[发明专利]一种用于舰载机飞行员训练损伤评估的三维虚拟仿真系统及仿真方法

摘要

本发明公开了一种用于舰载机飞行员训练损伤评估的三维虚拟仿真系统及仿真方法，三维虚拟仿真系统包括：硬件平台，底层支撑模型库，数据管理模块，生物力学仿真模块，三维虚拟视景模块和后处理模块。三维虚拟仿真方法包括：数据管理模块接收用户输入的数据和配置参数；并将配置参数管理传递给生物力学仿真模块和三维虚拟视景模块，得到生物力学仿真数据再分别传递给后处理模块和三维虚拟视景模块，开展三维虚拟视景仿真并保存结果；综合对比三维虚拟视景仿真数据以及生物力学仿真数据，向用户展示分析飞行员的训练损伤评估结果。解决了传统实验研究的不可重复性和高风险性的缺点，具有高效率、可重复性和低成本的特点。

主权项

1.一种用于舰载机飞行员训练损伤评估的三维虚拟仿真方法，其特征在于，基于一种用于舰载机飞行员训练损伤评估的三维虚拟仿真系统实现，所述的三维虚拟仿真系统包括六个模块：硬件平台，底层支撑模型库，数据管理模块，生物力学仿真模块，三维虚拟视景模块和后处理模块；硬件平台包括计算机组件、显示组件和网络交换机，用于支撑该三维虚拟仿真系统的运行并提供用户接口，方便舰载机飞行员训练单位通过用户接口使用三维虚拟仿真系统；底层支撑模型库包括虚拟视景仿真几何模型和生物力学仿真几何模型，为三维虚拟视景模块和生物力学仿真模块提供模型，根据实际装备和训练人员使用情况设定；虚拟视景仿真几何模型包括航空母舰模型、舰载机模型，座椅模型、飞行员模型和服装背带模型；生物力学仿真几何模型则包括人椅背带模型、心肺模型和视觉系统模型；数据管理模块接收用户输入的数据：给定载荷和生物力学仿真配置参数，以及三维虚拟视景配置参数；并将给定载荷和生物力学仿真配置参数管理传递给生物力学仿真模块，得到生物力学仿真数据再分别传递给后处理模块和三维虚拟视景模块；同时将三维虚拟视景配置参数传递给三维虚拟视景模块，并保存三维虚拟视景仿真结果；生物力学仿真模块，对给定载荷和生物力学仿真配置参数进行几何建模，并调用有限元分析程序开展生物力学仿真，输入给定载荷下获取生物力学仿真数据：飞行员各个部位的姿态和变形数据；三维虚拟视景模块包括三维视景渲染组件和虚拟环境模型，通过调用并控制底层支撑模型库中的虚拟视景仿真几何模型，按照生物力学仿真数据运动与显示，得到关于飞行员各个部位的姿态和变形数据的三维虚拟视景仿真，并保存到数据管理模块；后处理模块对生物力学仿真数据进行显示、绘制曲线和对图形进行视频渲染，得到关于飞行员各个部位的姿态和变形数据的数值和图表；最后，通过综合运用三维虚拟视景仿真数据以及二维数据、图形和视频方式呈现的生物力学仿真数据，综合开展损伤评估并向用户展示分析飞行员的训练损伤评估结果；所述的三维虚拟仿真方法，具体步骤如下：步骤一、启动舰载机飞行员训练损伤评估的三维虚拟仿真系统；步骤二、用户向数据管理模块输入给定载荷和生物力学仿真配置参数后，传递给生物力学仿真模块；步骤三、生物力学仿真模块依据生物力学仿真配置参数进行有限元仿真，得到生物力学仿真数据；生物力学仿真模块调用底层支撑模型库的生物力学仿真几何模型，对生物力学仿真配置参数进行有限元仿真，包括，人椅背带约束系统仿真，心肺系统生物力学仿真，以及视觉系统生物力学仿真，得到给定载荷下的飞行员各个部位的姿态和变形数据；步骤四、生物力学仿真数据经过数据管理模块，传递给三维虚拟视景模块和后处理模块；飞行员各个部位的姿态和变形数据均保存为数据格式、图形格式和视频格式；如果数据管理模块中已经保存了上次开展生物力学仿真分析后的数据，直接读取离线的生物力学仿真配置参数和飞行员各个部位的姿态和变形数据；步骤五、三维虚拟视景模块开展三维虚拟视景仿真，显示三维虚拟视景仿真的飞行员各个部位的姿态和变形数据；步骤六、后处理模块开展结果分析，得到飞行员各个部位的姿态和变形数据的数值和图表；采用文本脚本模式配置数据结果和对应的执行程序；后调用数据管理模块，读取要展示的数据结果，包括数值结果、静态图片、动态曲线图和视频，进行分析；步骤七、综合对比三维虚拟视景仿真结果以及生物力学仿真数据，向用户展示分析飞行员的训练损伤评估结果。