電子沙盤交互系統(tǒng)

1、電子沙盤技術(shù)方案目錄1. 概述-1 -2. 建設目標-2 -3. 解決方案組成-3 -4. 軍用智能交互式電子沙盤軟件子系統(tǒng) -4 -4.1 電子沙盤軟件基礎平臺（SimVIZ可視化仿真軟件平臺） -4 -4.1.1 平臺組成-4 -4.1.2 平臺功能-5 -4.1.3 平臺特性-6 -4.1.4 平臺優(yōu)勢-6 -4.1.5 核心組件和工具 -7 -4.2 電子沙盤軟件子系統(tǒng)組成 -8 -4.3 軟件功能-8 -4.3.1 基礎地理信息-8 -4.3.2 態(tài)勢顯示-9 -4.3.3 兵力部署-9 -4.3.4 軍標標繪（服務器版本） -9 -4.3.5 地圖標注（服務器版本） -9 -4.3

2、.6 兵要地志信息查詢（服務器版本） -9 -4.3.7 視頻監(jiān)控功能 -9 -4.3.8 GPS 北斗目標監(jiān)控功能 -9 -4.3.9 熱點功能-10 -4.3.10 沙盤互動-10 -4.3.11 最佳路徑搜索 -10 -4.3.12聯(lián)動報警-10 -4.3.13 電子白板-10 -4.3.14 地圖輸出-10 -4.3.15 語音通訊（服務器版本） -10 -5. 軍用智能交互式電子沙盤硬件子系統(tǒng) -12 -5.1 硬件子系統(tǒng)組成-12 -5.2 桌面交互式電子沙盤 -12 -5.2.1 融合機-12 -5.3 多點觸摸電子沙盤-14-5.3.1 液晶顯示屏-15 -5.3.2 多點觸摸

3、屏-15 -5.3.3 多點觸摸沙盤圖形工作站 -15 -5.3.4 桌面交互式電子沙盤圖形工作站 -15 -6. 部分案例-17 -6.1 武警部隊某部智能交互式電子沙盤 -17 -6.2 某安保指揮中心指揮調(diào)度系統(tǒng)錯誤！未定義書簽。成都飛機工業(yè)（集團）公司飛行仿真環(huán)境系統(tǒng).錯誤！未定義書簽。1.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 推動多項領域的創(chuàng)新。近年來，在軍事領域，人與作戰(zhàn)環(huán)境的虛擬并自然的交互 技術(shù)和集成

4、系統(tǒng)的應用，在很大程度上幫助解決真實作戰(zhàn)訓練中的許多實際問 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、 展示空間立體戰(zhàn)爭態(tài)勢的需求。其核心的設計是人與作戰(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)任務要求直 觀的進行系統(tǒng)的布局，并同時對規(guī)劃中的

5、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)?規(guī)劃任務進行推演展示，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，針對不同軍事應用進行 整體分析設計，形成一套完整的軍事電子沙盤整體解決方案。-1 -2. 建設目標隨著武警XXX總隊信息化建設的深入，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

6、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)度科學化，同 時可以規(guī)劃作戰(zhàn)預案并對預案內(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

7、作戰(zhàn) 指揮和管理水平。-2 -3. 解決方案組成軍用智能交互式電子沙盤設計以“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)絡等硬件設備和客戶端版本、服務器版本軟件。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。電子沙盤分系

8、統(tǒng)動作捕捉儀大屏幕投影/信號導播 分系統(tǒng)2路 DV信號指 揮 中 心 以 太 網(wǎng)桌面交互電子沙盤桌面沙盤主機 電子沙盤客戶端版本融合機2路 DVI信號1路DVI信號（電子沙盤軟件服務器版本）-3 -# -圖3-1軍用智能交互式電子沙盤系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)-4 -4. 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、裝備試驗及教學講評等應用，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 子沙盤軟件的基礎平臺一

9、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。4.1電子沙盤軟件基礎平臺（SimVIZ可視化仿真軟件 平臺）4.1.1平臺組成SimVIZ可視化仿真軟件平臺由三部分組成：可視化應用資源、核心組件和 工具集、可視化應用程序架構(gòu)。-5 -SivnVIZ可視化仿真軟件平臺組成SimWZ可視化仿真軟件平臺可視化仿真程瘵框架可視化應用程薦架構(gòu)界面庫核心組件工具集可視化應用資源三維模型障II指控軍標符號障1虛擬儀表模板庫1地形衢源11電子地圖資源障11常用武器裝備檯型1圖4-1-1-1 SimVIZ可視化仿真軟件平臺4.1.2平臺功能SimVIZ可視化仿真軟件平臺是面向

10、軍事指揮、戰(zhàn)術(shù)訓練、武器裝備研制等 應用的，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。可為各種專業(yè)可視化應用系統(tǒng)提供完整的可視化系統(tǒng)構(gòu)建、運行系統(tǒng)管理、運行支持等。4-1-2-1平臺功能用戶可方便的創(chuàng)建可視化仿真應用軟件，用于指揮、訓練、武器裝備試驗-7 -# -4.1.3平臺特性1）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)建可視化應用軟件。2）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。3）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)。4）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

11、精度模型、 氣候特性等。5）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)。6）能高效顯示三維場景，對計算機硬件要求低。7）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。8）具有綜合數(shù)據(jù)庫管理功能，可提供常用武器裝備模型。4.1.4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)應用大量工程案例驗證十年持續(xù)研發(fā)改進4.1.5核心組件和工具4.1.5.1 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)可視化等領域的應用。以高度仿真、專業(yè)性強的三維場景為基礎， 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

12、能的三維引擎。Sim3D視景仿真引擎功能及特性：1）支持逼真的三維視景效果。2）支持物理引擎，具有碰撞檢測功能。3）支持立體云、霧、雨、雪、海水等自然環(huán)境仿真效果。4）支持火焰、爆炸、煙霧、紅外等戰(zhàn)場仿真效果。5）提供常用的多精度三維模型。6）支持實時多通道和立體顯示。7）支持頭盔、姿態(tài)傳感器等虛擬現(xiàn)實外設。4.1.5.2SimGIS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 域的應用。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。SimGlS地理信息引擎功能及特性：1）支持通用地理信息數(shù)據(jù)格式，同時支持

13、國軍標格式電子地圖。2）提供完整的地理信息系統(tǒng)算法實現(xiàn)。3）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。4）提供整套地理信息管理工具、開發(fā)工具包、運行時支持庫。5）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。6）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7）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4.2電子沙盤軟件子系統(tǒng)組成電子沙盤軟件子系統(tǒng)包括服務器版本、客戶端版本兩個部分。服務器版本、 客戶端版本均基于SimVIZ可視化仿真軟件平臺（詳見“ 4.1電子沙盤軟件基礎 平臺（SimVIZ可視化仿真軟件平臺）”）構(gòu)建。服務器、客

14、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)絡拋擲給對方，進行批示和修改后回傳進行展示。服務器版本運行于“ 5.3多點觸摸電子沙盤”上，通過多點觸摸技術(shù)，可充 分發(fā)揮“ 4.3軟件功能”章節(jié)所描述的全部功能。客戶端版本具備部分功能，運 行于“ 5.2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參 與者在沙盤上相應區(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“ 4.3軟件功能”所描述的內(nèi)容中具有“（服務器版本）”字樣的，表示 此功能僅服務器版本具備，客戶端版本則不具備此功能。4.3軟件功能

15、4.3.1基礎地理信息1 地理信息功能1）支持多精度地形。2）支持多精度地貌影像。3）數(shù)字地球。以多種精度的高程、影像數(shù)據(jù)為基礎實現(xiàn)數(shù)字地球顯示4）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。5）可進行多點坐標值、距離、地形高度、方位角、通視、面積測繪量6）可通過多點觸摸手勢（服務器版本）實現(xiàn)三維地形的漫游、縮放、視 角改變。432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), 任務相關(guān)目標，以及重要的軍事民用設施等信息。433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)庫導入軟件后，可

16、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，可設置目標的相關(guān)屬性信息（服務器版本）。4.3.4軍標標繪（服務器版本）通過多點觸控在三維電子地圖上繪制軍標、矢量標號信息。4.3.5地圖標注（服務器版本）在地圖上標注帶有位置坐標的信息點。4.3.6兵要地志信息查詢（服務器版本）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、預案管理、通訊、圖片、360度全景、人員管理等。4.3.7視頻監(jiān)控功能多路遠

17、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。4.3.8 GS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。439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 至地圖的相應區(qū)域。4.3.10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)絡拋擲給對方，進行批示和修改后回傳進行展示。4.3.11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。4.3.12聯(lián)動報警通過網(wǎng)絡

18、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。4.3.13電子白板1. 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。2. 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。4.3.14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（服務器版本）。4.3.15語音通訊（服務器版本）利用視頻服務器或其他系統(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。43

19、16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)。4317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-12 -5. 軍用智能交互式電子沙盤硬件子系統(tǒng)5.1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。5.2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

20、、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上和信號

21、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。5.2.1融合機桌面交互式電子沙盤的核心設備是工程融合機，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1X 2、1X 3、2X 2或2X 3融合拼接方式。融合處理器內(nèi)自帶專業(yè)顯卡，支持在-12 -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

22、。 設備針對多投影的電子沙盤 應用做了定制，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 XN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 MX 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

23、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MX 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。同時廣泛適用于 各種品牌、型號的投影機。可擴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

24、期維護問題，降低成本?？蓴U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FPG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FPG硬件設計，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0.1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，只需簡單培訓即可掌握。支持MXN多層拼接。適合于各種軟、硬的正投和背投屏幕，能適應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