用于舰艇装备训练的虚拟操作装置的制作方法

本实用新型涉及AR应用设备技术领域，特别涉及一种用于舰艇装备训练的虚拟操作装置。

背景技术：

目前在舰艇装备训练中采用的主要手段是采用特定的训练模拟系统。这些训练模拟系统从技术手段上看，主要包括三种类型：一是以硬件设备为主、结合相关软件、与实际作战装备基本一致的“硬”模拟系统，例如，用于驾驶和操纵训练的各种专项技能训练模拟器：二是以软件方式为主、用虚拟界面代替实际装备界面、与实际作战装备视觉效果基本一致的“软”模拟系统，比如，用于装备操作流程训练、战术指挥训练的各种训练模拟系统等；三是在实际作战平台或作战装备系统中嵌入专用于训练的信息支持软件，从而构成了实装嵌入式训练模拟系统。无论上述哪一种训练模拟系统，其所构成的训练环境与真实环境相比都存在较大的差距，因此，“仿真度”问题一直困扰着军事模拟领域，对“构造逼真训练环境”的追求长期存在并一直未能得到很好地解决。

增强现实技术(简称AR)，是在虚拟现实(简称VR)基础上发展起来的新技术，是一种通过计算机系统提供信息来增加用户对现实世界感知的技术。它能够将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示等信息叠加到真实场景中，从而实现对现实世界的“增强”。同时，由于其与真实世界的联系并未被切断，因此交互方式也就显得更加真实、自然。微软公司的Microsoft HoloLens MR头显设备及其相关开发工具就是现有市售的一种AR产品。

AR的实质是把原本在现实世界一定时间空间范围内很难体验到的各种信息，通过相关的技术进行模拟仿真后，再叠加到现实世界并被人类的感官所感知，从而达到一种超越现实的感官体验。AR的出现与多项现代技术的发展和进步密切相关，其核心技术特征表现在以下几个方面技术的有机融合：一是虚拟现实技术。增强现实用户可以戴上透明的护目镜，透过它能够看到整个真实的世界，由计算机生成的虚拟世界图像也投射到护目镜上，给人造成一种真实世界与虚拟世界相结合的增强现实环境，从而使用户“看”到的物理世界景象超出用户的日常经验之外。这种增强的信息可以是在真实环境中与之共存的虚拟物体，也可以是实际存在物体的非几何信息。二是空间定位技术。为了保证真实世界与虚拟世界的有机融合，AR所投射的图像必须在空间定位上与用户所处位置相关。比如，当用户转动或移动而发生视野变动时，计算机产生的增强信息也应随之做相应的变化。这是依靠三维环境控制系统实现的，该系统能够实时检测用户位置和视线方向，为计算机提供虚拟信息在投影平面上位置依据，并将这些信息实时显示在投影屏的正确位置。三是传感与识别技术。要实现真实世界与虚拟世界的有机融合，必须首先对真实世界的信息进行精确扫描和精准感知，通过摄像头、传感器等设备获取真实世界的精准信息，通过计算机智能识别获得接受者与真实世界各要素的相对关系，并以此作为虚拟世界各要素产生和投放的重要判据。四是计算机及信息处理技术。无论真实世界的传感识别、虚拟世界要素的仿真生成、知识信息的快速检索，还是真实世界与虚拟要素的整体融合，都建立在高速的信息处理和计算基础上，因此，AR系统必须有高速的信息处理技术和可穿戴式高速计算机硬件等支持。AR技术是解决训练模拟领域“仿真度”问题的重要手段。AR技术将对军队模拟训练和模拟训练系统的建设具有非常重要的推动作用，可推动模拟训练向一个更高的层次发展。

对于舰艇装备来说，其主要操作部件包括键盘、旋钮、手轮等，训练中人员的操作动作包括双手敲击键盘的动作、转动手轮的动作、转动旋钮的动作、按下电源、发射等功能按键的动作等。如何在舰艇装备上利用AR技术进行训练，也是目前需要研究解决的一个问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于舰艇装备训练的虚拟操作装置，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种用于舰艇装备训练的虚拟操作装置，所述舰艇装备包括控制台，所述控制台设置有键盘、旋钮、手轮、按键，其安装在所述舰艇装备上，用于在所述舰艇装备现场进行训练，其包括与所述控制台固定连接的至少一个摄像头，与所述摄像头通过线缆连接的主机，设置在所述键盘上的定位垫，粘贴在所述旋钮侧壁的第一定位贴，粘贴在所述手轮上的第二定位贴，套接在所述按键上的按键套，与所述主机通过线缆或者无线连接的AR头盔，所述定位垫为透明树脂材料制成，其顶部设置有网格线，所述第一定位贴为条状粘性带，所述第一定位贴上设置有顺序连接的不同颜色的色块，所述第二定位贴为具有单一颜色的粘性带，所述按键套包括相互套接的第一套管和第二套管，所述第一套管内部设置有定位凸台，所述第一套管外壁设置有刻度及读数，所述第二套管与所述第一套管通过弹簧连接。

优选地，所述定位垫上的网格线间隔5mm设置。

优选地，所述第一定位贴上的色块采用红、黄、蓝、绿四种颜色顺序设置，是多组连续的不同形状色块组成，每组色块不多于七个。

优选地，所述第一定位贴设置有七个矩形色块和六个三角形色块。

优选地，所述手轮包括支撑杆和轮圈，在每个所述支撑杆上环绕粘贴有一个不同颜色的所述第二定位贴。

本实用新型所提供的用于舰艇装备训练的虚拟操作装置，只需在舰艇装备现场增加很少的附件，且除了AR头盔，操作人员不需穿戴其他的辅助设备，即可完成训练动作的捕捉，从而实现了在舰艇装备上利用AR技术进行训练。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中，

图1为根据本实用新型的一个具体实施例的一种用于舰艇装备训练的虚拟操作装置的结构原理示意图；

图2为用于图1的键盘的定位垫的结构示意图；

图3为用于图1的旋钮的第一定位贴的结构示意图；

图4为图1的手轮的结构示意图；

图5为图1的按键的部分剖视结构示意图；

图6为图5的按键安装按键套后的剖视结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

图1为根据本实用新型的一个具体实施例的一种用于舰艇装备训练的虚拟操作装置的结构原理示意图；图2为用于图1的键盘的定位垫的结构示意图；图3为用于图1的旋钮的第一定位贴的结构示意图；图4为图1的手轮的结构示意图；图5为图1的按键的部分透视结构示意图；图6为图5的按键安装按键套后的剖视结构示意图；参见图1-6所示，本实用新型提供了一种用于舰艇装备训练的虚拟操作装置，所述舰艇装备包括控制台1，所述控制台1设置有键盘11、旋钮12、手轮13、按键14，其安装在所述舰艇装备上，用于在所述舰艇装备现场进行训练，其包括与所述控制台1固定连接的至少一个摄像头2，与所述摄像头2通过线缆连接的主机(图中未示出)，设置在所述键盘11上的定位垫3，粘贴在所述旋钮12侧壁的第一定位贴4，粘贴在所述手轮13上的第二定位贴5，套接在所述按键14上的按键套6，与所述主机通过线缆或者无线连接的AR头盔(图中未示出)，所述定位垫3为透明树脂材料制成，其顶部设置有网格线，所述第一定位贴4为条状粘性带，所述第一定位贴4上设置有顺序连接的不同颜色的色块，所述第二定位贴5为具有单一颜色的粘性带；所述按键套6包括相互套接的第一套管61和第二套管62，所述第一套管61内部设置有定位凸台611，所述第一套管62外壁设置有刻度及读数，所述第二套管62与所述第一套管61通过弹簧63连接。

所述键盘11可以是如普通计算机键盘一样设置键位，这样，当所述定位垫3铺盖在所述键盘11上之后，操作人员也可清晰的看清各个键位。所述定位垫3可以粘贴在所述键盘11上，当操作人员对所述键盘11有按压操作时，所述定位垫3上的网格线即会产生形变。

参见图2所示，所述定位垫3上的网格线可以是间隔5mm设置，这样可确保每个键位至少有两条网格线覆盖。

所述第一定位贴4可粘贴在所述旋钮12的侧壁，当操作人员旋转所述旋钮12时，所述第一定位贴4上设置的顺序连接的不同颜色的色块的位置也就不同，因此，也就可以通过所述第一定位贴4上的色块的位置判断所述旋钮12的旋转角度。

参见图3所示，所述第一定位贴4上的色块可以是采用红、黄、蓝、绿四种颜色顺序设置，可以是多组连续的不同形状色块组成，每组色块不多于七个，图3中所述第一定位贴4设置有七个矩形色块和六个三角形色块，这样可确保每个同色色块两侧的色块颜色唯一，也就可通过相邻色块确保每个色块的位置唯一。

参见图4所示，所述手轮13包括支撑杆131和轮圈132，可在每个所述支撑杆131上环绕粘贴一个不同颜色的所述第二定位贴5，这样可通过所述第二定位贴5的位置判断所述支撑杆131的旋转位置，也就可判断所述手轮13的旋转位置。当然，也可以采用红、黄、蓝、绿四种颜色的所述第二定位贴5，在所述轮圈132上均布的顺序粘贴不超过七个不同颜色的所述第二定位贴5，这样同样可通过所述第二定位贴5的位置判断所述手轮13的旋转位置。

参见图5-6所示，对于电源、发射等功能性的按键14，为了防止误操作，通常会采用隐藏式设计，也就是说，通常按键14的本体141外侧通常会设置有保护套141，在训练过程中，这些功能性的所述按键14通常也不允许被实际按下，本实用新型通过提供按键套6来解决训练中虚拟操作的问题。所述第一套管61通过所述定位凸台611套接固定在所述保护套141上，所述第二套管62在被按压位移的过程中，会覆盖相应的所述套管61外壁设置的刻度及读数，这样即可通过所述第二套管62下边沿对应的刻度及读数判断所述第二套管62的按压行程。

本实用新型所提供的用于舰艇装备训练的虚拟操作装置的工作原理为，在所述控制台1设置能够覆盖拍摄操作人员在训练时需要操控的操作区域的摄像头2，所述摄像头2能够提供至少60帧/秒的视频捕获能力，当然，使用120帧/秒的高清摄像头最好，通过所述摄像头2即可捕获操作人员在训练过程中的操作动作影像，并可根据时间轴逐帧进行图像分析。虽然一个摄像头即可保障对操作人员在训练时需要操控的操作区域的覆盖，但为了避免操作人员操作过程中肢体对所述定位垫3、所述第一定位贴4和所述第二定位贴5等部件的遮挡，设置相对的两个所述摄像头2效果最佳。

在对操作人员进行训练之前，所述定位垫3、所述第一定位贴4、所述第二定位贴5和所述按键套6设置完成后，可先通过所述摄像头2拍摄标准的动作视频，即标准操作动作涉及的对所述键盘11、所述旋钮12、所述手轮13以及所述按键14的操作，也就是说，可先通过所述摄像头2记录下所述定位垫3上的网格线的形变(即所述键盘11的键位被操作按压的过程)、所述第一定位贴4的色块变化(即所述旋钮12被操作旋转的过程)、所述第二定位贴5的位置变化(即所述手轮13被操作旋转的过程)和所述第二套管62的按压行程(即模拟所述按键14被按压操作的过程)，通过所述摄像头2记录的影像信息存储在所述主机中。

当操作人员进行装备训练时，所述舰艇装备不需要加电开机，但所述键盘11、所述旋钮12以及所述手轮13仍可正常操作，操作人员进行训练操作时，对所述键盘11的操作会造成所述定位垫3上的网格线的形变，对所述旋钮12的操作会造成所述第一定位贴4的色块变化，对所述手轮13的操作会造成所述第二定位贴5的位置变化，对于所述按键14，所述第二套管62的按压行程即可模拟对所述按键14的操作，因此，所述主机通过将存储的标准操作动作对应的所述摄像头2记录的影像信息来比对操作人员操作过程中的影像信息，即可获知操作人员是否操作到位，在操作人员操作到位时，所述主机即可提供相应的训练场景、页面等数据参数的虚拟影像在所述AR头盔进行展示，所述AR头盔可以是如Microsoft HoloLens头显类似的市售设备，这样即可实现在舰艇装备上利用AR技术进行训练的目的。

本实用新型所提供的用于舰艇装备训练的虚拟操作装置，只需在舰艇装备现场增加很少的附件，且除了AR头盔，操作人员不需穿戴其他的辅助设备，即可完成训练动作的捕捉，从而实现了在舰艇装备上利用AR技术进行训练。

本领域技术人员应当理解，虽然本实用新型是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本实用新型的保护范围。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。