射手虚拟现实训练系统研究

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1、中北大学学位论文一般的三维计算机辅助设计系统设计旋束管类型的溶合反应堆模型，这个系统可以使观察者与虚拟系统进行更直观的交互，采用-]"CompleXcope软件，CompleXcope使科学研究可视化成为可能，可以进行包括核聚变等离子体、聚合体和其它物质的流体动力学、分子动力学等3D复杂现象超级计算机模拟的互动三维(3D)数据分析【8J。我国和那些发达国家相比在该领域的研究还有很大的差距。我国的九五规划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把虚拟环境仿真列入了重点研究项日。北方工业大学CAD训究中心是我国最早开展计算机动画研究的单位

2、之一，关于虚拟现实的研究己经完成了2个“863”项目。我国从1996年起，国家863计划支持下的DVENET，是由北京航空航天大学联合浙江大学、国防科技大学、装甲兵工程学院、解放军测绘学院和中科院软件所等单位开发的一个分布式虚拟环境基础信息平台。基于DVENET的分布式虚拟战场环境，将分布在不同地域的若干真实仿真器和虚拟仿真器联合在一起，进行异地协同与对抗战术仿真演练。1．4本课题的独创性目前的射击训练其射击目标一般都是固定的目标靶，在实际应用中多为运动的目标，本课题的虚拟场景部分生成的是飞行的设计目标，可提高射手的反应能力和实战能力。随着相

3、关领域不断发展，构成射击训练系统的各个组成部分的相关技术已经成熟，但如何将将这些先进的技术有效的融合到一起，使之发挥出最佳的效果，目前为止还没有一套完整的方案。在传统的位置追踪方面，通常采用电磁跟踪的方法，这一方法虽然较容易实现，但存在着抗干扰能力差、连接复杂、精度低等缺陷。本系统采用光电检测方法，使用单CMOS相机采集图像有效的解决了以上问题。射手射击时发射激光光束并在两个透明半透半反膜上产生光斑，使用CMOS采集图像经处理得光斑质心位置，利用MATLAB所提供的强大的矩阵计算能力和基于MATLAB而开发的图像处理工具箱(IPT)，可以计算

4、出激光光路模拟子弹射击时枪支的姿态(包括俯仰角、方位角)和弹着点位置。同时，MATLAB提供了与其他处理器(包括：DSP、FPGA、单片机等)的各种数据接口，方便进行仿真计算和数据流传递。虚拟场景部分可通过软件设计复杂多变的飞行目标提高训练效果，有效的记录训练成果便于总结提高。4中北大学学位论文1．5本文的主要研究内容及章节安排本文主要研究了射手虚拟现实训练系统的软硬件组成，硬件部分主要是枪支三维姿态信息测试系统设计，软件部分主要是虚拟目标场景的生成。硬件部分的研究目标是使用单个摄相机采集二维图像达到跟踪枪支三维空间位置信息的能力，然后通过算

5、法解析取得枪支的空间位置姿态来实时确定弹着点，用于判断是否击中目标。在软件部分建模生成飞行目标。本论文的组织结构如下：1．绪论。简要介绍了射手虚拟现实训练系统的目的和意义、虚拟现实技术应用于射击训练的前景、国内外现状、本课题的意义和独创性，并提出了本文所要研究的主要内容。2．系统设计。研究虚拟现实位置跟踪技术，比较各自优缺点，根据射手枪支定位的要求确定方案。介绍虚拟现实场景生成技术，确定生成虚拟飞行目标的软件平台。3．虚拟现实目标仿真设计。根据虚拟目标仿真设计要求，介绍3DSMAX和Matlab／Simulink仿真建模软件的使用及特点，并使

6、用3DSMAX和Matlab／Simulink建立飞行目标模型。4．枪支定位光学系统设计。通过实验设计一个可行的射手训练光学系统，通过光学成像系统采集激光束在两个胶屏面上的光斑点图像，通过算法解析可以获得激光束的空间位置，比如激光束相对地平面的俯仰角与方位角。也就相当于计算出了枪支相当于地平面的三维空间位置。5．射手训练系统建模与图像处理。以空间直角坐标系中直线方程的建立和计算方面的知识为依据，建立激光光路模型，使用Matlab对采集的带有激光光斑的图像求取质心位置，从而解算枪支姿态，得到最终的弹着点判断是否击中目标。6．总结与展望。总结本文

7、的主要研究成果，提出了所存在的缺点和不足，介绍了今后需要继续开展的工作。5中北大学学位论文系统方案分析与确定本课题需要研究虚拟现实位置跟踪技术和建模及场景生成技术，完成枪支姿态和射击弹着点的实时跟踪，枪支姿态可用于弹道计算，使弹着点的定位更精确，然后可将弹着点的位置输入到虚拟场景中，判断与飞行目标的位置是否吻合，确定是否击中了射击目标。．；2．1虚拟现实概况及组成虚拟现实技术又称灵境技术，它是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展

8、【9l。虚拟现实系统就是要利用各种先进的硬件技术及软件工具，设计出合理的硬件、软件及交互手段，使参与者能交互式地观察和操纵系统生成的虚拟世界【1们。一个虚拟现实系统