【摘要】跳伞是飞机驾驶员在面对危险情况时必不可少的救生技术，更是伞兵的基本训练科目。传统的军用跳伞训练方式，由于高风险、高成本等特点，使得它们无法满足现代军事训练的要求。随着网络与电子技术的发展，虚拟现实技术从观赏转变为了应用，虚拟现实技术的应用，不仅可以降低训练风险，还可以增强对训练环境的适应性，降低训练成本，成为未来军事训练发展的重要方向之一。

【关键词】跳伞 跳伞模拟器 虚拟现实技术

【中图分类号】E919  【文献标识码】A

使用虚拟现实技术，跳伞模拟器能够为训练者提供更加安全、有效的训练体验，并且能够通过仿真数据产生即时图形，以及头戴式显示屏的虚拟场景，让他们能够更加准确地模仿人伞系统伞降流程，从而大大降低训练成本，提升训练的针对性。

一、相关研究现状

目前，在我军的伞降训练方法中，大都采取绳拉一级或二级开伞，当跳伞员感觉到开伞动载，到平安着陆，这段时间可能会持续2-3分钟，除了特情处置之外，这段时间还包括对降落伞的操纵，如果充分利用这段时间进行模拟训练，将会大大提升训练的效果。

张宝等人曾提出一种稳降状态的控制方式，并制定了一套跳伞仿真模拟练习标准，但是由于模拟过程仅仅停留在二维平面上，因此与实际跳伞过程存在一定的差距。VR技术问世后，人们对它身临其境的真实感和超越现实的虚拟性产生了浓厚的兴趣。郭叔伟等人在飞机流体力学模拟环境条件下，对火星下降伞控制系统的动力学建模进行了深入研究，构建了一个六自由度非线性数学模型，以更好地模拟火星下降伞与发射器控制系统之间的相互作用。然而，降落伞模型是由飞行器控制的，与人类使用的降落伞有着显著的不同。在模拟人伞运动过程的操作组合上，虽然实际操纵方法与六自由度运动模式存在较大差异，但仿真结果表明，该模式能够高效地模仿人伞系统的运动过程，并且通过植入跳伞模仿器，跳伞员能够实时获取模式运动状态值，从而根据平时训练中教授的操纵方法，适应各种状况，提升跳伞能力，通过建立反馈控制机制，能够根据变化的初始条件和扰动条件，为跳伞员提供最佳的降落轨迹和着陆姿态，从而为跳伞员提供更加安全、高效的操作组合，这也体现出VR技术的跳伞模拟器对于跳伞训练具有很大的意义与价值。

二、基于VR技术的跳伞模拟器对于训练优化的意义

（一）跳伞模拟器的起源

跳伞不仅能够在遇到危险时用以逃脱，也能在部队作战中用作伞兵执行任务，甚至在竞技或体育娱乐中，也能够当作一种竞赛服务项目或限制服务项目。跳伞同时也是一种极具危险性的体育运动，如果由于操作不当或姿势不良等因素导致跳伞失利，将会对身体产生严重伤害。所以，在开始跳伞以前，需要进行大量模拟训练来提高技能。为了提高跳伞技能，人们开发了一种基于虚拟现实技术的跳伞训练方法。这种方法利用降落伞动力学原理，为跳伞者创造真实的跳伞自然环境，让他们能够真实地体会跳伞的整个过程。由于其安全性和出色的操作体验，跳伞模拟器现作为欧美国家培训伞兵的一种手段，受到了广泛的认可。

（二）跳伞模拟器的意义

跳伞模拟器可以为跳伞者提供一个真实的环境，让他们能够更加真实地体验跳伞的乐趣，同时，还便于指导者通过各项参数对当次跳伞进行总结，因此，这种替代方式显得尤为重要。它不仅可以帮助跳伞者纠正错误，提高动作准确性，还可以为今后的跳伞训练提供指导性意见，从而使跳伞者能够更好地掌握跳伞技巧，提升跳伞能力，跳伞训练效率显著提高。

（三）跳伞模拟器的作用

通过使用跳伞模拟器，我们能够很好地评估跳伞流程的质量。这种方法不仅能够创造安全可靠的跳伞自然环境，还能保障跳伞者的身体安全性。此外，跳伞模拟器还能轻松获得从高空到着陆过程中降落伞的全部姿态信息，从而更好地评价跳伞培训的质量，并可以通过对训练数据的测试，实现了对跳伞训练质量的准确评价。

三、基于VR技术的跳伞模拟器对于训练优化的研究价值

跳伞模拟器可以让训练者在运动平台下方体验到逼真的跳伞环境，并且通过人机交互技术，可以有效降低训练风险，提高训练环境适应性，同时降低训练成本，因此受到了全球各国的广泛认可。欧美国家在跳伞模拟器研发方面早已开始探索，基于虚拟现实技术的跳伞模拟机已经被广泛应用于军事训练中，英国国防部推出的VRPT2跳伞模拟练习控制系统和美国联邦航空引进的ParaSim5跳伞模拟练习控制系统都是其中的佼佼者。由于VR虚拟仿真技术的不断进步，国内各大军事单位纷纷推出了各种型号的跳伞模拟训练系统，如空降兵学院、上海埃飞电子、北京华如科技等，这些信息系统不仅可以让军人更加熟悉跳伞技术，而且还能够有效地提升部队的训练水平。

四、基于VR技术的跳伞模拟器对于训练优化的实用价值

跳伞培训意在确保跳伞者在安全可靠的前提下，能够迅速、正确地下降到预定的位置。在跳伞过程中，要求跳伞者在准备阶段和自由落体期间准确及时地开启伞衣，并在稳定阶段依据自身位置和状态，下拉操纵棒，调节降落伞高度；在着陆阶段，要求减慢降落速度，并做好着陆准备动作，以确保最后安全着陆。

（一）跳伞动作

跳伞动作对空勤人员来说是一种重要的飞行技能，它可以帮助空勤人员在空中安全地完成任务。为了评估跳伞动作的准确性，我们需要对空勤人员的基本动作进行识别，并将其与标准动作进行比较，从而得出相似度数值，最终得出评价结果。因此，跳伞模拟器可以通过评估结果迅速找到空勤人员跳伞动作不足之处，提高训练效率。

（二）跳伞操纵

跳伞操纵是一种复杂的技术，根据不同的情况，拉动操纵绳，改变降落伞的运动状态。为了准确评估跳伞操纵的效果，需要建立一个完整的模型，以便对每一次操纵的影响程度有一个全面的了解。跳伞模拟器可以通过数据的方式直观的向我们展示出在不同情况，不通风速下，操纵者应该如何改变降落伞的运动状态，这对于跳伞员的操纵技巧及操纵水平的提高具有重要的训练价值。

（三）跳伞结果

跳伞的成功与否主要取决于跳伞者和落地伞的动作情况，这是跳伞操作的最终效果。

首先，我们需要考虑的是飞机到达指定地点的距离，这是最基本的因素之一。

在着陆阶段，地面反力和不平衡力矩是评估着陆过程的关键参数，因此，在着陆过程中，双脚支撑和弯曲缓冲是必不可少的，以减少着陆冲击力和不平衡转动力矩，从而达到最佳的着陆效果。

跳伞模拟器的仿真数据和动作采集设备采集数据解决了原本不宜采集训练数据的弊端，为跳伞质量评估体系的建立提供了可能性。

五、结束语

本文旨在探索VR技术的跳伞模拟器对于训练优化的意义与价值，基于前人研究成果，通过研究六自由度人伞运动过程，达到人伞控制系统运动过程操纵模拟，以便达到更好的训练效果。基于此，跳伞员可以在截然不同风场自然环境下，采用不同的操纵方法。这样一来，跳伞员就可以通过实际情况判断下降轨迹，并能够掌握好自己的空间方位，从而安全准确地在目的地着陆。

参考文献

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作者信息：安杰（1995―），男，内蒙古通辽人，大学本科，助教，主要研究方向：航空救生。