摘要: 對(duì)主要應(yīng)用于士兵戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的DI- GUY 人體仿真軟件進(jìn)行了介紹, 并詳細(xì)介紹了如何將重點(diǎn)應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的DIGUY軟件應(yīng)用于虛擬操作訓(xùn)練, 給出了DI- GUY 中虛擬人的具體修改方案, 并給出了虛擬操作訓(xùn)練環(huán)境的實(shí)現(xiàn)方案以及主要解決的問(wèn)題; 給出了綜合運(yùn)用DI- GUY 人體仿真軟件和數(shù)據(jù)手套、空間球、立體眼鏡等虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備所組成訓(xùn)練環(huán)境的具體實(shí)現(xiàn)方法; 闡述了用于控制虛擬人運(yùn)動(dòng)的具體思路與方法, 以及如何進(jìn)行訓(xùn)練動(dòng)作規(guī)劃, 并給出了訓(xùn)練任務(wù)實(shí)施的整體的程序框架。

　　關(guān)鍵詞: 操作訓(xùn)練; 空間球; 數(shù)據(jù)手套; 逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)

　　1 引言

　　虛擬人技術(shù)是虛擬世界中產(chǎn)生真實(shí)沉浸感的關(guān)鍵技術(shù)之一。虛擬人從本質(zhì)上講也是仿真系統(tǒng)。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建人體模型, 虛擬人的空間交互、虛擬人的行為控制、社會(huì)化行為的仿真、多虛擬人任務(wù)分配等是目前虛擬人技術(shù)新的發(fā)展方向, 對(duì)虛擬人手勢(shì)模型的技術(shù)研究也是虛擬人技術(shù)中的重要方面, 對(duì)手部動(dòng)作的研究以及手勢(shì)的識(shí)別在沉浸式虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)中有著重要的作用。

　　某型導(dǎo)彈武器系統(tǒng)是我軍用以打擊敵戰(zhàn)役縱深目標(biāo)的重要武器系統(tǒng)。由于其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜, 如果在實(shí)裝上進(jìn)行操作、維修訓(xùn)練, 耗資太大。因此, 采用仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),尤其是虛擬人技術(shù), 研制該系統(tǒng)的沉浸式虛擬訓(xùn)練環(huán)境, 通過(guò)控制虛擬人的運(yùn)動(dòng), 更加逼真地讓訓(xùn)練人員接受培訓(xùn), 更真實(shí)地沉浸在某型導(dǎo)彈虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)之中, 對(duì)于提高廣大訓(xùn)練人員的訓(xùn)練質(zhì)量, 節(jié)省訓(xùn)練時(shí)間, 達(dá)到與實(shí)際裝備盡可能相近的訓(xùn)練效果有著重要的作用, 而且能大幅度地降低成本, 提高效率, 加快對(duì)武器系統(tǒng)人員的培訓(xùn), 并能為進(jìn)一步研究提供依據(jù)。

　　2 DI- GUY 軟件介紹

　　DI- GUY 是由美國(guó)Boston Dynamics 公司于上個(gè)世紀(jì)九十年代初開(kāi)發(fā)的人體交互仿真軟件, 被美國(guó)陸軍、海軍及支持開(kāi)發(fā)工作的特種部隊(duì)在模擬訓(xùn)練中使用。DI- GUY 最常用的應(yīng)用可分為兩個(gè)部分, 依據(jù)參與者與虛擬環(huán)境的交互方式不同, 分別是步兵沉浸式訓(xùn)練、相互協(xié)同訓(xùn)練。DI- GUY 通過(guò)本身提供的API 函數(shù), 可以產(chǎn)生不同的人體模型, 并且賦予其不同的特征, 甚至在人物間的轉(zhuǎn)換中, 可以提供自然的運(yùn)動(dòng)和無(wú)縫轉(zhuǎn)化。

　　DI- GUY 包括一套描繪士兵特征的選項(xiàng)。它基于真實(shí)士兵訓(xùn)練的特征, 具有士兵的七級(jí)細(xì)節(jié)等級(jí)的全紋理模型、多種制服、武器和多種附屬裝備。它可以定義多種行為, 包括: 站、跪、匍匐前進(jìn)、走、跳、彎腰、潛行以及其他活動(dòng)。

　　3 虛擬操作訓(xùn)練環(huán)境的實(shí)現(xiàn)方案

　　針對(duì)某大型導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣、多操作手完成操作動(dòng)作的特點(diǎn), 并且由于操作訓(xùn)練的主要?jiǎng)幼骷性谑植?因此基于課題要完成的任務(wù)和簡(jiǎn)化考慮, 制定如下的某型導(dǎo)彈虛擬操作訓(xùn)練環(huán)境的總體實(shí)現(xiàn)框圖( 見(jiàn)圖1) 。

　　3. 1 DI- GUY 虛擬人模型的改造

　　DI- GUY 人體仿真軟件是主要應(yīng)用于士兵戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的人體仿真軟件, 許多動(dòng)作設(shè)計(jì)主要用來(lái)描述戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作, 尤其是DI- GUY 人體模型的手臂只能控制到腕部, 不能控制手部動(dòng)作, 而作為一個(gè)虛擬操作訓(xùn)練環(huán)境, 對(duì)于手部動(dòng)作的要求是非常高的, 因?yàn)榇蟛糠植僮饔?xùn)練動(dòng)作是靠手來(lái)完成的。因此首先要對(duì)DI- GUY 的人體模型做一定的修改, 將用Mult-iGen Creator 建模軟件建好的適合本操作訓(xùn)練系統(tǒng)的, 擁有二十四個(gè)自由度的手模型移植到DI- GUY 人體模型上。以便更好地控制DI- GUY 人體模型完成操作訓(xùn)練任務(wù), 這項(xiàng)工作在作者的課題進(jìn)展中已基本完成。圖2 為要移植到DI- GUY 人體仿真軟件的人體模型中的手模型, 展示了加上自由度控制而形成的各種角度的手勢(shì)模型。

　　3. 2 虛擬人運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)

　　在本虛擬操作訓(xùn)練環(huán)境中, 虛擬人的運(yùn)動(dòng)控制( 手部動(dòng)作除外) , 用空間球控制虛擬人體模型在虛擬場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)。

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