大空间多人交互的仿真模拟系统的制作方法

本实用新型涉及仿真模拟技术领域，特别涉及一种大空间多人交互的仿真模拟系统。

背景技术：

目前警用射击训练包括实弹和彩弹射击、镭射射击及投影屏和实景结合射击训练三种。实弹和彩弹射击因为安全性原因带来的问题是不能模拟复杂的人员情况，实弹只能射击静止或移动靶子，彩弹训练人员无法穿着便装训练，无法扮演平民，所以只能训练射击精准度但无法训练不同情况的甄别判断。激光镭射系统受接收端制约模拟的精准度有限，更偏娱乐而达不到实际训练目的，如激光信号接收端被遮挡也影响效果，对训练人员的衣着穿戴也同样有限制。投影屏相对可以通过软件模拟更复杂的情况，但只能模拟二维的图像，没有沉浸感，模拟的方向性也受限。

可见，现有模拟真实枪械只是简单的通过外观来实现，这样的方式显然不满足于真实枪械游戏的体验。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提出一种大空间多人交互的仿真模拟系统，旨在解决无法增强用户体验的真实感的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种大空间多人交互的仿真模拟系统，所述大空间多人交互的仿真模拟系统包括单兵设备和集总设备，其中，所述单兵设备为佩戴在使用者身上的设备，所述单兵设备包括：仿真枪械设备、全身动作捕捉设备、模拟虚拟世界头盔以及第一无线数据通信终端；

所述第一无线数据通信终端，用于分别采集所述仿真枪械设备、全身动作捕捉设备以及模拟虚拟世界头盔的使用数据，并将所述使用数据发送至所述集总设备；

所述集总设备，用于对所述使用数据进行反馈，并将反馈数据发送至所述第一无线数据通信终端，以使所述第一无线数据通信终端分发至所述仿真枪械设备、全身动作捕捉设备以及模拟虚拟世界头盔。

可选地，所述仿真枪械设备包括：枪械主控模块、第一数据采集模块、第一物理反馈模块、第一电源管理模块、第一无线数据收发模块以及第三方设备接驳模块，所述枪械主控模块分别与所述第一数据采集模块、第一物理反馈模块、第一电源管理模块、第一无线数据收发模块以及第三方设备接驳模块连接。

可选地，所述枪械主控模块包括枪械主控，所述枪械主控采用32位armcortexm4f处理器，所述枪械主控的型号为nrf52840的芯片。

可选地，所述第一物理反馈模块与所述枪械主控的pwm接口连接，所述第一电源管理模块与所述枪械主控的adc接口连接，所述第一无线数据收发模块与所述枪械主控的rf接口连接，所述第三方设备接驳模块与所述枪械主控的usbotg接口连接。

可选地，所述第一数据采集模块包括：第一姿态感知器、多轴机械应力感应器、行程检测器、开关检测器、脉冲检测器、摇杆位置感应器以及温湿度感知器。

可选地，所述第一姿态感知器与所述枪械主控的i2c接口连接，所述多轴机械应力感应器与所述枪械主控的spi接口连接，所述行程检测器与所述枪械主控的adc接口连接，所述开关检测器与所述枪械主控的dio接口连接，所述脉冲检测器与所述枪械主控的ftm接口连接，所述摇杆位置感应器与所述枪械主控的adc接口连接，所述温湿度感知器与所述枪械主控的usart接口连接。

可选地，所述全身动作捕捉设备包括：动捕主控模块、第二数据采集模块、第二物理反馈模块、第二电源管理模块以及第二无线数据收发模块；

所述动捕主控模块包括动捕主控，所述动捕主控采用32位armcortexm4f处理器，主频64mhz，所述动捕主控的型号为nrf52840的芯片；

所述第二物理反馈模块与所述动捕主控的pwm接口连接，所述第二电源管理模块与所述动捕主控的adc接口连接，所述第二无线数据收发模块与所述动捕主控的rf接口连接。

可选地，所述第二数据采集模块包括：第二姿态感知器、惯性运动轨迹追踪器、距离传感器、全球定位系统辅助定位器、温度感知器、心率检测器以及环境空气质量检测器；

所述第二姿态感知器与所述动捕主控的i2c接口连接，所述惯性运动轨迹追踪器与所述动捕主控的i2c接口连接，所述距离传感器与所述动捕主控的spi接口连接，所述全球定位系统辅助定位器与所述动捕主控的usart接口连接，所述温度感知器与所述动捕主控的adc接口连接，所述心率检测器与所述动捕主控的i2c接口连接，所述环境空气质量检测器与所述动捕主控的usart接口连接。

可选地，所述模拟虚拟世界头盔为虚拟现实头盔、增强现实头盔以及混合现实头盔中至少一项。

可选地，所述集总设备包括第二无线数据通信终端与服务器，所述第二无线数据通信终端与所述第一无线数据通信终端连接；

所述第二无线数据通信终端，用于接收所述第一无线数据通信终端的转发数据，并将所述转发数据发送至所述服务器。

本实用新型提供的技术方案中，所述大空间多人交互的仿真模拟系统包括单兵设备和集总设备，其中，所述单兵设备为佩戴在使用者身上的设备，所述单兵设备包括：仿真枪械设备、全身动作捕捉设备、模拟虚拟世界头盔以及第一无线数据通信终端；所述第一无线数据通信终端，用于分别采集所述仿真枪械设备、全身动作捕捉设备以及模拟虚拟世界头盔的使用数据，并将所述使用数据发送至所述集总设备；所述集总设备，用于对所述使用数据进行反馈，并将反馈数据发送至所述第一无线数据通信终端，以使所述第一无线数据通信终端分发至所述仿真枪械设备、全身动作捕捉设备以及模拟虚拟世界头盔，从而通过单兵设备和集总设备实现沉浸式的虚拟体验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的大空间多人交互的仿真模拟系统第一实施例的系统结构图；

图2为本实用新型提供的大空间多人交互的仿真模拟系统第二实施例的系统结构图；

图3为本实用新型提供的大空间多人交互的仿真模拟系统第三实施例的系统结构图；

图4为本实用新型提供的大空间多人交互的仿真模拟系统第四实施例的系统结构图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。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，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参照图1，提出本实用新型一种大空间多人交互的仿真模拟系统100。在一实施例中，所述大空间多人交互的仿真模拟系统100包括单兵设备10和集总设备20，其中，所述单兵设备10为佩戴在使用者身上的设备，所述单兵设备10包括：仿真枪械设备101、全身动作捕捉设备102、模拟虚拟世界头盔103以及第一无线数据通信终端104。

需要说明的是，所述仿真枪械设备101其主要结构和造型与真实枪械一致，但在原有机械结构的基础上设计了电气系统，使得枪械的实操使用数据可以被实时采集，并经过处理后发送到单兵设备10的第一无线数据通信终端104。

所述全身动作捕捉设备102，佩戴于用户身上，可以实时感知用户的全身各个关节动作。

所述模拟虚拟世界头盔103，用于给用户提供虚拟世界环境的视觉效果，所述模拟虚拟世界头盔103为虚拟现实头盔、增强现实头盔以及混合现实头盔中至少一项。

所述第一无线数据通信终端104，用于分别采集所述仿真枪械设备101、全身动作捕捉设备102以及模拟虚拟世界头盔103的使用数据，并将所述使用数据发送至所述集总设备20。

在具体实现中，所述第一无线数据通信终端104，用于收集仿真枪械、全身动作捕捉设备102、ar/vr/mr头盔的数据，实时通过无线方式发送给集总设备20，报告该单兵设备10使用者的各项数据，同时接收集总设备20发出的指令，并分发到仿真枪械、全身动作捕捉设备102以及ar/vr/mr头盔执行相应反馈。

所述集总设备20，用于对所述使用数据进行反馈，并将反馈数据发送至所述第一无线数据通信终端104，以使所述第一无线数据通信终端104分发至所述仿真枪械设备101、全身动作捕捉设备102以及模拟虚拟世界头盔103。

如图2提出大空间多人交互的仿真模拟系统100一实施例，所述集总设备20包括第二无线数据通信终端201与服务器202，所述第二无线数据通信终端201与所述第一无线数据通信终端104连接；

所述第二无线数据通信终端201，用于接收所述第一无线数据通信终端104的转发数据，并将所述转发数据发送至所述服务器202。

可以理解的是，所述集总设备20的第二无线数据通信终端201，用于在服务器202和单兵设备10无线数据通信终端需要数据通信时进行转发。

所述服务器202，用于将各个单兵设备10回传的数据进行分析整理，更新虚拟世界中各个单兵的动作和状态数据，并将全图信息通过集总设备20的无线数据通信终端反馈给各个单兵设备10。

本实施例提供的技术方案，所述大空间多人交互的仿真模拟系统100包括单兵设备10和集总设备20，其中，所述单兵设备10为佩戴在使用者身上的设备，所述单兵设备10包括：仿真枪械设备101、全身动作捕捉设备102、模拟虚拟世界头盔103以及第一无线数据通信终端104；所述第一无线数据通信终端104，用于分别采集所述仿真枪械设备101、全身动作捕捉设备102以及模拟虚拟世界头盔103的使用数据，并将所述使用数据发送至所述集总设备20；所述集总设备20，用于对所述使用数据进行反馈，并将反馈数据发送至所述第一无线数据通信终端104，以使所述第一无线数据通信终端104分发至所述仿真枪械设备101、全身动作捕捉设备102以及模拟虚拟世界头盔103，从而通过用户佩戴的单兵设备10以及与集总设备20的交互，实现沉浸式的虚拟体验。

在一实施例中，如图3所示，基于第一实施例提出本实用新型大空间多人交互的仿真模拟系统100第二实施例，所述仿真枪械设备101包括：枪械主控模块、第一数据采集模块、第一物理反馈模块、第一电源管理模块、第一无线数据收发模块以及第三方设备接驳模块，所述枪械主控模块分别与所述第一数据采集模块、第一物理反馈模块、第一电源管理模块、第一无线数据收发模块以及第三方设备接驳模块连接。

所述枪械主控模块位于仿真枪械各组成部分的核心，作为中心以星型结构连接到其他模块，接收并处理数据采集模块的数据，驱动物理反馈模块动作，维护电源管理模块运行，与第一无线数据收发模块以及第三方设备接驳模块实时交互。

所述第一数据采集模块用于采集仿真枪械的实操动作响应，包括第一姿态感知器、多轴机械应力感应器、行程检测器、开关检测器、脉冲检测器、摇杆位置感应器以及温湿度感知器。

所述第一物理反馈模块用于模拟子弹射出时产生的后坐力，采用震动电机或者直线式电机等方式实现，以及子弹持续激发情况下枪械自发热的仿真。

所述第一电源管理模块用于合理分配电池的输出电能、提高电池利用效率、检测电池电量以及控制电池充电过程。

所述第一无线数据收发模块用于将数据发送给单兵设备10的第一无线数据通信终端104，并接收第一无线数据通信终端104的指令回传给枪械主控模块。

所述第三方设备接驳模块用于接入第三方追踪器、控制器以及手柄等设备，使得仿真枪械以主机或从机的角色完成协同信息处理。

所述枪械主控模块包括枪械主控，所述枪械主控采用32位armcortexm4f处理器，所述枪械主控的型号为nrf52840的芯片，所述枪械主控支持thread无线通信协议和蓝牙5.0通讯协议，从而实现无线传输。

所述第一物理反馈模块与所述枪械主控的pwm接口连接，所述第一电源管理模块与所述枪械主控的adc接口连接，所述第一无线数据收发模块与所述枪械主控的rf接口连接，所述第三方设备接驳模块与所述枪械主控的usbotg接口连接。

所述第一数据采集模块包括：第一姿态感知器、多轴机械应力感应器、行程检测器、开关检测器、脉冲检测器、摇杆位置感应器以及温湿度感知器。

所述第一姿态感知器，用于识别仿真枪械实时姿态信息，明确枪械的空间旋转状态，所述多轴机械应力感应器，用于感知仿真枪械被用户握持的具体部位，所述行程检测器，用于检测仿真枪械拉机柄的行程状态，判断是否上膛到位，所述开关检测器，用于检测扳机是否击发、换弹是否到位以及保险开关是否打开，所述脉冲检测器，用于检测瞄准镜的调校旋钮刻度指示，所述摇杆位置感应器，用于检测摇杆位置，以便在需要时手动微调仿真枪械在虚拟世界中的姿态，所述温湿度感知器，用于探测仿真枪械当前使用环境中的温湿度状况。

在具体实现中，所述第一姿态感知器与所述枪械主控的i2c接口连接，所述多轴机械应力感应器与所述枪械主控的spi接口连接，所述行程检测器与所述枪械主控的adc接口连接，所述开关检测器与所述枪械主控的dio接口连接，所述脉冲检测器与所述枪械主控的ftm接口连接，所述摇杆位置感应器与所述枪械主控的adc接口连接，所述温湿度感知器与所述枪械主控的usart接口连接。

本实施例通过上述方案，通过第一姿态感知器、多轴机械应力感应器、行程检测器、开关检测器、脉冲检测器、摇杆位置感应器以及温湿度感知器实时获取枪械的使用信息，可根据枪械的使用信息进行及时调整，从而实现多方位的枪械信息采集。

在一实施例中，如图4所示，基于第一实施例提出本实用新型大空间多人交互的仿真模拟系统100第三实施例，所述全身动作捕捉设备102包括：动捕主控模块、第二数据采集模块、第二物理反馈模块、第二电源管理模块以及第二无线数据收发模块。

所述动捕主控模块位于全身动作捕捉设备102各组成部分的核心，作为中心以星型结构连接到其他模块，接收并处理数据采集模块的数据，驱动物理反馈模块动作，维护电源管理模块运行，与无线数据收发模块实时交互。

所述第二数据采集模块用于采集人体的肢体动作信息，以及人体机能数据和一部分环境数据，包括第二姿态感知器、惯性运动轨迹追踪器、距离传感器、全球定位系统辅助定位器、温度感知器、心率检测器以及环境空气质量检测器。

所述物理反馈模块用于模拟在虚拟世界被子弹击中或其他硬物撞击带来的反馈，通过采用震动马达方式实现，还可通过其他方式进行实现，本实施例对此不作限制。

所述电源管理模块用于合理分配电池的输出电能、提高电池利用效率、检测电池电量、以及控制电池充电过程，所述第二无线数据收发模块用于将数据发送给单兵的无线数据通信终端，并接收无线数据通信终端的指令回传给动捕主控模块。

所述动捕主控模块包括动捕主控，所述动捕主控采用32位armcortexm4f处理器，主频64mhz，所述动捕主控的型号为nrf52840的芯片，支持thread无线通信协议、蓝牙5.0通讯协议，从而实现无线传输。

所述第二物理反馈模块与所述动捕主控的pwm接口连接，所述第二电源管理模块与所述动捕主控的adc接口连接，所述第二无线数据收发模块与所述动捕主控的rf接口连接。

所述第二数据采集模块包括：第二姿态感知器、惯性运动轨迹追踪器、距离传感器、全球定位系统辅助定位器、温度感知器、心率检测器以及环境空气质量检测器。

所述第二姿态感知器，用于识别人体各个关节的实时姿态信息，所述惯性运动轨迹追踪器，用于实时获得用户的空间运动轨迹，所述距离传感器，用于感知用户周围的障碍物距离，避免发生危险，所述全球定位系统辅助定位器，用于辅助惯性运动轨迹追踪器，减小空间定位误差，所述温度感知器，用于探测用户的体温信息，所述心率检测器，用于检测用户当前心率情况，所述环境空气质量检测器，用于检测当前环境的空气质量，提醒用户远离危险区域。

在具体实现中，所述第二姿态感知器与所述动捕主控的i2c接口连接，所述惯性运动轨迹追踪器与所述动捕主控的i2c接口连接，所述距离传感器与所述动捕主控的spi接口连接，所述全球定位系统辅助定位器与所述动捕主控的usart接口连接，所述温度感知器与所述动捕主控的adc接口连接，所述心率检测器与所述动捕主控的i2c接口连接，所述环境空气质量检测器与所述动捕主控的usart接口连接。

本实施例通过上述方案，通过第二姿态感知器、惯性运动轨迹追踪器、距离传感器、全球定位系统辅助定位器、温度感知器、心率检测器以及环境空气质量检测器实时获取用户的使用信息，可根据用户的使用信息进行及时调整，从而实现多方位的用户信息采集。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。