基于DI- GUY 的某型導彈虛擬操作訓練環(huán)境設計
摘要: 對主要應用于士兵戰(zhàn)術訓練的DI- GUY 人體仿真軟件進行了介紹, 并詳細介紹了如何將重點應用于戰(zhàn)術訓練的DIGUY軟件應用于虛擬操作訓練, 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練環(huán)境的實現(xiàn)方案以及主要解決的問題; 給出了綜合運用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)實硬件設備所組成訓練環(huán)境的具體實現(xiàn)方法; 闡述了用于控制虛擬人運動的具體思路與方法, 以及如何進行訓練動作規(guī)劃, 并給出了訓練任務實施的整體的程序框架。
關鍵詞: 操作訓練; 空間球; 數(shù)據(jù)手套; 逆向運動學
1 引言
虛擬人技術是虛擬世界中產生真實沉浸感的關鍵技術之一。虛擬人從本質上講也是仿真系統(tǒng)。采用虛擬現(xiàn)實技術構建人體模型, 虛擬人的空間交互、虛擬人的行為控制、社會化行為的仿真、多虛擬人任務分配等是目前虛擬人技術新的發(fā)展方向, 對虛擬人手勢模型的技術研究也是虛擬人技術中的重要方面, 對手部動作的研究以及手勢的識別在沉浸式虛擬訓練系統(tǒng)中有著重要的作用。
某型導彈武器系統(tǒng)是我軍用以打擊敵戰(zhàn)役縱深目標的重要武器系統(tǒng)。由于其結構比較復雜, 如果在實裝上進行操作、維修訓練, 耗資太大。因此, 采用仿真和虛擬現(xiàn)實技術,尤其是虛擬人技術, 研制該系統(tǒng)的沉浸式虛擬訓練環(huán)境, 通過控制虛擬人的運動, 更加逼真地讓訓練人員接受培訓, 更真實地沉浸在某型導彈虛擬訓練系統(tǒng)之中, 對于提高廣大訓練人員的訓練質量, 節(jié)省訓練時間, 達到與實際裝備盡可能相近的訓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, 加快對武器系統(tǒng)人員的培訓, 并能為進一步研究提供依據(jù)。
2 DI- GUY 軟件介紹
DI- GUY 是由美國Boston Dynamics 公司于上個世紀九十年代初開發(fā)的人體交互仿真軟件, 被美國陸軍、海軍及支持開發(fā)工作的特種部隊在模擬訓練中使用。DI- GUY 最常用的應用可分為兩個部分, 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練、相互協(xié)同訓練。DI- GUY 通過本身提供的API 函數(shù), 可以產生不同的人體模型, 并且賦予其不同的特征, 甚至在人物間的轉換中, 可以提供自然的運動和無縫轉化。
DI- GUY 包括一套描繪士兵特征的選項。它基于真實士兵訓練的特征, 具有士兵的七級細節(jié)等級的全紋理模型、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、走、跳、彎腰、潛行以及其他活動。
3 虛擬操作訓練環(huán)境的實現(xiàn)方案
針對某大型導彈結構復雜、操作繁瑣、多操作手完成操作動作的特點, 并且由于操作訓練的主要動作集中在手部,因此基于課題要完成的任務和簡化考慮, 制定如下的某型導彈虛擬操作訓練環(huán)境的總體實現(xiàn)框圖( 見圖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用于士兵戰(zhàn)術訓練的人體仿真軟件, 許多動作設計主要用來描述戰(zhàn)術動作, 尤其是DI- GUY 人體模型的手臂只能控制到腕部, 不能控制手部動作, 而作為一個虛擬操作訓練環(huán)境, 對于手部動作的要求是非常高的, 因為大部分操作訓練動作是靠手來完成的。因此首先要對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練系統(tǒng)的, 擁有二十四個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練任務, 這項工作在作者的課題進展中已基本完成。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模型。
3. 2 虛擬人運動控制的實現(xiàn)
在本虛擬操作訓練環(huán)境中, 虛擬人的運動控制( 手部動作除外) , 用空間球控制虛擬人體模型在虛擬場景中運動。
……
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DI-Guy關于人工智能的應用介紹 http://www.97ut.cn/2013/1125/503.html
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