CN110148330A - 一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训*** - Google Patents

一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训*** Download PDF

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杨占刚
黄加旺
卜兆文
石旭东
李运富
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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***，包括图形工作站，虚拟现实头戴式显示设备，操作控制手柄和定位跟踪设备，***功能包括，使用前注意事项的指导，初次使用该***的基础教程，飞机绕机检查可视化培训；飞机绕机可视化培训包括机身前部检查关键点培训，机身中部检查关键点培训，机身后部检查关键点培训，飞机起落架检查关键点培训，飞机发动机检查关键点培训，飞机机翼检查关键点培训。本发明的有益效果是：能够提供机务维修学员飞机外部检查的培训；相对于传统的纸质资料和通过人工传授的飞机绕机检查培训提供给用户一种更具有真实感沉浸感的培训体验，使人机交互更加方便，培训的效率更高。

Description

一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***
技术领域
本发明涉及一种涉及虚拟现实技术领域，具体涉及基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***。
背景技术
虚拟现实技术(Virtual Reality,VR)是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。
随着计算机工程学和计算机图形学的发展，虚拟现实技术的发展越来越迅速，应用也越来越广泛，虚拟现实技术得到了国内外学者的重视，研究VR，建立虚拟场景，建立虚拟模型，开发分布式VR***等领域正在更好更快地发展着。虚拟现实技术的应用广泛，例如教育行业、游戏产业、医疗行业、艺术产业和工业。
目前，飞机航前检查培训主要依赖于纸质媒体和一些多媒体技术，例如利用手册、图片和视频信息对学员进行授课和培训。传统的培训方法耗时较长，学员的吸收率普遍不佳，因此培训效率较为低下。所以如何提升培训效率是本发明亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高飞机航前检查培训效率的虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***，包括设置在室内的图形工作站、虚拟现实头戴式显示设备、操作控制手柄和定位跟踪设备,所述虚拟现实头戴式显示设备与图形工作站经适配器电连接，所述图形工作站将图形传输给虚拟现实头戴式显示设备；所述定位跟踪设备设有红外信号收发器，接收虚拟现实头戴式显示设备和操作控制手柄返回的红外信号且将虚拟现实头戴式显示设备和操作控制手柄在场景空间内的准确位置信息发送给图形工作站；操作控制手柄辅助完成给定空间内的移动和与视野内物体的交互动作获取培训信息。
所述虚拟现实头戴式显示设备包括多个红外感应探头、显示屏、位置校正器和陀螺仪,所述红外感应探头嵌在虚拟现实头戴式显示设备上，用于头戴式显示设备的准确定位，捕捉用户的准确位置；所述显示屏设置虚拟现实头戴式显示设备的背部，用于显示虚拟环境，提供给使用者立体的虚拟沉浸感；所述位置校正器和陀螺仪均内置在虚拟现实头戴式显示设备中，用来估算使用者的运动状态和相对位置；所述摄像头位于虚拟现实头戴式显示设备前部，用于被定位跟踪设备感知。
所述定位跟踪设备设有两台；所述图形工作站包括台式图形工作站和/或移动式图形工作站。
所述图形工作站设有航前绕机检查培训模块，包括机身前部检查关键点培训模块、机身中部检查关键点培训模块、机身后部检查关键点培训模块、飞机起落架检查关键点培训模块、飞机发动机检查关键点培训模块、飞机机翼检查关键点培训模块和教程引导模块，所述教程引导模块包括注意事项指导模块和基础操作教程引导模块。
所述虚拟现实头戴式显示设备显示有注意事项指导场景、主菜单场景、***主场景、基础操作教程场景、机身前部检查场景、机身后部检查场景、机身中部检查场景、飞机起落架检查场景、飞机发动机检查场景和飞机机翼检查场景。
所述操作控制手柄设有手柄红外感应探头和功能按键Trigger触发键、Pad键、Menu键和Power键。
所述培训模块中包含以下操作：场景的切换依靠C#语言脚本的编写；将程序代码保存到资源文件夹Asset中；在3DSMax引擎下建立三维物体模型，对虚拟场景中建立模型挂载C#脚本和性质组件。
所述场景切换包含以下操作：用户手持手柄发出射线指向培训场景中的场景切换按钮Button，按下手柄上的Trigger键进行场景切换。
所述培训模块中包含以下操作：场景内的培训信息由语音、图片和文字组成，其中图片和文字分别放在Canvas的Image和Text下，Canvas设置为World Space世界模式；所述培训模块中包含以下操作：在场景内，操作控制手柄发出直线或曲线，人物在挂载脚本Teleportable的场景里通过点击手柄Pad键到达手柄指向的位置，完成自由移动的功能；当用户希望传送到高台上时，手柄射线调节为曲线。
所述场景的构建和物体模型的建立基于Unity3D和3DsMax。
本发明的有益效果是：本发明提供的基于虚拟现实的飞机航前检查培训，通过收集有关飞机航前检查关键点的资料，利用Unity3D引擎整合资源搭建虚拟人机交互场景，同时利用3DSMax进行物理模型的建模，根据飞机外表面不同区域的划分，依靠模块化思想分区域完成航前绕机检查场景，把场景从PC端传输到虚拟现实头戴式显示设备中，将每个检查步骤和关键点以多媒体的形式更直观的呈现给用户，提高了数据展示的多样性，使用户进行人机交互更方便更快捷更有效。
附图说明
图1是本发明提供的基于虚拟现实的飞机航前检查培训***的硬件整体结构示意图；
图2是本发明提供的虚拟现实头戴式显示设备正视示意图；
图3是本发明提供的虚拟现实头戴式显示设备后视示意图；
图4是本发明提供的总体设计流程图；
图5是本发明提供的***场景功能图。
图中：
1-图形工作站 2-虚拟现实头戴式显示设备
21-红外感应探头 22-显示屏
23-位置校正器 24-陀螺仪
25-前置摄像头
3-操作控制手柄 31-手柄红外感应探头
4-定位跟踪设备 5-适配器
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1示出了根据本发明的基于虚拟现实的飞机航前绕机检查***的总体结构示意图。
如图1所示，在本发明中，基于虚拟现实的展示***包括：图形工作站1、虚拟现实头戴式显示设备2、操作控制手柄3、定位跟踪设备4，其中，图形工作站1与虚拟现实头戴式显示设备2通过适配器5连接。
操作控制手柄3包括多个红外感应探头，其中，手柄红外感应探头31可以被定位跟踪设备4捕捉，定位跟踪设备4将手柄位置数据回传到虚拟现实头戴式显示设备2内置的位置校正器和陀螺仪中，可以得到操作控制手柄3在室内空间的准确位置。
图形工作站1可以包括以下至少一种：台式图形工作站、移动式图形工作站。
如图2、图3所示，虚拟现实头戴式显示设备2包括多个红外感应探头21、显示屏22和多个距离传感器，且内置位置校正器23图中未视出、陀螺仪24图中未视出，同时虚拟现实头戴显示设备2前部还包括前置摄像头25。其中红外感应探头21和距离传感器可以被定位跟踪设备4感知，将虚拟现实头戴式显示设备2在给定空间内的位置信息反馈给图形工作站；内置的位置校正器23和陀螺仪24计算出虚拟现实头戴式显示设备2的空间位姿信息反馈给图形工作站；显示屏22可以让用户在操作控制手柄3的辅助下和虚拟场景进行交互，从而得到来自本***的培训。
如图4所示，是本发明的总体设计流程图，它示出了基于虚拟现实的飞机航前绕机检查***的总体结构，即基于***硬件部分和相关开发引擎开发出八大***功能模块，***硬件部分包括：图形工作站、虚拟现实头戴式显示设备、操作控制手柄和定位跟踪设备。***功能模块是借助Unity3D引擎开发出来的几个不同的培训场景，包括机身前部检查关键点培训模块，机身中部检查关键点培训模块，机身后部检查关键点培训模块，飞机起落架检查关键点培训模块，飞机发动机检查关键点培训模块，飞机机翼检查关键点培训模块，除此之外还有注意事项指导模块和基础操作教程引导模块。培训模块中包含以下操作：在场景内，操作控制手柄发出直线或曲线，人物在挂载脚本Teleportable的场景里通过点击手柄Pad键到达手柄指向的位置，完成自由移动的功能；当用户希望传送到高台上时，手柄射线调节为曲线。另外射线可以调节到合适的曲度。
如图5所示，是本发明提供的***功能图，它示出了基于虚拟现实的飞机绕机检查***的所有场景模块，包括：主界面场景，注意事项指导场景，基础操作教程场景，机身前部检查场景，机身中部检查场景，机身后部检查场景，飞机起落架检查场景，飞机发动机检查场景和飞机机翼检查场景。
在优选的技术方案中，UI设计包括对UI界面字体、字号、颜色、透明度、图像大小、图像分辨率的设置。
在优选的技术方案中，各场景间的切换都由如下操作实现：该操作依赖于按钮Button，按钮所在的Canvas都要设定为世界模式(World Space)。点击按钮完成场景切换的动作基于以下三点：在HTC.UnityPlugin目录下找到预制件prefab目录下的VivePointer使操作控制手柄发出射线；在Canvas下挂载CanvasRaycaster脚本组件；在Button上挂载自行编写的脚本文件，手柄光线对准Button，按下手柄Trigger键点击Button完成场景的切换。
在优选的技术方案中，用户视野里的成像依赖于VR摄像机，摄像机的视角可以随着用户的移动而移动。其中VR摄像机组件CameraRig可以在Steam VR目录下的预制件Prefab中找到。
在优选的技术方案中，用户在给定平面空间内任意移动由如下操作实现：这个操作基于在场景内给定平面上挂载Teleportable传送脚本组件，通过按下操作控制手柄3上的Pad键用户能自由移动到目标位置。
在优选的技术方案中，用户在给定空间内和虚拟物体进行交互，对空间内刚性物体进行拾取、摆放和投掷等动作可以由如下操作实现：这个操作基于在场景内添加ViveCollider组件，并且需要在物理模型上挂载刚体组件Rigidbody和Draggable脚本组件，这样就可以在操作手柄的辅助下，靠近物体，按住Trigger键就可以进行拾取，释放Trigger键就可以进行摆放和投掷。
在优选的技术方案中，用户得到飞机外部各部分检查关键点的培训由如下操作实现：在场景中建立UI，在Canvas的子目录下添加Image和Text，分别将检查流程图片资料和文字资料赋给Image和Text，调节图片和文字的大小，这样用户就可以在场景中看到每个检查流程的关键点，得到更直观的、效率更高的培训。
在优选的技术方案中，注意事项指导模块可以提供给用户使用所述***前应该注意的关键点。
在优选的技术方案中，基础操作教程引导模块可以提供给用户使用所述***前的一些操作训练，例如训练人与UI的交互和人与物体的交互。
在优选的技术方案中，机身前部检查关键点培训模块，机身中部检查关键点培训模块，机身后部检查关键点培训模块，飞机起落架检查关键点培训模块，飞机发动机检查关键点培训模块，飞机机翼检查关键点培训模块六大模块可以分别提供给用户更加细致更加生动的飞机绕机检查培训，模块化虚拟化培训***大大提高了培训效率。
在优选的技术方案中，虚拟培训场景在Unity3D引擎下开发，物体的物理建模由3DsMax来承担完成。
在优选的技术方案中，所述***还包括图形工作站(1)，高级别显卡和专业级处理器提供给PC和所述***间高质量高速率高流畅的数据通信支持。
本发明的基于虚拟现实的飞机绕机检查培训***的工作流程步骤为：将虚拟现实硬件接入***，带上虚拟现实头戴式显示设备，手持操作控制手柄首先来到主菜单场景，可以选择进入注意事项指导场景、基础操作教程场景或***主场景。点击Trigger键进入注意事项指导场景，看到使用前注意事项，观看之后，将手柄光线打在“回到主菜单”按键，点击Trigger键就回到了主菜单场景；点击Trigger键进入基础操作教程场景，练习物体的拾取和摆放，尝试在手柄辅助下的“传送”功能，练习熟练之后，将手柄光线打在“回到主菜单”按键，点击Trigger键就回到了主菜单场景；点击Trigger键进入***主场景，可以看到一个飞机维修场景，可以近距离观察飞机外观，提供人与虚拟环境的交互，提供一种身临其境的体验感，在***主场景中通过点击飞机各个部分的功能按钮可以分别进入机身前部检查场景，机身中部检查场景，机身后部检查场景，飞机起落架检查场景，飞机发动机检查场景，飞机机翼检查场景。在每个场景内，用户可以自由移动，根据图片、文字和语音提示并对照飞机相应部位查阅、梳理和记忆绕机检查的关键点，在每个分场景中都有一个返回“***主场景”的按钮，点击按钮即可回到***主场景。本发明的虚拟现实飞机绕机检查培训***，与传统多媒体飞机维修培训相比，培训方法更加直观，沉浸感更加强烈，将飞机检查培训场景模块化，有利于对检查流程的记忆和记忆的准确性，在此基础上提高了培训效率。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***，其特征在于，包括设置在室内的图形工作站(1)、虚拟现实头戴式显示设备(2)、操作控制手柄(3)和定位跟踪设备(4),所述虚拟现实头戴式显示设备(2)与图形工作站(1)经适配器(5)电连接，所述图形工作站(1)将图形传输给虚拟现实头戴式显示设备(2)；所述定位跟踪设备(4)设有红外信号收发器，接收虚拟现实头戴式显示设备(2)和操作控制手柄(3)返回的红外信号且将虚拟现实头戴式显示设备(2)和操作控制手柄(3)在场景空间内的准确位置信息发送给图形工作站(1)；操作控制手柄(3)辅助完成给定空间内的移动和与视野内物体的交互动作获取培训信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***，其特征在于：所述虚拟现实头戴式显示设备(2)包括多个红外感应探头(21)、显示屏(22)、位置校正器和陀螺仪,所述红外感应探头(21)嵌在虚拟现实头戴式显示设备(2)上，用于头戴式显示设备的准确定位，捕捉用户的准确位置；所述显示屏(22)设置虚拟现实头戴式显示设备(2)的背部，用于显示虚拟环境，提供给使用者立体的虚拟沉浸感；所述位置校正器和陀螺仪均内置在虚拟现实头戴式显示设备(2)中，用来估算使用者的运动状态和相对位置；所述摄像头(25)位于虚拟现实头戴式显示设备(2)前部，用于被定位跟踪设备(4)感知。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***，其特征在于：所述定位跟踪设备(4)设有两台；所述图形工作站(1)包括台式图形工作站和/或移动式图形工作站。
4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***，其特征在于：所述图形工作站(1)设有航前绕机检查培训模块，包括机身前部检查关键点培训模块、机身中部检查关键点培训模块、机身后部检查关键点培训模块、飞机起落架检查关键点培训模块、飞机发动机检查关键点培训模块、飞机机翼检查关键点培训模块和教程引导模块，所述教程引导模块包括注意事项指导模块和基础操作教程引导模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***，其特征在于：所述虚拟现实头戴式显示设备(2)显示有注意事项指导场景、主菜单场景、***主场景、基础操作教程场景、机身前部检查场景、机身后部检查场景、机身中部检查场景、飞机起落架检查场景、飞机发动机检查场景和飞机机翼检查场景。
6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***，其特征在于：所述操作控制手柄(3)设有手柄红外感应探头(31)和功能按键Trigger触发键、Pad键、Menu键和Power键。
7.根据权利要求3所述的一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***，其特征在于，所述培训模块中包含以下操作：场景的切换依靠C#语言脚本的编写；将程序代码保存到资源文件夹Asset中；在3DSMax引擎下建立三维物体模型，对虚拟场景中建立模型挂载C#脚本和性质组件。
8.根据权利要求7所述的一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***，其特征在于：所述场景切换包含以下操作：用户手持手柄发出射线指向培训场景中的场景切换按钮Button，按下手柄上的Trigger键进行场景切换。
9.根据权利要求3所述的一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***，其特征在于，所述培训模块中包含以下操作：场景内的培训信息由语音、图片和文字组成，其中图片和文字分别放在Canvas的Image和Text下，Canvas设置为World Space世界模式；所述培训模块中包含以下操作：在场景内，操作控制手柄发出直线或曲线，人物在挂载脚本Teleportable的场景里通过点击手柄Pad键到达手柄指向的位置，完成自由移动的功能；当用户希望传送到高台上时，手柄射线调节为曲线。
10.根据权利要求7、8或9任意一项所述的一种基于虚拟现实的飞机航前绕机检查培训***，其特征在于：所述场景的构建和物体模型的建立基于Unity3D和3DsMax。
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