電子沙盤系統(tǒng)方案設(shè)計

電子沙盤技術(shù)方案目錄概述人與虛擬環(huán)境的交互是當前智能交互技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容。在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》中，將智能感知和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，作為我國將重點發(fā)展的前沿技術(shù)列出，期望“以人為中心”的信息技術(shù)發(fā)展，能推動多項領(lǐng)域的創(chuàng)新。近年來，在軍事領(lǐng)域，人與作戰(zhàn)環(huán)境的虛擬并自然的交互技術(shù)和集成系統(tǒng)的應(yīng)用，在很大程度上幫助解決真實作戰(zhàn)訓(xùn)練中的許多實際問題，如費用過高、受環(huán)境限制等，已經(jīng)開始受到各國軍方的重視。軍事電子沙盤是現(xiàn)代化信息顯示手段，是當前指揮高度自動化、快速反應(yīng)、展示空間立體戰(zhàn)爭態(tài)勢的需求。其核心的設(shè)計是人與作戰(zhàn)環(huán)境的虛擬交互技術(shù)，主要是利用計算設(shè)備，如計算機生成模擬的作戰(zhàn)環(huán)境，通過多通道的輸入，使得人進入虛擬作戰(zhàn)環(huán)境，極大的提高指揮輔助決策的能力和響應(yīng)速度。目前，利用大屏幕顯示器、多點觸摸屏和高性能計算機組成的電子沙盤系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)圖紙作業(yè)和沙盤模型有了可能。采用智能交互式電子沙盤系統(tǒng)進行戰(zhàn)場指揮方案規(guī)劃，能夠依據(jù)任務(wù)要求直觀的進行系統(tǒng)的布局，并同時對規(guī)劃中的指定參數(shù)進行計算，對規(guī)劃效果做出輔助評估，為方案規(guī)劃提供實時的智能化的輔助支持。并且在規(guī)劃完成后，能夠?qū)σ?guī)劃任務(wù)進行推演展示，顯示推演過程中的各項參數(shù)，對所做規(guī)劃進行約束驗證和參數(shù)優(yōu)化提供支持。華圖科技根據(jù)多年從事軍工信息可視化的技術(shù)經(jīng)驗，針對不同軍事應(yīng)用進行整體分析設(shè)計，形成一套完整的軍事電子沙盤整體解決方案。建設(shè)目標隨著武警XXX總隊信息化建設(shè)的深入，決策支持手段不斷豐富，信息來源和種類日益擴展，建立一個統(tǒng)一的指揮決策分析平臺和展示平臺成為當務(wù)之急。華圖自主研發(fā)的基于地理信息、視景仿真、可視化等技術(shù)的軍用智能交互式電子沙盤系統(tǒng)提供了最佳的展示環(huán)境、信息集成、指揮調(diào)度功能。通過該系統(tǒng)的實施可初步實現(xiàn)指揮調(diào)度信息傳輸快速化、指揮調(diào)度組織高效化、指揮調(diào)度科學(xué)化，同時可以規(guī)劃作戰(zhàn)預(yù)案并對預(yù)案內(nèi)容進行生動、形象、直觀的展示與管理。在軍用智能交互式電子沙盤系統(tǒng)提供的三維環(huán)境下，遠可以從宏觀上研究分析XXX省各中隊、各支隊和總隊的兵力的整體布局，直觀展示支隊、中隊、總隊的基本情況，近可以對固定目標、執(zhí)勤哨位進行全方位、交互式地控制瀏覽察看，方便快捷地查詢目標的特征屬性信息。具有在三維場景下進行交互式操作、GPS/北斗類目標監(jiān)控、兵要地志查詢、兵力部署、軍標標繪、態(tài)勢顯示、地理分析量算、最佳路徑搜索，以及實時視頻監(jiān)控、聯(lián)動報警等功能，從而進一步提高作戰(zhàn)指揮和管理水平。解決方案組成軍用智能交互式電子沙盤設(shè)計以“多方共享，多點觸控，可視化交流”為典型交互及顯示特性的軍事可視化交互平臺，軍用智能交互式電子沙盤由電子沙盤硬件子系統(tǒng)和電子沙盤軟件子系統(tǒng)組成，主要包括可選配的多點交互、大屏幕顯示、動作捕獲、圖像(融合)控制器、圖形工作站網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備和客戶端版本、服務(wù)器版本軟件。系統(tǒng)通過各種接口實現(xiàn)與現(xiàn)有地理信息數(shù)據(jù)及軍事相關(guān)數(shù)據(jù)庫連接，整個集成系統(tǒng)將戰(zhàn)前地理環(huán)境處理成數(shù)字化地圖，做成數(shù)字戰(zhàn)場，添加模擬作戰(zhàn)單位如：戰(zhàn)車、單兵、飛機、戰(zhàn)船等，通過可視化及交互協(xié)同功能，優(yōu)化指揮控制，提高部隊的交互、協(xié)同指揮能力。圖3-1軍用智能交互式電子沙盤系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)軍用智能交互式電子沙盤軟件子系統(tǒng)軍用智能交互式電子沙盤軟件基于華圖自主研發(fā)的SimVIZ可視化仿真軟件平臺構(gòu)建，面向作戰(zhàn)指揮、沙盤推演、裝備試驗及教學(xué)講評等應(yīng)用，采用多點觸摸、虛擬現(xiàn)實、視景增強、三維數(shù)字地球等技術(shù)，提供了現(xiàn)實更豐富、交互更先進的可視化應(yīng)用平臺，代替并提升了傳統(tǒng)沙盤。下面分別介紹軍用智能交互式電子沙盤軟件的基礎(chǔ)平臺─SimVIZ可視化仿真軟件平臺，及軍用智能交互式電子沙盤軟件子系統(tǒng)的組成和功能。電子沙盤軟件基礎(chǔ)平臺（SimVIZ可視化仿真軟件平臺）平臺組成SimVIZ可視化仿真軟件平臺由三部分組成：可視化應(yīng)用資源、核心組件和工具集、可視化應(yīng)用程序架構(gòu)。圖4-1-1-1SimVIZ可視化仿真軟件平臺平臺功能SimVIZ可視化仿真軟件平臺是面向軍事指揮、戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練、武器裝備研制等應(yīng)用的，基于地理信息系統(tǒng)、視景仿真、可視化等技術(shù)的數(shù)據(jù)可視化開發(fā)平臺?？蔀楦鞣N專業(yè)可視化應(yīng)用系統(tǒng)提供完整的可視化系統(tǒng)構(gòu)建、運行系統(tǒng)管理、運行支持。用戶可方便的創(chuàng)建可視化仿真應(yīng)用軟件，用于指揮、訓(xùn)練、武器裝備試驗等。4-1-2-1平臺功能平臺特性提供電子地圖、虛擬儀表、圖形、表單等多種數(shù)據(jù)表達形式，能方便地構(gòu)建可視化應(yīng)用軟件。支持多種通用矢量、柵格、影像、電子地圖格式，提供完整的地理信息計算功能。提供軍用標繪符號庫，并可方便擴展用戶符號庫?？煞奖阃瓿蓱?zhàn)術(shù)圖標繪專業(yè)。逼真的三維場景表現(xiàn)能力，可真實再現(xiàn)大規(guī)模地形地貌、高精度模型、氣候特性等。具有良好的組織結(jié)構(gòu)和易用的開發(fā)接口，便于擴展和二次開發(fā)。能高效顯示三維場景，對計算機硬件要求低。支持多種遙測、機載數(shù)據(jù)接入方式，支持GPS和北斗定位信息。具有綜合數(shù)據(jù)庫管理功能，可提供常用武器裝備模型。平臺優(yōu)勢更加符合行業(yè)規(guī)范更加方便行業(yè)專家更加貼近行業(yè)應(yīng)用大量工程案例驗證十年持續(xù)研發(fā)改進核心組件和工具Sim3D視景仿真引擎Sim3D視景仿真引擎是SimVIZ可視化仿真軟件平臺核心部件。主要面向虛擬現(xiàn)實、數(shù)據(jù)可視化等領(lǐng)域的應(yīng)用。以高度仿真、專業(yè)性強的三維場景為基礎(chǔ)，實現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)的一套具有完整功能的三維引擎。Sim3D視景仿真引擎功能及特性：支持逼真的三維視景效果。支持物理引擎，具有碰撞檢測功能。支持立體云、霧、雨、雪、海水等自然環(huán)境仿真效果。支持火焰、爆炸、煙霧、紅外等戰(zhàn)場仿真效果。提供常用的多精度三維模型。支持實時多通道和立體顯示。支持頭盔、姿態(tài)傳感器等虛擬現(xiàn)實外設(shè)。SimGIS地理信息引擎是SimVIZ可視化仿真軟件平臺核心部件。主要面向軍事、可視化仿真等領(lǐng)域的應(yīng)用。以實時性、專業(yè)性強的態(tài)勢電子地圖為目標，實現(xiàn)的一套具有完整地理信息系統(tǒng)功能的軍用電子地圖軟件。SimGIS地理信息引擎功能及特性：支持通用地理信息數(shù)據(jù)格式，同時支持國軍標格式電子地圖。提供完整的地理信息系統(tǒng)算法實現(xiàn)。采用標準的地圖數(shù)據(jù)組織方式，分層、封類管理電子地圖資料。提供整套地理信息管理工具、開發(fā)工具包、運行時支持庫。提供符號庫以及符號庫編輯管理工具，可方便擴展自定義符號。支持三維地球顯示，具有精細的紋理貼圖，支持多種分辨率衛(wèi)星影像和高程。采用多細節(jié)層次技術(shù)(LOD)實現(xiàn)超大規(guī)模地形實時生成和高效顯示。電子沙盤軟件子系統(tǒng)組成電子沙盤軟件子系統(tǒng)包括服務(wù)器版本、客戶端版本兩個部分。服務(wù)器版本、客戶端版本均基于SimVIZ可視化仿真軟件平臺（詳見“電子沙盤軟件基礎(chǔ)平臺（SimVIZ可視化仿真軟件平臺）”）構(gòu)建。服務(wù)器、客戶端版本可雙向互動，將要展示的圖片、文檔、影像等內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)拋擲給對方，進行批示和修改后回傳進行展示。服務(wù)器版本運行于“多點觸摸電子沙盤”上，通過多點觸摸技術(shù)，可充分發(fā)揮“軟件功能”章節(jié)所描述的全部功能?？蛻舳税姹揪邆洳糠止δ?，運行于“桌面交互式電子沙盤”上，通過固定在桌面上方的動作捕捉儀感應(yīng)參與者在沙盤上相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的投影影像的觸動，從而執(zhí)行特定的沙盤控制命令產(chǎn)生互動效果，就如同參與者面前的桌面成為了可以觸摸的觸摸屏一樣。以下“軟件功能”所描述的內(nèi)容中具有“(服務(wù)器版本)”字樣的，表示此功能僅服務(wù)器版本具備，客戶端版本則不具備此功能。軟件功能基礎(chǔ)地理信息1．地理信息功能支持多精度地形。支持多精度地貌影像。數(shù)字地球。以多種精度的高程、影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)實現(xiàn)數(shù)字地球顯示。空間數(shù)據(jù)分層。將要表達的空間數(shù)據(jù)抽象為不同類型屬性的數(shù)據(jù)層來表示。如地貌層、注記層、三維建筑模型層、其他面層等。可進行多點坐標值、距離、地形高度、方位角、通視、面積測繪量算?？赏ㄟ^多點觸摸手勢(服務(wù)器版本)實現(xiàn)三維地形的漫游、縮放、視角改變。態(tài)勢顯示在三維電子地圖上表現(xiàn)重要的作戰(zhàn)信息，主要包括單兵、車輛的位置、狀態(tài)，任務(wù)相關(guān)目標，以及重要的軍事民用設(shè)施等信息。兵力部署1．兼容《兵力部署管理系統(tǒng)》的數(shù)據(jù)庫，將該數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入軟件后，可以調(diào)用數(shù)據(jù)庫中各中隊至總隊等各部隊的基本情況、人員實力、固定目標、執(zhí)勤點、執(zhí)勤哨位等信息在多點觸摸地理信息系統(tǒng)的電子地圖中顯示。2．可在三維電子地圖上部署（拖放、移動、刪除、保存）作戰(zhàn)車輛、單兵、隊伍等各類三維模型，可設(shè)置目標的相關(guān)屬性信息（服務(wù)器版本）。軍標標繪（服務(wù)器版本）通過多點觸控在三維電子地圖上繪制軍標、矢量標號信息。地圖標注（服務(wù)器版本）在地圖上標注帶有位置坐標的信息點。兵要地志信息查詢（服務(wù)器版本）可以根據(jù)需求建立、編輯、查詢各個兵要地志信息點的資料內(nèi)容，包括實時視頻、預(yù)案管理、通訊、圖片、360度全景、人員管理等。視頻監(jiān)控功能多路遠程現(xiàn)場視頻接入，實時掌控現(xiàn)場情況，便于遠程指揮調(diào)度。GPS、北斗目標監(jiān)控功能接收數(shù)據(jù)中心下傳的GPS、北斗目標類型、位置、速度、方向、報警等信息，在三維電子地圖上生成目標模型并實時更新其狀態(tài)，同時可通過上傳命令至數(shù)據(jù)中心與GPS、北斗目標通信。熱點功能可對地圖上的目標輸入名稱，標注為關(guān)注熱點，點擊熱點名稱時，快速定位至地圖的相應(yīng)區(qū)域。沙盤互動桌面交互式電子沙盤、多點觸摸沙盤可雙向互動，將要展示的圖片、文檔、影像等內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)拋擲給對方，進行批示和修改后回傳進行展示。最佳路徑搜索指定起點和終點位置后，可以在地圖上標注出最短的路徑。聯(lián)動報警通過網(wǎng)絡(luò)接收報警系統(tǒng)發(fā)出的報警信號，地圖自動迅速切換到報警哨位。電子白板屏幕標繪。繪制點、線、線段、多邊形、填充區(qū)，徒手寫字等。繪制的圖元屏幕位置固定，不隨三維場景移動。地理標繪。繪制點、線、線段、多邊形、填充區(qū)、軍標符號，徒手寫字等。繪制的圖元關(guān)聯(lián)具體的地理信息，跟隨場景移動。地圖輸出地圖輸出為位圖文件，可以存儲為.bmp和.jpg兩種格式（服務(wù)器版本）。語音通訊（服務(wù)器版本）利用視頻服務(wù)器或其他系統(tǒng)的對講口或者語音輸入口，語音輸出口，通過電子沙盤的語音通訊模塊，實現(xiàn)指揮大廳和作戰(zhàn)車輛、單兵的語音對講，具備點對點、點對多點、分組呼叫等對講功能。指揮控制（定制開發(fā)）根據(jù)武警XXX總隊的具體需求，就指揮中心通過網(wǎng)絡(luò)通信手段對作戰(zhàn)車輛、單兵進行實時指揮調(diào)度的功能進行定制開發(fā)。局部熱點三維模塊（定制開發(fā)）將三維場景中的局部三維模型輸出至大屏進行全屏顯示。軍用智能交互式電子沙盤硬件子系統(tǒng)硬件子系統(tǒng)組成電子沙盤軟件子系統(tǒng)包括桌面交互式電子沙盤、多點觸摸電子沙盤兩個部分。桌面交互式電子沙盤桌面交互式電子沙盤由專業(yè)融合機、投影機、投影屏、桌面互動動作捕捉儀、圖形工作站等主要設(shè)備組成，形成一套完整的多通道投影互動顯示解決方案，可直接運行各類二三維軟件及播放視頻等。與傳統(tǒng)觸摸屏不同的是，桌面互動投影具有小體積、大面積的獨特優(yōu)勢，經(jīng)多通道無縫融合投影形成的畫面大氣磅礴，氣勢恢宏，配合基于華圖自主研發(fā)的SimVIZ可視化仿真軟件平臺構(gòu)建的軍用智能交互式電子沙盤軟件（客戶端版本），可展現(xiàn)逼真、高沉浸感的三維場景，使用戶產(chǎn)生身臨其境的體驗。圖像工作站的兩路顯示信號通過矩陣任意切換輸出至融合機，融合機將信號進行拼接處理，并使拼接的圖像實現(xiàn)圖像自動幾何校正、色彩校正及無縫拼接，然后將2路處理好的信號輸出到2臺投影機，實現(xiàn)單屏單畫，多屏多畫，任意開窗口，窗口任意放大縮小，移動的最終顯示功能。投影機在物理上通過光路調(diào)節(jié)產(chǎn)生一個光學(xué)上的疊加帶，這就是圖像校正融合機的融合帶，融合機將其做出光學(xué)上和信號上的處理，使其降低亮帶的亮度在屏幕上顯的柔滑、對兩個投影機的投射出來的畫面作幾何校正，使畫面疊加在一起，使其融入整個屏幕畫面中，形成一個無縫、連續(xù)的完整畫面。融合機桌面交互式電子沙盤的核心設(shè)備是工程融合機，基于硬件FPGA處理架構(gòu)，自建邊帶(公共像素)生成功能，無需對信號源進行修改，是現(xiàn)有M*N投影系統(tǒng)解決方案中是設(shè)備連接級數(shù)最少，集成度最高的產(chǎn)品。單臺融合處理器輸出支持1×2、1×3、2×2或2×3融合拼接方式。融合處理器內(nèi)自帶專業(yè)顯卡，支持在融合處理器中直接運行客戶現(xiàn)有地理信息系統(tǒng)軟件、三維仿真軟件、PPT、視頻等，也支持帶專業(yè)顯卡的外部圖形工作站信號輸入。設(shè)備針對多投影的電子沙盤應(yīng)用做了定制，在保證全系統(tǒng)60幀實時處理的同時，同時保證了顯示內(nèi)容在M×N拼接模式下的原始分辨率，而非其它產(chǎn)品通過普通單路信號采集放大到M×N屏顯示的模式。本融合機可配合華圖的軍用智能交互式電子沙盤軟件，作為顯示內(nèi)容及輔助交互控制設(shè)備。系統(tǒng)特點：保證系統(tǒng)實時性融合機所有實時運算由專用硬件模塊完成，不影響系統(tǒng)性能。每秒可處理60幀。兼容各類桌面軟件融合機自身具有邊帶生成功能，可適應(yīng)具有多屏DVI輸出的任意信號源，可適合仿真，會議匯報展示、視頻播放等各種應(yīng)用。可直接運行多通道桌面多媒體交互軟件，提供了各類創(chuàng)意的可能，不再只是播放視頻。保證原始分辨率融合機在圖像處理機制與原理上保證了原始分辨率顯示，而非其它產(chǎn)品通過普通單路信號采集放大M×N屏顯示的模式。像素點對點融合，無像素損失融合機采用像素點對點融合處理，沒有任何的像素損失，確保了最終效果。全域自動色彩統(tǒng)一融合機的色彩統(tǒng)一技術(shù)是采用國內(nèi)獨家基于攝像頭的智能調(diào)試方法，采用攝像頭對投影畫面全色域空間進行自動采集、分析、調(diào)校，使各通道色差降到最小。調(diào)試簡便快捷，在幾分鐘內(nèi)調(diào)試過程自動完成，無需人工干預(yù)。同時廣泛適用于各種品牌、型號的投影機?？蓴U展性可擴展外部信號采集模塊，顯示遠程計算畫面或攝像頭畫面?？蓴U展與融合處理器配套獨有的智能屏幕功能，完成沙盤投影的自動幾何校正，徹底解決后期維護問題，降低成本。可擴展專業(yè)遮光器，徹底解決投影機特有在黑場下的漏光問題。主要功能及技術(shù)指標：處理架構(gòu)：采用FPGA硬件圖像處理機制，不占用主機資源。無縫融合功能：處理并輸出多路DVI/VGA圖像信號，組成一個無縫、連續(xù)、亮度均勻、色度一致的大畫面。例如典型的球幕、柱幕、折幕顯示系統(tǒng)。實時處理：采用FPGA硬件設(shè)計，圖像處理保證內(nèi)部60幀/秒以上處理幀率（非倍頻），滿足三維仿真軟件實時性要求。自動邊帶生成，無需對信號源進行任何修改。亞像素2D幾何校正：可達像素的精確幾何校正，對任意屏幕圖像均無撕裂、折曲等變形失真。自動色彩平衡：獨家基于攝像頭的智能調(diào)試方法，省心省力。無痕邊緣融合：獨家基于攝像頭的智能調(diào)試方法，圖像融合效果非常完美，肉眼幾乎看不到融合帶。小時級系統(tǒng)調(diào)試：小時級調(diào)試，系統(tǒng)即達到完美效果，解決漫長手工調(diào)試之苦。安裝調(diào)試過程快速簡單，只需簡單培訓(xùn)即可掌握。支持Ｍ×Ｎ多層拼接。適合于各種軟、硬的正投和背投屏幕，能適應(yīng)不同尺寸大小的屏幕；兼容性高，由于采用攝像頭智能色彩統(tǒng)一技術(shù)、可適用各種類型投影機。動作捕獲儀（定制）運作原理首先是通過捕捉設(shè)備（感應(yīng)器）對目標