一种基于精确位置跟踪的多人射击仿真训练系统 |
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申请号 | CN201610603221.7 | 申请日 | 2016-07-27 | 公开(公告)号 | CN106225556A | 公开(公告)日 | 2016-12-14 |
申请人 | 北京华如科技股份有限公司; | 发明人 | 陈敏杰; 陈彥君; 邢广洲; 殷维刚; | ||||
摘要 | 一种于精确 位置 跟踪 的多人射击仿真训练系统,包括训练控制平台,模拟枪械、空间 定位 装置、显示装置和音箱,训练控制平台包括训练场景管理模 块 、训练过程管理模块、训练监控管理模块和射击效果评估模块,其中射击效果评估模块利用环境参数,结合子弹飞行模型,判定是否击中目标,空间定位装置利用多个激光定位站进行二维扫描,在模拟枪械和训练人员的关键部位上固定有定位传感装置,从而获得相应的位置和朝向,训练场景管理模块可以实现多人对抗场景的分别生成。本 发明 具有训练方式灵活,提供人人对抗与人机对抗双模式;定位精确,解决了多人同时射击的命中裁决问题;仿真度高,引入环境及弹道飞行过程,建设成本低和安全性高的优点。 | ||||||
权利要求 | 1.一种基于精确位置跟踪的多人射击仿真训练系统,包括训练控制平台,模拟枪械、空间定位装置、显示装置和音箱,其中所述训练控制平台包括训练场景管理模块、训练过程管理模块、训练监控管理模块和射击效果评估模块, |
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说明书全文 | 一种基于精确位置跟踪的多人射击仿真训练系统技术领域背景技术[0002] 传统的射击训练需要组织人员进行实弹射击,一是训练场地要求高,所需费用较高,二是训练科目单一,难以适应现代化作战对于军事训练的要求。单纯以多媒体课件的形式介绍射击训练要求,缺少训练环境的支撑,无法模拟实战,训练效果受到限制。 [0003] 使用虚拟现实技术,利用计算机生成虚拟训练环境及射击目标,以虚拟射击来代替实弹射击,不用再受训练场地的限制,通过设置不同的训练科目及不同的模拟枪械配置,实现训练方式灵活多样。例如,中国发明专利CN103644764A“警用虚拟射击仿真训练系统”公开了一种单人模式的虚拟仿真训练系统,系统由仿真激光枪、音箱和屏幕、监视器、控制台、摄像机和投影仪组成,通过监视受训人员的操作状态,使虚拟场景中的人与受训人员的操作一致,虚拟人物根据受训练人员的操作完成射击目标的攻击,根据仿真激光枪射击所产生的红外点图像位置信息,目标采集模块将它转换为虚拟场景的位置信息,并判断是否命中目标。 [0004] 但,该专利采取激光等光学射击仅适用于直瞄射击的武器,对于诸如迫击炮等间瞄武器无法模拟。而且对于自瞄射击的武器,无法模拟环境对子弹的影响,例如风速风向都会对子弹的运行产生影响,而激光射击只能模拟直线。此外,该专利仅仅只能进行单方模拟,不能进行模拟对抗,特别的,不能进行多方的模拟对抗训练,因此,其使用的效果相对于实际训练差别较大,效果不佳。 [0005] 因此,如何能够模拟双方多人模拟训练对抗,特别的,能够对间瞄武器进行模拟,考虑风速风向等外界因素对弹道的影响,提高模拟训练的真实度,成为现有技术亟需解决的技术问题。 发明内容[0007] 为达此目的,本发明采用以下技术方案: [0008] 一种基于精确位置跟踪的多人射击仿真训练系统,包括训练控制平台,模拟枪械、空间定位装置、显示装置和音箱,其中所述训练控制平台包括训练场景管理模块、训练过程管理模块、训练监控管理模块和射击效果评估模块, [0009] 其中,所述训练场景管理模块,用于生成虚拟射击训练场景,设置训练场景环境参数,设置参与训练人员的席位与枪械配置; [0010] 所述训练过程管理模块,用于启动训练过程,并对训练过程记录,使用模拟枪械进行训练操作; [0011] 所述空间定位装置,用于精确跟踪模拟枪械的位置,以及训练人员的位置; [0012] 所述训练监控管理模块,用于训练过程的各类操作的监控管理,包括训练人员的运动信息,和模拟枪械的操作信息,并根据模拟枪械的操作信息利用射击效果评估模块综合判定是否击中的目标; [0013] 所述射击效果评估模块,利用所述训练场景环境参数,结合子弹飞行模型,判定是否击中目标; [0014] 所述显示装置,用于虚拟训练场景的显示; [0015] 所述音箱,用于播放虚拟训练场景的各种声音效果。 [0017] 所述射击效果评估模块建立子弹飞行的抛物线模型,考虑风力、风向和重力因素对子弹的影响,在虚拟场景中生成飞行弹道,并判定飞行过程是否遇到物体遮挡,只有子弹飞行无遮挡到达目标时,才判定为命中目标。 [0018] 优选地,所述训练场景管理模块,还负责对虚拟训练场景进行编辑、生成与管理,导入典型模拟射击训练场景,并进行场景编辑及射击目标设置; [0019] 所述训练过程管理模块,还包括训练模式设置,负责对射击训练过程管理,并对训练过程进行记录,支持训练回看。 [0020] 优选地,所述空间定位装置具体为:利用多个激光定位站进行二维扫描,在模拟枪械和训练人员人体的关键部位上固定有定位传感装置,从而获得模拟枪械和训练人员的位置和朝向。 [0021] 优选地,所述模拟枪械的关键部位包括:枪口、瞄准器和枪托; [0022] 所述训练人员的关键部位包括训练人员的头部、胸部、手部和脚部; [0023] 所述空间定位装置检测的步骤为: [0024] a.激光定位站进行标定,获得各激光定位站的位置和朝向信息; [0025] b.各个激光定位站与各个定位传感装置进行时间同步; [0027] d.定位传感装置上有多个光敏元件,按照一定的规律布局,当激光定位站扫射稍过光敏原件时,会触发电信号,从而可以得到该光敏原件相对于激光定位站的角度信息,由于已知激光定位站的位置与朝向,因此,经过位置坐标转换,可以获得光敏元件方位信息; [0028] e.在训练人员及模拟枪械的关键部位上安装了光敏原件传感器,根据多个光敏原件的原始相对位置,以及计算获得的方位信息,可以获得这些光敏原件的精确位置,从而定位训练人员和模拟枪械的精确位置和朝向。 [0029] 优选地,模拟枪械的朝向的计算方法为:在枪口、瞄准器和枪托处加装定位传感装置,利用空间定位装置对这三点进行定位检测,根据三点定位原理,通过相对位置计算,可得出模拟枪械的实际位置信息,利用无线通信技术,将这些信息传输到训练控制平台,从而得到枪械的位置信息。 [0030] 优选地,所述训练监控管理模块中,所述训练人员的运动信息包括下蹲、跑步,所述模拟枪械的操作信息包括扣扳机、换弹夹。 [0031] 优选地,所述训练人员的运动信息基于定位装置连续对人体位置状态进行采集而得到,主要方法是: [0032] a.在训练人员的关键部位装配定位传感器, [0033] b.空间定位装置实时采集人体关键部位的定位传感器位置信息, [0034] c.训练监控管理模块获取到基于时间序列的人体关键部位的定位信息,根据时间连续跟踪人体关键部位的相对位移情况,可以判定出人体所作的运动; [0035] 所述模拟枪械的操作信息获取方法为:在扳机处加装触发传感器,用户扣动扳机时,通过触发传感器来得到射击操作,在弹夹处加装触发传感器,用户需要更换弹夹时,通过触发传感器得到更换操作,利用无线通信技术,将这些信息传输到训练控制平台,从而得到枪械的操作信息。 [0036] 优选地,所述训练过程管理模块的训练模式包含多人分组对抗,通过空间定位装置和训练监控管理模块,能够获得对抗双方的空间位置和朝向、模拟枪械的位置和朝向,对抗双方的运动信息,以及模拟枪械的操作信息,训练场景管理模块能够根据上述信息,在对抗双方的屏幕上分别生成虚拟场景,并在对抗场景的指定位置生成虚拟人员和枪械,从而进行多人分组对抗演习。 [0037] 本发明还公开了一种利用上述基于精确位置跟踪的多人射击仿真训练系统进行分组对抗训练的方法,包括如下步骤: [0038] 步骤1:训练控制平台的训练场景管理模块完成训练各要素的准备工作,主要包括: [0039] (1)生成虚拟训练场景,并设置训练场景的环境参数; [0040] (2)指定训练人员席位,包括反恐人员和恐怖分子的席位设置及所配备的模拟枪械管理; [0041] (3)初始化系统,根据训练想定生成虚拟训练场景,并在虚拟场景的指定位置生成虚拟人员及枪械; [0042] 步骤2:训练控制平台的训练过程管理模块启动训练过程,为反恐人员和恐怖分子分别提供统一的虚拟训练场景,根据角色的不同,展现的训练场景视角,反恐人员和恐怖分子均参与到训练对抗中,在虚拟场景中,双方均以虚拟作战人员的方式参与到训练对抗; [0043] 步骤3:训练控制平台的训练监控管理模块对训练人员的状态进行监控,虚拟人员会根据训练人员的操作指令做出相应的操作,一旦检测到射击操作,射击效果评估模块会分析是否命中目标,如果是虚拟反恐人员被恐怖分子射击,系统会将对应的反恐人员退出训练模式,同样,虚拟恐怖分子被射击,系统会将对应的恐怖分子退出训练模式; [0044] 步骤4:训练过程管理模块对训练过程进行判定,当所有的恐怖分子或者是反恐人员被消灭后,训练过程管理将结束模拟训练过程。 [0045] 本发明具有如下优点:训练方式灵活,提供人人对抗与人机对抗双模式。其中多人分组对抗,对抗双方在不同区域,通过两个屏幕进行对抗;定位精确,解决了多人同时射击的命中裁决问题;仿真度高,通过模拟特殊环境的子弹飞行过程,判断是否的物体遮挡,对是否击中目标的评估更加科学。建设成本低和安全性高的优点。附图说明 [0046] 图1是根据本发明具体实施例的多人射击仿真训练系统的功能模块图; [0047] 图2是根据本发明具体实施例的多人射击仿真训练系统的工作原理图; [0048] 图3是根据本发明具体实施例的多人射击仿真训练系统的使用的模拟枪械的设计图; [0049] 图4是根据本发明具体实施例的多人射击仿真训练系统的激光定位原理图; [0050] 图5是根据本发明一个具体实施例的多人射击仿真训练系统的双方对抗的工作流程图; [0051] 图6是根据本发明另一个具体实施例的多人射击仿真训练系统的反恐对抗训练的系统安装示意图; [0052] 图7是根据本发明另一个具体实施例的多人射击仿真训练系统的反恐对抗训练的训练效果示意图。 [0053] 图中的附图标记所分别指代的技术特征为: [0054] 1、训练控制平台;2、模拟枪械;3、空间定位装置;4、显示装置;5、音箱;11、训练场景管理模块;12、训练过程管理模块;13、训练监控管理模块;14、射击效果评估模块;21、枪口;22、瞄准器;23、枪托;24、扳机;25、弹夹。 具体实施方式[0055] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。 [0056] 参见图1,示出了根据本发明的基于精确位置跟踪的多人射击仿真训练系统,包括训练控制平台1,模拟枪械2、空间定位装置3、显示装置4和音箱5,其中所述训练控制平台1包括训练场景管理模块11、训练过程管理模块12、训练监控管理模块13和射击效果评估模块14, [0057] 其中,所述训练场景管理模块11,用于生成虚拟射击训练场景,设置训练场景环境参数,设置参与训练人员的席位与枪械配置; [0058] 所述训练过程管理模块12,用于启动训练过程,并对训练过程记录,使用模拟枪械进行训练操作; [0059] 所述空间定位装置3,用于精确跟踪模拟枪械2的位置,以及训练人员的位置; [0060] 所述训练监控管理模块13,用于训练过程的各类操作的监控管理,包括训练人员的运动信息,和模拟枪械的操作信息,并根据模拟枪械2的操作信息利用射击效果评估模块14综合判定是否击中的目标; [0061] 所述射击效果评估模块14,利用所述训练场景环境参数,结合子弹飞行模型,判定是否击中目标; [0062] 所述显示装置4,用于虚拟训练场景的显示; [0063] 所述音箱5,用于播放虚拟训练场景的各种声音效果。 [0064] 其中,所述显示装置4可以为投影仪和屏幕,也可以为大屏幕LED拼接墙,或者DLP显示,只要能够完成显示功能,特别是大屏幕、大尺寸的显示即可。 [0065] 所述音箱5,并不是必须的,但为了增加训练效果,以具有该音响效果为最佳。 [0066] 因此,本发明的所述射击效果评估模块综合考虑了模拟枪械的弹道,以及环境因素的影响,使得该射击模拟,不再是直线型的射击训练,而包含了各种外界环境的因素,以及飞行弹道的遮挡问题。 [0067] 进一步的,所述环境因素包括风力和/或风向,所述飞行弹道包括子弹飞行力学抛物线、炮弹飞行力学抛物线模型,例如迫击炮、枪榴弹等等,使得本发明的射击效果评估模块不仅可以对枪械还能对各类炮弹进行射击模拟。 [0068] 所述射击效果评估模块14建立子弹飞行的抛物线模型,考虑风力、风向和重力因素对子弹的影响,在虚拟场景中生成飞行弹道,并判定飞行过程是否遇到物体遮挡,只有子弹飞行无遮挡到达目标时,才判定为命中目标,具体为: [0069] (1)训练场景模块定义环境参数,如风力、风向等。 [0070] (2)根据模拟枪械的射击参数,建立子弹飞行力学抛物线模型,将风力、风向、子弹重力等作为参数加入到模型,根据模型得出子弹的飞行线路。 [0071] (3)在虚拟训练场景中生成子弹飞行线路,如果遇到场景中物体遮挡,子弹结束飞行,如果在子弹无遮挡下成功命中目标时,则给出提示,成功命中目标。 [0072] 在上述例子中,仅仅是以子弹作为例子,但本发明不以此为限,所述模拟枪械也可以为模拟火炮,建立炮弹的飞行力学抛物线模型,综合考虑物体遮挡,或者地形等因素,考虑炮弹是击中目标还是中途爆炸等。 [0073] 进一步的,所述训练场景管理模块11,还负责对虚拟训练场景进行编辑、生成与管理,导入典型模拟射击训练场景,并进行场景编辑及射击目标设置。 [0074] 所述训练过程管理模块12,还包括训练模式设置,如人人对抗、人机对抗模式,负责对射击训练过程管理,如训练启动、训练暂停、训练中止等,并对训练过程进行记录,支持训练回看。 [0075] 所述空间定位装置3具体为:利用多个激光定位站进行二维扫描,在模拟枪械和训练人员人体的关键部位上固定有定位传感装置,从而获得模拟枪械和训练人员的位置和朝向。 [0076] 其中,所述模拟枪械的关键部位包括:枪口21、瞄准器22和枪托23。 [0077] 所述训练人员的关键部位包括训练人员的头部、胸部、手部和脚部。 [0078] 具体而言,参见图4, [0079] a.激光定位站进行标定,获得各激光定位站的位置和朝向信息; [0080] b.各个激光定位站与各个定位传感装置进行时间同步; [0081] c.激光定位站以固定频率(大于50HZ)分别在X和Y方向的二维方向上扫射激光扇面,例如一个激光定位站在上下的垂直方向上扫描,一个激光定位站在左右的水平方向上扫描; [0082] d.定位传感装置上有多个光敏元件,按照一定的规律布局,当激光定位站扫射稍过光敏原件时,会触发电信号,从而可以得到该光敏原件相对于激光定位站的角度信息,由于已知激光定位站的位置与朝向,因此,经过位置坐标转换,可以获得光敏元件方位信息; [0083] e.在训练人员及模拟枪械的关键部位上安装了光敏原件传感器,根据多个光敏原件的原始相对位置,以及计算获得的方位信息,可以获得这些光敏原件的精确位置,从而定位训练人员和模拟枪械的精确位置和朝向。 [0084] 模拟枪械的朝向的计算方法可以为,参见图3示出了模拟枪械的示意图,模拟枪械设计如图4所示:在枪口21、瞄准器22和枪托23处加装定位传感装置,利用空间定位装置3对这三点进行定位检测,根据三点定位原理,通过相对位置计算,可得出模拟枪械的实际位置信息,利用无线通信技术,将这些信息传输到训练控制平台,从而得到枪械的位置信息。 [0085] 因此,本发明使用了激光站精确定位方法,解决了多人同时射击的命中裁决问题。 [0086] 进一步的,所述训练监控管理模块中,所述训练人员的运动信息包括下蹲、跑步,所述模拟枪械的操作信息包括扣扳机、换弹夹。 [0087] 所述训练人员的运动信息基于定位装置连续对人体位置状态进行采集而得到,主要方法是: [0088] 1.训练过程所关注的人体运动主要体现为人体的关键身体部位的运动,如头,胸、手、腿,因此,只在这些关键身体部位上装配定位传感器。 [0089] 2.空间定位装置实时采集人体关键部位的定位传感器位置信息。 [0090] 3.训练监控管理模块获取到基于时间序列的人体关键部位的定位信息,根据时间连续跟踪人体关键部位的相对位移情况,可以判定出人体所作的运动,如下蹲,起立等。 [0091] 所述模拟枪械的操作信息,可以在扳机24处加装触发传感器,用户扣动扳机时,通过触发传感器来得到射击操作,在弹夹25处加装触发传感器,用户需要更换弹夹时,通过触发传感器得到更换操作,利用无线通信技术,将这些信息传输到训练控制平台,从而得到枪械的操作信息。 [0092] 在进一步的实施例中,所述训练模式包含多人分组对抗,通过空间定位装置和训练监控管理模块,能够获得对抗双方的空间位置和朝向、模拟枪械的位置和朝向,对抗双方的运动信息,以及模拟枪械的操作信息,训练场景管理模块能够根据上述信息,在对抗双方的屏幕上分别生成虚拟场景,并在对抗场景的指定位置生成虚拟人员和枪械,从而进行多人分组对抗演习。 [0093] 实施例一步兵分队反恐作战训练仿真系统 [0094] 系统以步兵分队反恐作战训练为应用背景,针对步兵分队反恐作战任务,灵活构建虚拟作战空间,精细化仿真典型的作战战场环境、作战过程和对抗效果;通过接入训练设备使参演实兵从视觉、听觉等方面沉浸于虚拟战场,对抗推演作战行动;辅助部队指挥机关研究分析作战战场环境和敌我态势,规划决策作战方案,实验评估作战行动。如图6所示,在隔离的两间房间内,可模拟反恐人员与恐怖分子模拟对抗,训练控制平台对两个房间内的参与人员,展示场景进行统一管理,形成组网模式的分队级多人射击训练对抗系统。 [0095] 参见图5是例如反恐对抗训练的双方对抗的工作流程图,图6是出了反恐对抗训练的系统安装示意图,图7是反恐对抗训练的训练效果示意图 [0096] 基于反恐对抗训练的多人射击仿真训练系统的工作步骤为: [0097] 步骤1:训练控制平台的训练场景管理模块完成训练各要素的准备工作,主要包括: [0098] (1)生成虚拟训练场景,并设置训练场景的环境参数。 [0099] (2)指定训练人员席位,包括反恐人员和恐怖分子的席位设置及所配备的模拟枪械管理。 [0100] (3)初始化系统,根据训练想定生成虚拟训练场景,并在虚拟场景的指定位置生成虚拟人员及枪械。 [0101] 步骤2:训练控制平台的训练过程管理模块启动训练过程,为反恐人员和恐怖分子分别提供统一的虚拟训练场景,根据角色的不同,展现的训练场景视角,反恐人员和恐怖分子均参与到训练对抗中,在虚拟场景中,双方均以虚拟作战人员的方式参与到训练对抗。 [0102] 步骤3:训练控制平台的训练监控管理模块对训练人员的状态进行监控,虚拟人员会根据训练人员的操作指令做出相应的操作,一旦检测到射击操作,射击效果评估模块会分析是否命中目标,如果是虚拟反恐人员被恐怖分子射击,系统会将对应的反恐人员退出训练模式,同样,虚拟恐怖分子被射击,系统会将对应的恐怖分子退出训练模式。 [0103] 步骤4:训练过程管理模块对训练过程进行判定,当所有的恐怖分子或者是反恐人员被消灭后,训练过程管理将结束模拟训练过程。 [0104] 其中,投影仪将训练对抗场景投影到屏幕上,可实时展现训练对抗场景,3D音箱配合训练场景产生声音效果。 [0105] 综上,本发明具有如下优点: [0106] (1)训练方式灵活,提供人人对抗与人机对抗双模式。其中多人分组对抗,对抗双方在不同区域,通过两个屏幕进行对抗,对抗双方在屏幕中以虚拟角色的形式出现,实现人人对抗,突破简单的人机对抗模式。 [0107] (2)定位精确,使用激光站精确定位方法,解决了多人同时射击的命中裁决问题。传统的射击仿真训练都是以激光加光学定位为基础,由于激光的直线物理特性以及光学定位的局限性,导致无法识别多人同时射击的命中裁决问题,而利用空间定位站的精确定位,可有效解决多人射击命中裁决问题。 [0108] (3)构建子弹飞行模型,仿真度高,本发明通过模拟特殊环境的子弹飞行过程,更加精确的计算子弹飞行误差,判断是否的物体遮挡,对是否击中目标的评估更加科学。这解决了特殊条件下的射击效果评估问题,如舰艇登陆射击、远程狙击等。而传统的红外点判定目标,仅仅是从模拟枪械直线将射击点打在屏幕上,根据投影变换原理,转换到虚拟场景中的位置点,只考虑了子弹的目标点,没考虑到外界环境对子弹飞行的影响与子弹飞行过程的遮挡问题。 [0109] (4)建设成本低:相比传统的实弹训练而言,系统不需要专用场地,可依托室内进行,对室内环境无特殊要求,解决实弹训练的场地问题,训练成本大幅度降低。 [0110] (5)安全性高:系统采取的是模拟器材,不会因为装备使用问题造成不必要的人身危险。 [0111] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。 |