一种交互式虚拟仿真教学训练系统的制作方法

本发明涉及飞行驾驶员训练系统技术领域，具体为一种交互式虚拟仿真教学训练系统。

背景技术：

随着虚拟现实技术的发展，虚拟驾驶以以及虚拟仪表等技术也不断的提高，学者研究出了各种类型的虚拟仿真系统，如汽车驾驶、飞行器控制等虛拟仿真操作系统。因为飞机内部存在大量的仪表，并且结构较为繁琐，增加了对飞机各元件进行准确控制的复杂度，且不同天气状态下的飞行情况是不同的，而传统的教学模式使得学生缺乏对这种异常天气下，对各种应急天气下飞行状态进行处理。

由此可见，成为了现阶段亟待解决问题。

技术实现要素：

解决的技术问题

本发明提供的一种交互式虚拟仿真教学训练系统，旨在提升学生的飞行技能以及应急情况的处理能力，保证飞行的安全。

技术方案

为解决上述技术问题，本发明的实施例采用的技术方案是：一种交互式虚拟仿真教学训练系统，包括终端、学生端和教师端，所述终端包括系统数据库模块和系统后台管理模块；所述系统数据库模块包括模拟飞行单元和数据分析单元；

所述学生端包括导训式操作模块和考核模拟操作模块；

所述教师端包括三维模型动态剖析演示单元以及任务操作监管单元；

所述三维模型动态剖析演示单元用于录入教师教师知识以及各种天气状态应急状态处理方式；

所述导训式操作模块用于接入所述模拟飞行单元进行模拟量的飞行，所述系统数据库模块自动调入所述三维模型动态剖析演示单元录入的教学视频进行辅助教学；

所述考核模拟操作模块用于接入所述模拟飞行单元进行模拟量的飞行，并且所述数据分析单元采集当前所述学生端执行数据参数，并根据当前参数通过互联网进行大数据对比，计算当前所述学生端的模拟成绩；

所述任务操作监管单元用于所述导训式操作模块执行时，所述教师端可自动切换并获取任一所述学生端模拟飞行状态，并对当前所述学生端的错误操作进行纠正。

作为优选，所述系统后台管理模块包括资料管理单元、考核查询单元、任务查询单元以及成长数据分析对比单元；

所述资料管理单元用于所述学生端调取所述三维模型动态剖析演示单元所有的历史视频资料；

所述考核查询单元用于所述学生端查询模拟飞行实训成绩；

所述任务查询单元用于所述学生端查看所述教师端下达的学习任务；

所述成长数据分析对比单元基于所述考核模拟操作模块的模拟成绩和所述导训式操作模块的学习进度进行数据分析和计算，绘制折线图，用于所述教师端直观查询任一所述学生端成长状态。

作为优选，所述系统数据库模块还包括任务操作引导单元，所述任务操作引导单元基于成长数据分析对比单元的数据，并进行自动匹配推荐给当前所述学生端适合的所述述导训式操作模块的进度。

作为优选，所述模拟飞行单元包括仿真模拟分析模块和大气环境机选模块，所述仿真模拟分析模块用于采集所述学生端执行油门、驾驶杆以及方向舵改变飞行参数，且该参数自动与飞行数据库、发动机数据库以及气动性能数据库存储的参数进行配合并通过计算自动生成模拟量，使得地平仪、高度表、组合罗盘、速度表、升降速度表、转弯侧滑仪以及发动机参数仪表进行相关参数的改变，所述大气环境机选模块用于随机改变当前飞行天气，并调取飞行数据库、发动机数据库以及气动性能数据库存储的参数，即当前环境下地平仪、高度表、组合罗盘、速度表、升降速度表、转弯侧滑仪以及发动机参数仪表此时应处的参数值，所述仿真模拟分析模块通过对所述仿真模拟分析模块的参数和所述大气环境机选模块的参数对比，比拟处当前的飞行状态。

作为优选，所述仿真模拟分析模块设有虚拟操纵手单元，所述虚拟操纵手单元会建立场景中的一个模拟人眼的视点对象，该对象位置是固定就是场景中的一个模拟人眼的视点对象，并捕获头部姿态跟踪联系以及手部姿态跟踪联系，并将捕捉的头部姿态跟踪系统跟踪操纵手的头部姿态变化转换成电信号，经过rs232等接口传入计算机；

所述计算机根据操纵手头部姿态数据，同步操纵手虚拟操纵于的视点的角度，纵手头部姿态数据，同步操纵手虚拟操纵于的视点的角度，于是真实操纵手就从头盔显示器中观察到了相应的场景；

所述虚拟操纵手单元还设有自动跟踪，使得不需要操纵手头部运动，虚以程序设定自动跟踪，虚拟操纵手的视角自动跟随飞机运动，使得飞机始终处于屏幕拟操纵手的视角自动跟随飞机运动，使得飞机始终处于屏幕的正中间。

作为优选，所述假设操纵手的视野为当前模拟人员所处的固定位置获取360°方位的视野。

作为优选，所述大气环境机选模块基于远景图采用基于图像的全景建模，所述全景建模单元基于大数据资料编辑天空的alpha通道使得天空部分完全透明，所述alpha通道传输的数据会自动更新至计算机并进行储存和greene提出的立方体形式的六面组投影法相比，然后经过处理、接和平滑后制成360度全景图片，然后根据虚拟操纵手单元虚拟人员的观察角度，将该图片做数字化变形，建立以虚拟人员为原点的虚拟外界天气环境。

作为优选，所述仿真模拟分析模块还设有飞控系统控制单元和模拟量计算单元，所述飞控系统控制单元基于全景建模和虚拟操纵手单元，模拟处三维实景仿真单元如下数据：偏航角、滚转角、俯仰角、高度、航程、偏航以及各舵面偏角；

所述模拟量计算单元对三维实景输出数据信号的转换进行模拟，并同帧更新操纵手单元模拟的人员所处的场景位置信息，所述模拟量计算单元采用包围球方法对飞控系统控制单元输入的仪表模拟量信息同步更新，并使飞控系统控制单元、全景建模和操纵手单元三者数据协调。

与现有技术相比，本发明的实施例所提供的一种交互式虚拟仿真教学训练系统，对传统的教学模式进行改进，运用vr技术使得学院在模拟飞行的状态，系统可根据模拟状态自动调取教师录入视频进行辅助指导，并且系统可自行绘制成长折线，便于让教师直观的根据折线对学生进行安排学习任务，且系统也会根据模拟数据对学生薄弱地方进行重点教学，此外，该系统通过不同环境的模拟以及异常飞行状态的模拟使得学生应变能力得到大幅提高，保证了学员在实际飞行时，对危险的判断以及处理，保证了飞行的安全。

应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本公开。

本申请文件提供本公开中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构程序示意图；

图3为本发明系统数据库模块系统结构示意图。

具体实施方式

使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，还可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1至图3所示，本发明提供的一种交互式虚拟仿真教学训练系统，包括终端、学生端和教师端，终端包括系统数据库模块和系统后台管理模块，系统数据库模块包括模拟飞行单元和数据分析单元，学生端包括导训式操作模块和考核模拟操作模块，教师端包括三维模型动态剖析演示单元以及任务操作监管单元；从而优化教学和学习体系，使学生根据不同天气状态下进行飞行negligible，而传统的教学模式使得学生缺乏对这种异常天气下，对各种应急天气下飞行状态进行处理。

根据图2可知，三维模型动态剖析演示单元用于录入教师教师知识以及各种天气状态应急状态处理方式，导训式操作模块用于接入模拟飞行单元进行模拟量的飞行，系统数据库模块自动调入三维模型动态剖析演示单元录入的教学视频进行辅助教学，考核模拟操作模块用于接入模拟飞行单元进行模拟量的飞行，并且数据分析单元采集当前学生端执行数据参数，并根据当前参数通过互联网进行大数据对比，计算当前学生端的模拟成绩，任务操作监管单元用于导训式操作模块执行时，教师端可自动切换并获取任一学生端模拟飞行状态，并对当前学生端的错误操作进行纠正。系统后台管理模块包括资料管理单元、考核查询单元、任务查询单元以及成长数据分析对比单元，资料管理单元用于学生端调取三维模型动态剖析演示单元所有的历史视频资料，考核查询单元用于学生端查询模拟飞行实训成绩，任务查询单元用于学生端查看教师端下达的学习任务，成长数据分析对比单元基于考核模拟操作模块的模拟成绩和导训式操作模块的学习进度进行数据分析和计算，绘制折线图，用于教师端直观查询任一学生端成长状态。

再者，根据图2可知，系统数据库模块还包括任务操作引导单元，任务操作引导单元基于成长数据分析对比单元的数据，并进行自动匹配推荐给当前学生端适合的述导训式操作模块的进度。

更为进一步的，根据图3可知，作为本发明进一步提供的技术方案，该模拟飞行单元包括仿真模拟分析模块和大气环境机选模块，仿真模拟分析模块用于采集学生端执行油门、驾驶杆以及方向舵改变飞行参数，且该参数自动与飞行数据库、发动机数据库以及气动性能数据库存储的参数进行配合并通过计算自动生成模拟量，使得地平仪、高度表、组合罗盘、速度表、升降速度表、转弯侧滑仪以及发动机参数仪表进行相关参数的改变，大气环境机选模块用于随机改变当前飞行天气，并调取飞行数据库、发动机数据库以及气动性能数据库存储的参数，即当前环境下地平仪、高度表、组合罗盘、速度表、升降速度表、转弯侧滑仪以及发动机参数仪表此时应处的参数值，仿真模拟分析模块通过对仿真模拟分析模块的参数和大气环境机选模块的参数对比，比拟处当前的飞行状态。

而该仿真模拟分析模块设有虚拟操纵手单元，虚拟操纵手单元会建立场景中的一个模拟人眼的视点对象，该对象位置是固定就是场景中的一个模拟人眼的视点对象，并捕获头部姿态跟踪联系以及手部姿态跟踪联系，并将捕捉的头部姿态跟踪系统跟踪操纵手的头部姿态变化转换成电信号，经过rs232等接口传入计算机，计算机根据操纵手头部姿态数据，同步操纵手虚拟操纵于的视点的角度，纵手头部姿态数据，同步操纵手虚拟操纵于的视点的角度，于是真实操纵手就从头盔显示器中观察到了相应的场景，虚拟操纵手单元还设有自动跟踪，使得不需要操纵手头部运动，虚以程序设定自动跟踪，虚拟操纵手的视角自动跟随飞机运动，使得飞机始终处于屏幕拟操纵手的视角自动跟随飞机运动，使得飞机始终处于屏幕的正中间，使得操纵手的视野为当前模拟人员所处的固定位置获取360°方位的视野。

大气环境机选模块基于远景图采用基于图像的全景建模，全景建模单元基于大数据资料编辑天空的alpha通道使得天空部分完全透明，alpha通道传输的数据会自动更新至计算机并进行储存和greene提出的立方体形式的六面组投影法相比，然后经过处理、接和平滑后制成360度全景图片，然后根据虚拟操纵手单元虚拟人员的观察角度，将该图片做数字化变形，建立以虚拟人员为原点的虚拟外界天气环境，

仿真模拟分析模块还设有飞控系统控制单元和模拟量计算单元，飞控系统控制单元基于全景建模和虚拟操纵手单元，模拟处三维实景仿真单元如下数据：偏航角、滚转角、俯仰角、高度、航程、偏航以及各舵面偏角，模拟量计算单元对三维实景输出数据信号的转换进行模拟，并同帧更新操纵手单元模拟的人员所处的场景位置信息，模拟量计算单元采用包围球方法对飞控系统控制单元输入的仪表模拟量信息同步更新，并使飞控系统控制单元、全景建模和操纵手单元三者数据协调。

综上所述，该系统对传统的教学模式进行改进，运用vr技术使得学院在模拟飞行的状态，系统可根据模拟状态自动调取教师录入视频进行辅助指导，并且系统可自行绘制成长折线，便于让教师直观的根据折线对学生进行安排学习任务，且系统也会根据模拟数据对学生薄弱地方进行重点教学，此外，该系统通过不同环境的模拟以及异常飞行状态的模拟使得学生应变能力得到大幅提高，保证了学员在实际飞行时，对危险的判断以及处理，保证了飞行的安全。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。