一种用于舰载机飞行员训练损伤评估的三维虚拟仿真系统及仿真方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于舰载机飞行员训练损伤评估的三维虚拟仿真系统及仿真方法，三维虚拟仿真系统包括：硬件平台，底层支撑模型库，数据管理模块，生物力学仿真模块，三维虚拟视景模块和后处理模块。三维虚拟仿真方法包括：数据管理模块接收用户输入的数据和配置参数；并将配置参数管理传递给生物力学仿真模块和三维虚拟视景模块，得到生物力学仿真数据再分别传递给后处理模块和三维虚拟视景模块，开展三维虚拟视景仿真并保存结果；综合对比三维虚拟视景仿真数据以及生物力学仿真数据，向用户展示分析飞行员的训练损伤评估结果。解决了传统实验研究的不可重复性和高风险性的缺点，具有高效率、可重复性和低成本的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机仿真应用
，具体涉及。
技术介绍
目前，舰载机飞行员所面临的复杂飞行环境及对飞行员生理健康的影响日益凸显，例如，航母舰载机起降距离较短，使得在起降过程中作用在飞行员脊柱系统和视觉系统的载荷，与普通飞机飞行员相比明显增大，会增加飞行员头颈部和视觉的损伤风险。由于人体是一个非常复杂的系统，舰载机飞行员在复杂起飞、着舰和机动飞行时，飞行员损伤部位的损伤机理及防护措施的效果，仅靠实验手段和临床研究无法得到全面的认识，而且目前飞行员训练损伤评估还缺少有效的分析平台。目前，国内已有的舰载机视景仿真工作集中在对舰载机着舰和起飞过程的视景仿真研究，但是缺少对飞行员训练相关内容的关注。比如，文献1:李航.2012.航母舰载机着舰视景仿真研究.哈尔滨工程大学，从舰载机着舰过程的位姿和着舰点分布两个方面进行分析，利用基于三维视景软件MultiGenVega和三维建模软件Multigen Creator的视景仿真技术完成了虚拟场景的搭建和模型的建立工作，对舰载机着舰钩索制动和复飞两个过程开展了视景仿真研究。文献2:李娟，边信黔，夏国清，王宏健.2008.基于HLA的舰载机飞行仿真可视化研究.系统仿真学报,20(9): 2352-2356;和文献3:李娟，边信黔，夏国清，王宏健.2008.舰载机飞行仿真可视化研究.计算机仿真，25(2): 294-298;基于HLA的体系结构和基于成员的设计思想，利用MultiGen Creator、MultiGen Vega和VC++开发了虚拟现实仿真平台，实现了舰载机飞行仿真全过程的可视化。文献4:梁焕.2010.基于MultiGen Vega的舰载机降落视景仿真.哈尔滨工程大学;是基于MultiGen Vega开展了舰载机降落飞行数据处理和降落过程的三维视景仿真。运用MultiGen Creator的各种图形工具，以Creator的层级结构，完成了对舰载机、航空母舰及地形的建模和纹理的使用，通过读入飞机位置、速度等参数，对舰载机、航空母舰和海洋环境等进行实时驱动。通过场景、观察者、运动模型对象的设置及引入碰撞检测，由控制程序实现舰载机飞行、降落和复飞过程的视景仿真。文献5:杨大光，胡维多，曹栋，刘畅，孙晨.2012.舰载机着舰视景系统设计与实现 ?系统仿真技术与应用，14:495-450;是基于Creator/GL Stud1/Vega Prime实现了舰载机视景系统的视景数据库、座舱平显仪表的开发。以上文献中软件的缺点在于都只能展示舰载机飞行过程的视景，无法显示飞行员的视景，也无法展示飞行员的动力学响应，无法进一步评估飞行员的损伤情况。
技术实现思路
本专利技术针对上述缺点，提出了。—种用于舰载机飞行员训练损伤评估的三维虚拟仿真系统，包括六个模块:硬件平台，底层支撑模型库，数据管理模块，生物力学仿真模块，三维虚拟视景模块和后处理模块。硬件平台包括计算机组件、显示组件和网络交换机，用于支撑该三维虚拟仿真系统的运行并提供用户接口，方便舰载机飞行员训练单位通过用户接口使用三维虚拟仿真系统。底层支撑模型库包括虚拟视景仿真几何模型和生物力学仿真几何模型，其中虚拟视景仿真几何模型包括航空母舰模型、舰载机模型，座椅模型、飞行员模型和服装背带模型，为三维虚拟视景模块提供模型；生物力学仿真几何模型根据实际舰载机飞行员人体真实尺寸构建，包括人椅背带模型、心肺模型和视觉系统模型，为生物力学仿真模块提供模型;底层支撑模型库根据实际装备和训练人员使用情况设定。数据管理模块接收用户输入的数据:给定载荷和生物力学仿真配置参数，以及三维虚拟视景配置参数;并将给定载荷和生物力学仿真配置参数管理传递给生物力学仿真模块，得到生物力学仿真数据再分别传递给后处理模块和三维虚拟视景模块；同时将三维虚拟视景配置参数传递给三维虚拟视景模块，并保存三维虚拟视景仿真结果。生物力学仿真模块，对给定载荷和生物力学仿真配置参数进行几何建模，并调用有限元分析程序开展生物力学仿真，包括人椅背带约束系统仿真，心肺系统生物力学仿真，以及视觉系统生物力学仿真，输入给定载荷，获取生物力学仿真数据:飞行员各个部位的姿态和变形数据。三维虚拟视景模块包括三维视景渲染组件和虚拟环境模型，虚拟环境模型包括海洋模型、天空模型和辅助性元素。通过调用并控制底层支撑模型库中的虚拟视景仿真几何模型，按照生物力学仿真数据运动与显示，得到关于飞行员各个部位的姿态和变形数据的三维虚拟视景仿真，并保存到数据管理模块。后处理模块对生物力学仿真数据进行显示、绘制曲线和对图形进行视频渲染，得到关于飞行员各个部位的姿态和变形数据的数值和图表。最后，通过综合研究三维虚拟视景仿真数据以及生物力学仿真数据，向用户展示分析飞行员的训练损伤评估结果。—种用于舰载机飞行员训练损伤评估的三维虚拟仿真方法，具体步骤如下:步骤一、启动舰载机飞行员训练损伤评估的三维虚拟仿真系统；步骤二、用户向数据管理模块输入给定载荷和生物力学仿真配置参数，后传递给生物力学仿真模块；步骤三、生物力学仿真模块依据生物力学仿真配置参数进行有限元仿真，得到生物力学仿真数据；生物力学仿真模块调用底层支撑模型库中的生物力学仿真几何模型，并开展生物力学仿真分析，对生物力学仿真配置参数进行有限元仿真，具体包括，人椅背带约束系统仿真，心肺系统生物力学仿真，以及视觉系统生物力学仿真，得到飞行员各个部位的姿态和变形数据；步骤四、飞行员各个部位的姿态和变形数据经过数据管理模块，传递给三维虚拟视景模块和后处理模块；飞行员各个部位的姿态和变形数据均保存为数据格式、图形格式和视频格式;如果数据管理模块中已经保存了上次开展生物力学仿真分析后的数据，直接读取离线的生物力学仿真配置参数和飞行员各个部位的姿态和变形数据。步骤五、三维虚拟视景模块开展三维虚拟视景仿真；步骤501、用户输入三维虚拟视景配置参数，并调用底层支撑模型库的虚拟视景仿真几何模型；步骤502、三维虚拟视景模块调用生物力学仿真配置参数和飞行员各个部位的姿态和变形数据，得到飞行员当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于舰载机飞行员训练损伤评估的三维虚拟仿真系统，其特征在于，包括六个模块：硬件平台，底层支撑模型库，数据管理模块，生物力学仿真模块，三维虚拟视景模块和后处理模块；硬件平台包括计算机组件、显示组件和网络交换机，用于支撑该三维虚拟仿真系统的运行并提供用户接口，方便舰载机飞行员训练单位通过用户接口使用三维虚拟仿真系统；底层支撑模型库包括虚拟视景仿真几何模型和生物力学仿真几何模型，为三维虚拟视景模块和生物力学仿真模块提供模型，根据实际装备和训练人员使用情况设定；数据管理模块接收用户输入的数据：给定载荷和生物力学仿真配置参数，以及三维虚拟视景配置参数；并将给定载荷和生物力学仿真配置参数管理传递给生物力学仿真模块，得到生物力学仿真数据再分别传递给后处理模块和三维虚拟视景模块；同时将三维虚拟视景配置参数传递给三维虚拟视景模块，并保存三维虚拟视景仿真结果；生物力学仿真模块，对给定载荷和生物力学仿真配置参数进行几何建模，并调用有限元分析程序开展生物力学仿真，输入给定载荷下获取生物力学仿真数据：飞行员各个部位的姿态和变形数据；三维虚拟视景模块包括三维视景渲染组件和虚拟环境模型，通过调用并控制底层支撑模型库中的虚拟视景仿真几何模型，按照生物力学仿真数据运动与显示，得到关于飞行员各个部位的姿态和变形数据的三维虚拟视景仿真，并保存到数据管理模块；后处理模块对生物力学仿真数据进行显示、绘制曲线和对图形进行视频渲染，得到关于飞行员各个部位的姿态和变形数据的数值和图表；最后，通过综合运用三维虚拟视景仿真数据以及二维数据、图形和视频方式呈现的生物力学仿真数据，综合开展损伤评估并向用户展示分析飞行员的训练损伤评估结果。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李鸣皋，柳松杨，柯鹏，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军总医院，
类型：发明
国别省市：北京;11