[发明专利]一种采用增强现实技术的单兵轻武器射击训练的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形技术领域，具体涉及一种采用增强现实技术的射击训练方法和系统。

背景技术

目前轻武器射击训练由于受到传统训练模式、方法和场地的制约，在训练科目和训练手段上还停留在胸环靶实弹射击为代表的基础精度射击和机械移动显隐靶射击方式，这种训练方式，靶目标位置不确定性、显隐性不足，很难满足移动目标时隐时现和移动不定情形下所需的射击技能和基本要求，造成战机的贻误，另外还存在着训练成本高、信息化技术不足的问题，无法有效提升单兵战斗力。

专利公开号为：CN201829068U中国专利公开了一种基于虚拟现实的单兵训练系统,可在很小的室内空间内为单兵训练提供真实的虚拟训练场景,可模拟特定的气候和地形环境,将受训人员在真实单兵训练场景中涉及到的动作通过对应的传感器产生的电信号实时传递给虚拟系统，驱动虚拟场景中的人物做出相同的动作，使受训者最大限度的贴近实战锻炼，但该系统头盔显示器所呈现的都是虚拟场景和虚拟人物，其专利重点在于射击者动作的信息反馈，另一方面，由于虚拟场景和人物都是计算机模型，其虚拟训练系统中反馈的信号直接作用在虚拟现实中虚拟射击者模型上，用虚拟现实中的虚拟射击者代替真实环境中的真实射击者，使得射击者主体没有真实融入射击训练中，造成射击训练的真实度不够，严重的影响了训练效果。

增强现实技术是在传统虚拟现实技术的基础上发展起来的。是一种通过将计算机产生的图形、文字、注释等虚拟三维信息无缝自然地叠加融合到用户所看到的真实世界场景中，增强用户对现实世界感知的技术。其关键技术三维注册，是将计算机生成的虚拟物体或信息与真实场景画面进行精确的位置配准，在此基础上才能实现虚实物体之间的融合显示。本发明涉及的训练系统中的射击对象是添加到真实场景中的虚拟目标，这正是三维注册技术所要实现的目标。

目前，增强现实三维注册技术主要分为基于标识和基于非标识即自然特征的两类，而前者的技术已经非常成熟。公开号为CN101339654A的中国发明专利提供了一种基于标志点的增强现实三维注册方法和系统，通过生成不可见光标志点，将生成的不可见光标志点投影到现实环境的承载面上，并采用具有不可见光滤光片的摄影机对投影在承载面上的不可见光标志点进行拍摄，获取所述不可见光标志点在屏幕中的二维坐标数据，根据所述的二维坐标数据对所述的不可见光标志点进行识别，获取不可见光标志点在现实环境的三维坐标与在屏幕中的二维坐标的映射，最终根据所述的映射计算出所述摄像机的姿态。此三维注册方法在实现过程中需要红外线发射与接收装置、红外滤光片等硬件设备的支持，另外，其算法步骤也较为复杂，不适合应用于实时的增强现实应用系统开发。

公开号为CN101893935A的中国发明专利是开发了基于真实球拍的协同式增强现实乒乓球系统构建方法，首先利用系统获取的视频图像，根据颜色特征进行真实乒乓球球拍的检测和跟踪，设计实现了虚拟场景与真实场景的虚实三维注册。但是此系统中使用的三维注册方法是基于颜色特征的，因此要求真实场景中要有颜色标志物才行，不适合复杂场景中的增强现实应用开发。

综上所述，单兵轻武器射击训练中现有技术存在以下主要问题：（1）真实射击靶的射击训练存在射击目标位置的有规律性和设备的高成本；（2）虚拟现实的射击训练没有融合真实环境形成战斗场景，导致射击的真实性不足。（3）增强现实射击训练如何采用非标志自然特征真实环境的三维注册。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了解决单兵轻武器射击训练中射击目标的不确定性问题，实现多个虚拟射击目标和真实人物、场景融合以及射击结果综合信息的反馈。本发明提出一种采用增强现实技术的单兵轻武器射击训练的方法和系统。

捕获真实环境的视频帧，利用增强现实的非标志自然特征的三维注册技术求解真实环境的世界坐标以及最终虚拟目标的投影坐标，从而得到虚拟目标应该被“放置”在真实场景中的准确位置。训练者射击验证模块判定射击者是否击中了虚拟目标，与此同时，击中判定模块判定虚拟人是否射中了射击者本人。虚拟目标状态信息添加到所述实时场景图像中，通过虚实融合模块融合后传送给头盔装置中的显示模块。本发明的具体技术方案如下：

一种使用增强现实技术的单兵轻武器虚拟射击训练方法，该方法包括：

智能手机中设置： 视频跟踪模块、三维注册模块、陀螺仪装置、坐标变换模块、虚拟目标生成模块、射中验证模块、虚拟目标受伤动作模块、虚拟目标射击动作模块、受伤验证模块、受伤效果模块、数据存储装置、虚实图像融合模块。

头盔装置中设置：摄像模块、显示模块。