本發(fā)明涉及模擬訓(xùn)練，具體為一種基于虛實(shí)結(jié)合的排雷模擬訓(xùn)練方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、排雷模擬訓(xùn)練方法屬于虛擬現(xiàn)實(shí)vr和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)ar技術(shù)在軍事和公共安全領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著虛實(shí)結(jié)合技術(shù)的發(fā)展，模擬訓(xùn)練在軍事訓(xùn)練、危機(jī)應(yīng)對和公共安全培訓(xùn)中扮演著越來越重要的角色，特別是在危險(xiǎn)性高、實(shí)踐難度大的領(lǐng)域中，虛擬環(huán)境能夠提供一種安全、可控的訓(xùn)練方式。具體到虛實(shí)結(jié)合的排雷模擬訓(xùn)練領(lǐng)域，它旨在通過虛擬和現(xiàn)實(shí)的交互技術(shù)提供一種低風(fēng)險(xiǎn)、高仿真度的訓(xùn)練環(huán)境，從而在不危及學(xué)員安全的情況下模擬實(shí)際排雷場景。

2、盡管增強(qiáng)沉浸感能夠提高訓(xùn)練體驗(yàn)的真實(shí)感，增強(qiáng)受訓(xùn)者的任務(wù)投入度，但過高的沉浸感可能會帶來負(fù)面影響，沉浸感過高時，虛擬環(huán)境中的細(xì)節(jié)可能會過多地干擾學(xué)員的注意力，使其受到嚴(yán)重的干擾而忽視了實(shí)際操作技能的提升，這種沉浸感與訓(xùn)練有效性難以平衡的問題可能會導(dǎo)致系統(tǒng)更加偏向“體驗(yàn)化”而非“技能化”，使學(xué)員在虛擬環(huán)境中表現(xiàn)出色，卻在實(shí)際排雷操作中出現(xiàn)失誤的可能。

3、在現(xiàn)有的排雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，雖然沉浸感的提高增強(qiáng)了訓(xùn)練的體驗(yàn)性，但也帶來了一些實(shí)際操作技能提升的困境，當(dāng)前系統(tǒng)大多通過提高虛擬環(huán)境的真實(shí)度來增強(qiáng)受訓(xùn)者的代入感，但這可能忽視了訓(xùn)練的實(shí)用性和有效性。例如，在高度逼真的虛擬環(huán)境中，復(fù)雜的視覺、聽覺等細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)可能吸引了學(xué)員過多的注意力，導(dǎo)致其注意力分散，忽視操作過程中的核心技能培養(yǎng)，此外，一些現(xiàn)有系統(tǒng)缺乏對受訓(xùn)者心理壓力的實(shí)時監(jiān)測，難以在適當(dāng)?shù)臅r間調(diào)整沉浸強(qiáng)度，從而可能加劇學(xué)員的心理負(fù)擔(dān)，這些缺陷使得學(xué)員在虛擬訓(xùn)練中的表現(xiàn)與實(shí)際操作時的表現(xiàn)存在較大差異，導(dǎo)致“紙上談兵”現(xiàn)象，限制了模擬訓(xùn)練的實(shí)戰(zhàn)價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于虛實(shí)結(jié)合的排雷模擬訓(xùn)練方法及系統(tǒng)，解決了上述背景技術(shù)中的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種基于虛實(shí)結(jié)合的排雷模擬訓(xùn)練方法，包括以下步驟，

3、s1、預(yù)先利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建三維排雷虛擬環(huán)境，并通過佩戴式設(shè)備使學(xué)員進(jìn)入三維排雷虛擬環(huán)境內(nèi)；

4、s2、當(dāng)學(xué)員在排雷模擬訓(xùn)練的過程中，實(shí)時監(jiān)測學(xué)員在不同環(huán)境條件下系數(shù)行為表現(xiàn)，以獲取相關(guān)行為態(tài)勢數(shù)據(jù)信息，并收集相應(yīng)的環(huán)境條件下的相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)信息，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合；

5、s3、基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合內(nèi)相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)信息，分析在測試不同環(huán)境條件下學(xué)員所承受到的聽覺壓力，以構(gòu)建相應(yīng)環(huán)境條件下的綜合聽覺強(qiáng)度系數(shù)，并結(jié)合訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合內(nèi)相關(guān)行為態(tài)勢數(shù)據(jù)信息，分析在不同環(huán)境條件下，學(xué)員對威脅的感知能力，以構(gòu)建壓力系數(shù)ylxs；

6、s4、利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)構(gòu)建排雷預(yù)測模型，通過將綜合聽覺強(qiáng)度系數(shù)及相應(yīng)環(huán)境條件下學(xué)員的壓力系數(shù)ylxs輸入至排雷預(yù)測模型內(nèi)，并經(jīng)線性歸一化處理后，擬合輸出聽覺沉浸感指數(shù)tczs，基于聽覺沉浸感指數(shù)tczs，調(diào)節(jié)排雷模擬訓(xùn)練過程中的環(huán)境條件。

7、優(yōu)選的，s1具體步驟包括有：

8、s11、在排雷模擬訓(xùn)練中，預(yù)先利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，創(chuàng)建三維排雷虛擬環(huán)境，并通過三維建模技術(shù)重建地形特征，所述地形特征包括雷分布區(qū)域、植被、地表紋理及障礙物分布；

9、s12、基于s11中模擬出的三維排雷虛擬環(huán)境，學(xué)員通過佩戴式設(shè)備進(jìn)入三維排雷虛擬環(huán)境內(nèi)，其中，所述佩戴式設(shè)備包括vr頭戴式顯示器、ar智能眼鏡、傳感手套、手環(huán)、佩戴式麥克風(fēng)及佩戴式耳機(jī)。

10、優(yōu)選的，s2具體步驟包括有：

11、s21、當(dāng)學(xué)員在排雷模擬訓(xùn)練的過程中，實(shí)時監(jiān)測學(xué)員在不同環(huán)境條件下系數(shù)行為表現(xiàn)，以獲取相關(guān)行為態(tài)勢數(shù)據(jù)信息，其中，所述相關(guān)行為態(tài)勢數(shù)據(jù)信息包括心率變化值xbz、皮膚電導(dǎo)率pdz、呼吸頻率hxp、呼吸深度hsd、錯誤判斷頻率及抖動頻率；

12、s22、設(shè)定不同的環(huán)境條件，并收集相應(yīng)環(huán)境條件下的相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)信息，其中，所述相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)信息包括聲源數(shù)量n、相應(yīng)聲源所發(fā)出的聲壓級、相應(yīng)聲源相對學(xué)員的方向角、相應(yīng)聲源與學(xué)員頭部的距離、相應(yīng)聲源的位置坐標(biāo)及學(xué)員頭部朝向向量；

13、s23、將相關(guān)行為態(tài)勢數(shù)據(jù)信息及相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)信息均進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括去除噪聲、填補(bǔ)缺失值以及數(shù)據(jù)平滑操作，其中，填補(bǔ)缺失值方法包括均值填補(bǔ)、中位數(shù)填補(bǔ)、插值法填補(bǔ)以及回歸法填補(bǔ)，并利用無量綱處理技術(shù)，對相關(guān)行為態(tài)勢數(shù)據(jù)信息及相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)信息進(jìn)行縮放。

14、優(yōu)選的，s3具體步驟包括有：

15、s31、基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合內(nèi)相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)信息，分析在測試不同環(huán)境條件下學(xué)員所承受到的聽覺壓力，并經(jīng)線性歸一化處理后，以構(gòu)建相應(yīng)環(huán)境條件下的綜合聽覺強(qiáng)度系數(shù)，具體按照以下方式獲?。?

16、式中，n表示為聲源數(shù)量，i=1、2、3、...、n，表示為第i個聲源所發(fā)出的聲壓級，表示為第i個聲源相對學(xué)員的方向角，表示為第i個聲源與學(xué)員頭部的距離。

17、優(yōu)選的，s3具體步驟還包括有：

18、s311、所述第i個聲源與學(xué)員頭部的距離通過以下公式獲?。?

19、s312、所述第i個聲源相對學(xué)員的方向角通過以下公式獲?。?

20、式中，表示第i個聲源方向與學(xué)員頭部朝向的夾角；表示為第i個聲源的位置坐標(biāo)；表示學(xué)員頭部位置坐標(biāo)；為學(xué)員頭部朝向向量；為第i個聲源傳播向量與頭部朝向向量的點(diǎn)積；表示為頭部朝向向量的模；表示學(xué)員頭部位置指向第i個聲源位置的向量；為第i個聲源傳播向量的模；為頭部朝向與第i個聲源傳播向量的夾角的余弦值。

21、優(yōu)選的，s3具體步驟還包括有：

22、s32、根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合內(nèi)相關(guān)行為態(tài)勢數(shù)據(jù)信息，通過將心率變化值xbz、皮膚電導(dǎo)率pdz、呼吸頻率hxp及呼吸深度hsd相關(guān)聯(lián)，并經(jīng)線性歸一化處理后，獲取緊張程度因子，所述緊張程度因子通過以下公式獲取：;

23、式中，、、及均為權(quán)重值，p表示第一修正常數(shù)，其在，、、及具體數(shù)值由用戶根據(jù)情況進(jìn)行設(shè)定。

24、優(yōu)選的，s3具體步驟還包括有：

25、s33、根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合內(nèi)相關(guān)行為態(tài)勢數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合s32中獲取的緊張程度因子，分析在不同環(huán)境條件下，學(xué)員對威脅的感知能力，并經(jīng)過線性歸一化處理后，以構(gòu)建壓力系數(shù)ylxs，所述壓力系數(shù)ylxs通過以下公式獲?。?/p>

26、;

27、式中，表示為緊張程度因子，表示為錯誤判斷頻率，表示為抖動頻率，及均為權(quán)重值，其中，及具體數(shù)值由用戶根據(jù)情況進(jìn)行設(shè)定，為第二正常數(shù)。

28、優(yōu)選的，s4具體步驟包括有：

29、s41、利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)構(gòu)建排雷預(yù)測模型，并將經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合輸入至排雷預(yù)測模型內(nèi)，經(jīng)訓(xùn)練后，擬合輸出聽覺沉浸感指數(shù)tczs，所述聽覺沉浸感指數(shù)tczs通過以下公式獲?。?

30、式中，表示為綜合聽覺強(qiáng)度系數(shù)，表示為目標(biāo)聲源強(qiáng)度，表示為壓力系數(shù)，及均為權(quán)重值，其中，及具體數(shù)值由用戶根據(jù)情況進(jìn)行設(shè)定。

31、優(yōu)選的，s4具體步驟還包括有：

32、s42、預(yù)先設(shè)置評估閾值q，所述評估閾值q包括一號閾值和二號閾值，且一號閾值大于二號閾值，并通過將聽覺沉浸感指數(shù)tczs與評估閾值q進(jìn)行比對分析，以綜合判斷當(dāng)前環(huán)境條件是否使得學(xué)員在進(jìn)行排雷訓(xùn)練時處于正常的狀態(tài)，具體判斷內(nèi)容如下：

33、若聽覺沉浸感指數(shù)tczs≤二號閾值內(nèi)，判斷當(dāng)前環(huán)境條件使得學(xué)員在進(jìn)行排雷訓(xùn)練時處于異常狀態(tài)，此時將上調(diào)一級聲源強(qiáng)度；

34、若二號閾值＜聽覺沉浸感指數(shù)tczs≤一號閾值內(nèi)，判斷當(dāng)前環(huán)境條件使得學(xué)員在進(jìn)行排雷訓(xùn)練時處于正常的狀態(tài)，此時將以當(dāng)前環(huán)境條件對學(xué)員進(jìn)行正式排雷訓(xùn)練；

35、若聽覺沉浸感指數(shù)tczs＞一號閾值內(nèi)，判斷當(dāng)前環(huán)境條件是否使得學(xué)員在進(jìn)行排雷訓(xùn)練時處于異常狀態(tài)，此時將下調(diào)一級聲源強(qiáng)度。

36、一種基于虛實(shí)結(jié)合的排雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，包括環(huán)境搭建模塊、監(jiān)測模塊、訓(xùn)練分析模塊及模擬優(yōu)化模塊；

37、所述環(huán)境搭建模塊用于預(yù)先利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建三維排雷虛擬環(huán)境，并通過佩戴式設(shè)備使學(xué)員進(jìn)入三維排雷虛擬環(huán)境內(nèi)；

38、所述監(jiān)測模塊用于當(dāng)學(xué)員在排雷模擬訓(xùn)練的過程中，實(shí)時監(jiān)測學(xué)員在不同環(huán)境條件下系數(shù)行為表現(xiàn)，以獲取相關(guān)行為態(tài)勢數(shù)據(jù)信息，并收集相應(yīng)的環(huán)境條件下的相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)信息，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合；

39、所述訓(xùn)練分析模塊基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合內(nèi)相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)信息，分析在測試不同環(huán)境條件下學(xué)員所承受到的聽覺壓力，以構(gòu)建相應(yīng)環(huán)境條件下的綜合聽覺強(qiáng)度系數(shù)，并結(jié)合訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合內(nèi)相關(guān)行為態(tài)勢數(shù)據(jù)信息，分析在不同環(huán)境條件下，學(xué)員對威脅的感知能力，以構(gòu)建壓力系數(shù)ylxs；

40、所述模擬優(yōu)化模塊用于利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)構(gòu)建排雷預(yù)測模型，通過將綜合聽覺強(qiáng)度系數(shù)及相應(yīng)環(huán)境條件下學(xué)員的壓力系數(shù)ylxs輸入至排雷預(yù)測模型內(nèi)，并經(jīng)線性歸一化處理后，擬合輸出聽覺沉浸感指數(shù)tczs，基于聽覺沉浸感指數(shù)tczs，調(diào)節(jié)排雷模擬訓(xùn)練過程中的環(huán)境條件。

41、本發(fā)明提供了一種基于虛實(shí)結(jié)合的排雷模擬訓(xùn)練方法及系統(tǒng)，具備以下有益效果：

42、（1）通過在三維虛擬環(huán)境中重建真實(shí)的排雷場景，并利用vr、ar等佩戴式設(shè)備，使學(xué)員進(jìn)入身臨其境的訓(xùn)練環(huán)境，這種虛實(shí)結(jié)合的方式可以模擬各種復(fù)雜的排雷場景，讓學(xué)員在仿真的環(huán)境中練習(xí)排雷技能，提高對真實(shí)環(huán)境的適應(yīng)性和任務(wù)代入感。本發(fā)明利用實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)分析學(xué)員的行為態(tài)勢和生理反饋，生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合，并基于數(shù)據(jù)集合內(nèi)的環(huán)境信息和行為數(shù)據(jù)計(jì)算學(xué)員的聽覺壓力和威脅感知能力，從而構(gòu)建出綜合聽覺強(qiáng)度系數(shù)和壓力系數(shù)ylxs，這些數(shù)據(jù)輸入到排雷預(yù)測模型中，通過聽覺沉浸感指數(shù)tczs的計(jì)算結(jié)果，對訓(xùn)練環(huán)境中的聲源強(qiáng)度、音效復(fù)雜度等參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，使得學(xué)員始終處于適宜的沉浸狀態(tài)，這樣不僅可以避免過高的壓力導(dǎo)致學(xué)員產(chǎn)生緊張情緒，還能夠防止沉浸感不足影響訓(xùn)練效果，從而實(shí)現(xiàn)個性化的環(huán)境調(diào)節(jié)，提升學(xué)員的整體體驗(yàn)。通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)構(gòu)建排雷預(yù)測模型，將聽覺強(qiáng)度系數(shù)和壓力系數(shù)輸入到模型中進(jìn)行訓(xùn)練，能夠準(zhǔn)確預(yù)測學(xué)員在不同環(huán)境下的沉浸感指數(shù)tczs，基于預(yù)測結(jié)果動態(tài)調(diào)整訓(xùn)練環(huán)境，確保學(xué)員始終處于最佳的沉浸狀態(tài)，這種智能調(diào)節(jié)機(jī)制能夠有效提升訓(xùn)練的實(shí)效性，使得學(xué)員在面對不同環(huán)境條件時，始終保持相對較佳的心理和生理狀態(tài)，從而提高訓(xùn)練效率，與傳統(tǒng)的靜態(tài)訓(xùn)練環(huán)境相比，本發(fā)明的智能化環(huán)境調(diào)節(jié)顯著增強(qiáng)了訓(xùn)練的靈活性和適應(yīng)性，進(jìn)一步避免了沉浸感與操作技能之間的矛盾，使學(xué)員在虛擬訓(xùn)練中習(xí)得的技能能夠更好地應(yīng)用于實(shí)際排雷任務(wù)中。

43、（2）在排雷模擬過程中，每個聲源的聲壓級、與學(xué)員頭部的距離和方向角都經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算，使系統(tǒng)可以追蹤復(fù)雜的聲音場景，以在環(huán)境中通過確定聲音方向，可以模擬學(xué)員身邊不同位置的聲源，使其緊張感更接近現(xiàn)實(shí)中的威脅感知，通過綜合聽覺強(qiáng)度系數(shù)，系統(tǒng)能精確地調(diào)整訓(xùn)練中的聽覺壓力，進(jìn)一步確保學(xué)員在不同聲源干擾下保持相對真實(shí)的聲音感知，這種精確還原的復(fù)雜聲場環(huán)境大幅提升了學(xué)員的沉浸感，并鍛煉其在高噪聲、復(fù)雜聲源環(huán)境下的快速反應(yīng)能力，有助于提高其對真實(shí)排雷場景的適應(yīng)性，通過對多聲源聲壓級、方向角和距離的綜合計(jì)算和線性歸一化處理，綜合聽覺強(qiáng)度系數(shù)將不同環(huán)境下的聽覺壓力數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，這種標(biāo)準(zhǔn)化的聽覺強(qiáng)度系數(shù)，確保系統(tǒng)可以在各類環(huán)境條件下有效控制聽覺壓力，進(jìn)一步避免訓(xùn)練中因聲音過強(qiáng)導(dǎo)致的心理負(fù)擔(dān)或聲音過弱導(dǎo)致的沉浸感不足。

44、（3）在不同環(huán)境條件下，結(jié)合緊張程度因子進(jìn)一步分析學(xué)員的威脅感知能力，并生成壓力系數(shù)ylxs，該系數(shù)可以真實(shí)反映學(xué)員在特定環(huán)境下的心理負(fù)荷水平，有效保障訓(xùn)練的安全性，通過深度學(xué)習(xí)模型預(yù)測聽覺沉浸感指數(shù)tczs，并基于此指數(shù)，該系統(tǒng)能自動調(diào)整訓(xùn)練環(huán)境中的聲音強(qiáng)度和背景音效，在聽覺沉浸感過低時，增加聲效復(fù)雜性以增強(qiáng)投入感；在過高時，則降低聲音強(qiáng)度，進(jìn)一步避免過度心理壓力影響訓(xùn)練效果，這種方式能夠根據(jù)學(xué)員的實(shí)際狀態(tài)提供個性化調(diào)整，避免因過度壓力或沉浸感不足影響訓(xùn)練質(zhì)量。