高学员的实战能力。

但是，采用授课的方式学生的参与程度较低，难以在实战中灵活运用；粗放型的战术训练难以为学员创造紧张的环境，不利于提高学生的实战能力、应变能力和心理素质，学员难以将理论学习融入实践训练中；受到硬件设施、经费保障等条件的制约，如需要事先准备重点防控单位的场所环境(甚至建设演练场所，如模拟街区、城市)，进行封锁清理，并组织辅助参演人员等，红蓝对抗训练的模式开展的频率较低，在较短的训练时间内对学员能力的提高有限，且有可能对学员造成伤害。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于降低实战训练的成本，优化实战训练的效果。

根据本实用新型的一个方面，提出一种作训系统，包括：分布在训练场地内，捕捉参训人员和环境变化情况的传感器阵列；头戴式的 VR(Virtual Reality，虚拟现实)设备；具有感应功能的武器装备；和，控制器；其中，传感器阵列生成传感器数据并发送给控制器；武器装备生成攻击数据并发送给控制器；控制器根据传感器数据和攻击数据，结合预定虚拟信息向VR设备输出显示数据。

可选地，作训系统还包括：捕捉穿戴者姿态、动作和/或位移状态，生成动作捕捉数据并发送给控制器的动作捕捉设备；控制器根据传感器数据、动作捕捉数据和攻击数据，结合预定增强环境向VR设备输出显示数据。

可选地，控制器还根据传感器数据、攻击数据和/或动作捕捉数据生成作训考核数据。

可选地，武器装备包括：发出攻击信号的攻击设备和接收攻击信号的攻击接收传感器；攻击设备包括仿真作战枪支、仿真作战冷兵器、仿真爆破武器中的一种或多种；攻击接收传感器包括穿戴式光感应器和/或压力感应器。

可选地，当攻击接收传感器接收到攻击信号时，向控制器发送攻击数据；控制器根据攻击数据更新作训考核数据和显示数据。

可选地，当攻击设备发出攻击信号时，向控制器发送攻击数据；控制器判断攻击的种类，当攻击为可视化攻击时，控制器生成攻击数据的可视化图像数据并发送给VR设备。

可选地，显示数据包括将预定增强环境数据、虚拟角色数据和/ 或攻击数据；VR设备在真实环境的基础上显示预定增强环境、虚拟角色和/或攻击效果。

可选地，作训系统还包括：便携式听觉设备；控制器还用于根据传感器数据、攻击数据和/或预定虚拟信息向便携式听觉设备输出音频数据。

可选地，控制器由各个参训人员携带；系统还包括收纳控制器、供电设备和/或散热设备的战术背心。

可选地，作训系统还包括：接收来自各个控制器的作训考核数据，并生成作训考核结果的服务器。

可选地，考核结果包括动作评估结果、走位评估结果、射击准确度评估结果、团队伤亡评估结果、作战流程评估结果、团队分布评估结果、战斗时间评估结果、机动性评估结果和处置效果评估结果中的一种或多种。

可选地，作训系统还包括：存储器，用于存储不同难度和/或场景下的预定虚拟信息数据；控制器从存储器中选择预定虚拟信息数据。

可选地，存储器还存储参训人员数据；服务器根据参训人员数据和作训考核数据生成作训考核结果。

可选地，作训系统还包括：捕捉训练场地内的图像的视频捕捉设备；和，显示训练场地内的图像的显示设备。

这样的作训系统能够实时捕捉人员在场地内的变化情况和场地内的环境变化情况，能够实时获取参训人员的获取攻击信息，并结合预定虚拟信息为参训人员展示增强现实图像，从而在训练场地内实现模拟真实环境，降低实战训练的成本，优化实战训练的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本申请的作训系统的一个实施例的示意图。

图2为本申请的作训系统的一个实施例的信号连接示意图。

图3为本申请的作训系统的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

本申请的作训系统的一个实施例的示意图如图1所示。单个参训人员身上佩戴有VR设备1，武器装备2和控制器3。

在一个实施例中，VR设备1可以为头戴式的VR眼镜，在现实场地内物体、人员的位置和形态结合虚拟化场景数据后的动态图像展示给参训人员，并随着佩戴的参训人员的视角、位置变化，以及环境和周围人员的变化实时更新。

武器装备2可以为光学仿真作战枪械。在一个实施例中，武器装备2可以包括攻击设备和攻击接收传感器，一方面能够发出攻击数据，另一方面还能接收攻击数据以便更新参训人员受到的伤害。

控制器3能够根据传感器数据和攻击数据，结合预定虚拟信息向 VR设备输出显示数据，如实时更新显示数据中从参训人员的视角应该看到的环境、人员信息，以及在武器攻击的情况下，环境改变和人员受伤的信息等。在一个实施例中，控制器3可以包括存储器、数据处理器和比较器等，数据处理器对传感器数据和攻击数据进行处理，提取有效信息，由比较器将有效信息与存储器中存储的信息进行比较，从存储器中提取数据更新显示信息。在一个实施例中，可以采用VR 开发中运用的各种算法实现显示数据的更新。

除了参训人员身上佩戴的装备之外，作训系统还包括传感器阵列。传感器阵列可以为全方位部署于训练场地中的光学影像定位阵列，可以部署于训练场上方、训练场地面、训练场墙壁、场内物体表面等，保证感应无死角，能够使参训人员看到的与触摸到的物体位置、形状无差异；能够采集到参训人员的位置移动，也可以采集到参训人员动作的大致变化情况，如卧倒或蹲下、奔跑等。这样的传感器阵列能够实时捕捉训练场中人员、环境的情况，方便VR设备展示给参训人员，从而提高VR设备显示的准确性，保证参训人员能够及时了解场内变化情况并做出反应，有利于参训人员之间的相互配合，优化了训练效果。

这样的作训系统能够实时捕捉人员在场地内的变化情况和场地内的环境变化情况，能够实时获取参训人员的获取攻击信息，并结合预定虚拟信息为参训人员展示增强现实图像，从而在训练场地内实现模拟真实环境，降低实战训练的成本，优化实战训练的效果。

在一个实施例中，VR设备1可以为参训人员提供随转头动作360 度查看的虚拟场景，确保为参训人员提供逼真的动态环境视野和深度沉浸式的虚拟现实体验。在一个实施例中，VR设备可以采用OLED (Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)屏幕，单眼有效分辨率为1200×1080，2K分辨率，降低画面的颗粒感，从而提高参训人员的感受的真实性。

在一个实施例中，武器装备可以包括仿真作战枪支、仿真作战冷兵器、仿真爆破武器等中的一种或多种。

如果武器装备是仿真作战枪支，则可根据实战中作战人员常用的枪械，如92式手枪、95式微型冲锋枪等对仿真枪械进行设计。仿真作战枪支可以发出光学信号作为攻击信号以便被攻击者携带的感应设备接收。参训者可以在训练过程中利用仿真枪械进行交互，模拟实战中战术动作，例如拔枪、威吓、射击等。仿真作战枪支的重量和外观上与真实的枪支相仿，并且带有震动反馈功能，可以模拟真实情况下开枪的后坐力情况。具有内嵌的光敏传感器，能够向光学捕捉摄像头发送光学信号，实现仿真枪械在虚拟场景内的定位和对仿真枪械运动轨迹的跟踪。内置蓝牙通讯设备，完成与计算机控制信号的接收，保持与计算机控制系统的通信。

这样的仿真作战枪支能够使参训者得到与在实战场景中无明显差异的操作感受，从而得心应手的使用仿真作战枪械实施战术动作，得到更加科学、有效、真实的战斗训练数据。

如果武器装备是仿真作战冷兵器，可在兵器上设置压力传感器，被攻击者的作战服中同样具备压力传感器，压力传感器将攻击数据发送给控制器以记录攻击和被攻击的情况，从而能够方便参训者使用仿真作战冷兵器实时战术动作和记录训练数据。

如果武器装备是仿真爆破武器，则可发出攻击信号，控制器接收到攻击信号后根据爆破武器会产生的物理效果更新显示数据，使相关参训者直观看到攻击效果；控制器还会根据爆破武器会产生的物理效果更新相关参训者受到的伤害数据，从而实时得到更加完备的作训考核数据。

在一个实施例中，作训系统还可以包括便携式听觉设备，能够接收来自控制器的音频数据并播放，还可以供团队作战时交流使用。控制器可以产生与显示数据相匹配的音频数据并提供给便携式听觉设备，为参训者营造更加真实的作训环境，提高作训效果。

参训人员随身背负的控制器3能够为增强现实训练提供逼真的环境渲染影像和数据采集传感运算服务。在一个实施例中，参训人员可以配备战术背心，用于将控制器主机、供电设备、散热设备及其线缆进行统一收纳，方便安全。散热设备对控制器主机、供电设备进行散热和冷却作用，确保在使用过程中各设备散热正常，保证系统稳定运行。供电设备为控制器主机供电，确认虚拟环境场景的渲染、刷新率满足要求。

在一个实施例中，参训人员可以配备动作捕捉设备，能够捕捉穿戴者姿态、动作、位移状态等，生成动作捕捉数据并发送给控制器，从而方便控制器对参训人员的动作进行评估。

在一个实施例中，动作捕捉设备可以为穿戴式设备，即在参训者周身关键位置配置陀螺仪、位移感应设备等，能够感应穿戴者姿态、动作、位移状态，并发送给控制器，控制器通过分析各个设备的数据，结合设备处于的参训人员的身体部位进行参训人员位姿分析。这样的动作捕捉方式无图像捕捉死角，能够直接获取位姿数据，便于数据的实时生成和分析，提高了数据更新效率。

在另一个实施例中，参训人员的作训服上可以具有标志点，训练场地内具有高精度光学相机，能够连续拍摄参训人员的动作，并将图像序列保存下来，再进行分析和处理，通过图像处理技术识别作训服上的标志点，并计算其在每一瞬间的空间位置，进而得到训练者运动轨迹，采集训练者姿态、动作、位移数据。作训服可以采用与现有警用着装相同标准制式，参训者穿着标准制式作训服参与训练，能够获得更真实的训练体验。采用这样的方式，参训者的活动范围大，无电缆、机械装置的限制，训练者可以自由地实施相应战术动作，使用方便。标记点数量可根据实际应用购置添加，便于系统扩充。

在一个实施例中，训练场地中可以搭建部分实景，如墙、门等，使得参训人员在与真实场景等比例打造的虚拟场景下仍然能够做出肩靠、手推、脚踢等战术动作并获得真实力反馈，从而优化参训人员的真实感受。

在一个实施例中，控制器产生的显示数据除了在真实场景基础上的预定增强环境数据(如构建更加丰富的虚拟环境)外，还可以设置虚拟角色，可以作为参训者、NPC(NonPlayer Character，非玩家角色)或者敌对角色存在，从而达到丰富作训场景的效果，减少参与人员的数量的限制，也无需人员扮演角色，提高了灵活性，降低了成本投入。

本申请的作训系统的一个实施例的信号连接示意图如图2所示。传感器阵列301能够实时感测训练场地内的状况，并向控制器304发送传感器数据。控制器304根据传感器数据能够确定训练场地内人员位置和环境的变化情况。武器装备302能够生成攻击数据并发送给控制器，攻击数据可以为发出攻击信号的数据，控制器根据攻击信号的种类、发出攻击信号的武器装备的种类记录作训考核数据并在需要的情况下更新显示数据，且将显示数据发送给VR设备305；还可以产生对应的音频数据并提供给便携式听觉设备306。动作捕捉设备303 捕捉参训人员的姿态、动作、位移状态并发送给控制器304以生成作训考核数据。

这样的作训系统通过各个设备之间的配合，能够实时捕捉人员在场地内的变化情况和场地内的环境变化情况，为参训人员展示增强现实图像，在训练场地内实现模拟真实环境，降低实战训练的成本，优化实战训练的效果；能够记录作训考核数据，从而能够对每个参训人员的训练经过进行客观评价，记录优缺点，有利于提高参训人员的实战水平。

在一个实施例中，作训系统还可以包括服务器，能够接收来自各个控制器的作训考核数据，并生成作训考核结果。在一个实施例中，可以基于课程专项定制评分考核点，如主要针对单兵和作战单元的走位、分布、机动性、处置效果、作战流程、伤亡情况等多方面进行考核。考核点设定可以包括手动与自动两种评分方式作训考核结果。手动评分可采用人工录入或输入导入的方式进行。自动评分将根据训练中的时间、空间、路线、视野、动作、流程、效果等多种事件触发运算完成评分。还可以实现手动和自动两种模式混合实现评分，灵活性强，评分效率高。在一个实施例中，控制器中可以包括存储器、运算器、比较器，通过参数运算和与存储器中存储的各个评分等级的比较运算得到评分结果。

这样的作训系统能够自动生成考核结果，从而实现对每个参训人员表现的客观评价，优化了每次作训的效果，便于作训人员根据自己的缺点有针对性的提高。

在一个实施例中，作训系统还可以包括存储有作训模式信息的存储器，可以由配置人员通过服务器设置科学、专业的课程体系，课程内容可深度定制，调节难度，课程训练方法兼具训练、考核双模式。在一个实施例中，可以对大量实际训练和典型案例分析整理，再将训练流程结构化，对事态对象进行数据建模，建立训练内容数据库并存储在存储器中。通过服务器可以选择需要的场景、模式并开始训练。

这样的作训系统具备大量的作训内容数据，且具备训练、考核模式，能够满足巡逻核查任务、快速指挥作战、布置作战要求、分析敌人情况以及快速处置案发现场、分析案件成因及责任认定等各个场景下的训练要求，有利于推广应用。

在一个实施例中，存储器中还可以存储有参训人员的信息，如包括姓名、身高、年龄、视力等基础信息在内的单兵数据，以及战斗单元成员构成、任务分配、武器配备内容等团队数据。

在训练过程中，服务器会将来自控制器的作训考核数据，如行动轨迹、速度、战术动作等，丰富存储器中存储的信息，为作训后的分析考核提供强大的数据支撑。基于大数据分析处理可以展示参训人员的移动速度、战术实施能力、快速反应能力、心理承受能力等关键战斗能力指标，还可以通过训练录像回放功能读取训练视频并进行回放。在训练回放上层构建分析模块，根据数据多重计算，在三维场景与界面中呈现多种拥有指导性的可视化分析图层内容。战术数据图层为教官提供视野范围，枪口射线，人员间距，人员轨迹，隐蔽状态，命中率，重要部位命中率等多方面的分析可视化内容，优化分析效果。

本申请的作训系统的另一个实施例的示意图如图3所示。训练区 42的参训者(如包括1～3号参训者)分别佩戴有控制器421～423以及 VR设备424～426，且各自携带武器装备。在操作区41，配置人员可以借助调试显示器411和412进行系统调试和模式选择，路由器能够起到控制器与服务器之间通信的作用。第一服务器413能够处理传感器数据，在相连接的显示器上显示参训人员的位置；系统服务器414 能够根据收到的来自训练区的数据，结合预定虚拟数据生成显示数据，并生成作训考核结果；系统服务器414还能够分屏幕显示为各个参训者展示的显示数据，方便配置人员进行调试、校正。在一个实施例中，为了保证作训过程的稳定性，可以配置备用服务器、路由器，以保证当操作区设备故障时不影响作训的正常进行。

作训系统还可以包括观摩区43，能够分别展示训练场地中摄像头捕捉到的各个参训人员的画面，方便教官实时观察各个参训者的状况，有利于进行实时的参训人员分析，及时调整和下达指令以提高训练质量。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (14)

1.一种作训系统，其特征在于，包括：

分布在训练场地内，捕捉参训人员和环境变化情况的传感器阵列；

头戴式的虚拟现实VR设备；

具有感应功能的武器装备；和，

控制器；

其中，

所述传感器阵列生成传感器数据并发送给所述控制器；

所述武器装备生成攻击数据并发送给所述控制器；

所述控制器根据所述传感器数据和所述攻击数据，结合预定虚拟信息向所述VR设备输出显示数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

捕捉参训人员的姿态、动作和/或位移状态，生成动作捕捉数据并发送给所述控制器的动作捕捉设备；

所述控制器根据所述传感器数据、所述动作捕捉数据和所述攻击数据，结合预定增强环境向所述VR设备输出显示数据。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器还根据所述传感器数据、所述攻击数据和/或所述动作捕捉数据生成作训考核数据。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的系统，其特征在于，所述武器装备包括：发出攻击信号的攻击设备和接收攻击信号的攻击接收传感器；

所述攻击设备包括仿真作战枪支、仿真作战冷兵器、仿真爆破武器中的一种或多种；

所述攻击接收传感器包括穿戴式光感应器和/或压力感应器。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，当所述攻击接收传感器接收到所述攻击信号时，向所述控制器发送攻击数据；

所述控制器根据所述攻击数据更新作训考核数据和所述显示数据。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，当所述攻击设备发出所述攻击信号时，向所述控制器发送攻击数据；

所述控制器判断攻击的种类，当所述攻击为可视化攻击时，所述控制器生成所述攻击数据的可视化图像数据并发送给所述VR设备。

7.根据权利要求1～3任意一项所述的系统，其特征在于，所述显示数据包括将预定增强环境数据、虚拟角色数据和/或攻击数据；

所述VR设备在真实环境的基础上显示预定增强环境、虚拟角色和/或攻击效果。

8.根据权利要求1～3任意一项所述的系统，其特征在于，还包括：

便携式听觉设备；

所述控制器还用于根据所述传感器数据、所述攻击数据和/或所述预定虚拟信息向所述便携式听觉设备输出音频数据。

9.根据权利要求1～3任意一项所述的系统，其特征在于，

所述控制器由各个参训人员携带；

所述系统还包括收纳所述控制器、供电设备和/或散热设备的战术背心。

10.根据权利要求1～3任意一项所述的系统，其特征在于，还包括：

接收来自各个所述控制器的作训考核数据，并生成作训考核结果的服务器。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述考核结果包括动作评估结果、走位评估结果、射击准确度评估结果、团队伤亡评估结果、作战流程评估结果、团队分布评估结果、战斗时间评估结果、机动性评估结果和处置效果评估结果中的一种或多种。

12.根据权利要求1～3任意一项所述的系统，其特征在于，还包括：存储器，用于存储不同难度和/或场景下的预定虚拟信息数据；

所述控制器从所述存储器中选择所述预定虚拟信息数据。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述存储器还存储参训人员数据。

14.根据权利要求1～3任意一项所述的系统，其特征在于，还包括：

捕捉训练场地内的图像的视频捕捉设备；和，

显示所述训练场地内的图像的显示设备。