[發明專利]一種用于艦載機飛行員訓練損傷評估的三維虛擬仿真系統及仿真方法

有效

• 申請號: 201510909728.0
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN105448159B
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 李鳴皋;柳松楊;柯鵬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍總醫院;中國人民解放軍空軍航空醫學研究所;北京航空航天大學
• 主分類號: G09B9/08
• 分類號: G09B9/08
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文利

1.一種用于艦載機飛行員訓練損傷評估的三維虛擬仿真方法，其特征在于，基于一種用于艦載機飛行員訓練損傷評估的三維虛擬仿真系統實現，所述的三維虛擬仿真系統包括六個模塊：硬件平臺，底層支撐模型庫，數據管理模塊，生物力學仿真模塊，三維虛擬視景模塊和后處理模塊；

硬件平臺包括計算機組件、顯示組件和網絡交換機，用于支撐該三維虛擬仿真系統的運行并提供用戶接口，方便艦載機飛行員訓練單位通過用戶接口使用三維虛擬仿真系統；

底層支撐模型庫包括虛擬視景仿真幾何模型和生物力學仿真幾何模型，為三維虛擬視景模塊和生物力學仿真模塊提供模型，根據實際裝備和訓練人員使用情況設定；虛擬視景仿真幾何模型包括航空母艦模型、艦載機模型，座椅模型、飛行員模型和服裝背帶模型；生物力學仿真幾何模型則包括人椅背帶模型、心肺模型和視覺系統模型；

數據管理模塊接收用戶輸入的數據：給定載荷和生物力學仿真配置參數，以及三維虛擬視景配置參數；并將給定載荷和生物力學仿真配置參數管理傳遞給生物力學仿真模塊，得到生物力學仿真數據再分別傳遞給后處理模塊和三維虛擬視景模塊；同時將三維虛擬視景配置參數傳遞給三維虛擬視景模塊，并保存三維虛擬視景仿真結果；

生物力學仿真模塊，對給定載荷和生物力學仿真配置參數進行幾何建模，并調用有限元分析程序開展生物力學仿真，輸入給定載荷下獲取生物力學仿真數據：飛行員各個部位的姿態和變形數據；

三維虛擬視景模塊包括三維視景渲染組件和虛擬環境模型，通過調用并控制底層支撐模型庫中的虛擬視景仿真幾何模型，按照生物力學仿真數據運動與顯示，得到關于飛行員各個部位的姿態和變形數據的三維虛擬視景仿真，并保存到數據管理模塊；

后處理模塊對生物力學仿真數據進行顯示、繪制曲線和對圖形進行視頻渲染，得到關于飛行員各個部位的姿態和變形數據的數值和圖表；

最后，通過綜合運用三維虛擬視景仿真數據以及二維數據、圖形和視頻方式呈現的生物力學仿真數據，綜合開展損傷評估并向用戶展示分析飛行員的訓練損傷評估結果；

所述的三維虛擬仿真方法，具體步驟如下：

步驟一、啟動艦載機飛行員訓練損傷評估的三維虛擬仿真系統；

步驟二、用戶向數據管理模塊輸入給定載荷和生物力學仿真配置參數后，傳遞給生物力學仿真模塊；

步驟三、生物力學仿真模塊依據生物力學仿真配置參數進行有限元仿真，得到生物力學仿真數據；

生物力學仿真模塊調用底層支撐模型庫的生物力學仿真幾何模型，對生物力學仿真配置參數進行有限元仿真，包括，人椅背帶約束系統仿真，心肺系統生物力學仿真，以及視覺系統生物力學仿真，得到給定載荷下的飛行員各個部位的姿態和變形數據；

步驟四、生物力學仿真數據經過數據管理模塊，傳遞給三維虛擬視景模塊和后處理模塊；

飛行員各個部位的姿態和變形數據均保存為數據格式、圖形格式和視頻格式；如果數據管理模塊中已經保存了上次開展生物力學仿真分析后的數據，直接讀取離線的生物力學仿真配置參數和飛行員各個部位的姿態和變形數據；

步驟五、三維虛擬視景模塊開展三維虛擬視景仿真，顯示三維虛擬視景仿真的飛行員各個部位的姿態和變形數據；

步驟六、后處理模塊開展結果分析，得到飛行員各個部位的姿態和變形數據的數值和圖表；

采用文本腳本模式配置數據結果和對應的執行程序；后調用數據管理模塊，讀取要展示的數據結果，包括數值結果、靜態圖片、動態曲線圖和視頻，進行分析；

步驟七、綜合對比三維虛擬視景仿真結果以及生物力學仿真數據，向用戶展示分析飛行員的訓練損傷評估結果。

2.如權利要求1所述的一種用于艦載機飛行員訓練損傷評估的三維虛擬仿真方法，其特征在于：所述步驟五具體為：

步驟501、用戶輸入三維虛擬視景配置參數，并調用底層支撐模型庫的虛擬視景仿真幾何模型；

步驟502、三維虛擬視景模塊調用生物力學仿真配置參數和飛行員各個部位的姿態和變形數據，得到飛行員的姿態信息；姿態信息包括軀干角度和頸部角度；

步驟503、對飛行員的姿態進行視景展示，顯示三維虛擬視景仿真的飛行員各個部位的姿態和變形數據。