本实用新型涉及模拟训练技术领域，具体涉及一种模拟训练装置及虚拟现实装置。
背景技术：
模拟训练主要指利用计算机仿真技术，对实际操作环境进行计算机模拟，用于培训所在领域的专业人员进行相关操作。相对于真实训练，模拟训练往往不受场地、时间等客观条件的限制，训练费用也相对较低，因此被日渐广泛地应用于医疗、军事等领域的日常训练中，作为真实训练的有效辅助手段。
虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术。它利用计算机生成三维空间的模拟环境，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同置身于真实的该环境中一般。虚拟现实技术目前在影音娱乐领域应用较多，例如市售的虚拟现实头盔、虚拟现实眼镜等产品。
现有的模拟训练装置或者尚未采用虚拟现实技术，模拟效果较差；或者采用了虚拟现实技术，但装置结构复杂，操作体验较差，不能完成训练要求。
技术实现要素：
本实用新型的第一个目的在于提供一种模拟训练装置，以解决现有模拟训练装置结构复杂，使用不便的问题。
本实用新型的第二个目的在于提供一种虚拟现实装置，用于模拟训练，以解决模拟训练环境真实度较差以及受训人员无法于模拟训练环境交互的问题。
本实用新型的实施例通过以下技术方案实现：
一种模拟训练装置，包括主机、主框架和底杆；主机与主框架可转动地连接；主框架与底杆可转动地连接；主机内设置有光线通道；光线通道的一端设有视窗，光线通道的另一端设有与视窗相对的安装部；安装部用于与显示设备连接，以使显示设备发出的光线通过视窗射出。
进一步地，主机与主框架的转动轴线与主框架与底杆的转动轴线垂直。
进一步地，模拟训练装置还包括第一转动轴，主机与主框架通过第一转动轴可转动地连接。
进一步地，模拟训练装置还包括固定架，固定架与主机连接，固定架与主框架通过第一转动轴可转动地连接。
进一步地，第一转动轴两端分别连接有活动摇把。
进一步地，模拟训练装置还包括第二转动轴，主框架与底杆通过第一转动轴可转动地连接。
进一步地，模拟训练装置还包括眼罩；眼罩与主机可活动地连接，以扣合在视窗上或远离视窗。
进一步地，眼罩与主机可转动地连接。
进一步地，虚拟现实装置包括显示设备和上述模拟训练装置，显示设备与安装部连接，用于显示主机生成的三维影像。
进一步地，视窗为两片凸透镜，凸透镜嵌入在主机表面，并正对光线通道。
本实用新型的技术方案至少具有以下有益效果：
本实用新型提供的模拟训练装置，结构简单，操作容易，可以提高训练效率。本实用新型提供的虚拟现实装置，在上述模拟训练装置的基础上加装三维影像显示设备，以提供接近真实的模拟训练环境，同时对于模拟训练装置的操作能够反馈到模拟训练环境中，模拟效果显著提高，进而相应地提高训练水平。
附图说明
为了更清楚的说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例中需要使用的附图作简单介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施方式，不应被看作是对本实用新型范围的限制。对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，能够根据这些附图获得其他附图。
图1是本实用新型第一实施例提供的虚拟现实装置在第一视角下的结构示意图；
图2是本实用新型第一实施例提供的虚拟现实装置在第二视角下的结构示意图；
图3是本实用新型第一实施例提供的主机内部结构示意图；
图4是本实用新型第一实施例提供的虚拟现实装置的成像原理示意图。
图中：1－虚拟现实装置；10－模拟训练装置；100－主机；110－视窗；111－凸透镜；120－眼罩；130－连杆；140－销轴；150－安装部；160－显示设备；161－显示屏；170－光线通道；200－主框架；300－底杆；400－第一转动轴；500－第二转动轴；600－活动摇把；700－固定架。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的部分实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一实施例：
参照图1及图2，图1及图2为本实施例提供的虚拟现实装置1分别在第一及第二视角下的结构示意图。虚拟现实装置1包括模拟训练装置10和显示设备160。模拟训练装置10的主要作用在于从机械层面提供装置全方位转动的能力，以及提供可对显示设备160所显示的影像进行观察的相应结构，显示设备160的主要作用在于营造模拟训练环境，模拟训练装置10的转动能力通过传感器作用于模拟训练环境，使受训人员在模拟训练环境中能自由转动视角以观察模拟训练环境，即可以实现和模拟训练环境的互动。
模拟训练装置10包括主机100、主框架200和底杆300。主机100为长方体，主框架200为U形结构，主机100和主框架200之间通过第一转动轴400可转动地连接，主机100可在主框架200的U形凹槽内沿第一转动轴400在垂直方向自由转动。主框架200下端通过第二转动轴500和底杆300一端可转动地连接，底杆300另一端与地面接触，用于支撑整个装置。主框架200可沿第二转动轴500在水平方向自由转动，由于主机100与主框架200连接，所以主机100也可在水平方向自由转动。综上所述，通过设置相互垂直的第一转动轴400和第二转动轴500，主机100获得了全方位自由转动的能力。
主机100与主框架200之间装有固定架700，固定架700为U形结构，固定架700与主机100固定连接，与第一转动轴400可转动地连接，即固定架700可与主机100沿第一转动轴400同步转动。主机100内部包含计算机控制系统、传感器等精密设备(图未示出)，固定架700主要对主机100起支撑和保护作用，防止上述精密设备受到损坏。
第一转动轴400两端分别连接有活动摇把600，其方向垂直于第一转动轴400，训练时，可以使用活动摇把600控制主机100的转动方向，操作起来更为方便。活动摇把600可以拆卸，方便模拟训练装置10的运输。
主机100的一端设有视窗110，视窗110为包括两片凸透镜111，嵌入主机100表面，分别与受训人员双眼对应，凸透镜111的主轴垂直于主机100表面。视窗110上方设有眼罩120，眼罩120中部设有一个连杆130，该连杆130与主机100设有视窗110的一端通过销轴140可转动地连接。沿销轴140转动眼罩120，可使眼罩120扣合在视窗110上或者放置在主机100表面。眼罩120为双筒状，当眼罩120扣合在视窗110上时，眼罩120一端罩住受训人员双眼，该端一般附有软性材质，保证与受训人员面部紧密贴合，眼罩120另一端罩住视窗110。受训人员可以通过眼罩120看到视窗110内的影像。眼罩120可以固定受训人员双眼的位置，同时遮挡住外界光线，保证观察效果。
参照图3，图3为本实施例提供的主机100内部结构示意图。主机100另一端内部设置有安装部150，安装部150用于连接模拟训练用的显示设备160，具体在在本实施例中是指可显示三维影像的显示设备160，当然该显示设备160也可以替换为其他满足训练需求的设备。显示设备160包括显示屏161，显示屏161设置为与视窗110所在的主机100表面平行，即凸透镜111的主轴垂直于显示屏161表面。显示屏161显示的影像，应该通过视窗110为受训人员所观察到，所以主机100具有中空结构，即提供一个正对视窗110与显示设备160的光线通道170。显示设备160发出的光经过光线通道170穿过视窗110，最终进入人眼。
显示设备160用来显示计算机系统模拟出的三维影像，使受训者产生立体视觉，从而营造出具有真实感的模拟训练环境，显示设备160须配合凸透镜111使用，具体阐述如下：
人之所以具有立体视觉，是因为人的双眼注视同一物体时，物体分别在左右两眼的视网膜上成像，由于左右两眼有间距，所以两眼的视角有些细微的差别，这样的差别会导致左右两眼视网膜撒上的成像存在一定的差异，人的大脑视觉中枢负责将这两个成像重叠起来，成为一个完整的、具有立体感的单一物体，这样的功能称为双眼单视。
反过来说，要人为的模拟出立体视觉，必须将存在一定视角差异的图像分别馈送至左眼和右眼，以使人感觉是在实际观察图像中的物体一样。然而，通常的显示设备160只有一个显示屏161，这时有多种解决方案。例如，时间分割法，计算机系统将左眼和右眼的图像交替投到显示屏161上，并送出同步控制信号，使视窗110同步切换左、右眼的图像，视窗110上设置快门，当前图像是左眼图像时，关闭右眼快门；当前图像是右眼图像时，关闭左眼快门。即使左眼只看到左眼该看到的图像，右眼只看到右眼该看到的图像。人眼有视觉暂留的生理特性，因此不必要求左右眼同时获取到不同的图像。又例如，空间分割法，将显示屏161分成左右两个区域，左右区域分别显示左右眼的图像，并且左右眼的视野被隔离，使其只能看到自身应该看到的图像。左右眼获取到不同的图像后，大脑视觉中枢将其叠加起来，形成立体视觉。本实施例中采用空间分割法。
但如果仅有立体视觉，还不足以产生场景的真实感，毕竟模拟训练设备为了减小体积，显示屏161的尺寸十分有限，所以看到的三维影像是比较小的。将视窗110设置为凸透镜111，其主要目的是为了放大影像。参照图4，图4是虚拟现实装置1的成像原理示意图。凸透镜成像原理中，物距(物体到凸透镜光心的距离)u，像距(凸透镜成的像到凸透镜光心的距离)v，焦距(通过凸透镜的、平行主光轴的光线，在主光轴上的会聚点到凸透镜光心的距离)f的关系是：1/v+1/u＝1/f。且当物距u与焦距f具有不同关系时，凸透镜的成像方式也不同，如下表所示：
凸透镜成像规律表
由上表可知，为了放大影像，显示屏161设置于凸透镜111的焦距f之内，此时将在显示屏161的后部形成一个放大的虚像。显示屏161位于凸透镜111的焦距内，人眼透过凸透镜111可以看到一个放大的虚像，且该虚像与显示设备160位于凸透镜111的同一侧。
凸透镜的放大倍数定义为k＝v/u，由上述两式可得k＝1/(u/f－1)，可见调整物距u和焦距f均可以改变放大倍数k。但放大倍数k应合理调节，放大倍数k如果过大，由于显示屏161的分辨率有限，所成虚像像素颗粒感严重；放大倍数k过小，像距v不足明视距离(明视距离就是在合适的照明条件下，眼睛最方便、最习惯的工作距离。最适合正常人眼观察近处较小物体的距离，约25厘米。这时人眼的调节功能不太紧张，可以长时间观察而不易疲劳)，则视野狭小，场景真实感不足。
除了物距u和焦距f的调整，另一个可调的参数是瞳距。瞳距即双眼瞳孔之间的距离，成年人的瞳距一般是固定不变的。在采用空间分割法进行三维影像显示时，一般要求瞳孔中心、凸透镜111光心、显示屏161(分割后)中心处于同一条直线上，以获得最佳视觉效果。显然人的瞳孔中心并不能调整，只能调整透镜、显示上画面的位置，但为了描述方便仍将这一调整过程称为瞳距调节。本实施例中的主机100，通过其内置的计算机系统可对物距、焦距、瞳距等参数进行自动调节，以满足成像需求。
根据上述描述，通过凸透镜111和显示设备160的相互配合，受训人员已经能够在视窗110中观察到逼真的模拟训练环境。但此时尚不能完成模拟训练，因为受训人员尚不能与该环境互动，仅限于对该环境的观察。主机100具有自由转动能力，在主机100中还装有传感器，例如陀螺仪，可对主机100的转动行为作出测量，计算机系统记录这些测量数据，重构出转动行为的三维动作，并反馈为显示屏161上画面的相应变化。即受训人员操作活动摇把600转动装置时，透过视窗110所观察到的三维影像也会相应的变化，由于模拟训练装置10的转动是全方位的，所以受训人员在模拟训练环境中的视角变化也是全方的。受训人员具备了和模拟训练场景互动的能力，可以有效地完成各种模拟训练科目。一些现有的头戴式虚拟现实装置要改变视角，必须靠移动头部，时间久候会造成使用者疲劳，本实施例提供的虚拟现实装置1依靠操作活动摇把600进行视角调整，不存在上述问题，且其操作简单，具有更真实的体验感。
综上所述，本实施例提供了一种用于模拟训练的虚拟现实装置1，其具备营造逼真的模拟训练环境的能力，同时操作简单，具有良好的互动性，能够改善训练效果。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。