解决方案
军民融合


一、系统研发的军事背景


军事训练是未来战争的预实践,实战化水平直接决定着战斗力生成的质量效果。当前,空军及陆航部队装备服役数量急剧增加,但是受训练条件、训练成本及安全等因素的限制,基于实装的飞行训练,尤其是复杂条件下的作战训练尚难以广泛开展,对虚拟仿真训练需求也越来越大。


军事训练实战化的程度和水平,取决于训练与作战的贴近程度,从技术到战术的融合。但目前的飞行模拟器普遍采用环屏、多折屏、球幕或CAVE屏,均存在沉浸感不强、视景窄且易变形,无法响应人体姿态和人眼视角变化,造价高、占地大,难以组织编队训练的不足,技术指标与心理感受与实装训练差距较大。基于虚拟现实技术的模拟器虽然沉浸感强,但只能实现外部环境的模拟仿真,难以实现人体手部、仪器仪表等在虚拟场景的实体化,戴上头盔后就成了现实世界的瞎子,与真实环境的操作一致性仍有较大差距,也就无法保证实战化训练的效果。


中科恒运研发的混合现实技术(Mix reality,简称MR)是在虚拟现实的基础上发展起来的新的研究领域,是国内外的操作训练发展的新模式,通过将真实世界信息和虚拟世界信息无缝集成合并,产生的新的可视化环境,实现物理和数字对象共存,并实时互动。国外军队未来整体训练发展方向正是基于混合现实技术的思想,将真实训练与虚拟仿真训练结合起来,创造无缝、混合的沉浸式混合现实环境,使得训练与实战无异。


本系统基于混合现实技术,采用数字化现实+虚拟场景+分布式架构设计,以弥补虚拟现实仿真训练的不足。采用头戴沉浸式多自由度三维显示系统,以及与实装一致的半实物驾驶座舱,依托三维地理信息平台,综合利用三维立体建模、虚拟仿真、海量数据管理、三维空间分析等技术,将真实世界和虚拟场景无缝集成,创建虚实融合的训练视景,创新构建了产品化的紧凑型混合现实模拟训练系统。其基本功能组成如下图所示。


二、系统创新点


本系统能够极大提高学员模拟训练的真实感和沉浸感,较传统屏显模拟和虚拟现实模拟训练更加贴近真实场景和真实操作,增强了飞机模拟系统的实用性,提高了学员的操作与处置能力,同时,以高度的沉浸感和临场感将单人和编队飞行训练转化为体验性更强的交互方式,并可突破训练场地限制及最大化利用室内空间,在降低训练成本的同时提高训练安全和质量。其创新点主要体现为以下几个方面:


1突破多项虚实共存与实时互动关键问题

系统突破了在多重空间中的前景抽取方法、超大虚拟地景和飞行座舱的虚实融合方法、基于多视频三维重建和动作识别方法、增强光照一致性的视频物体阴影检测和消除方法、改善VR眩晕的插帧补偿方法等关键技术,创新提出了沉浸式飞行模拟器、沉浸式车辆模拟器完整解决方案,多项技术具有自主知识产权,共申请发明专利9项。


2)混合现实视景技术的产品化实现

通过VR头戴式设备上的3D双目摄像头采集半实物驾驶舱内高清影像,进行前景抽取、光影处理和实时三维重建,与虚拟实景实时融合,并进行光照一致性处理,VR定位器捕捉受训者在座舱内的空间定位信息并实时更新到视景中,实现驾驶视角与虚拟实景的完美融合,从而产生驾驶实机的沉浸感。系统支持第三视角观察飞行与火力打击全过程、四肢动作捕捉与重建、头部与眼球动作跟随、各种气象条件下舱内外场景一致等。


3)实现与实装操作一致的训练模拟

1:1比例建立驾驶舱半实物硬件,通过六自由度平台实现座舱姿态模拟,建立了音效模型、仪表控制模型、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,通过与虚拟场景的无缝融合及训练过程中人、模拟器、外部环境、外部装备之间的交互解算,达到与实装操作一致、体验效果超出实装训练的目的。


4)完全贴近实战环境进行训练设置

可进行任务编队、训练科目、气象条件、地理环境、打击目标、威胁力量等训练设置,并支持多机型编队飞行,蓝方虚拟兵力生成,飞行模型、飞控模型和武器效能模型,风、雨、雪、雾等天气特效,0-24小时连续昼夜变化等。


三、系统应用模式


本系统可通过设置丰富训练科目,能够实现受训者在贴近实战条件下获得真实的操作体验,沉浸感、实用性强,性价比高,能够为单机、编队飞行和作战指挥训练提供了先进技术手段。本系统可适用的应用模式主要包括以下几类:


1实战化编队演训

本系统注重于现实物理世界与数字化场景的融合与交互,同时提供对分布式仿真系统的支持,更符合当前各国正积极推行的基于LVC(实况、虚拟、构造)仿真体系的实战化训练理念。运用该系统可通过分布式仿真系统,异地便捷部署多台系统,实现大规模的人、半实物训练器及统一虚拟训练场景的有机融合。相对于传统模拟训练器,参训人员通过头盔系统可获得更大范围的虚拟场景支持,同时亦保证了与实装一致的操作性和交互性,尤其适用于编队组训的实施。


2装备培训教学

本系统通过头盔系统可提供比环屏、球幕等传统显示系统沉浸感更强的虚拟场景,同时,系统可提供参训人员在虚拟场景中对外界物理实体的观察与真实交互,可获取与实装一致的真实体验。系统可以简化为只有头盔和实装操纵系统组成的桌面训练系统,成本更低、占地面积更小,院校及基层使用部队的普通室内场地即可展开多机编组的战术协同训练。头盔系统亦摆脱传统显示系统的限制,有助于实现真正六自由度模拟训练平台,从而更进一步贴近实装体验。


3装备设计研制及验收交付

本系统实现虚实融合解算及显示的核心部分小巧便携、应用灵活,可以很方便地与多种形式及规模的实装及其部组件进行组合应用。在装备设计、研制阶段以及验收等各阶段,可为装备的原型系统或核心部组件,提供能够进行真实操作交互的虚拟验证环境,可为装备的性能与质量更贴合实战需求、降低研制风险和验证成本、加速形成真实应用数据,进而实现战斗力的快速生成与转变提供支持。


四、前景预测


随着现代武器装备科技含量和复杂性的日益提高,采用实装训练成本高、风险大,模拟训练系统的需求十分迫切,而采用混合现实技术的模拟训练系统以其高度的沉浸感、真实的操作体验,代表了国内外的发展趋势,应用潜力巨大。


本系统及其关键技术可用于军民领域中高价值装备的操作训练,可广泛应用于各室内外范围的工程作业训练,主要包括飞行器、车辆、船艇、轨道交通驾驶、操作和战术训练等,具有广泛的应用价值及市场前景。


联系邮箱

电话联系

QQ