具体实施方式

现在将在下文中参考所附附图更全面地描述本公开，在所附附图中示出了本公开的一些而非全部方面。事实上，本公开可按许多不同的形式来被具体化并且不应被解释为限于本文中所阐述的各方面；相反，提供这些方面以使得本公开将满足可适用的法律要求。贯穿全文，相同的编号指代相同的要素。

图1示意性地图示出根据本公开内容的一个方面的用于虚拟现实系统的枪械模拟布置，所述布置通常由数字100指示。如所公开的，枪械虚拟布置100被配置为促进能够将真实枪械或武器装备结合到基于虚拟现实的训练模拟中的虚拟环境。优选地，促进基于虚拟现实的训练模拟的枪械/武器并不与(一个或多个)用户物理绑定。此外，布置100允许用户体验现实的武器性能和行为，从而使得用户体验贴近用户使用枪械在战场上发射实弹而几乎没有区别，其中可由(一个或多个)用户以与(一个或多个)用户在现实世界中可操作这样的枪械/武器相同的自由度来拾取、放下、交换、重新装填或以其他方式操作未绑定的枪械/武器。

在一个方面，布置100包括具有与击发机构240相接合的扳机机构220的枪械200(参见图2A和图2B)，该击发机构240被配置为发射特定弹药260，该特定弹药260从弹药弹匣280被装填到枪械200的点火室。在这样的方面，特定弹药260可以包括任何口径的弹药筒，并且优选地是包括底火和推进剂(例如火药)的空弹药筒，但也可以包括或不包括纸或塑料填充物以将推进剂保持在弹药筒内，以代替子弹或其他弹丸。即，优选地，空弹药筒被配置成在击发时产生闪光和爆炸性报告，并且另外产生与填充物(而不是子弹或弹丸)的发射相关联的冲击/振动。以此方式，当在实际枪械中击发时，空弹药筒使枪械以与发射常规弹药的枪械类似的方式(例如后坐力)作出反应或响应，该常规弹药包括通过击发弹药筒的底火/推进剂元素而发出的子弹或弹丸。枪械对于击发弹药筒的反应或响应(无论是击发空弹药筒或实弹)不同于对枪械的其他操作。这样的其他操作包括例如拾取、放下或丢弃、或交换枪械、或者针对枪械进行装填、卸载或重新装填弹药。具有空弹药筒装填在其中的枪械200将会因此展现出击发常规实弹的常规枪械的操作和击发特性，从枪械自身的重量和平衡，到后坐力特性，到针对枪械200和/或弹匣280的装填、卸载和重新装填弹药。

为了识别和/或跟踪枪械200、弹药260和/或弹匣280，枪械200、弹药260和/或弹匣280中的每一个可具有与其相关联的独特标记300。标记300可以包括例如反射标记、基准标记或可以被与和虚拟现实系统相关联的计算机设备500进行通信的检测布置400所跟踪的其他识别元素，其中，例如，这样的跟踪可以指示例如枪械200、弹药260和/或弹匣280中的每一个的位置和取向。即，检测布置400被配置为检测与枪械200、弹药260和/或弹匣280中的每一个相关联的独特标记300，并和与虚拟现实系统相关联的计算机设备500协作来识别和/或跟踪枪械、弹药和/或弹匣。例如，与枪械200、弹药260和/或弹匣280中的每一个相关联且由检测布置400检测到的独特标记300可被计算机设备500识别为使用20发弹匣中的.308口径温彻斯特弹药的AR-10步枪。

以类似的方式，独特标记300也可以与用户的肢体(例如，用户的手、手臂或手腕)相关联，例如，如图1和图3中所示，特别是与持着或接合枪械200并致动扳机机构220的用户肢体相关联。因此，检测布置400还可被配置为独立地或与枪械200、弹药260和/或弹匣280相关地，与和虚拟现实系统相关联的计算机设备500协作地来检测、识别和/或追踪用户肢体。例如，用户肢体的位置、取向、加速度、运动速率等可由跟踪功能独立地指示，或可相对于枪械200、弹药260、和/或弹匣280中的任何或全部的位置、取向、加速度、运动速率等来指示。

在一些方面，虚拟现实系统包括与检测布置400接合并与适于由用户700穿戴的虚拟现实头戴式设备600进行通信的控制器设备550。控制器设备550可以是虚拟现实系统中与计算机设备500分离且离散的组件，或在某些情况下，可以集成到计算机设备500自身中。在任何情况下，控制器设备550可以被配置为与检测布置400进行通信。此外，控制器设备550被配置为与虚拟现实头戴式设备600进行通信并引导虚拟场景或空间800显示在与虚拟现实头戴式设备600相关联的一个或多个显示器上，以便对用户(穿戴者)700可见。

在本公开的一个方面，检测布置400被配置和布置为检测、识别和/或跟踪与枪械200、弹药260、弹匣280和/或用户肢体相关的独特标记，并响应于此形成跟踪信号。与检测布置400接合并与其进行通信的控制器设备550/计算机设备500被布置为从检测布置400接收跟踪信号。通过跟踪与至少用户肢体或至少枪械200相关联的独特标记300，控制器设备550/计算机设备500还被配置为根据跟踪信号来确定由击发机构240进行弹药260的发射。这样的由控制器设备550/计算机设备500来进行的发射确定可与对枪械200、弹药260和/或用户肢体的位置、取向、加速度、运动速率等的追踪相关联或基于对枪械200、弹药260和/或用户肢体的位置、取向、加速度、运动速率等的追踪(例如，参见图4)。一旦由控制器设备550/计算机设备500确定从枪械200发射弹药260，则控制器设备550/计算机设备500响应于发射确定或被发射确定所致动，引导经识别的枪械200在由经识别的用户肢体致动扳机机构220时发射经识别的弹药260的虚拟模拟显示在虚拟现实头戴式设备600上。即，控制器设备550/计算机设备500被配置为并被布置为与虚拟现实头戴式设备600进行通信并引导虚拟场景或空间800(虚拟场景或空间800包括在由经识别的用户肢体致动扳机机构220时经识别的枪械200发射经识别的弹药260)显示在与虚拟现实头戴式设备600相关联的一个或多个显示器上，以便对用户(穿戴者)700可见。

在本公开的另一个方面，枪械模拟布置100可包括配置成与检测布置400进行通信的发射器设备900。在其他方面，代替检测布置400或除了检测布置400之外，发射器设备900还可与计算机设备500和/或控制器设备550通信。传感器设备950(例如，惯性传感器、运动传感器(诸如，加速度计)、旋转传感器(诸如，陀螺仪)、磁传感器(诸如，磁力计)、麦克风或者其他能够检测枪械的发射的传感器(诸如，合适的冲击或振动检测设备)配置为与发射器设备900进行通信，并且进一步与持着枪械200的用户700相关联。传感器设备950被配置为响应于击发机构240对弹药260的发射，通过发射器设备900将枪械发射信号(例如，参见图3中的元素1000)引导至检测布置400(和/或直接地引导至计算机设备500和/或控制器设备550)。控制器设备550被配置为响应于从传感器设备950接收到的枪械发射信号1000来在虚拟现实头戴式设备600上显示经识别的枪械200发射经识别的弹药260的虚拟模拟、场景或空间800(例如，参见图1)。

在本公开内容的一些方面，传感器设备950与适于穿戴在用户700的扳机手上的手套(未示出)相接合。在其他情况下，传感器设备950可以与枪械200本身相接合。然而，本领域技术人员将理解，传感器设备950可视情况以其他方式与用户700和/或枪械200接合，或接合在用户与枪械200之间，以便被布置成捕获通过发射弹药而施加给用户700和/或枪械200的冲击/振动、加速等。如图3所示，传感器设备950可被配置或布置为能将发射弹药的枪械200与其它被拾取、放下、交换、重新装填或以其他方式被用户700操作的枪械200相区分。例如，传感器设备950可被配置为检测特定最小幅度的冲击和/或加速或对特定最小幅度的冲击和/或加速敏感，该特定最小幅度的冲击和/或加速高于枪械200的正常操作的阈值，但低于通过发射弹药260而被施加的冲击/振动的幅度作为过滤噪声的措施。即，传感器设备950被配置为响应于由发射弹药260引起的枪械200的加速来生成枪械发射信号1000，但传感器设备950还被配置为在操作了枪械200(例如，正常操作)但没有发射弹药260的情况下不生成枪械发射信号1000。

在一些方面，发射器设备900也可与手套(未示出)接合，或另外经由有线连接或无线连接而与传感器设备950通信。在特定的方面，如本领域技术人员将理解的，发射器设备900和传感器设备950可以被集成或以其他方式构造为单个单元。在其他特定方面，发射器设备900和传感器设备950都与用户700相关联，或都与枪械200相关联，使得枪械200保持与用户700未绑定。

在一些方面中，如本文所公开的，与枪械200、弹药260和/或弹匣280中的每一个相关联的独特标记300还被配置为识别枪械200或弹药260的位置或取向。在独特标记300与用户肢体相关联的实例中，独特标记300还可独立地或与枪械200或弹药260相关地指示用户肢体的位置或取向。即，与枪械200相关联的独特标记300和/或用户肢体可以指示例如用户700是否将枪械200保持在击发位置和/或枪械200的膛孔的取向/轨迹和/或用户肢体是否与扳机机构220接合。如此，如图1所示，可经由虚拟现实头戴式设备600来将恰当地识别出的枪械200显示给用户700作为相对于用户700的虚拟显示的虚拟模拟。

此外，控制器设备550/计算机设备500可以被配置为在虚拟模拟、场景或空间800中将虚拟子弹(未示出)与空弹药筒(弹药260)的击发相关联。当用户700(用户肢体)拉动扳机机构220以使击发机构240击发弹药260时，控制器设备550/计算机设备500被配置并布置为从检测布置400接收跟踪信号，并且基于其来进行发射确定，或者被配置并布置为接收并响应于经由发射器设备900从传感器设备950接收的枪械发射信号1000，以在虚拟现实头戴式设备600上显示用户700致动经识别的枪械200的扳机机构240的虚拟模拟。在某些情况下，已知在弹药260发射时用户700所感受到的来自枪械200的加速幅度或用户肢体的被跟踪的加速幅度的控制器设备550/计算机设备500还可虚拟地反映用户700对弹药260发射的响应，如用户700经由虚拟现实头戴式设备600所观察到的那样(例如，用户对枪械后坐力的反应)。进一步地，由于枪械200的位置、取向、加速度、运动速率等和/或用户肢体的特性、以及弹药260的特性是已知的，因此，控制器设备550/计算机设备500也可例如被配置为响应于从传感器设备950接收到的跟踪信号或枪械发射信号1000，至少基于由控制器设备550/计算机设备500根据跟踪信号而确定的、或由检测布置400在由控制器设备550/计算机设备500接收到枪械发射信号1000时确定的经识别的枪械200和/或用户肢体的位置、取向、加速度、运动速率等，来在虚拟现实头戴式设备600上显示从所被发射的经识别的弹药260发出的虚拟子弹的轨迹。

将独特标记300与弹药260以及弹匣280和/或用户肢体相关联(所有这些都可以由检测布置400检测到)还允许控制器设备550/计算机设备500在用户700对弹匣280或枪械200进行装填、卸载、或重新装填弹药260、或将弹匣接合/脱离枪械200时，引导虚拟现实头戴式设备600显示用户700或用户肢体操作弹药260和/或弹匣280的虚拟模拟。此外，与弹药260相关联的独特标记300还可允许控制器设备550/计算机设备500引导虚拟现实头戴式设备600显示一旦弹药260被击发枪械200就弹出用过的弹药筒270的虚拟模拟(例如，参见图3)。

本公开内容的各方面将诸如加速度计之类的传感器设备与发射器相结合，其中发射器被配置为将信号发送到被接合到虚拟现实系统中的接收器以用于提供虚拟现实体验。传感器/发射器单元固定到基于虚拟现实的武器训练演习的每个用户/参与者。一个传感器/发射器单元固定到用户/学员的扳机手上(例如，该单元可以集成到用户/训练参与者的手上所穿戴的手套中)或枪械本身。使用反射性标记、基准标记或其他允许虚拟现实系统跟踪其位置、取向、加速度、运动速率等的标识技术来增强用户在物理模拟中使用的枪械和弹药。如此，本公开内容的其他方面可以基于与每个被跟踪的物体接合的独特标记来实现跟踪功能，以跟踪枪械200、弹药260、弹匣280和/或用户肢体的位置、取向、加速度、运动速率等。然后，虚拟现实模拟系统可显示(一个或多个)真实武器和弹药的虚拟替代以作为虚拟环境的一部分，并且从用户的角度并且相对于接合武器的用户肢体来正确地呈现该虚拟替代。

用于物理模拟的弹药是空弹药筒。当击发武器时，由弹药筒发射所产生的冲击/振动是根据枪械200、弹药260、弹匣280和/或用户肢体的位置、取向、加速度、运动速率等来确定的或是由传感器/发射器来检测的，并且可与拾取、瞄准、或甚至丢弃武器而引起的其他运动/加速相区分。在其中被实施的方面中，传感器(例如，加速度计)数据经由无线链路被流传输到生成虚拟模拟环境的计算机，在该虚拟模拟环境中，数据由模拟软件来进行分析。当在数据中检测到由武器发射引起的明显的加速度峰值时，虚拟模拟系统会计算并虚拟地呈现由检测布置检测到的、或分配给发出该峰值的传感器的击发当前由用户持着的武器的效果。用户所持的特定武器是由武器跟踪系统经由固定到武器和固定到模拟用户的身体上的跟踪标记来确定的。由于物理武器发射的是真实(空)弹药筒，因此它在声音、振动、后坐力和循环时间方面的响应与现实世界一样。当武器空了时，用户/学员必须从作为物理模拟的一部分而可用的弹药重新进行装填。因此，解决了基于虚拟现实的武器或作战训练环境中使用的武器工具的行为和特性不真实的问题。

受益于在前述描述和相关联附图中呈现的教导的本领域的技术人员将想到本文中阐述的发明的与所公开的这些实施例相关的许多修改和其他实施例。因此，应理解的是，本发明的实施例将不限于所公开的具体实施例并且修改和其他实施例旨在于被包括在本发明的范围内。此外，尽管前述描述和相关联附图在要素和/或功能的某些示例组合的情境中描述了示例实施例，但是应当理解的是，在不背离本公开的范围的情况下，可以通过替代性实施例提供要素和/或功能的不同组合。就这一点而言，例如，还设想了处于本公开的范围内的与以上明确描述的要素和/或功能不同的要素和/或功能的组合。尽管本文中采用特定术语，但这些术语仅在通用意义和描述性意义上使用而不出于限制性目的。

应当理解的是，尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各个步骤或计算，但是这些步骤或计算不应受限于这些术语。这些术语仅用于将一个操作或计算与另一个操作或计算进行区分。例如，在不背离本公开的范围的情况下，第一计算可以被称为第二计算，并且类似地，第二步骤可以被称为第一步骤。如本文中所使用的，术语“和/或”以及“/”符号包括相关联列举项中的一个或多个项的任何和全部组合。

本文所使用的单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解的是，当在本文中使用时，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”指定所述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或其群组的存在或添加。因此，本文中所使用的术语仅出于描述具体实施例的目的而不旨在是限制性的。