達瓦公司在2021年國防信息化展會上展示了虛擬現實輕武器外彈道仿真系統,該系統是將輕武器外彈道算法與虛擬現實半實物仿真道具相結合,可在虛擬顯示環境中高度仿真多型號輕武器外彈道射擊參數和特性。輕武器(狙擊槍)模擬仿真彈道校驗系統可用于軍警輕武器射擊訓練和對抗演練。
新型虛擬現實狙擊武器仿真訓練系統,采用虛擬現實半實物仿真方案。能夠較為真實的還原狙擊武器的使用方式,能夠對狙擊射擊時的氣溫、氣壓、濕度、風速、風向等諸元進行數字建模仿真。能夠對狙擊武器外彈道及終點彈道進行精確的可視化仿真,能夠構建多種復雜作戰環境中實戰化的虛擬仿真訓練內容。
系統特點
1、關鍵性技術:
? 拋射物空氣阻力下墜方程的C++數學建模;
? 子彈彈形相關的飛行馬赫數動態曲線的C++數學建模;
? 子彈飛行過程中自旋陀螺漂移效應方程的C++數學建模;
? 子彈飛行過程中橫向風偏移方程的C++數學建模;
? 子彈飛行過程中馬格努斯效應偏移方程的C++數學建模;
? 高仿真度彈道算法的UE4 集成與實時可視化;
? 軍用光學儀器密位分劃的UE4 建模與實時可視化;
? 可1:1 仿真操作的光學瞄準鏡傳感器軟硬件系統的研發與集成。
2、創新點:
(1) 輕武器高仿真度彈道的實時可視化系統
傳統彈道解算軟件工具,僅能對彈道解算結果表格化或繪制曲線方進行輸出,是實習差且無法直觀展示子彈在三維空間中的飛行軌跡,通過輕武器高仿真度彈道的實時可視化系統,通過將 C++彈道算法實時解算的彈道飛行參數與 UE4 三維引擎相結合,可實現在虛擬三維空間中每秒高于100 次的飛行軌跡可視化模擬仿真。
(2)虛擬現實狙擊步槍全要素全仿真系統;
制作虛擬現實光學瞄準鏡半實物仿真道具,與先前研發的虛擬現實栓動步槍半實物仿真道具相結合,并配合虛擬現實頭戴式顯示器及背包式高性能計算機,可對現代狙擊步槍進行全操作全要素仿真。
3、軟件算法部分研發內容有:
(1)開發輕武器高級外彈道模擬算法,該算法需要實現:
? 能夠設定彈頭的質量;
? 能夠設定彈頭的彈藥系數(G1 或G7);
? 能夠設定彈頭的長度;
? 能夠設定彈頭的直徑;
? 能夠設定槍械的槍管長度;
? 能夠設定槍械槍管的纏距;
? 能夠設定槍械使用標準子彈的槍口初速;
? 能夠設定槍械槍管長度對子彈槍口初速影響的數值關系;
? 能夠設定彈藥一致對子彈槍口初速影響的數值關系;
? 能夠模擬不同槍口部件對子彈槍口初速的影響數值關系;
? 能夠模擬子彈在飛行過程中受重力產生的下墜、因空氣阻力發生的速度衰減、因陀螺自旋漂移導致的偏轉、因馬格努斯效應導致的偏轉、因受橫向風發生的偏轉、中隨飛行速度變化而變化失穩偏向力、因失穩偏向力引起的隨機散布、在不同速度區間下的失穩偏向力影響等環境下的相關系數;
? 能夠模擬子彈在不同速度區間內的散布情況;
? 能夠模擬子彈在跨音速時阻力和穩定性發生劇烈變化的情況;
? 能夠模擬槍彈系統在不同距離上的散布精度。
(2)開發輕武器終點彈道模擬算法,該算法需要實現:
? 能夠計算子彈在擊中物體表面時的接觸角度、接觸速度與接觸動能;
? 能夠模擬子彈在擊中不同種類物體表面后發生侵徹、偏移、彈跳的情形與彈道;
? 能夠模擬不同類型戰斗部子彈對不同種類物體表面的侵徹深度的關系;
? 能夠模擬特殊戰斗部子彈擊中物體表面后的毀傷后效情況。
(3)虛擬彈道計算器,能夠根據輸入的槍、彈、目標、環境的變量精確計算子彈下墜、偏轉量;
(4)虛擬光學瞄具,能夠通過調節旋鈕精確的調節分劃線的垂直和水平偏移量,能夠通過變倍環精確的調節瞄具的放大倍率。
4、硬件傳感部分內容有:
(1)虛擬現實專用狙擊步槍武仿真道具,可通過內置在道具內的傳感器獲取槍型道具上各個活動功能組件的傳感數據,用于驅動虛擬現實內容中的虛擬狙擊步槍上各個活動功能組件的運動,實現在虛擬現實環境中1:1 還原狙擊步槍操作;
(2)虛擬現實專用光學瞄準鏡仿真道具,可通過內置在道具內的傳感器獲取光學瞄準鏡仿真道具上各個調節手輪的轉動傳感數;
a) 使用 三維引擎開發制作三維仿真戰場環境和各種程序可視化功能。
b) 對栓動步槍道具進行數字化改造,通過加裝多種傳感器,制作成為虛擬現實專用槍械仿真道具。通過操作仿真道具上各個可活動功能部件,傳感器即可捕獲相應的數據并導入 UE4 引擎,用于驅動虛擬的栓動狙擊步槍各個活動部件及程序功能邏輯。
c) 通過在仿真光學瞄準鏡道具外殼內加裝多種傳感器,制使用先進虛擬現實定位裝置,對槍械仿真道具及光學瞄準鏡仿真道具進行毫米級空間定位。
技術參數
1、改裝槍型:
M2010/原型設計參照 M40a5,國產高精狙。
2、數值可調整參數:
(1)距離:0-3 公里 (基本屬于狙擊最遠射程)
(2)全局氣象模塊
①風速范圍 0-20 米;
②氣象范圍 0-360°;
③溫度-40°~60°;
④大氣壓 0 到正無窮,地表常規氣壓都可調控 。
3、算法參數:
(1)輕武器外彈道算法與國外某知名彈藥廠研制的彈道計算器對相同參數的子彈進行理想外彈道解算,在子彈有效射程內,兩者對彈道下墜與風偏的解算結果相差不超過一個密位;
(2)輕武器外彈道算法與 國外某知名彈藥廠研制的彈道計算器對相同參數的子彈進行隨機氣象條件下的外彈道解算,在子彈有效射程內,兩者對彈道下墜與風偏的解算結果相差不超過一個密位;
(3) 引擎中輕武器高仿真度外彈道算法可視化程序對彈道解算速度不小于 100 次/秒。
結語
新型虛擬現實狙擊武器仿真訓練系統,部署方便、維護簡單,對訓練場地要求低,無彈藥消耗,無武器損耗,對參訓人員絕對安全。可普遍用于部隊的狙擊武器射擊基礎理論教學訓練和常規化訓練,有助于狙擊武器系統使用的軍事技能在部隊中快速普及。