虚拟现实技术在空间站舱内定向训练中的应用

载人航天中,失重环境和结构复杂的空间站对航天员空间定向能力的影响极大,导致航天员可能出现空间失定向现象。针对在地面难以使用实物进行空间定向任务训练的问题,阐述了虚拟现实技术在空间定向训练中的应用,并对其特点进行了分析,设计了基于虚拟现实技术的空间定向训练系统提供飞行前的适应性训练,使航天员掌握依赖视觉信息进行空间定向的技能,为后续更为复杂的航天员空间操作任务提供新的训练方式。     

基于体态识别的航天员虚拟训练仿真技术研究

以未来空间站任务建设虚拟现实训练器为需求,为了最大限度地降低虚拟现实设备穿戴给航天员带来的额外束缚,提出了一种新的基于体态识别的航天员虚拟训练仿真系统:采用平行双目视觉原理和偏振立体电视实现立体图像的生成与显示;采用人体三层模型实现虚拟航天员表达,采用骨骼动画实现人体典型动作自动演示、Kinect实现人机交互过程中人体跟踪和运动控制,适合于空间站任务航天员训练、工效验证、典型流程演示等人机交互应用。     

航天员舱外活动安全绳虚拟现实操作仿真方法研究

为了解决航天员舱外活动虚拟现实训练仿真中安全绳的逼真仿真问题,分析了安全绳的结构组成和神七任务航天员出舱过程微重力下的安全绳变形规律,对安全绳采用质点-直线弹簧-弯曲弹簧模型建模,使用基于位置的仿真方法计算了安全绳的变形,给出了安全绳的仿真参数,建立了航天员舱外活动安全绳操作仿真系统。开展了受试者试验,仿真结果表明,仿真方法实时有效,可为航天员虚拟现实舱外维修仿真提供基础算法。     

航天员低重力运动模拟训练方法与研究综述

针对主要应用于航天员模拟失重训练与低重力环境下的人体科学研究的低重力环境模拟方法,介绍了包括抛物线飞行、中性浮力水池、虚拟现实技术、悬吊式重力补偿系统以及新近出现的被动式外骨骼系统等在内的国内外模拟低重力环境主流方法的工作原理与利用这些方法开展的科学研究与工程应用,对这些方法的优缺点与适用条件进行了比较与分析。发现抛物线飞行的低重力模拟效果较好,但持续时间有限;中性浮力水池为低重力模拟训练提供了充足的空间,但液体阻力会影响训练的效果;虚拟现实技术无法提供对低重力的体感;气浮台与悬吊式重力补偿系统虽然能对航天员受到的重力进行补偿,但其结构对航天员的运动构成了一定的限制。提出研发低重力模拟功能完善、低重力模拟范围可调、多运动自由度、人机工效良好以及支持多人与人机协同训练的新一代低重力模拟系统,作为开展航天员低重力环境模拟训练和低重力人体运动生物力学实验研究的平台,以满足未来载人航天任务的需求。     

失重状态下旋转陀螺交互操作的仿真研究

针对在地面难以使用实物进行空间操作任务训练的问题,提出了一种基于人机交互和物理引擎技术的交互操作虚拟仿真方法,并实现了失重状态下旋转陀螺的虚拟操作训练。实现中首先建立航天员和陀螺的三维图形模型和用于碰撞检测的物理模型,并采用虚拟现实设备数据手套和位置跟踪仪实时跟踪获取受训人体的实时运动数据,用于交互控制虚拟航天员的运动,最终通过物理引擎及仿真算法计算失重状态下旋转陀螺的运动状态。结果显示,该方法较好地解决了旋转陀螺定轴特性仿真问题,能够满足虚拟训练的实时性和有效性要求。     

虚拟现实技术在某民机培训中的应用

虚拟现实技术是20世纪兴起的一项综合性技术，随着科学技术的发展，该技术得到了快速的发展及广泛的应用。针对传统民机培训中存在的课程枯燥、培训效率低下以及成本高昂等问题，虚拟现实技术被逐步应用到民机培训中，并得到长足的发展。对某民机培训中心搭建的虚拟现实培训系统进行了介绍，包括大型沉浸式、头盔式及桌面式三种虚拟现实培训平台，详细介绍了以上三种虚拟现实培训系统的软、硬件组成，包括显示系统、交互设备及开发软件等；并对三种虚拟现实培训系统的优缺点进行了简要总结。针对培训内容在开发过程中存在的复杂、繁琐问题，介绍了基于Unity 3D开发引擎且适用于三种虚拟现实培训系统的无编程课件开发流程。最后对虚拟现实技术在民机培训中的发展方向进行了展望。     

虚拟航天员多层次运动仿真模型研究与实现

为解决虚拟现实训练中航天员模型实时交互控制和失重运动仿真等问题,提出了一种多层次运动仿真模型,在运动控制层实现运动跟踪,并构建标准化人体运动模型;物理控制层采用物理引擎建立人体多刚体动力学模型;规则控制层为不同的运动方式制定相应规则,显示层使用骨骼蒙皮技术提升显示效果。通过各层次组合的方式,共同实现了虚拟航天员的交互运动仿真。通过两个应用实例,证明了该层次化组合模型实现的虚拟航天员运动,可同时实现实时交互控制、失重运动仿真、交互操作仿真、太空行走仿真以及较好的显示效果,并适用于多种任务场景的航天员训练。     

虚拟现实技术在军事上的应用

虚拟现实技术汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、计算机仿真技术、传感器技术、计算机视觉和人的行为学研究等多项关键技术,是一门基于多种学科发展起来的计算机领域的高新技术。本文主要介绍了虚拟现实技术在军事领域的应用以及真三维立体显示技术,表明基于虚拟现实技术的军事仿真训练系统在飞行训练、海军潜艇训练、立体三维坦克作战指挥系统、立体三维直升机训练系统、立体三维海军作战指挥系统、立体三维实战演示系统等领域具有非常广阔的应用前景。     

近地空间航天员训练视景真实感渲染技术研究

载人航天任务中,地面模拟训练是培养提升航天员操作技能的重要手段。视景系统是航天飞行训练模拟的重要组成部分,高逼真度的仿真场景对提升航天员训练效果有重要的意义。针对空间视景仿真场景调度和渲染的特殊性,提出并设计实现视景仿真软件的总体架构。对影响空间场景真实感的地球纹理数据库的生成和调度技术、大气散射仿真技术、场景光照实时渲染等关键技术进行研究,融合各种方法,在视景仿真系统中基于GPU实现。试验验证表明,实现算法准确,模型设计合理,已经应用于航天员的训练中。     

从美军"PTN"项目看前沿技术在飞行员训练体系中的应用前景

美国空军教育和训练司令部"PTN"项目即"未来飞行员训练计划"已经完成两期验证,项目重点集成了虚拟现实、增强现实、先进生理传感器、人工智能和大数据分析技术,研究了新技术对飞行员训练的适用性.项目取得了良好的效果,美军计划将该项目作为未来飞行员训练体系的重要组成部分.本文分析了"PTN"项目的 组织实施过程和实施效果,阐述了人工智能、虚拟现实、大数据等前沿技术在飞行员培训体系中的应用前景.     

空间站舱内定向虚拟训练方法研究

在失重环境下航天员常常以任意的身体姿态漂浮,依赖视觉线索定向便成为舱内航天员必须掌握的生存技能。针对在地面实物模拟器内难以开展空间定向训练的问题,提出了一套基于虚拟现实技术的空间定向训练方法。该方法以虚拟实验舱和核心舱为训练场景,提供三维空间记忆与定向策略,帮助航天员学习任意视角下定向的技能。实验结果表明,在具有不同视觉垂向信息量的舱段内,该方法均能够明显提高定向任务绩效,所提供的空间记忆策略有助于构建具有层次性的空间知识结构,多姿态定向训练能够帮助航天员建立清晰完整的舱内三维结构认知图。     

面向航天员训练的混合现实场景理解方法研究

针对航天员混合现实系统在人机交互过程中尚未实现自主智能诱导的局限性,结合航天器舱内环境的特殊性,构建了一种航天员混合现实空间场景理解原型系统架构,提出了基于深度学习的空间场景自主理解方法,采用合成样本的方法建立了舱内设备数据库,实现了基于深度学习算法的自主舱内设备识别。实验结果表明,对舱内设备识别的mAP值达到79.8%,混合现实空间场景理解原型架构和场景理解方法可以有效解决航天员舱内训练设备操作状态变化的自然识别需求,并实现混合现实虚拟流程的自主引导。     

神舟七号载人航天飞行任务航天员选拔与训练

航天员选拔训练是载人航天工程中至关重要的环节,选拔训练合格的飞行乘组将直接影响到工程计划的顺利实施和飞行任务的成败。简要分析和阐述神舟七号载人航天飞行出舱活动任务对飞行乘组及航天员选拔训练的要求与挑战、选拔的策略和原则,概述选拔训练的项目、内容、方法、实施安排与结果,以及出舱活动训练简况。     

虚拟现实系统概述

概述了虚拟现实的概念、基本特征、系统组成、关键技术及其应用,简单介绍了其产生的背景,发展状况和我们对虚拟现实研究的情况, 就虚拟现实技术的应用加以论述,并指出虚拟现实技术的发展需要解决的问题,重点介绍桌面虚拟现实的开发工具WTK、开发步骤及关键技术几个主要特征(交互性、想象性和沉浸感)。     

GPS／GLONASS共用PDOP研究

对全球卫星定位系统的DOP因子进行了分析。对GPS/GLONASS共用系统的可用性和PDOP因子进行了理论分析和软件仿真,对星座的定位特性进行了评估。分析结果表明,GPS/GLONASS共用系统相对于单一的GPS系统在可用性和PDOP因子方面都有很大的改善,从而可以进一步改善定位精度,这就为GPS/GLONASS组合导航的进一步研究和应用奠定了基础。     

虚拟现实技术及其在高校教学中的应用

在介绍虚拟现实技术的基础上,论述了网络系统集成虚拟实验系统的实现方法.对系统中的一些关键技术进行了分析,阐述了系统在教学中的具体应用,拓展虚拟现实技术在实践教学中的应用.     

虚拟现实软件工程研究

为了将软件工程引入到流程相对复杂的虚拟现实项目中去,提出了一套自动文档框架。总结了虚拟现实项目开发中的技术攻关策略。对软件工程的标准化体系进行了扩充。利用这些结果可对虚拟现实项目的特殊开发过程进行高效规划和监督。所提出的相关标准和策略是在企业实际的虚拟现实项目开发中总结形成的,它的应用提高了虚拟现实软件开发的质量和速度。     

北斗星基增强系统单频服务区域可用性评估

在研究美国广域增强系统(WAAS)与欧洲地球同步导航重叠系统(EGNOS)服务可用性评估方法的基础上,基于连续8天的实测数据对当前北斗星基增强系统(BDSBAS)单频服务一类垂直引导进近(APV-I)的区域可用性进行了初步评估.评估结果表明,受系统实际播发的卫星完好性参数有效性与电离层格网点(IGP)分布的限制,中国大陆APV-I 99％可用性覆盖率仅为49％,且在中国陆地边界和沿海地区性能迅速劣化;进一步仿真验证了在当前IGP均可用的条件下,APV-I 99％可用性理论最大覆盖率为96.22％,而在增加高纬度IGP后,覆盖率进一步提升为100％,可以解决中国高纬度地区可用性较差的问题.     

PHM技术在液压伺服系统中的应用

为了提高液压伺服系统的可靠性和可用性,将故障预测与健康管理（PHM）技术应用到该系统中,并对其核心技术进行研究。重点研究在液压伺服系统的性能发生退化时对该系统进行的故障检测、健康评估及预测。对液压伺服系统PHM技术研究可为系统故障检测、退化评估和寿命预测的工程实践提供有力的理论支撑,并且PHM技术研究是故障诊断技术新的发展方向。最终,实验结果证明了该PHM技术在液压伺服系统故障诊断上的有效性和适用性。     

基于关节点遮挡推测的多相机手姿态估计方法

基于视觉的手势交互技术被应用在航天员虚拟训练系统中,其中基于视觉的手姿态估计方法是关键。由于手部关节多、自由度高,因此航天员在操作过程中易出现手势自遮挡,此时难以准确重建航天员手势操作,进而难以构建合适的虚拟训练系统。当关节点严重自遮挡时,甚至出现不能被识别或姿态估计结果畸形的情况。为此提出了基于关节点遮挡预测的多相机融合手姿态估计方法,在不同视角利用单幅手部图像进行关节点遮挡预测和手姿态估计,再依据关节点遮挡预测结果,在决策端将各视角的手姿态估计结果进行融合;并采集双视角手势操作视频样例,设计融合实验进行验证。实验结果表明:通过融合可以有效解决单一视角自遮挡严重、手姿态难以估计的问题,避免了传统多相机方法的相机校准和数据特征匹配过程,在保证算法实时性的基础上提高了手姿态估计的精度。