[發明專利]一種采用增強現實技術的單兵輕武器射擊訓練的方法和系統

有效

• 申請號: 201210186926.5
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN102735100A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 李紅波;吳渝;王緒;聶平;吳亮亮;齊明
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: F41A33/02
• 分類號: F41A33/02
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明涉及計算機圖形技術領域，具體涉及一種采用增強現實技術的射擊訓練方法和系統。

背景技術

目前輕武器射擊訓練由于受到傳統訓練模式、方法和場地的制約，在訓練科目和訓練手段上還停留在胸環靶實彈射擊為代表的基礎精度射擊和機械移動顯隱靶射擊方式，這種訓練方式，靶目標位置不確定性、顯隱性不足，很難滿足移動目標時隱時現和移動不定情形下所需的射擊技能和基本要求，造成戰機的貽誤，另外還存在著訓練成本高、信息化技術不足的問題，無法有效提升單兵戰斗力。

專利公開號為：CN201829068U中國專利公開了一種基于虛擬現實的單兵訓練系統,可在很小的室內空間內為單兵訓練提供真實的虛擬訓練場景,可模擬特定的氣候和地形環境,將受訓人員在真實單兵訓練場景中涉及到的動作通過對應的傳感器產生的電信號實時傳遞給虛擬系統，驅動虛擬場景中的人物做出相同的動作，使受訓者最大限度的貼近實戰鍛煉，但該系統頭盔顯示器所呈現的都是虛擬場景和虛擬人物，其專利重點在于射擊者動作的信息反饋，另一方面，由于虛擬場景和人物都是計算機模型，其虛擬訓練系統中反饋的信號直接作用在虛擬現實中虛擬射擊者模型上，用虛擬現實中的虛擬射擊者代替真實環境中的真實射擊者，使得射擊者主體沒有真實融入射擊訓練中，造成射擊訓練的真實度不夠，嚴重的影響了訓練效果。

增強現實技術是在傳統虛擬現實技術的基礎上發展起來的。是一種通過將計算機產生的圖形、文字、注釋等虛擬三維信息無縫自然地疊加融合到用戶所看到的真實世界場景中，增強用戶對現實世界感知的技術。其關鍵技術三維注冊，是將計算機生成的虛擬物體或信息與真實場景畫面進行精確的位置配準，在此基礎上才能實現虛實物體之間的融合顯示。本發明涉及的訓練系統中的射擊對象是添加到真實場景中的虛擬目標，這正是三維注冊技術所要實現的目標。

目前，增強現實三維注冊技術主要分為基于標識和基于非標識即自然特征的兩類，而前者的技術已經非常成熟。公開號為CN101339654A的中國發明專利提供了一種基于標志點的增強現實三維注冊方法和系統，通過生成不可見光標志點，將生成的不可見光標志點投影到現實環境的承載面上，并采用具有不可見光濾光片的攝影機對投影在承載面上的不可見光標志點進行拍攝，獲取所述不可見光標志點在屏幕中的二維坐標數據，根據所述的二維坐標數據對所述的不可見光標志點進行識別，獲取不可見光標志點在現實環境的三維坐標與在屏幕中的二維坐標的映射，最終根據所述的映射計算出所述攝像機的姿態。此三維注冊方法在實現過程中需要紅外線發射與接收裝置、紅外濾光片等硬件設備的支持，另外，其算法步驟也較為復雜，不適合應用于實時的增強現實應用系統開發。

公開號為CN101893935A的中國發明專利是開發了基于真實球拍的協同式增強現實乒乓球系統構建方法，首先利用系統獲取的視頻圖像，根據顏色特征進行真實乒乓球球拍的檢測和跟蹤，設計實現了虛擬場景與真實場景的虛實三維注冊。但是此系統中使用的三維注冊方法是基于顏色特征的，因此要求真實場景中要有顏色標志物才行，不適合復雜場景中的增強現實應用開發。

綜上所述，單兵輕武器射擊訓練中現有技術存在以下主要問題：（1）真實射擊靶的射擊訓練存在射擊目標位置的有規律性和設備的高成本；（2）虛擬現實的射擊訓練沒有融合真實環境形成戰斗場景，導致射擊的真實性不足。（3）增強現實射擊訓練如何采用非標志自然特征真實環境的三維注冊。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為了解決單兵輕武器射擊訓練中射擊目標的不確定性問題，實現多個虛擬射擊目標和真實人物、場景融合以及射擊結果綜合信息的反饋。本發明提出一種采用增強現實技術的單兵輕武器射擊訓練的方法和系統。

捕獲真實環境的視頻幀，利用增強現實的非標志自然特征的三維注冊技術求解真實環境的世界坐標以及最終虛擬目標的投影坐標，從而得到虛擬目標應該被“放置”在真實場景中的準確位置。訓練者射擊驗證模塊判定射擊者是否擊中了虛擬目標，與此同時，擊中判定模塊判定虛擬人是否射中了射擊者本人。虛擬目標狀態信息添加到所述實時場景圖像中，通過虛實融合模塊融合后傳送給頭盔裝置中的顯示模塊。本發明的具體技術方案如下：

一種使用增強現實技術的單兵輕武器虛擬射擊訓練方法，該方法包括：

智能手機中設置：?視頻跟蹤模塊、三維注冊模塊、陀螺儀裝置、坐標變換模塊、虛擬目標生成模塊、射中驗證模塊、虛擬目標受傷動作模塊、虛擬目標射擊動作模塊、受傷驗證模塊、受傷效果模塊、數據存儲裝置、虛實圖像融合模塊。

頭盔裝置中設置：攝像模塊、顯示模塊。