一种基于虚拟现实的便携式模拟教学设备的制作方法

本发明涉及虚拟现实培训装置领域，具体是一种基于虚拟现实的便携式模拟教学设备。

背景技术：

在石油钻井工程领域，司钻作为石油钻机的操作人员，需要熟悉钻机设备运行，控制流程，熟悉钻井工艺流程，以完成设定的钻井工作，处理钻井工程中的突发事故。大多数情况下，司钻人员的培养需要理论知识培训，足够时间的钻机操作小时数，但如同飞行员一般，钻井工程是一项高风险的作业，如果司钻都使用教学钻机或者常规钻井来进行操作练习，这样不仅成本很高，而且有可能危害人身和设备安全。在工业领域和其他民用复杂设备操作领域，都同样面临着类似的风险和高成本问题。

公开号为CN201110038853.0的中国专利公开了一种钻车司机操作技能培训系统，是一种基于虚拟现实技术的液压钻车司机技能培训系统，该系统由控制按钮模块、操作杆模块、控制模块、显示模块以及控制台五部分构成。根据液压钻机操作标准，把液压钻车的启动、运行、停机等操作的每一步，通过在控制台上面的按钮和操作杆将指令传输给控制模块，从而在显示模块显示钻车操作的效果画面，实现钻车司机不用在井下就能够很方便地学习驾驶整个钻车的技能。该系统结构简单、操作可靠、可操作性强，节省培训时间和成本。具有重要的实践意义和广阔的应用前景。与本发明相比，虽然都是基于虚拟现实技术，但与本申请的实现方法不同，并且未实现本申请中的便携式效果。

公开号为CN201210394725.4的中国专利公开了一种加油站虚拟培训系统，其包括：三维驱动引擎模块、场景数据库模块、数据手套驱动模块、头盔显示器驱动模块、事故三维渲染模块和考试评估模块。本发明的基于硬件交互的加油站虚拟培训系统，利用数据手套、位置跟踪器等虚拟现实硬件设备和三维驱动引擎模块，生成逼真的加油站虚拟场景和典型事故场景，受训者可以真实地完成标准化操作模拟和事故应急虚拟演练，以提高加油站员工虚拟培训的真实性和培训效果。但与本发明相比，应用领域与实现方法均不同，并且不能达到本申请大大节约成本的效果。

公开号为CN104504956A的中国专利公开了一种基于虚拟现实的铁路电务训练系统，包括：环境层，用于提供基于虚拟现实的网络环境和硬件设备；数据层，用于提供铁路电务训练系统运行所需的数据；平台层，用于铁路电务训练系统的各功能模块提供基础技术支撑；应用层，用于基于虚拟现实技术和所述铁路供电训练系统的各功能模块进行虚拟训练；以及交互层，用于实现铁路电务训练系统与用户的交互。本发明所述的铁路电务训练系统的建立和投入使用，可切实保证铁路系统电务作业组织训练的常态化开展，确保铁路运输生产安全运行。该专利所述的基于虚拟现实的铁路电务训练系统培训成本高，不利于推广使用。

现有的培训系统成本高、携带不方便。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于虚拟现实的便携式模拟教学设备，便携式模拟教学设备作为一个通用平台，通过安装不同的模拟培训软件实现多种培训方式的转换，能够为各机构单位提供完美的便携式模拟培训解决方案，以至少实现降低培训成本、方便易携带的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：它包括第一手柄、设备箱体、第一衬板、触摸显示器、VR头显、主机面板、HDMI外置接口、电源接口、计算机、第二衬板和第二手柄；所述第一手柄与计算机的第一控制输入端连接，所述第二手柄与计算机的第二控制输入端连接，所述VR头显的输入输出端与所述计算机的输入输出端连接，所述计算机的视频信号接口与HDMI外置接口连接，通过所述HDMI外置接口外接大型显示屏；所述计算机用于构建虚拟场景，所述VR头显用于输出所述计算机的场景构建数据，操作人员佩戴所述VR头显以后，模拟操作界面，通过手势识别实现虚拟交互控制；所述触摸显示器用于显示操作界面，所述计算机通过HDMI外置接口实现外接大型显示屏。

所述的基于虚拟现实的便携式石油钻机司钻模拟教学设备还包括设备箱体、第一衬板、主机面板、电源接口和第二衬板，所述第一衬板固定所述触摸显示器，所述第二衬板固定所述计算机，所述主机面板用于安装所述计算机；所述电源接口外接电源线，所述设备箱体用于安装所述第一手柄、第一衬板、触摸显示器、VR头显、主机面板、HDMI外置接口、电源接口、计算机、第二衬板和第二手柄。

所述的计算机为根据所述设备箱体的安装尺寸定制的计算机。

所述的VR头显为Oculus或HTCvive虚拟现实增强头盔。

所述的VR头显与所述计算机通过HDMI视频通信协议连接。

所述的虚拟场景包括实物座椅，实物显示屏和触摸操作屏。

所述的设备箱体为带拉杆的便携式防尘、防水、防撞的安全箱体。

本发明的有益效果是：本发明采用虚拟现实、手势识别技术，将传统模拟器需要的实物座椅、实物显示屏和触摸操作屏等使用虚拟化技术进行替代，整套设备安装在一个旅行箱内，缩小了培训装置设备的体积，仅需培训教师一人便能自由移动到任何地点和场合，开展培训。与传统的模拟培训装置相比，本发明应用到石油钻井工程中可以部分替代教学钻机，帮助司钻人员熟悉设备操作，练习钻井工程流程的设备和软件系统，能够降低钻井工程作业实地培训的风险和钻机设备运行维护成本；本发明应用到轨道交通领域，可以对交通与信号专业等领域进行教学模拟培训，实现熟悉轨道交通的转辙机、信号灯等设备的故障处理，还可以模拟培训不同类型列车的驾驶和控制操作。本发明通过安装不同的模拟培训软件来实现多种培训方式的转换，可以在不同的领域实现便携、低成本和高效率的培训解决方案。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的手势控制流程图；

图3为本发明的扩展应用示意图；

图中，1-第一手柄，2-设备箱体，3-第一衬板，4-触摸显示器，5-VR头显，6-主机面板，7-HDMI外置接口，8-电源接口，9-计算机，10-第二衬板，11-第二手柄。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于虚拟现实的便携式模拟教学设备，它包括第一手柄(1)、设备箱体(2)、第一衬板(3)、触摸显示器(4)、VR头显(5)、主机面板(6)、HDMI外置接口(7)、电源接口(8)、计算机(9)、第二衬板(10)和第二手柄(11)；所述第一手柄(1)与计算机(9)的第一控制输入端连接，所述第二手柄（10）与计算机(9)的第二控制输入端连接，所述VR头显(5)的输入输出端与所述计算机（9）的输入输出端连接，所述计算机（9）的视频信号接口与HDMI外置接口(7)连接，通过所述HDMI外置接口(7)外接大型显示屏；所述计算机用于构建虚拟场景，所述VR头显(5)用于输出所述计算机（9）的场景构建数据，操作人员佩戴所述VR头显（5）以后，模拟操作界面，通过手势识别实现虚拟交互控制，所述触摸显示器(4)用于显示操作界面，所述计算机（9）通过HDMI外置接口(7)扩展外置多媒体设备实现外接大型显示屏。

所述的基于虚拟现实的便携式模拟教学设备还包括设备箱体(2)、第一衬板(3)、主机面板(6)、电源接口(8)和第二衬板(10)，所述第一衬板(3)固定所述触摸显示器(4)，所述第二衬板(10)固定所述计算机（9），所述主机面板(6)用于安装所述计算机（9）；所述电源接口(8)外接电源线，所述设备箱体(2)用于安装所述第一手柄(1)、第一衬板(3)、触摸显示器(4)、VR头显(5)、主机面板(6)、HDMI外置接口(7)、电源接口(8)、计算机(9)、第二衬板(10)和第二手柄(11)。

所述的计算机(9)为根据所述设备箱体(2)的安装尺寸定制的计算机。

所述的VR头显为Oculus或HTCvive虚拟现实增强头盔。

所述的VR头显与所述计算机通过HDMI视频通信协议连接。

所述的虚拟场景包括实物座椅，实物显示屏和触摸操作屏。

所述的设备箱体（2）为带拉杆的便携式防尘、防水、防撞的安全箱体。

如图2所示，作为本发明的实施例之一，在石油钻井领域，可以对新司钻人员通过模拟操作钻机，熟悉石油钻机的设备控制方式和操作流程，达到成为合格司钻的目的。计算机（9）将通过钻井模拟器构建的虚拟场景数据导入到虚拟头盔显示器，可以在虚拟现实头盔中展示出与真实井场环境一致的虚拟现实环境，包括井场内设备、物品。操作人员只需要佩戴带有手势识别功能的虚拟现实头盔，通过虚拟现实头盔上的左眼摄像头组件、右眼摄像头组件可以采集佩戴人员的手势动作信号，并且通过虚拟现实头盔的处理器进行实时手势分析将摄像头传感器采集的手势信息进行三维重建，在佩戴了头盔显示器的操作人员视野中，虚拟出设备操作界面，并利用触摸显示器（4）显示手势操作信息或者通过HDMI外置接口(7)外接大型显示屏实现扩展显示效果，方便教学。虚拟现实头盔处理后的手势动作信号数据传输到计算机（9），通过计算机（9）将手势动作映射为对钻机模拟设备的控制，操作人员在虚拟出的设备操作界面上进行点击、滑动等手势动作对虚拟钻井工程场景进行相关操作、切换实际触摸显示器（4）菜单、调用设备信息、调用爆炸图效果和虚拟视角控制等。作为可选的操作控制信号输入方式，本发明配置了第一手柄（1）和第二手柄（11），操作者也可以通过第一手柄（1）和第二手柄（11）进行模拟钻井工程操作，实现更加丰富的功能。

如图3所示，作为本发明的实施例之二，在轨道交通领域，本发明可以对交通与信号专业等领域教学进行模拟培训，实现熟悉轨道交通的转辙机、信号灯等设备的故障处理，还可以模拟培训不同类型列车的驾驶和控制操作。计算机（9）将通过安装运行不同的模拟系统软件比如火车操作模拟，将构建的虚拟场景数据导入到虚拟头盔显示器，可以在虚拟现实头盔中展示出与真实环境一致的虚拟现实环境，包括设备、物品。操作人员只需要佩戴带有手势识别功能的虚拟现实头盔，通过虚拟现实头盔上的左眼摄像头组件、右眼摄像头组件可以采集佩戴人员的手势动作信号，并且通过虚拟现实头盔的处理器进行实时手势分析将摄像头传感器采集的手势信息进行三维重建，在佩戴了头盔显示器的操作人员视野中，虚拟出设备操作界面，并利用触摸显示器（4）显示手势操作信息或者通过HDMI外置接口(7)外接大型显示屏实现扩展显示效果，方便教学。虚拟现实头盔处理后的手势动作信号数据传输到计算机（9），通过计算机（9）将手势动作映射为对列车驾驶台设备的控制，或者铁路交通信号调度台的控制，或者工厂中央调度室模拟控制等，操作人员在虚拟出的设备操作界面上进行点击、滑动等手势动作对虚拟工程场景进行相关操作、切换实际触摸显示器（4）菜单、调用设备信息、调用爆炸图效果和虚拟视角控制等。作为可选的操作控制信号输入方式，本发明配置了第一手柄（1）和第二手柄（11），操作者也可以通过第一手柄（1）和第二手柄（11）进行模拟列车驾驶、其它工程机械操作，实现更加丰富的功能。

本发明实质是一种便携式虚拟现实培训装置，可以用于替代传统的实物教学培训装置，显著降低了高端行业的培训成本、实现轻便易携带，提高了培训的灵活性和效率。例如传统的培训受制于设备不能移动，大量受训人员需要从不同地方去到专门的培训中心，得益于本发明的旅行箱式设计，可以将培训中心搬到大量受训人员所在地，极大地减少了司钻培训成本、人员差旅成本和时间成本，尤其是对于复杂、高端型操作人才的培训，例如石油钻井新司钻、轨道交通驾驶员、航空航天飞行员等领域，可以显著降低培训成本，提高培训效率。

以上内容描述了本发明的基本原理和主要特点。本行业的技术人员应该了解到，在不脱离本发明所附权利要求书所限定的精神和范围内，从形式上和细节上对本发明所做出的变化，均在本发明权利要求所保护范围内。