CN2793674Y - 具有虚实结合显示效果的射击模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有虚实结合显示效果的射击模拟装置。它具有显示单元、计算单元、摄像单元、可发射光束的枪支，还包括半反射镜和搭建的实景；计算单元分别与显示单元和摄像单元相连接；显示单元显示计算单元绘制出的虚拟场景，该虚拟场景投射到半反射镜上，通过半反射镜反射之后，显示在持有枪支的游戏者眼前；搭建的实景与游戏者分布在半反射镜的两侧，实景经过半反射镜的投射之后也显示在游戏者的眼前。本具有虚实结合显示效果的射击模拟装置采用简单巧妙的方法，可以将虚拟场景与实际场景同时显示在游戏者眼中，从而实现更加逼真的射击场景模拟效果。

Description

具有虚实结合显示效果的射击模拟装置

技术领域

本实用新型涉及一种射击模拟装置，特别涉及一种可以实现虚实场景相结合效果的射击模拟装置，属于计算机虚拟现实(VR)技术领域。

背景技术

对军队、警察等部门而言，射击是一项基本的工作技能。射击训练是十分重要的基本训练科目。对于普遍群众而言，射击运动能够培养勇敢、沉稳和细致的作风，是一项为人民群众所喜闻乐见的大众娱乐活动。但是，出于安全和经济上的考虑，进行实弹射击被受到严格的限制。特别是对普遍群众而言，基本上没有进行实弹射击的机会。在这种背景下，各种射击模拟装置应运而生。

现有的射击模拟装置大多采用激光或者红外线发射或接收装置代替真正的枪支，并在投影屏幕上显示出射击的目标，用户向投影屏幕上的目标发射激光或者红外线光束，从而达到模拟射击运动的目的。但是，用户普遍反映激光或红外线发射虽然精确度非常高，但是与实弹射击相比，明显缺乏现场感，因此使用的效果并不理想。

随着计算机虚拟现实(VR)技术的发展，新一代的射击模拟装置开始逐步引入该项技术。例如在专利号为02246618.5的实用新型专利“射击模拟装置”中，就提出了使用两个投影仪，在每个投影仪的镜头前放置一个偏振片。场景控制单元根据人的双眼观察场景的角度差，同时生成两个视角稍微不同的虚拟射击场景，分别输出到两个投影仪进行投影。游戏者使用偏振眼镜来感受具有立体效果的虚拟射击场景的技术方案。此外，还提出了使用立体眼镜及其控制器的立体效果实现方案。另外，在专利号为200420045029.3的实用新型专利“虚拟射击系统”中，提出了通过多屏幕的环绕效果使游客置身其中，供射击用的仿真枪在扣动扳机时能产生枪体振动和枪声，从而真实模拟枪战射击感觉的技术方案。

但是，上述的模拟效果毕竟是通过投影等技术手段实现的。限于现有虚拟现实技术的发展水平，模拟的效果仍然存在一定的局限性，与真实的场景相比还是有明显的区别。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种具有虚实结合显示效果的射击模拟装置。

为实现上述的发明目的，本实用新型采用下述的技术方案：

一种具有虚实结合显示效果的射击模拟装置，具有显示单元、计算单元、摄像单元、可发射光束的枪支，其特征在于：

所述射击模拟装置还包括半反射镜和搭建的实景；

所述计算单元分别与所述显示单元和摄像单元相连接；

所述显示单元显示所述计算单元绘制出的虚拟场景，该虚拟场景投射到所述半反射镜上，通过所述半反射镜反射之后，显示在持有所述枪支的游戏者眼前；

所述搭建的实景与游戏者分布在所述半反射镜的两侧，所述实景经过所述半反射镜的透射之后也显示在所述游戏者的眼前。

所述显示单位包括投影仪和投影屏幕，所述投影仪与所述计算单元相连接。

其中，所述半反射镜以与地面呈45°角的方式倾斜放置，其正上方正对着所述投影屏幕，投影屏幕为背投式投影屏，所述投影仪位于所述投影屏幕的正后方，向其投射影像。

或者，所述投影屏幕为正投式投影幕布，悬挂在所述半反射镜的正上方，所述投影仪位于所述投影屏幕的正前方。

所述显示单元为一体化的大屏幕显示器。

所述计算单元为PC机。

所述枪支为激光枪。

或者，所述枪支为发射或接收红外线的枪支。

所述射击模拟装置还包括音响设备，所述音响设备与所述计算单元相连接。

本实用新型所述的具有虚实结合显示效果的射击模拟装置采用简单巧妙的方法，可以将虚拟场景与实际场景同时显示在游戏者眼中，从而实现更加逼真的射击场景模拟效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型的第一实施例的示意图。

图2为本实用新型的第二实施例的示意图。

图3为本实用新型的第三实施例的示意图。

图4为本实用新型的第四实施例的示意图。

具体实施方式

参照图1所示，本实用新型所述的射击模拟装置包括计算单元1、投影仪2、投影屏幕3、摄像头4、半反射镜(Half Mirror)5、搭建的实景6以及发射激光或红外线的枪支等组成部分。另外，还可以包括音响设备7。计算单元1可以是一台具有较强图像运算能力的个人电脑，也可以是由单片机或DSP等组建的专用计算设备。该计算单元1通过信号线8与投影仪2、摄像头4以及音响设备7分别进行连接，以传送音频和视频信号。如图1所示，实景6位于紧靠墙壁的最内侧，在实景6与手持枪支的游戏者之间是半反射镜5。该半反射镜5的使用是本实用新型最主要的发明点之一。在图1所示的实施例中，半反射镜5以与地面呈45°角的方式倾斜放置，其正上方正对着投影屏幕3。投影屏幕3为背投式投影屏，投影仪2位于投影屏幕3的正后方，向其投射虚拟的射击目标影像。该射击目标影像在投影屏幕上成像之后，会进一步投射到半反射镜5上，被该半反射镜所反射，从而形成反射的虚拟射击目标光A。另外，实景6所发出的光线也通过半反射镜5向外透射，形成透射的实景光B。虚拟射击目标光A和实景光B会一起进入游戏者的眼中，在游戏者一方看来，虚拟场景和实际场景这两部分影像会重叠成一个整体，形成虚实相间的显示效果。由于实景是由真实的物品搭建的，真实感和立体感都很强。因此虚拟图像与实景相叠加，将获得更强的立体感，可以实现更加逼真的射击场景模拟效果。

在本实用新型中，所说的实景6由仿真度高的树木、山丘或楼房模型搭建而成。具体的样式可以有多种，并可随时根据需要进行更改。而投影仪2所投射的虚拟场景则由上述计算单元1事先生成，如一些歹徒的运动图像等，该运动图像在显示时会穿插到实景之中，与实景相配合，从而产生巷战、阵地战等不同的显示效果。音响设备7可以在计算单元1的统一调度之下，根据投影仪投射的不同虚拟场景和游戏者的射击行为适时发出相应的场景音效。这样可以实现更强的现场感。

摄像头4对半反射镜5上显示的图像进行拍摄，游戏者手中所持的激光或红外线枪所发射的激光或红外线射到半反射镜上时，会形成光斑。该光斑被摄像头4拍摄下来，结合摄像头拍摄到的半反射镜所反射的虚拟场景一起送入计算单元1中进行处理，就可以获知游戏者所发射的光束是否击中目标。而一旦击中目标，计算单元将及时更换场景中显示的人物。上述这些功能在现有的游戏软件中都可以得到实现，作为现有技术，在此就不赘述了。

半反射镜5是一种常用的光学设备，它是用非金属材料镀膜形成的，其具有的一个重要光学特性是反射的光线都是偏振光。这一特性可以被用来产生立体显示的效果。对此，在下文中还将有详细的介绍。

在本实用新型中，所使用的发射激光或红外线的枪支包含有控制电路、电源等组件。当扣动枪的扳机时，控制电路就让枪支发出激光或红外线脉冲。该枪支早已是成熟的现有技术，在此就不赘述了。

另外，对于发射红外线的枪支而言，其本身也可以具有红外线接收功能，即接收反射回来的红外线，从而判断是否击中目标。在此种情况下，摄像头可以与枪支合二为一，承担红外线接收功能。在上述枪支中，如果其内置的运算芯片功能足够强大，也可以直接作为计算单元发挥作用。

图2、图3和图4给出了本实用新型的另外几个实施例。其中图2所示的实施例中，投影屏幕3采用正投式投影幕布，因此，投影仪2将位于投影屏幕3的正前方。如图2所示，为了不影响游戏者的正常使用，投影屏幕3悬挂在半反射镜5正上方的天花板上，投影仪3从下方斜向上向其投影。在图3所示的实施例中，不再使用投影仪和投影屏幕，而是采用一体化的大屏幕显示器9替代。在该实施例中，大屏幕显示器9从下方斜向上向其投影。而在图4所示的实施例中，也采用大屏幕显示器9来替代投影仪和投影屏幕，只不过该显示器的摆放方式与图3有所不同，是悬挂在天花板上，向其正下方的半反射镜5进行投影。上述采用投影仪和投影屏幕的技术方案适用于较大的射击场景，显示效果较好，但成本偏高。采用大屏幕显示器的技术方案也适用于较大的射击场景，成本较低。

必须指出的是，投影屏幕或大屏幕显示器与半反射镜之间的位置关系不限于上述实际例所示的几种。只要是符合光的反射原理，使半反射镜所反射的虚拟场景正好位于游戏者眼前的位置关系都能符合本实用新型的要求。

本实用新型的工作过程是这样的：首先由计算单元生成虚拟射击的目标图像，如移动的靶标、奔跑的猎物、歹徒等，通过投影仪或显示器将图像光线投射出去，并被半反射镜反射到游戏者眼中。同时，实景图像的光线也通过半反射镜透射到游戏者眼中，两者融合成一个完整的图像。在该图像中，射击的目标是虚拟的。射击的场景可以是真实的场景，也可以包含虚拟的场景。游戏者站在半反射镜前，用激光枪射击面前的目标，反射回来的激光能被摄像头采集到。摄像头不断地采集图像，送给计算单元，由计算单元进行图像分析，判断是否有激光光斑，若有则计算光斑的位置。同时，由游戏者识别单元识别出当前的激光是哪把枪发射的，并将枪号数据发送给计算单元，由后者进行成绩统计。

上面提到的游戏者识别单元可以采用本发明人在先前申请的专利ZL02246618.5中提出的技术方案，即该游戏者识别单元可以有四种实现方案：

方案一：采用特征编码无线通讯方式。

游戏者识别单元包括无线发射电路、无线接收电路。所使用的这些电路均为现有的成熟电路。无线发射电路位于激光枪内部控制电路中，当游戏者扣动扳机时，激光枪的控制电路激发无线发射电路，使其发射一串经过编码的无线电波，每个游戏者的枪发出的无线电波的编码不同。无线接收电路接受到电波后，得到其携带的编码值，即可判断是哪一只枪所发。

方案二：采用光斑识别方式。

游戏者识别单元为激光光斑成形器。该激光光斑成形器为常用的普通光学仪器，将之安装在激光枪枪管前端，可以使激光枪发出的激光光斑成为特定的形状。采用不同的激光光斑成形器，不同的激光枪发出的激光光斑的形状是不同的，如分别是圆形，环形，十字形，等等。计算单元在计算光斑位置时，可以同时识别出光斑的形状，从而得到枪号数据。

方案三：采用延续时间识别方式。

在激光枪中的控制电路中可以添加具有定时功能的电路。此种定时电路为现有的成熟电路，此处不赘述。经过定时电路之后，每把枪发射的激光持续时间是不同的。计算单元在计算光斑位置的同时，可以识别出该光斑持续的时间，从而得到枪号数据。

方案四：采用颜色识别方式。

各支激光枪分别选用能发出不同颜色激光的激光枪，如红色、蓝色等。计算单元在计算光斑位置的同时，可以识别出光斑的颜色，从而得到枪号数据。此时，游戏者识别单元与计算单元合二为一。

为了改善激光光斑的识别效果，可以在摄像头的镜头上可以装上滤光片。此滤光片的截止频率根据所使用激光枪的波长确定。例如，激光器波长为780nm时，滤光片的截止频率为710nm，即对710nm以下的可见光波长进行截止，而对710nm以上的不可见光基本上无损耗。这样，根据投影仪投射到投影屏幕上的光波波长和激光枪发射的激光波长的不同，滤光片可以将投影仪的投射光大部分滤掉，而让大部分的激光通过，从而便于计算单元快速准确地识别出激光光斑的位置。

另外，为了使射击场景具有立体效果，可以进一步采用下述技术方案：

使用两个投影仪或者显示器，在每个投影仪的镜头或显示器的屏幕前放置一个偏振片。计算单元根据人的双眼观察场景的角度差，同时生成两个视角稍微不同的虚拟射击场景，分别输出到两个投影仪中。

游戏者佩戴一副偏振眼镜。调整两个投影仪的偏振片和偏振眼睛中偏振片的角度，使得游戏者的左眼通过左边的偏振镜片只能看到左边的投影仪投射的画面，右眼通过右边的偏振镜片只能看到右边的投影仪投射的画面。这样，游戏者就能看到一个具有立体效果的虚拟射击场景。

在利用本实用新型进行射击训练时，可以依据地形在运动路径的两边搭建出各式各样的射击实景，对于每个实景都搭配一套生成虚拟射击目标的射击模拟装置。这些装置可以连成网络，相互配合，共同组成一个大型的虚实结合的射击模拟训练城。

上面虽然通过实施例描绘了本实用新型，但本领域普通技术人员知道，本实用新型有许多变形和变化而不脱离本实用新型的精神，所附的权利要求将包括这些变形和变化。

Claims (9)

1.一种具有虚实结合显示效果的射击模拟装置，具有显示单元、计算单元、摄像单元、可发射光束的枪支，其特征在于：

所述射击模拟装置还包括半反射镜和搭建的实景；

所述计算单元分别与所述显示单元和摄像单元相连接；

所述显示单元显示所述计算单元绘制出的虚拟场景，该虚拟场景投射到所述半反射镜上，通过所述半反射镜反射之后，显示在持有所述枪支的游戏者眼前；

所述搭建的实景与游戏者分布在所述半反射镜的两侧，所述实景经过所述半反射镜的透射之后也显示在所述游戏者的眼前。

2.如权利要求1所述的具有虚实结合显示效果的射击模拟装置，其特征在于：

所述显示单位包括投影仪和投影屏幕，所述投影仪与所述计算单元相连接。

3.如权利要求2所述的具有虚实结合显示效果的射击模拟装置，其特征在于：

所述半反射镜以与地面呈45°角的方式倾斜放置，其正上方正对着所述投影屏幕，投影屏幕为背投式投影屏，所述投影仪位于所述投影屏幕的正后方，向其投射影像。

4.如权利要求2所述的具有虚实结合显示效果的射击模拟装置，其特征在于：

所述投影屏幕为正投式投影幕布，悬挂在所述半反射镜的正上方，所述投影仪位于所述投影屏幕的正前方。

5.如权利要求1所述的具有虚实结合显示效果的射击模拟装置，其特征在于：

所述显示单元为一体化的大屏幕显示器。

6.如权利要求1所述的具有虚实结合显示效果的射击模拟装置，其特征在于：

所述计算单元为PC机。

7.如权利要求1所述的具有虚实结合显示效果的射击模拟装置，其特征在于：

所述枪支为激光枪。

8.如权利要求1所述的具有虚实结合显示效果的射击模拟装置，其特征在于：

所述枪支为发射或接收红外线的枪支。

9.如权利要求1所述的具有虚实结合显示效果的射击模拟装置，其特征在于：

所述射击模拟装置还包括音响设备，所述音响设备与所述计算单元相连接。

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