[发明专利]一种基于kinect传感器的飞行模拟器动态视点系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于kinect飞行模拟器动态视点系统，是关于飞行模拟器的动态视点装置，属于虚拟现实领域，特别涉及一种直升机飞行模拟器视景仿真方面的动态视点装置。

背景技术

随着国家逐步放开低空领域的管制，国内民用飞行器在近几年获得了快速的发展，使得这方面急需专业的飞行人员。在以前，飞行员培训主要采用的是实飞训练的方式，这种方式存在着危险系数高以及实际飞行环境复杂等诸多问题，给新手飞行员的飞行技能和心理素质都带来了很大的挑战。而最近几年，随着虚拟现实的飞速发展，使用飞行模拟器训练则成为一种新型的飞行员培养方式，它既可以模拟传统的高空飞行，又可以有效地保障飞行员的人身安全，降低培养费用。此外，飞行模拟器还可以有效地降低培养门槛，缩短培养周期，为飞行产业提供充足的飞行人员。

目前飞行模拟器在西方已经形成了完整的产业体系。但由于我国起步较晚，导致国内飞行模拟器的研制水平与同期的国外发达国家相比有很大的差距，且关键技术受发达国家垄断，尤其是飞行模拟器的视觉方面。在现实场景中，视线范围呈现的景象会随着头部姿态的变化而发生改变。然而目前国内模拟器的视景是静态的，当飞行员头部姿态变化时，尚不能很好地将实际视线范围内的内容动态显示到屏幕显示器上，也就无法满足实际飞行中飞行员的视觉感受，达不到传统飞行模式的训练效果。

鉴于上诉问题，本发明提出了基于kinect传感器的飞行模拟器动态视点系统。在该系统中，当飞行员的眼睛相对屏幕发生位置变化时，投影矩阵也发生相应改变，然后通过投影矩阵的变化来改变屏幕上的图像。通过这种系统能够将实际视线范围内的内容呈现在屏幕上，从而给飞行员带来很好的沉浸感和临场感，使飞行模拟器达到非常理想的训练效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于kinect传感器的飞行模拟器动态视点系统，其通过飞行模拟器动态视点系统，使得当飞行员的眼睛相对屏幕发生位置改变时，能够实时更新投影矩阵，然后飞行模拟器通过投影矩阵的变化而变化屏幕图像。当飞行员透过窗口观察环境时，应用这种系统能够将实际视线范围内的内容呈现在屏幕上，从而使飞行员有更好的沉浸感和临场感，使飞行员的模拟训练更加贴近实际，提高飞行员的飞行水平。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于kinect传感器的飞行模拟器动态视点系统，由上侧电视屏幕、前侧电视屏幕、右侧电视屏幕、仪表板、kinect传感器、左侧电视屏幕、固定板、3D图形输出线束、网络通信线束、驾驶舱组成，其特征在于：驾驶舱是参照某武装直升机舱体形状、尺寸进行设计的，模拟驾驶舱内驾驶杆、总距杆、脚踏板及座椅等机构的安装位置均对应真实直升机驾驶舱相对应的位置。电视屏幕与kinect的安装位置：上侧电视屏幕布置在驾驶舱的顶部，前侧电视屏幕布置在驾驶舱的前端，左侧电视屏幕布置在驾驶舱的左侧，右侧电视屏幕布置在驾驶舱的右侧，仪表板位于前侧电视屏幕的下方，仪表板与前侧电视屏幕之间布置kinect传感器，kinect传感器与固定板相连，kinect传感器数据线与电脑主机相连，仪表板的电脑主机与分机通过网络通信线束联机，各分机分别通过3D图形输出线束与上侧电视屏幕、前侧电视屏幕、右侧电视屏幕和左侧电视屏幕相连。

具体的运算方法如下：

首先采用视点定位技术是对飞行员的眼睛进行定位，其大概过程是先提取出飞行员脸部的区域，再通过眼睛的四个特征点来定位人眼；

应用Snake模型提取人脸边界；

Snake模型：

E_internal表示轮廓的内在能量，E_image代表图像能量，E_constraint代表约束力能量。脸部的位置对应着该算法的局部最小区域。应用快速贪婪算法得出Snake算法的最小局部区域。最终定位出人脸区域；

脸部提取出来后，利用人体的脸部特征来粗略的定位出人眼区域。在人眼区域筛选出四个显著的眼角特征点；