RU160084U1 - Водительский тренажер виртуальной реальности с дополнением реальными объектами - Google Patents

Abstract

Водительский тренажер виртуальной реальности для обучения водителей спецтехники, позволяющий обучаемому перемещаться в пространстве, включающий шлем виртуальной реальности с двумя микродисплеями и аудиосистемой, систему позиционирования, датчики которой обеспечивают определение трех линейных координат и трех угловых координат положения в пространстве головы, рук и ног пользователя, систему слежения за руками и пальцами пользователя, отображающую видеоизображение рук пользователя в виртуальном мире, компьютер, в реальном времени генерирующий и передающий стерео видеоизображение виртуальной рабочей среды на микродисплеи шлема виртуальной реальности в соответствии с данными датчиков системы позиционирования и, отличающийся тем, что дополнен моделями панелей управления спецтехники, точно воспроизводящими физические размеры оригиналов и содержащими те же элементы управления, что и оригиналы, при этом посредством точного воспроизведения в виртуальном мире спецтехники и точной настройки системы позиционирования виртуальные объекты - виртуальные панели управления, воспроизводящие визуальные образы реальных панелей управления, совмещаются в реальном пространстве с реальными объектами - реальными моделями панелей управления.

Description

Полезная модель относится к средствам обучения, а именно: к учебно-тренировочным устройствам для водителей спецтехники, в частности для водителей аэродромных погрузчиков контейнеров.

Уровень техники.

В настоящее время обучение и проверка навыков водителей автотранспорта проводится с помощью компьютерных симуляторов, включающих водительское кресло с органами управления и один или нескольких дисплеев, на которых воспроизводится картинка трехмерной компьютерной графики, имитирующая вид через лобовое стекло кабины автомобиля (см., например, тренажер для водителей аэродромного транспорта ADT компании Micronav http://www.micronav.co.uk/products/airside-driver-trainer).

Такие тренажеры нельзя применять в случаях, когда специфика работы водителя предполагает не только нахождение в кресле, но и перемещение в пространстве, что характерно для водителей спецтехники, например водителей аэродромных погрузчиков контейнеров (см., например, широко распространенный погрузчик СНАМР350 компании Trepel http://www.trepel.com/products/loader.html). Водитель погрузчика контейнеров в процессе работы должен переходить от панели управления погрузчиком к панели управления грузом, перемещаясь по рабочей площадке длиной 2 метра и разворачиваясь на 180 градусов, спускаться и подниматься на рабочую площадку, поэтому показ пользователю вышеупомянутых компьютерных симуляторов видимой водителем при выполнении рабочих функций картинки окружающего мира на стационарно размещенных дисплеях невозможен. Решения с замкнутым помещением, на стенки которого проецируются изображения трехмерной компьютерной графики, также непригодны, поскольку водитель оперирует объектами, находящимися в непосредственной близости от него.

Указанная проблема решается с помощью технологии полнопогружной виртуальной реальности, когда пользователь тренажера надевает шлем виртуальной реальности (например, Oculus Rift http://www.oculus.com/order), обеспечивающий полную визуальную изоляцию его от реального мира. При этом задействуется система позиционирования (например, G4 компании Polhemus http://polhemus.com/motion-tracking/all-trackers/g4), датчик которой располагается в шлеме виртуальной реальности и позволяет определять пространственные и угловые координаты шлема, т.е. головы пользователя. Информация реального времени о пространственном положении головы пользователя используется для генерации стереопары виртуального мира, показываемой пользователю через микродисплеи шлема, при этом виртуальный мир воспроизводит рабочую среду, например аэродром с самолетом и погрузчиком контейнеров. Таким образом, пользователь оказывается полностью погруженным в виртуальную рабочую среду и, перемещаясь в реальном мире, аналогично перемещается в виртуальной рабочей среде, которую может наблюдать также как в реальном мире. Пользователь видит виртуальные органы управления, однако при этом возникает проблема тактильного взаимодействия с этими виртуальными органами. При размещении датчиков системы позиционирования на руках пользователь видит виртуальные образы своих рук в виртуальном мире, которые перемещаются аналогично реальным рукам, однако не может почувствовать касание руля, рычагов и т.п. Существуют тактильные перчатки (например, CyberTouch компании CuberGlove Technologies http://www.cyberglovesystems.com/products/cybertouch/overview), обеспечивающие некоторый эффект осязательной обратной связи на кончиках пальцев, но этот эффект ограничен только ощущениями легкого толчка или вибрации, что абсолютно недостаточно для полноценного воспроизведения ощущения хватки руля и других органов управления, приобретение навыков работы с которыми является неотъемлемой частью тренинга.

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является известная система VizMove Walking VR (http://www.worldviz.com/products/vizmove-walking-vr) компании WorldViz - решение для создания тренажеров виртуальной реальности, позволяющее пользователю свободно перемещаться в виртуальном мире. Пользователь данной системы, держа в руках пульт с датчиками системы позиционирования, видит в виртуальном мире условный виртуальный образ своей руки, однако данная система не обеспечивает тактильного контакта с виртуальными объектами, что критически важно в тренажерах транспортных средств и других систем управления.

Раскрытие и осуществление полезной модели.

Техническая задача предлагаемой полезной модели состоит в создании впервые тренажерного комплекса виртуальной реальности для обучения водителей спецтехники с обеспечением полноценной тактильной обратной связи за счет дополнения виртуальной реальности реальными объектами.

Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в реализации ее назначения - обучение водителей спецтехники в виртуальной среде, при этом виртуальная среда точно воспроизводит рабочую среду, например аэродром с самолетом и погрузчиком контейнеров, а обучаемый осязает органы управления.

Указанный технический результат достигается тем, что тренажерный комплекс виртуальной реальности для обучения водителей спецтехники, содержащий шлем виртуальной реальности с беспроводным интерфейсом, снабженный двумя микродисплеями и аудиосистемой; систему позиционирования, датчики которой обеспечивают определение трех линейных координат и трех угловых координат положения в пространстве головы, рук и ног пользователя; систему слежения за руками и пальцами пользователя, отображающую видеоизображение рук пользователя в виртуальном мире (см., например, систему Hand and Finger Sensor компании Sensics http://sensics.com/additional-options-2/hand-and-finger-tracking-sensor/); компьютер, в реальном времени генерирующий и передающий стерео видеоизображение виртуальной рабочей среды на микродисплеи шлема виртуальной реальности в соответствии с данными расположенного на голове датчика системы позиционирования, дополняется моделями панелей управления спецтехники, точно воспроизводящими физические размеры оригиналов и содержащими те же элементы управления, что и оригиналы. Путем точного воспроизведения в виртуальном мире спецтехники и точной настройки системы позиционирования и системы слежения за руками и пальцами пользователя, виртуальные объекты - виртуальные панели управления, воспроизводящие визуальные образы реальных панелей управления, совмещаются в реальном пространстве с реальными объектами - реальными моделями панелей управления. Характеристики современных доступных на рынке систем позиционирования позволяют осуществлять такое совмещение с достаточной точностью: например, упомянутая беспроводная система позиционирования G4 на расстоянии 1 метра обеспечивает точность определения линейных координат 2 мм и угловых координат 0,5°. Таким образом обучаемый водитель спецтехники, видя в виртуальном мире свои реальные руки, может касаться ими виртуальных органов управления, одновременно касаясь реальных органов управления, чем обеспечивается полная тактильная обратная связь. Размещение датчиков системы позиционирования на голове, руках и ногах обучаемого обеспечивает возможность наблюдения им в виртуальном мире рук и ног своего виртуального двойника - аватара, движения которого совпадают с движениями обучаемого (см., например, видео применения системы позиционирования STEM компании Sixense http://wwww.youtube.com/watch?t=77&v=jkOLsw.J1TBs на 2:34 мин.). Компьютер, управляющий всем тренажерным комплексом и базовый модуль системы позиционирования размещены в стойке моделей панелей управления спецтехники, чем обеспечивается конструктивное единство тренажера. Размещенный в стойке компьютер связан интерфейсами со шлемом виртуальной реальности, датчиками системы позиционирования, размещенными на голове, руках и ногах пользователя и с датчиком системы слежения за руками и пальцами, расположенном на шлеме виртуальной реальности.

Общая конструктивная схема основной части тренажерного комплекса для водителей аэродромных погрузчиков контейнеров с дополнением реальными объектами - моделями панелей управления и ограждающих рабочую площадку перил, показана на фиг. 1.

Краткое описание иллюстраций.

Фиг. 1. Общая конструктивная схема основной части тренажерного комплекса для водителей аэродромных погрузчиков контейнеров с дополнением реальными объектами - моделями панелей управления и ограждающих рабочую площадку перил.

Для осуществления полезной модели может быть использован любой современный компьютер средней производительности офисного уровня и выпускаемые промышленностью шлем виртуальной реальности (например вышеупомянутый Oculus Rift), система позиционирования (например вышеупомянутая G4), система слежение и отображения в виртуальном мире рук и пальцев (например вышеупомянутая Hand and Finger Sensor).

Claims (1)

1. Водительский тренажер виртуальной реальности для обучения водителей спецтехники, позволяющий обучаемому перемещаться в пространстве, включающий шлем виртуальной реальности с двумя микродисплеями и аудиосистемой, систему позиционирования, датчики которой обеспечивают определение трех линейных координат и трех угловых координат положения в пространстве головы, рук и ног пользователя, систему слежения за руками и пальцами пользователя, отображающую видеоизображение рук пользователя в виртуальном мире, компьютер, в реальном времени генерирующий и передающий стерео видеоизображение виртуальной рабочей среды на микродисплеи шлема виртуальной реальности в соответствии с данными датчиков системы позиционирования и, отличающийся тем, что дополнен моделями панелей управления спецтехники, точно воспроизводящими физические размеры оригиналов и содержащими те же элементы управления, что и оригиналы, при этом посредством точного воспроизведения в виртуальном мире спецтехники и точной настройки системы позиционирования виртуальные объекты - виртуальные панели управления, воспроизводящие визуальные образы реальных панелей управления, совмещаются в реальном пространстве с реальными объектами - реальными моделями панелей управления.

   

Images