虚实结合的沉浸式驾驶模拟训练仿真系统技术方案

本发明专利技术公开的一种虚实结合的沉浸式驾驶模拟训练仿真系统，经济安全，训练场景逼真，软硬件技术先进可靠。能够通过下述技术方案实现：导调管理分系统、综合处理分系统、车辆模拟器、遥控驾驶分系统和训练评估分系统共同组成以综合处理分系统为处理中枢的驾驶模拟训练系统，所有分系统在同一网络中完成信息交互，导调管理分系统设计任务想定，模拟训练过程的调度管控；综合处理分系统收集车辆模拟器的姿态信息和驾驶操作信息，在任务开始时生成初始场景，合成综合态势信息，对参训者在物理环境中的操作动作进行跟踪与定位，协同各分系统工作在一个训练场景中，并映射至虚拟场景中，并推送到车辆模拟器，在综合处理分系统推送的场景中进行模拟训练。景中进行模拟训练。景中进行模拟训练。

【技术实现步骤摘要】
虚实结合的沉浸式驾驶模拟训练仿真系统


[0001]本专利技术属于虚拟训练领域，具体涉及一种可不受场地时间限制，强化不同路段、不同天候下的驾驶操作技能，掌握特情处置技巧。可逐人制定训练方案、逐科目细化考核标准、全程量化评比，通过视景屏幕、AR眼镜开展沉浸式训练，迅速地掌握驾驶要领，锤炼过硬的驾驶技能，提升训练效益的虚实结合的沉浸式驾驶模拟训练仿真系统。

技术介绍

[0002]随着信息化技术的迅猛发展，现代作战科技水平越来越高，综合性越来越强，耗资越来越巨大，提高作战队伍的训练水平成为各国军事训练急需解决的问题。但进行实战训练耗资巨大、战术战损评估难、训练场景不真实、协调困难、演习筹备缓慢、实战演习危险性比较高以及受到空域限制等制约着训练高效常态化开展。目前作战队伍的战术训练通常采取实地实装方式实施。受训练条件限制，训练还存在着场地单一贫乏、与实战训练差距较大的问题；训练中敌情设置过于简单，无法锤炼参训者临机处置能力的问题；训练过程不可精确控制、训练进程无法回放评估；训练数据无法收集整理、单位时效不高的问题。当前，虚拟现实、多媒体、云计算、人工智能、传感器、立体影像等多种新概念技术蓬勃发展，相关技术已逐渐融入到普通大众的生活领域。尤其在军事领域，各国军方长期投入大量的人力、物力，将虚拟相关技术引入训练和作战领域，借助虚拟和人工智能等技术，构建各类装备的虚拟和半实物模型，创建多种类真实的虚拟作战场景，采用虚实结合的方式，进行作战模拟训练。使得参训人员在实验室环境下，即可感受到实战氛围，给军队的训练带来了革命性的变化，有效提升部队的作战能力。
[0003]随着虚拟现实技术不断成熟和在各个领域成功应用，模拟训练在部队训练中起着愈加重要的作用，不仅仅是实战训练的补充，已作为一种必须的手段融入到作战训练中，现在已经实现将科技练兵应用至作战训练以及决策模拟可以使作战人员在低风险的前提下高效地完成实训。通过利用虚拟现实、动作捕捉和空间定位、计算机兵力仿真、半实物仿真装备、轻量化地物组件等前沿技术，建设可供作战队伍使用的沉浸式虚拟仿真系统。将该系统作为实兵现地驾驶训练的重要辅助手段，满足驾驶训练需求，从根本上解决场地单一、训练粗放的痼疾，从而提升作战队伍实际训练效益，推动战术教学训练实战化向更深层次发展。虚拟仿真系统的运用不仅仅是场景演示，军事训练、作战仿真等都可以应用以达到理想的效果。使用VR技术使受训者在视觉和听觉上沉浸式体验作战场景。此外，还可建立虚拟教室使受训者处在相同的虚拟训练中，打破了时间空间的限制。官兵能够沉浸在不同的作战环境中开展训练，从而最大限度贴近实战，检验官兵的环境适应能力、心理承受能力、战场应变能力和战术协同能力。在信息技术快速发展的引领下，模拟训练可以提供与实装训练基本一致的客观体验和使用效果。相比传统的实装实兵训练方法，通过构建模拟虚拟训练系统进行作战训练，基本不受地形、环境、气候等自然条件的限制，训练可以在安全可控的条件下进行，并且由于条件可设，训练次数可重复性高，训练节奏可调节性强，使用较低的成本就可以达到比较好的训练效果。
[0004]沉浸式模拟训练系统在军用领域有着深入的应用，军用领域沉浸式模拟训练逐渐成为国内外模拟训练发展的主流方向。截至目前，在虚拟训练领域的典型应用有单兵模拟训练系统如战机训练模拟器、虚拟环境模拟训练如“激光沙盘”虚拟现实系统、陆军步兵训练系统(DSTS)等。借助沉浸式训练系统提升练兵实效，可实现主战装备模拟训练全覆盖。这些训练设备利用信息、光电、虚拟现实等技术，最大程度模拟真实训练场景。军事仿真在军事训练手段中是必不可少的一个环节，通过虚拟的大空间方案，沉浸式模拟训练系统在民用领域有着良好的发展潜力，在医疗、体育训练、飞行驾驶、车辆驾驶、娱乐体验等领域，各类模拟训练设备有着良好的应用。车辆驾驶系统构建高原山地、城市、丘陵三类作战环境，可实现多种路段、多种天候、多种场景下的驾驶模拟训练，涵盖了从险难路段到战地驾驶的全科目训练，多样化场景模拟。远程遥控驾驶系统可利用通用无人车遥控终端进行远程操控，士兵在远距离手持遥控终端，通过有线或者无线连接的方式，进行车辆的行驶、转向等驾驶操作，同时可在终端查看车辆回传的状态，实时场景信息等，实现车辆无人化驾驶，人在回路的无人车操纵的训练目的。用在医学院教学使用的系统通常由虚拟触觉医学教学课件、桌面级力反馈控制器、全息3D显示系统等核心部分组成，该系统可以利用VR、人机交互、力触觉技术等多种技术手段实现用户沉浸式体验，其交互台可以捕捉到用户手部在空间中的位置信息，用户直接用操控笔在空气中对眼前的全息图像进行交互。如选择、旋转、任意摆放和拼接物体等。可使手部实时操作与三维场景重叠，达到虚实结合，随时纠正使用者的操作手法。该系统以教学知识认知学习、虚拟交互操作培训为核心价值，提供虚拟医学教学、操作训练、等整体解决方案。比如，某腹腔镜模拟训练器，供腹腔镜技术临床培训中心、医院外科、医生等大中院校专门培训腹腔镜手术操作、练习和演示之用。通过训练，熟识掌握二维图像、器械位移、比例大小的变化腹腔镜技术，提高手术成功率、降底手术风险，减小患者的痛苦。某轨道交通驾驶训练模拟系统，节约了培训机构的成本，同时也为学员提供接近真实的培训场景，通过高端技能类的仿真模拟训练系统，既可以提高办学质量，也可吸引更多的新学员。
[0005]一直以来，国内外都在致力于虚拟现实等技术的研究，加紧研发各种虚拟训练系统，利用多种技术手段，提升模拟训练系统的逼真度。所使用的虚拟士兵训练系统是一个步兵全感觉虚拟系统。国内现有模拟训练产品功能比较单一，且观感和体感不友好，对于场景的设计和功能操作的设计也达不到真实装备的操作感受，训练效果较差，需要结合实际应用，进行技术提升，才能满足用户实际需求。军事训练是提高实战能力的重要途径和抓手，也是最直接的军事斗争准备。一般训练可采用实兵训练(live)、虚拟模拟(virtual simulation)及推演模拟3种训练方式。由于计算机生成推演模拟兵力和半实物仿真虚拟模拟兵力均存在于虚拟战场空间。将综合运用上述3种训练方式的训练称为虚实结合训练(LVC训练)。由于虚实结合训练是新的发展方向，国内外针对该类训练系统的能力需求分析文献较少。目前，虚实结合训练系统无权威定义。除了传统的安全保密和综合管理外，还包括基础支撑能力、通用业务能力和专用能力需求等。虚实结合训练时，受训指挥员指挥的兵力一部分为作战仿真系统或半实物模拟器产生的虚拟兵力，一部分为实际兵力。近年来，我国面临的安全形势日益复杂，未来作战具有参战力量多元、战场空间多维和作战行动多样等特点，联合训练正成为发展趋势，并具有以下5类特点和需求。
[0006]1)训练规模扩大化：安全问题有同时爆发的可能，为有效应对这些问题，需常态化
组织多军兵种大规模联合训练。但若采用纯实兵训练时，训练成本高、组织难度大、保障困难、安全风险高且对周边影响大，不宜常态化组织，需采取虚实兵结合的方式实施。
[0007]2)训练资源分布化：未来战争具有联合化和一体化的特点，需复用异地分布的各种训练资源，支持异地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚实结合的沉浸式驾驶模拟训练仿真系统，包括：按需构建的导调管理分系统、由综合处理计算机和综合处理软件组成的综合处理分系统、车辆模拟器、遥控驾驶分系统和训练评估分系统，其特征在于：导调管理分系统、综合处理分系统、车辆模拟器、遥控驾驶分系统和训练评估分系统共同组成以综合处理分系统为处理中枢的驾驶模拟训练系统，在沉浸式驾驶模拟训练仿真系统工作过程中，所有分系统利用网络交换机组成一个局域网，在同一网络中完成信息交互，导调管理分系统设计任务想定，模拟训练过程的调度管控；综合处理分系统收集，车辆模拟器的姿态信息和驾驶操作信息，在任务开始时生成战场初始场景，合成战场综合态势信息，对参训者在物理环境中的操作动作进行跟踪与定位，协同各分系统工作在一个训练场景中，将其映射至虚拟场景中，并推送到车辆模拟器；车辆模拟器采用半实物虚实结合的方式模拟车辆驾驶的功能，在综合处理分系统推送的场景中进行模拟训练，通过六自由度平台的六个方向的运动完成驾驶过程中的摇晃、颠簸、倾斜各类动作；遥控驾驶分系统利用通用无人车控制平台的遥控终端，通过有线或无线两种方式发送控制命令到车辆模拟器，控制车辆的驾驶，远程遥控车辆模拟器，完成遥控驾驶训练。2.如权利要求1所述的虚实结合的沉浸式驾驶模拟训练仿真系统，其特征在于：导调管理分系统在导调管理计算机、导调管理软件的控制下，首先进行训练任务、训练场景，按需设置进行本机控制训练模式和遥控控制或无人驾驶等模式选择的设置，设计场景态势及场景条件初始设置和演练进程控制等导调作业，实时监控训练过程，场景处理与推送功能用来在任务开始后，按照导调管理软件的要求，进行三维地理环境、气候环境和装备模型等的准备，生成初始作战场景并推送到视景显示器和AR/VR眼镜；并根据训练进程和综合态势进行人工干预，完成模拟训练任务的场景选择、模式控制。3.如权利要求1所述的虚实结合的沉浸式驾驶模拟训练仿真系统，其特征在于：导调管理软件包括：与导调管理并行传输的训练任务设置模块，按需灵活设置的训练场景设置模块、训练模式模块、训练任务设置模块、训练运行控制模块和运行状态监控模块，训练场景设置在训练前对地理和气象场景进行设置，对车辆行动路线和行动区域进行训练任务设置，训练场景设置模块支持山地、城市和丘陵场景，训练任务设置模块对车辆行动路线和行动区域目的地驾驶、区域巡逻和自由驾驶进行设置，训练模式模块对训练场景选择本机控制在车上进行实际操作驾驶、遥控控制或无人驾驶，在场景中进行自主驾驶，训练运行控制模块对训练的启动、暂停、结束等进行控制，运行状态监控模块对训练场景中的车辆状态运行状态监控显示，通过分布式体系结构，把车辆状态实时速度、实时爬坡角、实时位置信息发送到导调管理分系统。4.如权利要求1所述的虚实结合的沉浸式驾驶模拟训练仿真系统，其特征在于：综合处理软件运行在综合处理计算机上，软件包括初始场景生成模块、收集状态信息模块与推送合成场景模块，其中，初始场景生成模块生成初始场景，收集状态信息模块收集模拟器状态和操作状态，推送合成场景模块在任务进行时，收集驾驶部件回传的操作信息和六自由度平台回传的车体状态信息，通过六自由度平台的六个方向的运动完成驾驶过程中的摇晃、颠簸、倾斜等各类动作，在任务开始后，按照导调管理软件的场景处理与推送功能要求，进行三维地理环境、气候环境和装备模型的准备，模拟器状态收集操作状态，整合状态收集信息，形成综合态势；当状态收集与整合用来在任务进行时，接收车辆模拟器的状态信息，收集驾驶部件回传的操作状态信息和六自由度平台回传的车体状态信息，并与具体场景位置
进行信息整合，完成车辆姿态迭代解算，各部分信息综合解算后，生成场景...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱海鹏，赵蔚，刘丁松，汤孝川，赵文彦，钟俊，姜旭先，
申请(专利权)人：成都西南信息控制研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：