一种基于虚拟现实定位器定位的航空训练方法和系统 -pg电子娱乐平台

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号202211671457.6(22)申请日2022.12.26(71)申请人北京东方瑞丰航空技术有限公司地址100191北京市海淀区学院路35号世宁大厦503室(72)发明人(74)专利代理机构北京佰亦知识产权代理事务所(普通合伙)16097专利代理师陈柳叶(51)int.cl.g09b9/28(2006.01)(54)发明名称一种基于虚拟现实定位器定位的航空训练方法和系统(57)摘要本发明涉及一种基于虚拟现实的航空训练方法和系统，方法包括：搭建物理训练设备与虚拟现实模拟设备；对二者的空间位置进行匹配；对训练员的手部动作进行捕捉，采集所述手部动作产生的操作数据；将操作数据发送至虚拟现实模拟设备，驱动该设备，使得物理训练设备与虚拟现实模拟设备同步操作。本发明在虚拟现实模拟设备之外再构建与其相同的物理训练设备，利用定位技术确认物理训练设备的位置，并匹配虚拟现实模拟设备的位置；再利用定位技术确认训练员的手部的物理位置，并与虚拟现实模拟设备中的手部进行匹配，从而在训练员的手部触碰相应部件时，虚拟现实模拟设备的虚拟手部也同步进行触摸操作，达到在虚拟世界中加入物理触感的训练的目的。权利要求书2页说明书7页附图3页cn1157622931.一种基于虚拟现实的航空训练方法，其特征在于，所述方法包括：s1：搭建物理训练设备与虚拟现实模拟设备；s2：对物理训练设备与虚拟现实模拟设备的空间位置进行匹配；s3：对训练员的手部动作进行捕捉，采集所述手部动作产生的操作数据；s4：将所述操作数据发送至虚拟现实模拟设备以驱动所述虚拟现实模拟设备，使得物理训练设备与虚拟现实模拟设备同步操作。2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的航空训练方法，其特征在于，所述物理训练设备包括驾驶舱及设置在所述驾驶舱内部的控制面板、驾驶杆、开关和按钮，若干所述开关和按钮设置在所述控制面板上，所述驾驶杆与控制面板连接。3.根据权利要求2所述的基于虚拟现实的航空训练方法，其特征在于，在所述驾驶舱的室内至少安装有两个激光传感器，用于获得所述物理训练设备的位置。4.根据权利要求2所述的基于虚拟现实的航空训练方法，其特征在于，所述驾驶舱的室内还设置有虚拟现实头盔，所述虚拟现实头盔用于呈现所述虚拟现实模拟设备。5.根据权利要求2所述的基于虚拟现实的航空训练方法，其特征在于，所述驾驶舱的室内还设置有手套，所述手套用于捕捉所述训练员的手部动作。6.根据权利要求2‑5任一项所述的基于虚拟现实的航空训练方法，其特征在于，所述虚拟现实模拟设备与所述物理训练设备的结构设置完全相同。7.根据权利要求6所述的基于虚拟现实的航空训练方法，其特征在于，所述步骤2包括：所述物理训练设备的坐标变换矩阵为：，其中其中，为所述物理训练设备在激光传感器所形成的坐标系下的所在位cn115762293置，为已知量；为偏转、翻滚、俯仰角度，为已知量，为变换矩阵在下的对应矩阵变量。8.根据权利要求7所述的基于虚拟现实的航空训练方法，其特征在于，所述步骤2包括：在训练员带上头盔上时，所述虚拟现实模拟设备所在位置为，为已知量；偏转、翻滚、俯仰角度为，为已知量；采用矩阵变换，将虚拟现实中设备的位置与物理训练设备进行匹配，进行变换的矩阵为：，其中，其中，为所述变换的矩阵在下的对应矩阵变量。9.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的航空训练方法，其特征在于，所述步骤4包括：当训练员的人手操作物理训练设备时产生相应的数据，采集这些数据并发送给虚拟现实模拟设备，驱动所述虚拟现实模拟设备做出相应的状态改变，使得与物理训练设备同步进行。10.一种基于虚拟现实的航空训练系统，其特征在于，所述系统用于实现权利要求1‑9任一项所述的方法，包括:搭建模块：用于搭建物理训练设备与虚拟现实模拟设备；匹配模块：用于对物理训练设备与虚拟现实模拟设备的空间位置进行匹配；捕捉模块：用于对训练员的手部动作进行捕捉，采集所述手部动作产生的操作数据；同步模块：用于将所述操作数据发送至虚拟现实模拟设备以驱动所述虚拟现实模拟设备，使得物理训练设备与虚拟现实模拟设备同步操作。cn115762293一种基于虚拟现实定位器定位的航空训练方法和系统技术领域[0001]本发明属于航空培训领域和飞行仿真领域，具体涉及一种基于虚拟现实定位器定位的航空训练方法。背景技术[0002]飞行模拟设备是飞行员培训过程中最重要的设备。传统的模拟机经历数十年的发展，技术已经趋近成熟，在保证安全和成本较低的前提下，能够有效的进行飞行员培训。但是传统飞行模拟机仍有如下缺陷：.传统飞行模拟设备成本高：由于传统设备需要外置巨大的模拟驾驶舱，而模拟舱造价不菲，因此造成传统飞行模拟设备成本的居高不下。[0003].对于飞行学员，或者复训飞行员进行的流程训练，使用高等级ftd（fixedtrainingdevices，基座固定式模拟机）或ffs（fullflightsimulators，全动模拟器）进行训练过于昂贵，并且没有必要。[0004]3.对于一部分通航飞机，由于模拟机研制、运营成本相比实飞训练成本还要高，导致没有模拟机厂商愿意研制该型号模拟机。[0005]随着计算机图形学和硬件性能的高速发展，依托虚拟现实设备研制的、基于vr的飞行训练设备在飞行训练领域逐渐发挥越来越大的作用。相比于传统飞行模拟机，基于vr的飞行训练设备在价格、运营维护成本、使用灵活性上都有着显著的优势，甚至具有部分传统模拟机难以实现的训练功能。但是，目前基于vr的飞行训练设备又有着如下缺陷：虽然基于vr的飞行培训设备能够提供逼真的视觉感受，但是在触觉感受上仍然存在不足。飞行训练中驾驶杆与按键的操作是训练必不可少的一环，能否精确熟练的运用这些物理训练设备控制飞机是飞行员是否可以胜任的重要指标。由于基于vr的训练设备的训练缺乏物理触感不能够得到良好的操作感受，因此难以让飞行员形成操作习惯、提高飞行员的操作精度。单纯的vr设备基本只能提供视觉上的模拟，不能提供足够的触感模拟，所以在训练时缺乏真实感，难以满足飞行员训练的使用要求，缺少物理训练设备的触感模拟的训练难以达成良好的训练效果。发明内容[0006]为克服传统飞行模拟机与单纯虚拟现实训练设备的缺陷，本发明提供了一种基于虚拟现实的航空训练方法和系统。[0007]一种基于虚拟现实的航空训练方法，所述方法包括：s1：搭建物理训练设备与虚拟现实模拟设备；s2：对物理训练设备与虚拟现实模拟设备的空间位置进行匹配；s3：对训练员的手部动作进行捕捉，采集所述手部动作产生的操作数据；s4：将所述操作数据发送至虚拟现实模拟设备以驱动所述虚拟现实模拟设备，使得物理训练设备与虚拟现实模拟设备同步操作。cn115762293[0008]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述物理训练设备包括驾驶舱及设置在所述驾驶舱内部的控制面板、驾驶杆、开关和按钮，若干所述开 关和按钮设置在所述控制面板上，所述驾驶杆与控制面板连接。 [0009] 如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在所述驾驶 舱的室内至少安装有两个激光传感器，用于获得所述物理训练设备的位置。 [0010] 如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述驾驶舱 的室内还设置有虚拟现实头盔，所述虚拟现实头盔用于呈现所述虚拟现实模拟设备。 [0011] 如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述驾驶舱 的室内还设置有手套，所述手套用于捕捉所述训练员的手部动作。 [0012] 如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述虚拟现 实模拟设备与所述物理训练设备的结构设置完全相同。 [0013] 如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤2包 括：所述物理训练设备的坐标变换矩阵为： ，其中， 其中， 为所述物理训练设备在激光传感器所形成的坐标系下的所在位 置，为已知量； 为偏转、翻滚、俯仰角度，为已知量；为变换的矩阵在 下的对应矩阵变量。 [0014] 如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤2包 括：在训练员带上头盔上时，所述虚拟现实模拟设备所在位置为 ，为已知 量；偏转、翻滚、俯仰角度为 ，为已知量，采用矩阵变换，将虚拟现实中设备 cn115762293 其中，为所述变换的矩阵在 下的对应矩阵变 [0015]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤4包 括：当训练员的人手操作物理训练设备时产生相应的数据，采集这些数据并发送给虚拟现 实模拟设备，驱动所述虚拟现实模拟设备做出相应的状态改变，使得与物理训练设备同步 进行。 [0016] 本发明还提供了一种基于虚拟现实的航空训练系统，用于实现本发明的方法，所 述系统包括： 搭建模块：用于搭建物理训练设备与虚拟现实模拟设备； 匹配模块：用于对物理训练设备与虚拟现实模拟设备的空间位置进行匹配； 捕捉模块：用于对训练员的手部动作进行捕捉，采集所述手部动作产生的操作数 同步模块：用于将所述操作数据发送至虚拟现实模拟设备以驱动所述虚拟现实模拟设备，使得物理训练设备与虚拟现实模拟设备同步操作。 [0017] 本发明的有益效果 与现有技术相比，本发明有如下有益效果： 1.成本低，不需要外置昂贵的模拟舱，虽然外部也采用了真实的物理训练设备，但 是相比于传统模拟机中的虚像视景、1:1仿真的座舱成本而言，控制面板的成本占模拟机总 成本的比率很小，能够有效节约成本。 [0018] 2.轻量化，降低设备占用空间与设备复杂度；但相比于目前的基于虚拟现实的飞 行设备，具有操作感受更逼真的特点，可以更好地满足训练要求。 cn115762293 附图说明[0019] 图1为本发明的方法流程图； 图2为本发明的搭建的物理训练设备与虚拟现实模拟设备示意图； 图3为本发明的物理训练设备与虚拟现实模拟设备坐标转换示意图。 具体实施方式 [0020] 为了更好的理解本发明的技术方案，本发明内容包括但不限于下文中的具体实施 方式，相似的技术和方法都应该视为本发明保护的范畴之内。为使本发明要解决的技术问 题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。 [0021] 如图1所示，本发明的一种基于虚拟现实的航空训练方法，所述方法包括： s1：搭建物理训练设备与虚拟现实模拟设备； s2：对物理训练设备与虚拟现实模拟设备的空间位置进行匹配； s3：对训练员的手部动作进行捕捉，采集所述手部动作产生的操作数据； s4：将所述操作数据发送至虚拟现实模拟设备以驱动所述虚拟现实模拟设备，使 得物理训练设备与虚拟现实模拟设备同步操作。 [0022] 本发明在虚拟现实训练设备之外再构建一套与虚拟现实模拟设备内一样的物理 训练设备，其中的操作台包括所有飞行训练所需的驾驶杆与按键。利用定位技术确认物理 训练设备的操作台位置，之后将虚拟现实模拟设备中的操作台与物理训练设备的操作台的 位置进行匹配。再利用定位技术确认物理训练设备的训练员的手部的物理位置，并使虚拟 现实模拟设备中的手与物理训练设备的手部也进行匹配。这样在物理训练设备的手部触碰 到物理训练设备的操作台时，虚拟现实模拟设备的手部也能够在虚拟现实中触摸到虚拟操 作台，从而完成了在虚拟世界中加入物理触感的训练的目的。 [0023] 本发明的具体过程如下： 步骤1：搭建物理训练设备与虚拟现实模拟设备。 [0024] 根据被仿真飞机对象，建立驾驶舱物理训练设备，以及与其一致的虚拟现实模拟 设备。其中物理训练设备包括：驾驶舱及设置在驾驶舱内的控制面板、驾驶杆、若干开关及 按钮，其中，开关及按钮均设置在控制面板上，所述驾驶杆与控制面板连接；虚拟现实设备