一种电子战装备虚拟训练人机交互系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电子战装备虚拟训练人机交互系统，包括参训者、交互系统和VR训练系统，参训者通过VR交互设备进行人机交互，实现电子战装备VR训练，所述VR设备包括手势、声音及各类传感器等交互信号的产生及输出设备，所述交互系统包括交互信号的接收与检测，对交互信号进行分析与处理，对交互指令进行解析，准确理解用户的要求，所述VR训练系统包括电子战装备虚拟认知、操作、维修及运用训练内容，在虚拟训练过程中，系统自动根据用户的操作意图进行流程控制，最终生成相应的训练内容输入到参训者VR眼镜中。有益效果：人机交互系统实现了参训者与虚拟装备之间简单、自然和高效的交互功能，大大提高了电子战装备虚拟训练的效率。

A man-machine interaction system for virtual training of electronic warfare equipment

【技术实现步骤摘要】
一种电子战装备虚拟训练人机交互系统
本专利技术涉及电子战装备
，具体来说，涉及一种电子战装备虚拟训练人机交互系统。
技术介绍
虚拟现实(VirtualReality，简称VR)是一门具有前沿性的多学科交叉的研究方向，综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互能力，并有助于启发构思。一个完整的虚拟现实系统，主要由模拟环境系统、感知系统、人机交互系统和传感设备等若干子系统组成。模拟环境系统是由计算机生成动态三维立体的虚拟场景，具有非常精美，非常逼真和沉浸其中的特点；感知系统主要包括由系统生成的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉和运动等在内的一切人类的感知能力范围；人机交互系统是指人产生的一切行为动作的数据，通过系统自动分析与处理，再实时响应生成内容并反馈到人的各种感官器官上；传感设备主要是在虚拟现实应用中用到的各种交互设备和传感器，比如位置、速度、温度等。人机交互系统设计又称为互动设计，是指设计人和服务互动的一种机制。以用户体验为基础进行的人机交互设计是要考虑用户的背景、使用经验和在操作过程中的感受等，从而设计符合最终用户的产品，使得最终用户在使用产品时感到愉悦，符合自己的逻辑，提高产品的使用效率。虚拟现实中的人机交互不同于传统的人机交互，例如人通过鼠标、键盘、屏幕或者某种传感器来进行交互，而是系统通过人的五官感受或反应动作来实时地、同步地进行调整，进而呈现出来的图像或者声音等变化，这种交互是利用人的自身感官需求和自然技能对虚拟环境中的事物进行各种操作，是一种自然地交互行为。虚拟现实人机交互的设计原则如下：（1）功能可见性强。即参训者在使用虚拟现实系统过程中，对于交互部分的功能越容易发现和了解越好，并且能够快速地使用和操作。（2）交互反馈性强。即当参训者在虚拟现实环境中产生了相关操作或行为，应当能够及时、准确地进行各种相应的反馈，以便参训者能够进行下一步的操作或行为。（3）合理的限制性。在虚拟现实系统中需要在特定的时刻或者特定的部位限制参训者操作，以防由于参训者的误操作造成系统功能的混乱。（4）映射要一致性。要确保所设计的交互功能能够准确地表达控制与其控制效果之间的对应关系，以及同一功能的表现和操作具有一致性。（5）要有启发性。在必要的时刻或部位要提供明确和充分的操作提示。（6）要有开放性。虚拟现实系统不同于传统人机交互系统，参训者是在仿真的虚拟环境中，身临其境的、通过多种感知系统来进行体验和进行交互操作的，因此，对于交互的开放性也需要随着技术的发展不断增强。利用虚拟现实技术可以给人带来全方位的立体感受，让人沉浸在美妙的虚拟环境中，并且改变了人机之间简单、被动、生硬的交互状态，实现了更加真实、全面、深度的人机交互。因此，虚拟现实是当前最前沿、最具发展前景的技术之一。当前，VR训练交互设备主要有头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等。虚拟现实的人机交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展，设备过重、分辨率低、延迟大、有线、跟踪精度低、视场不够宽、眼睛容易疲劳等。三维图形的生成技术已比较成熟，而关键是怎样“实时生成”，在不降低图形的质量和复杂程度的基础上，要尽可能提高刷新频率。电子战装备训练需要实现不同训练环境下装备功能在VR视景仿真中的逼真复现，实现人机交互功能，从而精确模拟装备认知、操作与运用训练的效果。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电子战装备训练人机交互系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种电子战装备虚拟训练人机交互系统，其特征在于，包括参训者、交互系统和VR训练系统，所述参训者通过VR交互设备进行人机交互，实现电子战装备VR训练，所述VR设备包括手势、声音及各类传感器等交互信号的产生及输出设备，所述交互系统包括信号检测、信号处理、指令解析，准确理解用户的要求，所述VR训练系统包括电子战装备虚拟认知、操作、维修及运用训练内容，在虚拟训练过程中，系统自动根据用户的操作意图进行流程控制，最终生成相应的训练内容输入到参训者VR眼镜中。进一步的，所述参训者通过VR交互设备与VR训练系统连接，所述传感器包括参训者穿戴的位置传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器等。进一步的，所述信号检测是指交互信号的接收与检测，比如基于UWB超宽带定位技术来实现虚拟训练实验室内人员实时精确定位功能，为多人协同训练提供广域位置信息，UWB人员定位系统由硬件定位设备（定位基站、定位标签）、定位引擎和应用软件三部分组成，定位设备包括若干台UWB基站和一定数量的UWB定位标签，定位标签通过无线脉冲向定位基站发送UWB超宽带信号，定位基站架设在需要提供定位服务的区域捕获UWB信号。进一步的，所述信号处理是指交互信号的分析与处理，比如基于UWB超宽带定位技术来实现虚拟训练实验室内人员实时精确定位功能，交互系统接收检测到定位信号后，定位基站之间通过同步控制器链接并同步，同步控制器接入服务器，由定位引擎解算，同时向上层应用软件输出定位数据，由上层应用软件实现各种基于高精度定位的应用。进一步的，所述指令解析是系统对接收到的交互电信号进行翻译与解析，将电信号解析为动作指令，准确理解用户的意图和要求。进一步的，所述VR训练系统包括电子战装备虚拟认知、操作、维修及运用训练内容，电子战装备虚拟训练内容很多，而且内容动态更新的，为了便于组织和实施训练，电子战装备虚拟训练内容分为四大版块，装备虚拟认知训练主要针对新的参训者进行电子战基础理论和装备认知训练，完成专业入门级训练，装备虚拟操作训练主要针对已经具备一定的装备理论基础知识的参训者进行装备分机面板操作和整机操作，以及装备的使用功能，装备虚拟维修训练主要针对从事装备保障的参训者进行装备故障检测及故障排除能力的训练，装备虚拟运用训练主要单套装备战术运用、多套装备协同训练以及大规模联合作战等多个层次多种规模的演练训练。进一步的，所述VR训练系统还包括知识库，所述知识库包括装备知识库、装备模型库、训练规则库和训练场景库，这些知识库的构建是电子战装备虚拟训练系统不可或缺的，并且是能够实时更新的动态知识数据库。进一步的，系统工作流控制是实现电子战装备训练内容的管理和训练过程的控制，电子战是一个复杂的任务系统，一般是由多个子任务组成，由多个任务小组成员共同参与的，各个子任务之间存在着复杂的信息交互、相互依赖和相互制约的关系，随着虚拟现实、科学可视化计算以及分布式计算机仿真的发展，电子战训练往往在局域网环境下需以协同或对抗的方式完成分布的交互任务，分布式的多角色协同系统根据“分治”的思想将任务合理的划分为相对较小、比较容易开展和组织实施的子任务，由多个不同的任务角色成员交互协作完成整个任务。进一步的，所述训练内容实时生成是指虚拟训练场景总是随着用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子战装备虚拟训练人机交互系统，其特征在于，包括参训者、交互系统和VR训练系统，所述参训者通过VR交互设备进行人机交互，实现电子战装备VR训练，所述VR设备包括手势、声音及各类传感器的交互信号的产生及输出设备，所述交互系统包括信号检测、信号处理、指令解析，准确理解用户的要求，所述VR训练系统包括电子战装备虚拟认知、操作、维修及运用训练内容，在虚拟训练过程中，系统自动根据用户的操作意图进行流程控制，最终生成相应的训练内容输入到参训者VR眼镜中。/n

【技术特征摘要】
1.一种电子战装备虚拟训练人机交互系统，其特征在于，包括参训者、交互系统和VR训练系统，所述参训者通过VR交互设备进行人机交互，实现电子战装备VR训练，所述VR设备包括手势、声音及各类传感器的交互信号的产生及输出设备，所述交互系统包括信号检测、信号处理、指令解析，准确理解用户的要求，所述VR训练系统包括电子战装备虚拟认知、操作、维修及运用训练内容，在虚拟训练过程中，系统自动根据用户的操作意图进行流程控制，最终生成相应的训练内容输入到参训者VR眼镜中。


2.根据权利要求1所述的一种电子战装备虚拟训练人机交互系统，其特征在于，所述参训者通过VR交互设备与VR训练系统连接，所述传感器包括参训者穿戴的位置传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器。


3.根据权利要求1所述的一种电子战装备虚拟训练人机交互系统，其特征在于，所述信号检测是指交互信号的接收与检测，比如基于UWB超宽带定位技术来实现虚拟训练实验室内人员实时精确定位功能，为多人协同训练提供广域位置信息，UWB人员定位系统由硬件定位设备、定位引擎和应用软件三部分组成，定位设备包括若干台UWB基站和一定数量的UWB定位标签，定位标签通过无线脉冲向定位基站发送UWB超宽带信号，定位基站架设在需要提供定位服务的区域捕获UWB信号。


4.根据权利要求1所述的一种电子战装备虚拟训练人机交互系统，其特征在于，所述信号处理是指交互信号的分析与处理，如基于UWB超宽带定位技术来实现虚拟训练实验室内人员实时精确定位功能，交互系统接收检测到定位信号后，定位基站之间通过同步控制器链接并同步，同步控制器接入服务器，由定位引擎解算，同时向上层应用软件输出定位数据，由上层应用软件实现各种基于高精度定位的应用。


5.根据权利要求1所述的一种电子战装备虚拟训练人机交互系统，其特征在于，所述指令解析是系统对接收到的交互电信号进行翻译与解析，将电信号解析为动作指令，准确理解用户的意图和要求。


6.根据权利要求1所述的一种电子战装备虚拟训练人机交互系统，其特征在于，所述VR训练系统包括电子战装备虚拟认知、操作、维修及运用训练内容，电子战装备虚拟训练内容很多，而且内容动态更新的，为了便于组织和实施训练，电子战装备虚拟训练内容分为四大版块，装备虚拟认知训练主要针对新的参训者进行电子战基础理论和装备认知训练，完成专业入门级训练，装备虚拟操作训练主要针对已经具备一定的装备理论基础知识的参训者进行装备分机面板操作和整机操作，以及装备的使用功能，装备虚拟维修训练主要针对从事装备保障的参训者进行装备故障检测及故障排除能力的训练，装备虚拟运用训练主要单套...

【专利技术属性】
技术研发人员：许士敏，储飞黄，吴微露，王贵生，李昂，俞红兵，杜伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34