1、军事训练是未来战争的前期实践,实战水平直接决定着战斗力生成的质量和效果。目前,空军和陆空军在役装备数量迅速增加。然而,由于训练条件、训练成本和安全等方面的限制,基于真实装备的飞行训练,特别是复杂条件下的作战训练,难度很大,对虚拟仿真训练的需求也越来越大。

2、军事训练的实战水平取决于训练与作战的密切程度,取决于技战术的结合程度。然而,目前的飞行模拟器一般采用环屏、多折屏、球屏或洞屏等,都存在着沉浸感弱、狭窄易变形、不能对人体姿态和视角的变化做出反应、成本高、占地大、难以组织编队训练等缺点。技术指标和心理感受与实际训练存在较大差距。基于虚拟现实技术的模拟器虽然具有很强的沉浸感,但只能实现对外部环境的模拟,很难在虚拟场景中实现人手、仪器等的物化。戴上头盔后,在现实世界得盲目,操作的一致性与真实环境还有很大差距,无法保证实战训练的效果。

3、混合性是在虚拟现实基础上发展起来的一个新的研究领域。这是国内外操作培训发展的一种新模式。通过现实世界信息与虚拟世界信息的“无缝”融合,产生了一种新的视觉环境,实现了物理对象与数字对象的共存和实时交互。基于混合现实技术的思想,未来外军整体训练的发展方向是将实战训练与虚拟仿真训练相结合,创造一个无缝、混合的沉浸式混合现实环境,使训练与实战一脉相承。

4、该系统基于混合现实技术,采用“数字现实+虚拟场景+分布式体系结构”的设计,弥补了虚拟现实仿真训练的不足。以三维地理信息平台为基础,采用三维建模、虚拟仿真、海量数据管理、三维空间分析等技术,采用多自由度头戴式沉浸式三维显示系统和与实际安装相一致的半实物座舱,实现了与实车的无缝集成将虚拟世界与虚拟场景相融合,创建虚拟现实融合训练场景,创新构建产品平台紧凑型混合现实仿真训练系统。其基本功能组成如下图所示。

5、与传统的屏幕显示仿真和虚拟现实仿真训练相比,该系统可以大大提高学生的真实感和沉浸感。它更接近真实场景和真实操作,增强了飞机仿真系统的实用性,提高了学生的操作和处理能力。同时,具有高度的沉浸感和临场感,能将单人和编队飞行训练转化为更具体验性的互动训练模式,突破训练场地的限制,限度地利用室内空间,从而降低培训成本,提高培训的安全性和质量。主要创新点如下

6、该系统突破了多空间前景提取方法、超大虚拟景观与飞行座舱的虚拟现实融合方法、基于多视频的三维重建与动作识别方法等关键技术,视频对象的阴影检测与消除方法,增强光照的一致性,帧插入补偿方法,改善VR眩晕,并创新性地提出了沉浸式飞行模拟器和沉浸式车辆模拟的解决方案,多项具有自主知识产权的技术申请发明专利9项。

7、利用VR头戴式设备上的3D双目摄像机采集半实物驾驶舱内的高清图像,进行前景提取、光影处理和实时三维重建。将图像与虚拟现实进行实时融合,并对光照一致性进行处理。虚拟现实定位器捕捉学员在驾驶舱内的空间定位信息并实时更新到场景中,实现驾驶视角与虚拟现实的***融合,产生驾驶真实飞机的沉浸感。系统支持第三视角,可以观察飞行和火力打击的全过程,肢体运动捕捉和重建,头部和眼球运动跟踪,以及各种气象条件下舱内外场景的一致性。

 实现与实际操作相一致的训练仿真

8、以1:1的比例搭建座舱半实物仿真平台,通过六自由度平台实现座舱姿态仿真。建立了声效模型、仪控模型、姿态控制模型、武器发射与毁伤模型、碰撞模型、传感器模型、电子干扰模型等。通过与虚拟场景和人、模拟器、外部环境、外部设备的训练过程的无缝集成,实现它们之间的交互计算,达到与实际操作相一致的目的和超出实际训练的体验效果。

9、可进行任务编队、训练科目、气象条件、地理环境、攻击目标、威胁兵力等训练设置,支持多机编队飞行、蓝侧虚拟兵力生成、飞行模型、飞控模型和武器效能模型、风、雨、雪、雾等天气影响,0-24小时连续昼夜变化等。

10、该系统通过设置丰富的训练科目,在贴近实战的条件下,实现学员的真实操作体验。具有沉浸感,实用性强,性价比高。它可以为单机、编队飞行和作战指挥训练提供先进的技术手段。本系统适用的应用模式主要包括以下几类:

11、该系统着眼于真实物理世界与数字场景的集成与交互,为分布式仿真系统提供支持。基于LVC(live,virtual,constructive)仿真系统的作战训练更符合当前各国正在积极推广的作战训练理念。利用该系统,可以方便地通过分布式仿真系统在不同地点部署多个系统,实现大规模人体、半实物训练者和统一虚拟训练场景的有机集成。与传统的模拟训练设备相比,参与者可以通过头盔系统获得更广泛的虚拟场景支持,同时也保证了与实际设备相同的可操作性和交互性,特别适合编队训练的实施。

12、通过头盔系统,该系统可以提供比环屏、球屏等传统显示系统具有更强沉浸感的虚拟场景。同时,该系统能为学员提供虚拟场景中外部物理实体的观察和真实交互,获得与实际安装相一致的真实体验。该系统可以简化为一个由头盔和实际控制系统组成的桌面训练系统,成本低,占地面积小。高校和基层单位的普通室内场地可开展多机编队战术协同训练。头盔系统也突破了传统显示系统的局限性,实现了一个真实的六自由度仿真训练平台,更加贴近真实体验。

13、该系统的核心部分是小巧、便携、灵活,可以方便地与各种形式和规模的真实设备及其部件相结合。在设备设计、开发和验收阶段,可以为原型系统或设备核心部件提供虚拟验证环境,进行真实的操作交互。它可以为装备的性能和质量提供符合实战要求的保障,降低研制风险和验证成本,加快形成真实的应用数据,实现战斗力的快速生成和转化。

14、随着现代武器装备训练内容的不断增加和复杂程度的不断提高,实战训练的成本高、风险大,对仿真训练系统的需求十分迫切。采用混合现实技术的仿真培训系统具有较高的沉浸感和真实的操作体验,代表了国内外的发展趋势,具有很大的应用潜力。

15、该系统及其关键技术可应用于军事和民用领域高价值装备的作战训练,可广泛应用于各种室内外领域的工程作战训练,主要包括飞机、车辆、船舶、轨道交通驾驶、作战和战术训练,具有广泛的应用价值和市场前景。

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