本发明涉及虚拟现实技术领域，具体为一种基于虚拟现实方式警察警械武器使用训练方法。
技术背景
基于虚拟现实技术应用领域已经由军事、航天、飞机制造等重点领域，延伸到医疗、教育、体育、房地产、旅游、制造、消费各领域及行业。但在警察警械武器使用训练培训方面缺少专业性的研究，主要存在以下关键问题：
1.目前警械武器使用训练，主要在实地场地进行。由于场地数量条件有限，无法满足各级警员的训练需求。并且警械武器训练的场地建设费用较高，不能在基层单位建设训练场地。
2.警械武器使用训练方式单一，实训场地建成后，无法根据训练内容的更新对训练场地进行改变。造成训练内容和方式落后，无法为警员提供最新的训练方式。
3.在实训场景进行训练，出于安全考虑，无法同时进行多种警械武器设备的培训操作。警械武器使用培训内容无法进行有效的交互，容易引发人身伤害。并且缺少突发情况下的警械武器使用训练，造成警员对于警械武器训练真实反应感知较差，无法在现实出警中作出合理的操作。
技术实现要素：
本发明提供一种基于虚拟现实方式警察警械武器使用训练方法，旨在克服现有实地方式的不足之处而提供一种体验性高、交互感强，能实现随时随地为警员提供警械武器训练培训，不受场地、环境的影响，具有多种虚拟训练场景切换，不同类型的警械武器使用练习，规划设计专用虚拟现实训练场地。设置突发情况进行反应训练，利用交互传感装置将虚拟训练过程的真实感受反馈给警员的一种虚拟现实的警械武器使用训练方法。
为达到上述目的，本发明提供的基础方案为：
一种基于虚拟现实方式警察警械武器使用训练方法，包括如下步骤：
一、建立警械武器训练虚拟场景，首先以训练场景的实景为基础，进行三维场景绘图，包括警械武器训练场地、警械武器实战场地；然后建立场景内的物品物理模型；然后在绘图基础上对三维模型进行处理，达到高清图像；最后完成虚拟场景的建立，可以在电脑上运行虚拟现实场景，通过佩戴VR头盔式眼镜在场景中进行浏览操作；
二、设计警械武器训练培训内容，在虚拟设备中导入预设的培训内容数据，使场景中加入训练操作内容；
三、虚拟现实训练场地规划设计布置；
四、虚拟现实警械武器训练操作，警员进入布置好的训练场地进而佩戴VR头盔式眼镜虚拟场景，使用手柄进行虚拟场景中的操作；警员设置有定位器，利用定位器，获取警员位置信息，警员的身体反应动作通过手握外设手柄，反馈到虚拟现实中，完成虚拟现实训练内容的动作反应；虚拟现实训练场景，根据外设手柄输入的信号，显示警员的操作动作结果，响应虚拟现实警械武器训练动作内容；
五、虚拟现实警械武器训练刺激感受步骤，基于传感器技术，制作感知交互式设备，穿戴在警务人员身上各部位；感知交互式设备具体为，触感交互装置采用穿着式结构，使用时警察通过装置领口位置将装置穿在身上，前面腰部两侧具有粘贴式绑带，粘贴后面固定处。通过调整绑带粘贴长度，调节穿着松紧程度；触感交互装置外套具有六个振动感觉传感器，分布在左肩、右肩、左腹、右腹、胸部中央和腹部中央，振动传感器由固定在装置外套上，在外套上有左右肩部、胸部、腹部固定带，将振动传感器固定在区域内；振动传感器通过数据电源线与感觉控制器连接，接收工作电源和动作指令信号，振动传感器的振动幅度和频率，由感觉控制器发送指令控制完成；装置背面用于固定感觉控制器，背面具有两侧和中间固定带，用于固定感觉控制器和数据电源线，数据电源线与感觉控制器连接，向振动传感器传输电源和指令；感觉控制器为嵌入式结构，内部由核心处理器、存储芯片、集成电路、无线通信模块、充电电池连接构成；内部具有充电式电池，为感觉控制器与振动传感器提供电源。
本发明所采用的方法，进一步具体包括：
建立警械武器训练虚拟场景。本发明利用三维建模方式，建立虚拟仿真的训练场地场景。首先以训练场景的实景为基础，进行三维场景绘图，包括警械武器训练场地、警械武器实战场地。然后建立场景内的物品物理模型。各种警具的模型，包括：各类枪械、警棍等。然后在绘图基础上对三维模型进行处理，达到高清图像。最后完成虚拟场景的建立，可以在电脑上运行虚拟现实场景，通过佩戴VR头盔式眼镜在场景中进行浏览操作。
设计警械武器训练培训内容。原有训练方式训练内容只能通过教师，实地进行讲解和教授。本发明采用虚拟现实方式，在虚拟场景中加入训练操作内容，警员可以虚拟训练场景中选择训练项目，根据训练项目设计的操作内容，对照完成相应的动作操作，无需人工干预自动可以进行训练操作。培训内容来自于教师的培训大纲和内容，将培训内容加入到虚拟场景中。
虚拟现实训练场地规划设计，以满足警械武器技能训练为基础，设计适用于警察警械武器技能实训场地。支持多人同时进行训练。设计不同，仿真实训场地的规划和设计，避免碰撞，自由度高。形成可推广、复制的警察警械武器技能仿真实训标准化场地。
虚拟现实警械武器训练操作，在虚拟现实警械武器训练中，警员佩戴VR头盔式眼镜进入虚拟场景，使用手柄进行虚拟场景中的操作。利用定位器，获取警员位置信息，使警员在虚拟现实场景中可以自由行走，进行警械武器训练。警员的身体反应动作通过手握外设手柄，反馈到虚拟现实中，完成虚拟现实训练内容的动作反应。虚拟现实训练场景，根据外设手柄输入的信号，显示警员的操作动作结果，响应虚拟现实警械武器训练动作内容。在虚拟突发事件训练中，对警员躲避、出击等交互动作，对虚拟场景、虚拟物体和虚拟人员进行联动反应。使警员在虚拟现实训练中，获得真实的反应现象。
虚拟现实警械武器交互方法，在虚拟现场训练场景中，设置触发式交互训练内容，采用定时方式，当警员在虚拟场景中，计时达到后，自动交互内容启动。设置虚拟犯罪人员袭击警务人员，通过虚拟人或物体的动作袭击，与训练警员完成交互操作。真实反应犯罪分子对警员身体造成的伤害。
虚拟现实警械武器训练感受，在视觉虚拟现场仿真实训的基础上，方法好玩的感觉和知觉的体验。基于传感器技术，设计研制感知交互式设备，方便携带、穿戴在警务人员身上各部位。在仿真训练过程中，配合训练内容及行为，交互式设备使训练警员身体上产生知觉，身体获得触动、振动感觉。感觉的力度根据训练内容对应设置。
将虚拟现实场景中的身体触碰感觉，反应在警察身体上的感觉反馈装置。采用传感技术、无线通讯技术的触感交互设备，配合虚拟现实训练场景应用，实时获取虚拟场景内的动作，经过数据判断处理，控制传感器振动幅度，将感觉反馈在警察身体上。使训练人员的身体部位获得知觉和触动感觉，从而完成真实身体触动，增加警察在虚拟现实训练中的身体真实感受。
本发明的优势与特点在于：
采用虚拟现实方式在警察警械武器使用训练中应用，是现有实地训练、人工教学方式无法比拟的。也是本发明的主要特色。主要表现在以下几个方面：
一、本发明的虚拟现实方式进行警械武器训练，建立多种虚拟警械武器训练场地、场景和物品，满足警员训练需求。设计警械武器使用训练课程内容，实现警员虚拟现实仿真应用。
二、以虚拟场景展现日常训练情景，使警务人员沉浸在仿真场景中进行训练操作。完成警械武器使用的技能仿真训练，提高警械武器训练教学效率。
三、规划设计虚拟现实训练专用场地，保障警员训练的安全，降低场地占用面积。使各级警员在任意时间、地点都可以进行技能训练。
四、设计虚拟突发事件，完成虚拟场景下的警械武器使用对抗训练，使实训警员真实感受到伤害行为的发生。体验感知，达到真实的实训效果。
五、本发明采用触感交互设备，在虚拟现实训练中，将真实的感受通过交互设备，发生在警员身上。使警员在虚拟训练中获得最为直接的感觉。
具体实施方式
实施例：
一种基于虚拟现实方式警察警械武器使用训练方法，包括如下步骤：
步骤1：以VR方式的警员警械武器训练。
虚拟现实(Virtual Reality)技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中，它与其他虚拟技术的区别在于看到的东西都是虚拟的。
本发明中通过VR进行警械武器训练方法。创新虚拟场景包括警械武器训练各类场景、训练场地、训练内物品以及使用各种警械武器的三维建模。
利用计算机生成模拟环境，其中训练场景包括训练场景和实地场景。训练场地包括训练场馆内和射击场地。训练物品包括训练器材、桌椅办公用品、射击物品、训练场地实地物品等，警械武器包括：枪支、警棍、警具等。
三维模型创建完成后，根据警械武器的使用训练内容，将训练场景、训练场地进行组成。配置形成虚拟现实三维环境。再此基础上，将物品和警械武器加入到三维环境中，形成虚拟现实训练的场景。完成后保存在电脑上为虚拟现实浏览使用。
虚拟现实的警械武器训练方法，可根据不同级别警员，设置相应的训练虚拟场景和虚拟模型，随机设置物品元素和虚拟人员，以增加训练的难度。
步骤2：包括虚拟现实场景中加入警械武器包括枪支、警棍、警具的使用训练和技能训练的方法。使用编程技术，在已经完成虚拟现实场景建模基础上，在虚拟现实训练场景中，加入警械武器使用教学内容，虚拟现实中的训练内容，是警员在虚拟现实中真实体验到的训练内容。
警械武器使用训练设计具体步骤如下：
1.在虚拟场景中设计警械武器训练项目，提供选择需要训练的警械武器，选择后进入虚拟训练场景。
2.设计警械武器训练教学动作，将警械武器使用训练动作逐一分解，设计成虚拟动作，在虚拟现实训练场景中显示，警员在虚拟现实训练中可直观看到动作细节。
3.教学动作设计后，在每个动作先后关联处，加入触发式交互动作，由警员在虚拟现实训练中操作控制触发，完成教学内容的前后切换。
4.设计警械武器使用注意事项训练，将注意事项内容分解，逐一动作设计成虚拟动作，在虚拟现实训练场景中显示，并可配备文字显示说明及提示事项内容。
5.设计警械武器突发事件训练，在场景中设置随时虚拟人物和袭击动作。突发事件设计时间计时触发，在1分钟内随机触发突发事件。突发事件触发，启动虚拟人物在虚拟现实训练场景中出现，设定行走移动路线，设计随机启动攻击动作，在30秒计时内随机启动攻击动作。虚拟人员执行攻击动作，警员在虚拟现实训练中感受到突发攻击，进行动作反应处置。根据警员在虚拟现实训练中的动作反馈，虚拟人员作出被制服或继续攻击动作。设置虚拟犯罪人员袭击警员，伤害情况的发生，在未接收到警员反应动作时，逐步加大身体伤害显示效果。
步骤3：规划设计虚拟训练专用场地，基于虚拟现实的警察警械武器使用训练方法，以实现多人仿真实训应用为目标。规划设计警察警械武器实训的场地。达到在2米*2米的场地内，即可满足警械武器训练所需要的场地要求。
方法设计专用场地防止碰撞、防止防滑、跌倒。并且根据不同警务单位和警力人员，规划设计相对应的实训场地，形成规范、统一的仿真实训场地。将使各级警察人员在任意时间、地点都可以进行技能训练，完成警械武器技能训练。
步骤4：虚拟现实警械武器训练操作。警员进行虚拟现实警械武器训练时，需要佩戴“头戴式显示器(Head Mounted Display)”，(HMD)头盔式眼镜。警员戴上头显后，视线被完全包裹，沉浸在虚拟现实训练场景中，当警员转动头部(甚至四处走动)时，可以看到的虚拟场景会完全随着眼睛的位置和角度而改变，就如同在真实世界中一样。
同时警员使用操作手柄作为虚拟场景中的动作执行输入端，警员使用勾动手柄按键完成虚拟现实训练中的物品选择、物品抓取、物品移动、事件触发。操作手柄将手柄按钮勾动操作，传输到虚拟现实训练场景中，虚拟训练场景根据设定完成物品操作和事件触发。
定位器在警员训练时，对警员的运动区域进行定位，并反应到虚拟场景中，完成警员在虚拟现实训练场景中的位置移动。
警员在虚拟现实训练场景中移动动作，体验训练内容，包括警械武器的使用方式、注意事项、突发事件处理操作等。警员根据观看到的虚拟训练内容，通过肢体移动、动作进行相应的学习和操作。动作完成后，勾动手柄按键切换下一训练内容。
步骤5：虚拟现实警械武器训练交互。在突发事件虚拟实现训练中，警员在虚拟场景中移动行走，根据虚拟训练设定出现虚拟人物，虚拟人员自由行走，并突然对警员进行攻击，警员真实感受到虚拟犯罪分子的攻击。警员移动身体躲避攻击，并通过手柄移动、舞动进行对抗。
突发事件交互方式，反应不及时警员身体造成的伤害，警员看到血液喷射等伤害效果，伤害效果随着反应减慢而越大。警员对突出攻击事件处理及时，通过使用手柄在虚拟现实场景中，使用虚拟警械武器进行反击，警员在虚拟场景中可看到虚拟犯罪分子的动作，并进行相应的警械武器使用对抗，直到最终制服犯罪分子。
步骤6：虚拟现实警械武器训练感受
警察虚拟现实警械武器训练身体感受，方法将触摸和力量的反馈，反馈给警员，触觉感知包括触摸反馈和力量反馈所产生的感知信息，触摸感知是人与物体对象接触所得到的全部感觉，是触摸觉、压觉、振动觉、刺痛觉等皮肤感觉的统称。触摸反馈代表作用在人皮肤上的力，它反映了人类触摸的感觉，或者是皮肤上受到压力的感觉，而力量反馈是指作用在人的肌肉、关节和筋腱上的力。
方法使用触感交互装置，采用传感技术、无线通讯技术，与虚拟现实警械武器训练场景联动，实时获取虚拟场景内的动作信号，经过数据判断处理，由感知控制器控制振动传感器，将感觉通过振动方式反馈在警察身体上。使警察获得真实的身体触动感觉，增加警察在虚拟现实训练中的身体真实感受。
警察虚拟现实警械武器训练身体感受，具体步骤如下：
1.触感交互装置采用穿着式结构，使用时警察通过装置领口位置将装置穿在身上，前面腰部两侧具有粘贴式绑带，粘贴后面固定处。通过调整绑带粘贴长度，调节穿着松紧程度。
2.触感交互装置外套具有六个振动感觉传感器，分布在左肩、右肩、左腹、右腹、胸部中央和腹部中央。振动传感器由固定在装置外套上。在外套上有左右肩部、胸部、腹部固定带，将振动传感器固定在区域内。
3.振动传感器通过数据电源线与感觉控制器连接，接收工作电源和动作指令信号。振动传感器的振动幅度和频率，由感觉控制器发送指令控制完成。
4.装置背面用于固定感觉控制器，背面具有两侧和中间固定带，用于固定感觉控制器和数据电源线，数据电源线与感觉控制器连接，向振动传感器传输电源和指令。
5.感觉控制器为嵌入式结构，内部由核心处理器、存储芯片、集成电路、无线通信模块、充电电池构成。内部具有充电式电池，为感觉控制器与振动传感器提供电源。
6.感觉控制器具有无线通信模块，通过wifi网络与计算机建立数据连接，接收虚拟现实系统发送的动作指令，感觉控制器接收动作指令后，由核心处理器对动作指令进行解析处理，获得动作部位和动作力度数据。
7.核心处理器通过数据电源线向相应位置的振动传感器发送控制指令数据，振动传感器接收到指令后，按照振动次数和振动频率，执行振动操作。