跳伞模拟训练系统及其模拟训练方法

摘要

本发明提供了一种跳伞模拟训练系统及其训练方法，跳伞模拟训练系统包括仿真计算机模块、立体视觉眼镜、耳机、模拟风发生器、模拟风发生器控制模块、体感摄像头、拉力传感器和背带系统，其中背带系统用于系在跳伞员身上，拉力传感器悬挂于背带系统上用于测量跳伞员的体重信息，立体视觉眼镜与仿真计算机模块连接并产生模拟场景视觉输出到跳伞员的眼睛，耳机用于接收仿真计算机的模拟场景声音并输出到跳伞员的耳部，体感摄像头用于对跳伞员摄像将摄像信息发送至仿真计算机模块；模拟风发生器控制模块接受仿真计算机模块的指令控制模拟风发生器产生吹向跳伞员的气流风。本发明能模拟真实的跳伞环境，便于掌握受训人员在真实跳伞环境中的心理。

说明书

技术领域

本发明涉及模拟训练技术领域，具体涉及一种跳伞模拟训练系统及其模拟训练方法。

背景技术

跳伞是一项技术要求高、危险系数大的运动，对跳伞员的生理和心理均有较高的要求。心理调查结果显示，跳伞员在跳伞前2天有接近17%存在焦虑或抑郁症状，跳伞前1天出现心理紧张恐惧反应的达到3.5%，跳伞前的晚上上升到19.5%，上飞机前达到66.3%。跳伞心理问题有可能导致动作变形，处置失当，极易引发安全事故。帮助跳伞员增强心理调控能力，树立更多的自信，克服紧张恐惧等情绪，是确保教学训练安全的重要途径。

跳伞员常见心理问题有：（1）恐惧心理，是指而对复杂、严酷的现实或多变的环境时，心理产生的十分恐慌、惧怕的情绪。表现为目瞪口呆、惊慌失措、而色苍白、浑身发抖，支配或控制自己的能力减弱，不能正确地实施处置行动，甚至有退缩、逃避或者蛮干的行动；（2）畏难心理，是指面对困难时害怕失败的情绪反应。尤其是从事跳伞不久的人员。主要表现为面对跳伞过程中环境复杂、任务艰巨时畏首畏尾，不敢承担重要任务，对自己的能力没有信心，对能否控制局面没有把握，对能否完成任务不敢做出承诺；（3）急躁心理，是指跳伞员在处置突发情况时遇到情况复杂、时间紧迫、行动受阻、无法实施原计划方案或达不到预期目标时的情绪反应。主要表现为处理问题求胜心切，急躁冒进，盲目行动；（4）麻痹心理，是指跳伞员在跳伞过程中表现出的侥幸心理和不负责任、疏忽大意的行为。主要表现为对事件的性质、影响认识不足或对跳伞环境的复杂性、危险性及可能出现的严重后果估计不足，盲目乐观，思想松懈。

提高跳伞员心理素质，克服上述心理问题能够采取的方法一般有以下几种类型：（1）实战训练，根据各种具体情况，组织在带有环境背景的跳伞现场进行训练的方法；（2）案例研讨，通过分析、研究各种成功的或失败的处置突发情况案例，总结经验教训，提高处置突发情况能力的方法；（3）榜样激励，运用榜样的力量激励跳伞员，提高运动员的心理素质，从而消除心理障碍。（4）情境训练，根据处置突发情况中可能出现的情况，创设与之相似的情境进行训练，从而增强心理适应能力，提高处置突发情况能力的方法。

在这几类方法中，实战训练是最直接，刺激最强烈的方法，但是组织实施难度大，代价高昂且风险较大,尤其对于新跳伞员，不宜直接采用实战训练方法。案例研讨和榜样激励的方法对受训对象的刺激较弱，一般用于辅助心理疏导，不作为主要的训练手段。目前常用的方法为情境训练法,在具体实施上，一般采用心理行为拓展训练的方式，即在户外自然的环境中,借助一定的器械,通过特意设计的活动,锻炼人的勇气、意志及团队精神。但是，拓展训练设计的场景与战场环境相关度很低，缺乏针对跳伞员独特心理特点的训练，虽然趣味性较高，受到官兵欢迎，但往往只能起到调节官兵日常训练疲惫与烦躁情绪的作用，无法起到增强官兵心理防御能力的作用。相关研究表明，有81%的受测者认为现行的军队心理行为训练与实战结合差距很大；80%的受训人员对训练所设置的危险情况感觉没难度，15%的人员感觉有一定难度，只有5%左右的人员感觉难度很大，因此提供一种能与实战环境更加贴近的训练方法，就可以能更真实的了解受训跳伞人员在实战环境中的真实心理，然而目前来说实现这样的方法是困难的。

发明内容

本发明旨在解决现有跳伞训练方法与实战环境差异大，不能真实掌握受训人员在实战环境跳伞的心理状态的问题。

为此，本发明的目的在于，提供一种跳伞模拟训练系统及其模拟训练方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种跳伞模拟训练系统，包括仿真计算机模块、立体视觉眼镜、耳机、模拟风发生器、模拟风发生器控制模块、体感摄像头、拉力传感器和背带系统，其中所述背带系统用于系在跳伞员身上，所述拉力传感器悬挂于背带系统上用于测量跳伞员的体重信息，所述立体视觉眼镜用于佩戴在跳伞员眼睛部位且与所述仿真计算机模块连接并产生模拟场景视觉输出到跳伞员的眼睛，所述耳机佩戴在跳伞员的耳部用于接收仿真计算机的模拟场景声音并输出到跳伞员的耳部，所述体感摄像头固定在跳伞员的身上用于捕捉跳伞员的肢体动作信息将肢体动作信息发送至所述仿真计算机模块；所述模拟风发生器控制模块接受所述仿真计算机模块的指令控制所述模拟风发生器产生吹向跳伞员的气流风。

进一步的，所述模拟风发生器为风扇。。

进一步的，所述模拟风发生器立体空间呈圆周向分布于跳伞员模拟跳伞区域内。

本发明的跳伞模拟训练系统利用虚拟现实和体感技术对跳伞员进行心理训练，可以按照跳伞的实际情况，由仿真计算机模块模拟跳伞员在空中的运动状态，通过立体视觉眼镜、耳机及模拟风发生器给跳伞员以视觉、听觉及风体感觉效果，产生虚拟现实的训练场景，使跳伞员沉浸在虚拟现实的环境当中，产生逼真的训练感受，并通过体感摄像头捕捉跳伞员的动作信息反馈到仿真计算机模块中，便于仿真计算机模块并通过仿真计算机将动作信息映射到模拟训练软件的虚拟人体上以进一步用于分析跳伞过程中受训人员的心理，通过多次适应性指导和改进，从而克服跳伞时由于高空、高速运动和身体翻滚产生的畏惧心理，提高心理适应能力。该发明使用方便，安全可靠，成本低廉，能够紧密结合实战环境，有效帮助跳伞员克服心理障碍。

以上跳伞模拟训练系统的模拟训练方法，按照如下训练步骤进行：

S1:在仿真计算机模块上运行模拟训练软件；

S2:通过模拟训练软件设置训练科目、训练场景和训练条件;

S3:跳伞员佩戴好立体视觉眼镜和耳机并通过背带系统和拉力传感器置于吊挂训练器上；

S4：通过模拟训练软件发出开始训练指令，跳伞员在虚拟场景中操纵降落伞，完成跳伞过程，直到降落到地面，其中在降落过程中训练场景通过耳机和立体视觉眼镜向跳伞员输出听觉和视觉效果，通过模拟风发生器控制模块控制模拟风发生器产生模拟场景中的气流风吹向跳伞员，体感摄像头将跳伞员在空中的体型动作信息捕捉后输送至仿真计算机模块并通过仿真计算机将动作信息映射到模拟训练软件的虚拟人体上用于分析跳伞员的心理特征状态。

心理训练软件根据设置产生三维的训练场景，并计算跳伞员在空中的运动轨迹和运动状态，将虚拟环境中看到的场景通过立体视频眼镜输出到跳伞员的双眼，使跳伞员产生虚拟环境的实时动态立体视觉；通过跳伞员四周的风扇吹风，产生与跳伞员在空中运动时相似的气流场；通过为跳伞员提供实时动态的立体视觉和逼真的气流场，使跳伞员沉浸到模拟的训练环境中，产生身临其境的空中运动感觉；再通过体感摄像头、拉力传感器来测量跳伞员的动作和体重信息并反馈到仿真计算机，使虚拟训练环境中的虚拟人体做出相应的操作动作，并仿真计算降落伞受操纵时的运动状态后可用于分析受训人员在模拟的情景中的心理特征状态。经过多次反复训练，使跳伞员熟悉跳伞的场景和过程，树立信心，从而克服由于陌生环境、高空、高速运动和失重感等因素带来的恐惧心理，克服由于对跳伞程序不熟悉和面临恶劣天气等复杂环境产生的畏难心理。训练软件可设置多个跳伞员同时跳伞的情况，并模拟跳伞过程中的特情，包括两伞相撞、主伞未打开、伞绳有缠绕，伞绳过顶等情况，跳伞员经过反复训练，能够熟悉多人跳伞的复杂情况和处置各种特情的程序，对跳伞环境的复杂性、危险性及可能出现的严重后果引起足够的重视，逐渐克服急躁心理和麻痹心理的不利影响。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的跳伞模拟训练系统示意图；

图2是跳伞模拟训练系统的模拟训练工作流程图；

10仿真计算机模块；20耳机；30立体视觉眼镜；40拉力传感器；50体感摄像头；60模拟风发生器控制模块；70模拟风发生器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明实施例提供了一种跳伞模拟训练系统，包括仿真计算机模块10、立体视觉眼镜30、耳机20、模拟风发生器70、模拟风发生器控制模块60、体感摄像头50、拉力传感器40和背带系统（图中未示出），其中所述背带系统用于系在跳伞员身上，所述拉力传感器40悬挂于背带系统上用于测量跳伞员的体重信息，所述立体视觉眼镜30用于佩戴在跳伞员眼睛部位且与所述仿真计算机模块10连接并将所述仿真计算机模块10中产生的模拟场景视觉输出到跳伞员的眼睛，所述耳机20佩戴在跳伞员的耳部用于接收仿真计算机模块10的模拟场景声音并输出到跳伞员的耳部，所述体感摄像头50固定在跳伞员的身上用于捕捉跳伞员的肢体动作信息并将肢体动作信息发送至所述仿真计算机模块10；所述模拟风发生器控制模块60接受所述仿真计算机模块10的指令控制所述模拟风发生器70产生吹向跳伞员的气流风。

一个具体的实施例中，采用一台图形工作站作为仿真计算机模块10，其硬件配置为：双IntelE510核CPU、64G内存、1T硬盘、NVIDIAK4000显卡、24寸显示屏；软件配置为：Windows7操作系统、心理训练软件、OpenGL和Unity3d三维引擎、UniLOD和UniSky等开发插件及相应设备驱动程序。立体视频眼镜30采用OculusRiftDev.2，通过HDMI线连接到仿真计算机模块10。体感摄像头50采用微软的Kinect，通过USB线连接到仿真计算机。拉力传感器40采用LLGC振弦式拉力传感器。模拟风发生器70包括4个在圆周向均布于跳伞员模拟跳伞区域内的交流风扇，风扇控制模块60为风扇驱动器。拉力传感器40和风扇驱动器通过串口连接到仿真计算机模块。

跳伞模拟训练系统的模拟训练方法，按照如下训练步骤进行：

S1:在仿真计算机模块上运行模拟训练软件；

S2:通过模拟训练软件设置训练科目、训练场景和训练条件;

S3:跳伞员佩戴好立体视觉眼镜和耳机并通过背带系统悬挂拉力传感器置于吊挂训练器上；

S4：通过模拟训练软件发出开始训练指令，跳伞员在虚拟场景中操纵降落伞，完成跳伞过程，直到降落到地面，其中在降落过程中训练场景通过耳机和立体视觉眼镜向跳伞员输出听觉和视觉效果，通过模拟风发生器控制模块控制模拟风发生器产生模拟场景中的气流风吹向跳伞员，体感摄像头将跳伞员在空中的体型动作信息捕捉后输送至仿真计算机模块并通过仿真计算机将肢体动作信息映射到模拟训练软件的虚拟人体上用于分析跳伞员的心理特征状态。

也就是说，在进行训练时，如图2所示，跳伞员佩戴立体视频眼镜30和耳机20，并通过背带系统吊挂在机械框架上，打开各种设备电源，运行仿真计算机模块10上的模拟训练软件。教练员通过程序界面设置训练条件和场景，包括：机速、高度、跳伞人数、伞型、地形、时段、气象条件（风、云、雨、雾等）、特情（两伞相撞、主伞未开、伞绳缠绕、伞绳过伞顶等）等；训练软件根据训练时间、地点和气象条件产生虚拟的三维训练场景，包括地面、水体、山丘、植被、云、雨、雾、风和光照等主要自然环境要素和虚拟的其他跳伞员。设置完成后发出开始训练指令，跳伞员在感觉到的虚拟场景中按照实际跳伞的程序操纵降落伞。跳伞员四肢和头部的动作被体感摄像头50捕捉并反馈给仿真计算机模块10；跳伞员的体重由背带上连接的拉力传感器40测量并反馈到仿真计算机模块10；模拟训练软件根据跳伞员的体重、训练的伞型、离机时的机速、高度、着陆场的风场和跳伞员操纵降落伞的动作计算跳伞员的位置、速度、姿态和角速度，并根据跳伞员的运动状态和模拟训练软件模拟的自然环境产生跳伞员双眼所看到场景的视频图像，训练软件根据跳伞员头部的位置和角度为立体视频眼镜的左右眼屏幕提供不同的图像信号，使跳伞员产生逼真的立体视觉，训练软件根据模拟的风速、风向和跳伞员的运动状态控制风扇吹风，使跳伞员产生逼真的空中运动感觉。

教练员通过仿真计算机的屏幕同步监控跳伞员的训练过程并可以在训练完成后回放跳伞过程的记录，分析跳伞员的心理状态，指出训练中存在的问题，引导跳伞员克服心理障碍。

在本发明的描述中，术语“安装”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。