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面向未来的虚拟现实座舱
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面向未来的虚拟现实座舱

  ​​摘 要:通过了解美陆军的“最优虚拟座舱计划(VCOP)”,着重分析实现虚拟座舱的虚拟视网膜成像、三维音频、语音识别、基于触觉的飞行态势感知等几项关键技术,认识未来飞机座舱的发展方向,分析国内现有的技术水平,讨论实现虚拟座舱技术的可行性。

  关键词:座舱;虚拟现实;直觉操作;飞行态势感知

  VCOP——美陆军的“虚拟座舱计划”,它的主要目标是研制面向未来,能虚拟现实进行操纵的直升机座舱。在最优虚拟座舱计划中,其指导思想就是“直觉操作”:在几乎空空如也的虚拟座舱(Virtual Cockpit)中,依靠一个全彩色的高分辨率、高亮度头盔显示器;一个穿在飞行员身上的带有若干振动器件背心的触觉态势感知系统(TSAS);安装在头盔上的高性能有源隔噪三维音频耳罩以及可震动座椅坐垫等装备,飞行员可以凭借直觉感知各种飞行姿态、图像、飞行数据以及战场信息,能够在一个安全和直观的环境中执行各种任务。

  1 VCOP——最优虚拟座舱计划

  虚拟驾驶舱优化计划(VCOP)涉及5项关键技术:彩色头盔显示器、三维音频、触觉态势感知、话音识别和认知决策辅助。其目标就是要产生一个“直觉”的驾驶环境,把来自机内外的信息转化为飞行员无需进一步思考和判断的一种直接意识。

  ……

  2 虚拟座舱的关键技术分析

  虚拟现实(VR)并不是一个新的概念,该技术已广泛应用于电脑游戏领域。近年来,国外逐步将其应用到新型战机的设计和开发中。虚拟现实技术是“虚拟座舱(Virtual Cockpit)”实现的主要技术途径,通过该技术的实施,座舱内几乎空空如也,一般座舱中密密麻麻的操纵装置和仪器仪表只是被虚拟地显示在飞行员的护目镜上,如图2所示。在虚拟座舱中,飞行员通过头部的运动实现武器瞄准,通过带有磁跟踪器的手套来监督飞行员手的位置变化。多轴磁跟踪器由3个感应线圈在3个方向获得磁场、接收器和转发器的信息,获得的信息传输给飞机的主计算机,实现虚拟控制。而实现座舱虚拟现实的核心技术是:虚拟视网膜显示(VRD)。

 

 

 

 

  虚拟视网膜显示是将调制的激光光束直接投射到眼睛的视网膜上产生一个光栅化的图像。

  ……

  6 未来的飞机座舱

  飞机座舱是所有信息的会聚点。大量的外部信息(如指挥员的命令、敌机方位、来袭导弹告警等)和内部信息(如发动机转速、载油量、各系统工作状况等)会多得让人目不暇接。将大量的数据筛选、分类,挑选出当前最重要、最迫切需要处理的信息呈现给飞行员,无疑是一项艰巨的工作,必须有一套具有判断、推理能力的系统帮助完成,计算机的数据融合功能在其中扮演了重要角色。

  未来座舱将把人工智能系统引入数据融合中,承担“驾驶员助手”之职,它不仅可以主动控制飞机的各个活动翼面的偏转,及时调节机翼的前、后缘机动襟翼,监控机载各系统的工作,应急处理突发情况,还可以为飞行员提供作战态势分析和威胁评估。

  随着微电子技术和显示器制造技术的不断进步,驾驶舱将取消大大小小的仪表,计算机虚拟环境发生器、头盔显示器、虚拟交互式屏幕、声音告警系统、话音识别器、头/眼/手跟踪系统以及触觉/动觉系统所构成的虚拟驾驶舱,会通过人机接口输出三维视觉、听觉和触觉信息,多通道刺激人的感官,在人头脑中形成身临现实环境的感觉。同时,它还能接受人手指的动作、话音、头眼指向等多通道控制信息,实现真正的人机交互。

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