虚拟现实技术在空间站舱内定向训练中的应用.pdf

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1、第２１卷第２期载人航天Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．２２０１５年３月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＭａｒ．２０１５虚拟现实技术在空间站舱内定向训练中的应用１，２１，２１，２１，２１，２１，２１姜国华，刘玉庆，朱秀庆，安明，周伯河，陈学文，胡福超（１．中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室，北京１０００９４；２．中国航天员科研训练中心，北京１０００９４）摘要：载人航天中，失重环境和结构复杂的空间站对航天员空间定向能力的影响极大，导致航天员可能出现空间失定向现象。针对在地面难以使用实物进行空间定向任务训练的问题，阐述了虚拟现实技术在空间定向训练

2、中的应用，并对其特点进行了分析，设计了基于虚拟现实技术的空间定向训练系统提供飞行前的适应性训练，使航天员掌握依赖视觉信息进行空间定向的技能，为后续更为复杂的航天员空间操作任务提供新的训练方式。关键词：空间站；空间定向；虚拟现实；训练中图分类号：ＴＰ３９１畅９；Ｖ４２３．７文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１５）０２-０１１５-０６ApplicationofVirtualRealityinSpatialOrientationTrainingforSpaceStation１，２１，２１，２１，２１，２ＪＩＡＮＧＧｕｏｈｕａ，

3、ＬＩＵＹｕｑｉｎｇ，ＺＨＵＸｉｕｑｉｎｇ，ＡＮＭｉｎｇ，ＺＨＯＵＢｏｈｅ，１，２１ＣＨＥＮＸｕｅｗｅｎ，ＨＵＦｕｃｈａｏ（１．ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｕｍａｎＦａｃｔｏｒｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＡｓｔｒｏｎａｕｔＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＴｒａｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｄｕｒｉｎｇｍａｎｎｅｄｓｐａｃｅｆｌｉｇｈｔ，ｗｅｉｇｈｔｌｅｓｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｈａｓｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎａｓｔｒｏ

4、ｎａｕｔ＇ｓｓｐａ-ｔｉａｌｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｏｆｔｅｎｒｅ-ｓｕｌｔｓｉｎａｓｔｒｏｎａｕｔｓｐａｔｉａｌｄｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｓｐａｔｉａｌｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗｉｔｈｐｈｙｓｉｃａｌｔｒａｉｎｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｏｒ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ（Ｖ

5、Ｒ）ｔｒａｉｎ-ｉｎｇｉｎｓｐａｔｉａｌｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄｉｔｓｆｅａｔｕｒｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＡｓｐａｔｉａｌｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＶＲｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅｐｒｅ-ｆｌｉｇｈｔａｄａｐｔａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇ，ａｎｄｔｏｈｅｌｐａｓｔｒｏｎａｕｔｓｂｕｉｌｄｉｎｇｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓｋｉｌｌｓｗｉｔｈｖｉｓｕａｌｃｕｅｓＩｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｗｔｒａｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈ

6、ｅｃｏｍｐｌｅｘｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｏｆａｓｔｒｏｎａｕｔｓｉｎｆｕｔｕｒｅｓｐａｃｅｆｌｉｇｈｔｍｉｓｓｉｏｎｓ．Keywords：ｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ；ｓｐａｔｉａｌｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ；ｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙ；ｔｒａｉｎｉｎｇ此，舱内定向和应急操作是航天员必须掌握的重１引言要救生技能，也是航天员训练的重要内容。根据国家载人航天的发展战略，我国载人航在微重力条件下，航天员主要依赖视觉信息天在未来将建设空间站，开展空间应用和空间新完成空间定向，视觉线索便成为空间定向判断中［１］技术试验。空间站往往由多个实验舱连接而成，的

7、主要依据。而由于重力的缺失，航天员自身根据美、俄经验，当航天员在不同舱段之间穿行体坐标系在舱内可呈任意姿态，这与地面重力环［１］时，经常会出现空间失定向的问题，特别是在境下以正立状态对舱内布局的认知有很大变化。舱内失火、失压等低能见度条件下，舱内定向会更另外由于空间站内各舱段视觉垂直正向轴的不一加困难，直接影响到空间站和航天员的安全，因致，以及获得和保持对整个航天器的一个综合认收稿日期：２０１４-０９-１１；修回日期：２０１５-０１-１９基金项目：国防基础科研计划（Ｂ１７２０１３２００１）作者简介：姜国华（１９６６－），男，硕士，研究

8、员，研究方向为航天人因工程、计算机仿真。Ｅ-ｍａｉｌ：ｊｇｈ＿ｉｓｍｅ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ１１６载人航天第２１卷知图的困难，是引起航天员空间定向困难的主要中心的一个具有球形投影幕的适应性训练仿真器［２］因素。（Ｄｅｖｉｃｅ