[发明专利]基于虚拟现实的通用操作模拟训练系统

说明书

本发明涉及模拟操作设备技术领域，尤其涉及一种基于虚拟现实的通用操作模拟训练系统，包括力反馈系统、视觉反馈系统、听觉反馈系统、运动感觉反馈系统和操作者支撑组件。通过改变虚拟场地和构建不同虚拟操作对象，可实现对不同操作对象的模拟训练。可针对不同行业、不同领域各种机械设备进行操作训练模拟，这些操作对象包括不同类型的车辆、轮船、飞机、大型工程机械设备等。

技术领域

本发明涉及模拟操作设备技术领域，尤其涉及一种基于虚拟现实的通用操作模拟训练系统。

背景技术

现有的基于虚拟现实的操作模拟训练系统，大多采用半实物仿真的结构形式。半实物仿真结构形式是系统具有实物性的驾驶座舱或操作台，以提供人机交互设备，如操纵机构、按钮开关等，作为听觉、操作感觉的模拟；为了得到训练过程中的视景图像，通常还具有显示设备，如显示屏或投影幕，作为视觉显示的模拟；为了获取训练过程中的运动和位姿，驾驶座舱或操作台一般与多自由度动感平台配合使用，根据系统运算运算结果实现操作人员体感运动姿态等，作为运动感觉的模拟。

半实物化的模拟训练系统设备只能根据特定的训练对象制造，制造完成后，其所具有的操纵机构和按钮开关等无法改变，严重限制了模拟训练的通用性。如针对某型大型运输车辆制造的驾驶操作模拟训练系统，只能进行操作相似的同类车辆的模拟训练，既不能进行其它类型运输车辆的模拟训练，又不能适用于装卸搬运、农业、商用、工程等车辆的模拟训练，更不可能应用于飞机、轮船等跨行业设备的模拟训练。

目前，多种类型车辆或者机械协同作业已在农场、港口、军事训练等领域成为常态，车辆或者机械的更新换代也时有发生，因此，依赖半实物仿真结构形式的操作模拟训练系统功能单一，如果大量配备，不仅初始硬件成本高，维护更新也不经济。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种基于虚拟现实的通用操作模拟训练系统。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种基于虚拟现实的通用操作模拟训练系统，其特征在于：包括力反馈系统、视觉反馈系统、听觉反馈系统、运动感觉反馈系统和操作者支撑组件；

其中，所述力反馈系统包括运动解析系统、力反馈分析系统和力反馈执行系统；所述运动解析系统用于追踪和识别操作者的身体位姿和特定部位的动作，为力反馈分析系统提供相关信息的输入；所述力反馈分析系统根据运动解析系统提供的相关信息，使用操作者身体位姿和特定部位的动作等信息控制虚拟操作对象，结合虚拟场景得出操作者的操作意图，并根据触碰物体的物理属性和操作者动作的路径和速度，运算出接触力度；所述力反馈执行系统和操作者身体特定部位相接触，并能够根据力反馈分析系统的接触力度输出相应的结果，将力反馈至现实操作者身体某部位，使操作者相应部位产生接触感觉、或者感受到助力或者阻力；

所述视觉反馈系统包括视觉追踪分析系统、场景反馈分析系统和虚拟场景显示系统；所述视觉追踪分析系统用于追踪、识别操作者头部位姿或眼部位置和动作，为场景反馈分析系统提供操作者头部位姿、眼部位置和动作相关信息的输入；场景反馈分析系统能够根据视觉追踪分析系统的输入，使用操作者头部位姿和眼部动作等信息控制虚拟操作对象，结合虚拟场景构建和生成用于反馈的场景图像；所述虚拟场景显示系统接收场景反馈分析系统的反馈场景图像输出结果；

所述听觉反馈系统包括听觉追踪系统、声音反馈分析系统和声音输出设备；所述听觉追踪系统追踪操作者双耳位置和声音输出设备位置，为声音反馈分析系统提供操作者的双耳位置和声音输出设备位置等相关信息的输入；所述声音反馈分析系统结合力反馈分析系统的碰撞检测运算，分析出产生声音的运动，再结合虚拟场景中物体、虚拟操作对象等的运行动作，运算或者调出相关声音信息，并根据听觉追踪系统提供的操作者双耳位置和声音输出设备位置，对声音信息进行合成处理；声音输出设备接受声音反馈系统生成的声音信息，进一步对声音信息进行相关处理，并输出为操作者提供可听到的声效；