一种基于AR技术的海员航海训练系统
一种基于ar技术的海员航海训练系统
技术领域
1.本发明涉及一种利用增强现实技术(ar)的海员航海训练系统。
背景技术：
2.当前海员培养主要有学校自主办学与企业委托办学的两种培养模式，培训方法仍旧按照常规课堂授课的教学手段，缺乏海员模拟实操环节并出现了实践教学环节与航海环节实际脱节的情况，严重影响海员培养进度，急需一种过渡手段来将实践教学与航海教学环节进行连接，弥补海员培训短板。此外ar技术在国内教学中应用较少，本系统将ar技术融合到海员的培养中，可以通过自定义化、高沉浸度的训练手段来弥补海员实战化教学培养的短板，辅助海员进行航海训练，培养高质量海员。
技术实现要素：
3.本发明的目的是为了提高海员在进行航海训练中训练效果而提出的一种利用增强现实技术(ar)构建的航海训练系统，可以在保证训练效果的同时大大降低训练成本。
4.本发明的目的是这样实现的：
5.一种基于ar技术的海员航海训练系统，包括七个功能模块，分别是：海员训练场所建立1、姿态运动模拟系统2、气象模拟系统3、海洋风浪系统4、信息采集反馈背心5、ar头盔6和ar操作装备7；建立一处封闭式空间作为海员的训练场所，场所四周设计海洋风浪模拟系统模拟航海中海洋气象原因引起的风浪，顶部设计气象模拟系统模拟航海环境中不同气象条件对海员操船造成的影响，海员穿戴信息采集反馈背心，通过电刺激方式模拟海员受到冲击伤害后的疼痛感，ar头盔提供航海场景的视野并接收操作指令，手持ar操作设备与虚拟航海场景进行交互。整体系统提供的虚拟航海场景与训练空间中产生的海洋风浪和风雨气象环境相结合，以及海员通过手持ar设备与航海环境进行的交互性操作，使海员产生身临其境的沉浸感，进而保证海员训练效果。
6.所述海员训练场所1为一小型密闭集装箱；
7.所述姿态运动模拟系统2包括上位机控制转台21和万向跑步机22，上位机控制转台21模拟船舶晃动状态，万向跑步机22作为位置变换系统，模拟海员在舰船中不同位置；
8.所述气象模拟系统3包括温度调节器31、水流喷射系统32和水流过滤收集系统33，利用计算机控制温度调节器31、水流喷射系统32与水流过滤收集系统33来调节封闭场所环境因素；
9.所述海洋风浪模拟系统4包括鼓风机41和加湿器42，利用计算机控制鼓风机41和加湿器42的输出功率来模拟海洋环境中海洋风浪对海员影响；
10.所述信息采集反馈背心5包括电流刺激器51和传感器52，利用背心中设置的电流刺激器(51)来模拟海洋中颠簸冲撞的痛觉感受，利用传感器52来实时采集船员状态信息；
11.所述ar头盔6包括ar眼镜61、耳机62、麦克风63和定位器64，利用计算机控制ar眼镜61中显示画面，并通过耳机62来模拟航行场景中环境声音，通过麦克风63进行语音交流，
通过定位器64来实时定位；
12.所述ar操作设备7包括定位系统71和ar互动按钮72，利用定位系统71与ar互动按钮72，在虚拟世界中船员能够与虚拟物体进行实时交互。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14.第一、可以为海员培养提供新的训练方案，能提高海员训练训练效果，节省经济支出和人员支出。用虚拟训练可以替代实装训练，大大减少舰船等装备的损耗以及物资消耗，经济效益十分显著；
15.第二、可以模拟各种海况、海洋场景，极大丰富训练内容的同时也可以实现高风险、高压力以及特殊训练场景处置训练能力的训练，不仅可以大大提高训练训练的逼真度和训练质量，而且可以有效地保证训练人员人身安全；
16.第三、可自定义训练内容，能够根据训练大纲需求与实际情况灵活调整。
附图说明
17.图1为本发明整体示意图；
18.图2为本发明模块构成结构示意图；
19.图3为本发明姿态模拟系统结构示意图；
20.图4为本发明气象模拟系统结构示意图；
21.图5为本发明海洋模拟系统结构示意图；
22.图6为本发明信息采集反馈背心结构示意图；
23.图7本发明ar头盔结构示意图；
24.图8本发明ar操作设备结构示意图；
25.图中：海员训练场所建立1、姿态运动模拟系统2、气象模拟系统3、海洋风浪系统4、信息采集反馈背心5、ar头盔6、ar操作装备7；
26.转台21、万向跑步机22；
27.温度调节器31、水流喷射系统32、水流过滤收集系统33；
28.鼓风机41、加湿器42；
29.电流刺激器51、传感器52；
30.ar眼镜61、耳机62、麦克风63、定位器64；
31.定位系统71、ar互动按钮72。
具体实施方式
32.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
33.本发明整体结构图如图1所示。
34.结合图2，本系统包含的海员训练场所建立1、姿态运动模拟系统2、气象模拟系统3、海洋风浪系统4、信息采集反馈背心5、ar头盔6、ar操作装备7等七个功能模块。
35.其中，通过ar技术与传感器技术相结合，以实现能够使作战人员不仅限于视觉上的沉浸式感受，也能够有触觉、痛觉、嗅觉、听觉(360
°
环绕声)等感觉的体验，使船员能身临其境体验真实的模拟出海中的场景和环境。
36.结合图2，本系统中海员训练场所建立1，建立一小型密闭集装箱作为海员训练的
封闭式场所。
37.其中，本系统中海员训练场所建立1，建立一小型密闭集装箱作为海员训练的封闭式场所，侧壁设置海洋风浪系统4，顶部设置固定的气象模拟系统3，底部设置姿态运动模拟系统2，船员佩戴信息采集反馈背心5、ar头盔6与ar操作装备7。
38.结合图3，本系统中姿态运动模拟系统2，利用上位机控制转台21模拟船舶晃动状态，并安装万向跑步机22作为位置变换系统，模拟海员在舰船中不同位置。
39.其中，利用上位机根据训练场景变化来控制转台21转动摇晃，模拟舰船航行时的晃动状态；并安装万向跑步机22作为位置变换系统，以保证海员在场景中运动时仍能够保持在原来的位置。
40.结合图4，本系统中气象模拟系统3，利用计算机控制温度调节器31、水流喷射系统32与水流过滤收集系统33等来调节封闭场所温度等环境因素。
41.其中，使用温度调节器31来根据模拟航行场景中的气温状况；水流喷射系统32来通过控制水流大小来模拟航行时雨水、海浪的冲击情况；通过水流过滤收集系统33对水流喷射系统32喷出的雨水进行过滤收集进行循环利用。
42.结合图5，本系统中海洋风浪模拟系统4，利用计算机控制鼓风机41、加湿器42等设备的输出功率来模拟海洋环境中海洋风浪对海员影响。
43.其中，本系统中海洋风浪系统4，利用计算机控制鼓风机41、加湿器42等设备的输出功率来模拟海洋环境中海洋风浪对海员影响，其中包含6个鼓风机41(每个鼓风机41负责60
°
方向的气流模拟，总体达到360
°
环绕效果)；加湿器42设置在海员训练位置下方，用于模拟真实海洋中的空气湿度。
44.结合图6，本系统中信息采集反馈背心5，利用背心中设置的电流刺激器51来模拟海洋中颠簸冲撞的痛觉感受，利用传感器52来实时采集船员状态信息。
45.其中，信息采集反馈背心5为船员上身佩戴，前后各包含三块电流刺激器51，通过施加人体承受范围内的电流刺激用于模拟胸部撞击、肋部撞击与背部撞击；两块传感器52来配合ar定位系统确定船员在虚拟航海环境中具体位置。
46.结合图7，本系统中ar头盔6，利用计算机控制ar眼镜61中显示画面，并通过耳机62来模拟航行场景中环境声音，通过麦克风63进行语音交流，通过定位器64来实时定位。其中，ar头盔6为船员头部佩戴，眼前为ar眼镜61用来实时显示船员在虚拟航行中的虚拟船员的眼部摄像机画面；耳朵佩戴高降噪性能耳机62来通过360度环绕音模拟航海中真实声音并实时接收训练指令；嘴前放置高性能麦克风63来与他人、虚拟世界中指令进行交互；头盔上方安置定位器64来与ar定位系统配合实时确定船员在虚拟航海环境中头部具体位置。
47.结合图8，本系统中ar操作设备7，利用定位系统71与ar互动按钮72，在虚拟世界中船员能够与虚拟物体进行实时交互。
48.其中，船员双手均持有ar操作设备7，通过定位系统71与ar定位系统配合来实时定位船员在虚拟航行中虚拟船员的手部位置；通过ar互动按钮72在虚拟航行中能够保证船员与虚拟场景进行实时交互，提供更真实的沉浸式训练。
技术特征：
1.一种基于ar技术的海员航海训练系统，其特征在于，包括七个功能模块，分别是：海员训练场所(1)、姿态运动模拟系统(2)、气象模拟系统(3)、海洋风浪系统(4)、信息采集反馈背心(5)、ar头盔(6)和ar操作装备(7)；建立一处封闭式空间作为海员训练场所(1)，海员训练场所(1)四周设计海洋风浪模拟系统(4)模拟航海中海洋气象原因引起的风浪，顶部设计气象模拟系统(3)模拟航海环境中不同气象条件对海员操船造成的影响，海员穿戴信息采集反馈背心(5)，通过电刺激方式模拟海员受到冲击伤害后的疼痛感，ar头盔(6)提供航海场景的视野并接收操作指令，手持ar操作设备(7)与虚拟航海场景进行交互，整体系统提供的虚拟航海场景与训练空间中产生的海洋风浪和风雨气象环境相结合，以及海员通过手持ar操作设备(7)与航海环境进行的交互性操作，使海员产生身临其境的沉浸感，进而保证海员训练效果。2.根据权利要求1所述的基于ar技术的海员航海训练系统，其特征在于，所述海员训练场所(1)为一小型密闭集装箱。3.根据权利要求1所述的基于ar技术的海员航海训练系统，其特征在于，所述姿态运动模拟系统(2)包括上位机控制转台(21)和万向跑步机(22)，上位机控制转台(21)模拟船舶晃动状态，万向跑步机(22)作为位置变换系统，模拟海员在舰船中不同位置。4.根据权利要求1所述的基于ar技术的海员航海训练系统，其特征在于，所述气象模拟系统(3)包括温度调节器(31)、水流喷射系统(32)和水流过滤收集系统(33)，利用计算机控制温度调节器(31)、水流喷射系统(32)与水流过滤收集系统(33)来调节封闭场所环境因素。5.根据权利要求1所述的基于ar技术的海员航海训练系统，其特征在于，所述海洋风浪模拟系统(4)包括鼓风机(41)和加湿器(42)，利用计算机控制鼓风机(41)和加湿器(42)的输出功率来模拟海洋环境中海洋风浪对海员影响。6.根据权利要求1所述的基于ar技术的海员航海训练系统，其特征在于，所述信息采集反馈背心(5)包括电流刺激器(51)和传感器(52)，利用背心中设置的电流刺激器(51)来模拟海洋中颠簸冲撞的痛觉感受，利用传感器(52)来实时采集船员状态信息。7.根据权利要求1所述的基于ar技术的海员航海训练系统，其特征在于，所述ar头盔(6)包括ar眼镜(61)、耳机(62)、麦克风(63)和定位器(64)，利用计算机控制ar眼镜(61)中显示画面，并通过耳机(62)来模拟航行场景中环境声音，通过麦克风(63)进行语音交流，通过定位器(64)来实时定位。8.根据权利要求1所述的基于ar技术的海员航海训练系统，其特征在于，所述ar操作设备(7)包括定位系统(71)和ar互动按钮(72)，利用定位系统(71)与ar互动按钮(72)，在虚拟世界中船员能够与虚拟物体进行实时交互。
技术总结
本发明提供了一种基于AR技术的海员航海训练系统，包括海员训练场所、姿态运动模拟系统、气象模拟系统、海洋风浪系统、信息采集反馈背心、AR头盔和AR操作装备；建立一处封闭式空间作为海员训练场所，海员训练场所四周设计海洋风浪模拟系统模拟航海中海洋气象原因引起的风浪，顶部设计气象模拟系统模拟航海环境中不同气象条件对海员操船造成的影响，海员穿戴信息采集反馈背心，通过电刺激方式模拟海员受到冲击伤害后的疼痛感，AR头盔提供航海场景的视野并接收操作指令，手持AR操作设备与虚拟航海场景进行交互，本发明使海员产生身临其境的沉浸感，进而保证海员训练效果。进而保证海员训练效果。进而保证海员训练效果。
