VR探索飛行器研究
引 言
本文設(shè)計的VR 探索飛行器融合了 VR(虛擬現(xiàn)實)技術(shù)和小型航拍飛行器,便于操作人員以第一視角遠距離操控飛行器探查未知領(lǐng)域復雜環(huán)境,特別是災難場所或救援人員前進困難的地區(qū),能夠準確為救援或其他活動提供第一手信息, 相較于第三視角,探索周邊環(huán)境更加全面,具有更好的人機交互體驗[1]。
1 系統(tǒng)介紹
VR 探索飛行器主要包括四個模塊,即 VR 圖像形成模塊、飛行控制模塊、動力模塊和圖像接收/ 處理模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。
飛行控制模塊 :該模塊由飛控 APM 完成,控制四個電機 的轉(zhuǎn)速進而控制飛機姿態(tài),載有加速度計、陀螺儀、氣壓計、 羅盤等傳感器。利用 M8NGPS 對飛行器進行精準定位,通過 無線遙控器來操作飛行器的基本動作(垂直、俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏 航、定點、定航運動)。
動力模塊 :該模塊通過四個電調(diào)控制無刷電機為飛行器提供動力輸出,包括電子調(diào)速器、無刷電機和鋰電池。
圖像采集模塊 :該模塊完成圖像信息的采集及傳輸,包括 700 線高清攝像頭和AV 圖傳發(fā)射接收器TS832。
圖像接收處理模塊 :該模塊完成圖像接收以及 VR 成像, 包括 UVC 采集卡、安卓系統(tǒng)手機、口袋APP、150 頻點無線信號接收器。
2 工作原理
本文研究的四軸飛行器具有自穩(wěn)、體積小、低功耗和定點定高的易控制性 ;搭載 700線高清攝像頭,利用TS832進行圖像采集和發(fā)射,手機端采用 UVC視頻采集卡采集圖像。視頻傳輸可輸出AV信號,也可通過無線傳輸?shù)绞謾C終端,支持智能手機安卓系統(tǒng)和iOS系統(tǒng),將所傳圖像結(jié)合VR技術(shù), 感受第一視角體驗;控制系統(tǒng)使用 APM控制電機的轉(zhuǎn)速進而控制飛行器的姿態(tài),加上 M8NGPS完成定高定點返航等功能, 傳輸距離遠且穩(wěn)定,并且通過 OSD將接收的數(shù)據(jù)流(高度、飛行速度、坐標等)疊加到圖像上;使用 OTG模塊將 UVC 采集卡連接到手機端接收圖像,在手機端用口袋APP來處理圖像,最終通過VR眼鏡形成VR圖像,實現(xiàn)人機交互。VR 探索飛行器硬件組成模塊如圖 2所示。
3 創(chuàng)新點
本文的創(chuàng)新點如下:
實現(xiàn)了 VR技術(shù)與飛行器系統(tǒng)的融合。現(xiàn)階段無人機技術(shù)發(fā)展迅速,在娛樂、工業(yè)和軍事等方面都有應用,然而市場上的飛行器大多注重開發(fā)功能并提升無人機性能,卻忽略了人機交互體驗 [2]。飛行器的VR沉浸式體感控制系統(tǒng)融合了虛擬現(xiàn)實設(shè)備和體感控制系統(tǒng),可創(chuàng)造更好的人機交互體驗,探查時更加具體,人的感官可與飛行器拍攝實時同步,能清晰地觀察并把握細節(jié)。
改進外形,更好選取拍攝角度。本文改進了飛行器外形使其可多角度選取畫面并立體地模擬現(xiàn)實環(huán)境,完美解決了拍攝角度選取困難的問題。新的結(jié)構(gòu)主架使飛行器能更快速地飛行,節(jié)省時間,避免人力物力資源的浪費。使用 VR技術(shù)及新型結(jié)構(gòu)主架,可使飛行器在快速飛行的同時模擬穩(wěn)定的環(huán)境,做到真正的實時同步。在學術(shù)研究領(lǐng)域,基于視覺信息與傳統(tǒng)的慣性導航系統(tǒng)的組合導航,能夠解決目前待解決的室外導航難題,不僅提高了飛行器導航的精度,而且增強了導航的可靠性。
通過人機交互方式擴展飛行器應用領(lǐng)域。本文將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與飛行器結(jié)合的最主要目的是擴展應用領(lǐng)域,即災難救險及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。操作人員可使用VR探索飛行器 360
全方位探測災難場所的周邊環(huán)境,第一時間做出最準確的判斷, 減少人員傷亡和降低人力資源成本 ;同時,也可應用于農(nóng)業(yè)大面積谷物生長的情況拍攝,不僅降低了操作難度,提高了工作效率,還大大降低了作業(yè)的勞動強度。如果操作人員第一時間未做出反應,也可根據(jù)視頻采集功能進行二次查看。
4 結(jié) 語
VR 探索飛行器,除了具備使用普通航拍飛行器的功能外, 還擁有更易操控的特性和圖像傳輸直觀性。因此該系統(tǒng)在應用領(lǐng)域和特殊領(lǐng)域都有較大優(yōu)勢。應用領(lǐng)域 :使用 VR 體感控制系統(tǒng)的原因在于系統(tǒng)的易操控性,操控者可靈活操控飛行器,又因圖像傳輸?shù)闹庇^性,操控者可擁有更廣闊且逼真的視野,實現(xiàn)對飛行的整體掌控。特殊領(lǐng)域 :對于一些災難救險工作、氣候環(huán)境惡劣和大面積作業(yè)的研究領(lǐng)域來說,VR 探索飛行器是較好的觀測工具,且該飛行器易于操控,便于人們使用[3]。同時,VR 圖像系統(tǒng)還可讓觀測者更直觀、更清晰地觀測到研究對象,能夠針對現(xiàn)場情況第一時間做出準確判斷, 制定應對策略,減少人員傷亡并降低勞動強度。