本實用新型具體涉及一種交互式三維影像靶系統(tǒng)，屬于電子模擬仿真技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的射擊訓(xùn)練都是由專業(yè)人員在特定的靶場進(jìn)行，這種訓(xùn)練方式所需占用場地面積大，安全系數(shù)較低，且訓(xùn)練成本較高，較難滿足大規(guī)模訓(xùn)練需求。當(dāng)前主流的影像靶系統(tǒng)運用大屏幕投影、激光彈點采集等技術(shù)，構(gòu)建虛擬影像靶射擊訓(xùn)練系統(tǒng)，為射擊訓(xùn)練提供了新的技術(shù)手段。該系統(tǒng)運用多通道投影機向大屏幕投影二維視頻影像或三維虛擬場景,訓(xùn)練人員在大屏幕前手持模擬槍械對場景中的目標(biāo)進(jìn)行射擊,系統(tǒng)利用紅外攝像頭對射擊位置進(jìn)行實時檢測,進(jìn)而判斷是否擊中目標(biāo)，實現(xiàn)模擬射擊訓(xùn)練。

然而，當(dāng)前市場上的主流影像靶系統(tǒng)在部署中主要存在兩個問題。第一個問題是訓(xùn)練人員和虛擬場景間的交互性不足。用于訓(xùn)練的虛擬場景只能按照預(yù)設(shè)的固定路徑進(jìn)行漫游，而訓(xùn)練人員無法自主控制運動路徑，訓(xùn)練人員朝向改變時場景也無法同步更新，交互性不足，導(dǎo)致搜查、追捕等訓(xùn)練科目無法實施。另一個問題是需要部署紅外攝像頭采集彈著點，增加了系統(tǒng)的架設(shè)成本。同時為準(zhǔn)確檢測彈點位置，訓(xùn)練前需要校準(zhǔn)紅外攝像頭，增加了訓(xùn)練人員使用系統(tǒng)的復(fù)雜度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了解決上述兩個不足之處，本實用新型設(shè)計了一種新型的交互式三維影像靶系統(tǒng)，該系統(tǒng)在訓(xùn)練人員腿部上安裝無線型姿態(tài)傳感器，在仿真槍支上安裝姿態(tài)傳感器和運動控制搖桿，訓(xùn)練時系統(tǒng)實時采集訓(xùn)練人員朝向、瞄準(zhǔn)方向與運動方向，并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至運行于主控計算機的仿真模擬軟件，軟件根據(jù)訓(xùn)練人員的朝向和位置同步更新三維場景，并解算訓(xùn)練人員的瞄準(zhǔn)點，判別是否擊中目標(biāo)。在訓(xùn)練過程中，訓(xùn)練人員通過運動控制遙感控制運動速度與運行方向，并可通過體感動作實時與場景進(jìn)行交互，增強了射擊訓(xùn)練的真實性。本系統(tǒng)具有交互性強、沉浸感高、部署方便等優(yōu)點，在警用射擊培訓(xùn)以及娛樂等領(lǐng)域有很高的應(yīng)用前景。

技術(shù)方案：

一種交互式三維影像靶系統(tǒng)，主要包括了仿真主控計算機5，仿真槍支2，穿戴式無線型人體姿態(tài)傳感器6與投影顯示模塊7。

仿真主控計算機是整個系統(tǒng)的運算與控制中心，運行基于Unity3D引擎開發(fā)仿真模擬軟件1，該軟件主要功能包括系統(tǒng)總體控制、繪制場景、解算槍支朝向與人物姿態(tài)，仿真邏輯控制等，軟件根據(jù)訓(xùn)練人員的位置和朝向更新視景，檢測訓(xùn)練人員是否扣發(fā)扳機、判斷是否擊中目標(biāo)。

仿真槍支模塊在扳機處安裝SRD-05VDC-SL-C型號的繼電器，用于檢測扳機狀態(tài)、槍械頂部安裝InterSense InertiaCube3型號的方向傳感器，精準(zhǔn)追蹤槍支瞄準(zhǔn)的三軸向角度，確定槍支瞄準(zhǔn)方向。槍械前端安裝有WDJ22D-HP型號的搖桿電位器，控制訓(xùn)練人員在三維場景中的位移方向。槍栓處安裝槍栓傳感器等狀態(tài)傳感器，檢測訓(xùn)練人員是否拉動槍栓。槍械上并安 裝有NRF24L01型號的無線通信模塊與Lpc2220型號的微型處理器，微型處理器統(tǒng)一管理檢測到的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并由無線通信模塊發(fā)送至主控計算機。

穿戴式無線型人體姿態(tài)傳感器型號為InterSense InertiaCube3 Wireless，穿戴于訓(xùn)練人員的腿部，監(jiān)測訓(xùn)練人員的朝向與姿態(tài)，并由仿真槍支的無線通信模塊傳輸至仿真主控計算機，判別訓(xùn)練人員的朝向與姿態(tài)。

訓(xùn)練人員在投影屏幕置前執(zhí)行機動、瞄準(zhǔn)、射擊等操作，系統(tǒng)將各傳感器的狀態(tài)信號通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至仿真主控計算機，驅(qū)動更新仿真軟件中虛擬士兵的位置、朝向與姿態(tài)，檢測瞄準(zhǔn)方向，判別是否擊中目標(biāo)，實現(xiàn)模擬訓(xùn)練。

有益效果

本系統(tǒng)中訓(xùn)練人員可以使用搖桿自主控制運動方向，并由模擬槍的朝向變化驅(qū)動場景中的瞄準(zhǔn)點移動，無需紅外攝像頭的部署與校準(zhǔn)過程，有效提升了訓(xùn)練人員交互體驗，并降低了系統(tǒng)部署成本，提供了一種交互性強、沉浸感高、部署方便的三維影像靶系統(tǒng)，在警用訓(xùn)練以及娛樂等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本實用新型系統(tǒng)架構(gòu)框圖。

圖2為本實用新仿真槍支元器件安裝位置分布圖。

圖1，1為仿真模擬軟件，2為仿真槍支，3為安裝于仿真槍支的主要元器件，包括扳機觸發(fā)傳感器、槍支朝向傳感器、槍栓狀態(tài)傳感器等,4為無線通信模塊，5是仿真主控計算機，6為穿戴式無線型人體姿態(tài)傳感器，7為投影顯示模塊。

圖2中的仿真槍支各元器件具體名稱是:扳機觸發(fā)傳感器1、槍支朝向傳感器2、搖桿控制模塊3、槍栓狀態(tài)傳感器4、無線通信模塊5.

具體實施方式

下面將結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。一種交互式三維影像靶系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如附圖1所示,具體包括基于Unity3D引擎的仿真模擬軟件1、仿真槍支2，仿真槍支分別在扳機處安裝扳機觸發(fā)傳感器、槍支前端安裝搖桿控制模塊、槍支頂部安裝槍支朝向傳感器、槍栓處安裝槍栓傳感器等狀態(tài)傳感器3以及內(nèi)置無線通信模塊4、仿真主控計算機5、穿戴式無線型人體姿態(tài)傳感器6、投影顯示模塊7等。

本實用新型具體實施過程如下：

1、制作仿真槍支模型，模型的尺寸大小均與各型號槍支(如95自動步槍，M4卡賓槍等)的實際尺寸相對應(yīng)，且制作材料均使用鋼鐵。

2、在槍支模型中各個對應(yīng)部位裝配，如上所述的檢測槍支各種狀態(tài)的傳感器(扳機、朝向、槍栓、無線通信模塊等)，如圖2，并將其連接至無線網(wǎng)絡(luò)。

3、在仿真主控計算機上安裝所需使用的模擬仿真軟件，并將該仿真主控計算機和上述傳感器連接至同一無線網(wǎng)絡(luò)中。

4、穿戴式無線型人體姿態(tài)傳感器使用時綁定于人體膝蓋部位，軟件通過傳感器傳回的姿態(tài)數(shù)據(jù)，判斷訓(xùn)練人員的姿態(tài)，包站立、下蹲、臥倒等姿勢。

5、顯示方式為投影顯示，將主控計算機生成的虛擬場景投影到屏幕，供訓(xùn)練人員觀測。

6、訓(xùn)練人員通過運動控制遙感控制運動速度與運行方向，對虛擬場景中顯示的目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)，射擊，主控軟件判別是否擊中目標(biāo)，完成模擬訓(xùn)練。