电子沙盘系统方案设计

电子沙盘技术方案目录概述人与虚拟环境的交互是当前智能交互技术发展的重要内容。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中，将智能感知和虚拟现实技术，作为我国将重点发展的前沿技术列出，期望“以人为中心”的信息技术发展，能推动多项领域的创新。近年来，在军事领域，人与作战环境的虚拟并自然的交互技术和集成系统的应用，在很大程度上帮助解决真实作战训练中的许多实际问题，如费用过高、受环境限制等，已经开始受到各国军方的重视。军事电子沙盘是现代化信息显示手段，是当前指挥高度自动化、快速反应、展示空间立体战争态势的需求。其核心的设计是人与作战环境的虚拟交互技术，主要是利用计算设备，如计算机生成模拟的作战环境，通过多通道的输入，使得人进入虚拟作战环境，极大的提高指挥辅助决策的能力和响应速度。目前，利用大屏幕显示器、多点触摸屏和高性能计算机组成的电子沙盘系统代替传统图纸作业和沙盘模型有了可能。采用智能交互式电子沙盘系统进行战场指挥方案规划，能够依据任务要求直观的进行系统的布局，并同时对规划中的指定参数进行计算，对规划效果做出辅助评估，为方案规划提供实时的智能化的辅助支持。并且在规划完成后，能够对规划任务进行推演展示，显示推演过程中的各项参数，对所做规划进行约束验证和参数优化提供支持。华图科技根据多年从事军工信息可视化的技术经验，针对不同军事应用进行整体分析设计，形成一套完整的军事电子沙盘整体解决方案。建设目标随着武警XXX总队信息化建设的深入，决策支持手段不断丰富，信息来源和种类日益扩展，建立一个统一的指挥决策分析平台和展示平台成为当务之急。华图自主研发的基于地理信息、视景仿真、可视化等技术的军用智能交互式电子沙盘系统提供了最佳的展示环境、信息集成、指挥调度功能。通过该系统的实施可初步实现指挥调度信息传输快速化、指挥调度组织高效化、指挥调度科学化，同时可以规划作战预案并对预案内容进行生动、形象、直观的展示与管理。在军用智能交互式电子沙盘系统提供的三维环境下，远可以从宏观上研究分析XXX省各中队、各支队和总队的兵力的整体布局，直观展示支队、中队、总队的基本情况，近可以对固定目标、执勤哨位进行全方位、交互式地控制浏览察看，方便快捷地查询目标的特征属性信息。具有在三维场景下进行交互式操作、GPS/北斗类目标监控、兵要地志查询、兵力部署、军标标绘、态势显示、地理分析量算、最佳路径搜索，以及实时视频监控、联动报警等功能，从而进一步提高作战指挥和管理水平。解决方案组成军用智能交互式电子沙盘设计以“多方共享，多点触控，可视化交流”为典型交互及显示特性的军事可视化交互平台，军用智能交互式电子沙盘由电子沙盘硬件子系统和电子沙盘软件子系统组成，主要包括可选配的多点交互、大屏幕显示、动作捕获、图像(融合)控制器、图形工作站网络等硬件设备和客户端版本、服务器版本软件。系统通过各种接口实现与现有地理信息数据及军事相关数据库连接，整个集成系统将战前地理环境处理成数字化地图，做成数字战场，添加模拟作战单位如：战车、单兵、飞机、战船等，通过可视化及交互协同功能，优化指挥控制，提高部队的交互、协同指挥能力。图3-1军用智能交互式电子沙盘系统物理结构军用智能交互式电子沙盘软件子系统军用智能交互式电子沙盘软件基于华图自主研发的SimVIZ可视化仿真软件平台构建，面向作战指挥、沙盘推演、装备试验及教学讲评等应用，采用多点触摸、虚拟现实、视景增强、三维数字地球等技术，提供了现实更丰富、交互更先进的可视化应用平台，代替并提升了传统沙盘。下面分别介绍军用智能交互式电子沙盘软件的基础平台─SimVIZ可视化仿真软件平台，及军用智能交互式电子沙盘软件子系统的组成和功能。电子沙盘软件基础平台（SimVIZ可视化仿真软件平台）平台组成SimVIZ可视化仿真软件平台由三部分组成：可视化应用资源、核心组件和工具集、可视化应用程序架构。图4-1-1-1SimVIZ可视化仿真软件平台平台功能SimVIZ可视化仿真软件平台是面向军事指挥、战术训练、武器装备研制等应用的，基于地理信息系统、视景仿真、可视化等技术的数据可视化开发平台。可为各种专业可视化应用系统提供完整的可视化系统构建、运行系统管理、运行支持。用户可方便的创建可视化仿真应用软件，用于指挥、训练、武器装备试验等。4-1-2-1平台功能平台特性提供电子地图、虚拟仪表、图形、表单等多种数据表达形式，能方便地构建可视化应用软件。支持多种通用矢量、栅格、影像、电子地图格式，提供完整的地理信息计算功能。提供军用标绘符号库，并可方便扩展用户符号库。可方便完成战术图标绘专业。逼真的三维场景表现能力，可真实再现大规模地形地貌、高精度模型、气候特性等。具有良好的组织结构和易用的开发接口，便于扩展和二次开发。能高效显示三维场景，对计算机硬件要求低。支持多种遥测、机载数据接入方式，支持GPS和北斗定位信息。具有综合数据库管理功能，可提供常用武器装备模型。平台优势更加符合行业规范更加方便行业专家更加贴近行业应用大量工程案例验证十年持续研发改进核心组件和工具Sim3D视景仿真引擎Sim3D视景仿真引擎是SimVIZ可视化仿真软件平台核心部件。主要面向虚拟现实、数据可视化等领域的应用。以高度仿真、专业性强的三维场景为基础，实现仿真数据和实时数据可视化展现的一套具有完整功能的三维引擎。Sim3D视景仿真引擎功能及特性：支持逼真的三维视景效果。支持物理引擎，具有碰撞检测功能。支持立体云、雾、雨、雪、海水等自然环境仿真效果。支持火焰、爆炸、烟雾、红外等战场仿真效果。提供常用的多精度三维模型。支持实时多通道和立体显示。支持头盔、姿态传感器等虚拟现实外设。SimGIS地理信息引擎是SimVIZ可视化仿真软件平台核心部件。主要面向军事、可视化仿真等领域的应用。以实时性、专业性强的态势电子地图为目标，实现的一套具有完整地理信息系统功能的军用电子地图软件。SimGIS地理信息引擎功能及特性：支持通用地理信息数据格式，同时支持国军标格式电子地图。提供完整的地理信息系统算法实现。采用标准的地图数据组织方式，分层、封类管理电子地图资料。提供整套地理信息管理工具、开发工具包、运行时支持库。提供符号库以及符号库编辑管理工具，可方便扩展自定义符号。支持三维地球显示，具有精细的纹理贴图，支持多种分辨率卫星影像和高程。采用多细节层次技术(LOD)实现超大规模地形实时生成和高效显示。电子沙盘软件子系统组成电子沙盘软件子系统包括服务器版本、客户端版本两个部分。服务器版本、客户端版本均基于SimVIZ可视化仿真软件平台（详见“电子沙盘软件基础平台（SimVIZ可视化仿真软件平台）”）构建。服务器、客户端版本可双向互动，将要展示的图片、文档、影像等内容通过网络抛掷给对方，进行批示和修改后回传进行展示。服务器版本运行于“多点触摸电子沙盘”上，通过多点触摸技术，可充分发挥“软件功能”章节所描述的全部功能。客户端版本具备部分功能，运行于“桌面交互式电子沙盘”上，通过固定在桌面上方的动作捕捉仪感应参与者在沙盘上相应区域内的投影影像的触动，从而执行特定的沙盘控制命令产生互动效果，就如同参与者面前的桌面成为了可以触摸的触摸屏一样。以下“软件功能”所描述的内容中具有“(服务器版本)”字样的，表示此功能仅服务器版本具备，客户端版本则不具备此功能。软件功能基础地理信息1．地理信息功能支持多精度地形。支持多精度地貌影像。数字地球。以多种精度的高程、影像数据为基础实现数字地球显示。空间数据分层。将要表达的空间数据抽象为不同类型属性的数据层来表示。如地貌层、注记层、三维建筑模型层、其他面层等。可进行多点坐标值、距离、地形高度、方位角、通视、面积测绘量算。可通过多点触摸手势(服务器版本)实现三维地形的漫游、缩放、视角改变。态势显示在三维电子地图上表现重要的作战信息，主要包括单兵、车辆的位置、状态，任务相关目标，以及重要的军事民用设施等信息。兵力部署1．兼容《兵力部署管理系统》的数据库，将该数据库导入软件后，可以调用数据库中各中队至总队等各部队的基本情况、人员实力、固定目标、执勤点、执勤哨位等信息在多点触摸地理信息系统的电子地图中显示。2．可在三维电子地图上部署（拖放、移动、删除、保存）作战车辆、单兵、队伍等各类三维模型，可设置目标的相关属性信息（服务器版本）。军标标绘（服务器版本）通过多点触控在三维电子地图上绘制军标、矢量标号信息。地图标注（服务器版本）在地图上标注带有位置坐标的信息点。兵要地志信息查询（服务器版本）可以根据需求建立、编辑、查询各个兵要地志信息点的资料内容，包括实时视频、预案管理、通讯、图片、360度全景、人员管理等。视频监控功能多路远程现场视频接入，实时掌控现场情况，便于远程指挥调度。GPS、北斗目标监控功能接收数据中心下传的GPS、北斗目标类型、位置、速度、方向、报警等信息，在三维电子地图上生成目标模型并实时更新其状态，同时可通过上传命令至数据中心与GPS、北斗目标通信。热点功能可对地图上的目标输入名称，标注为关注热点，点击热点名称时，快速定位至地图的相应区域。沙盘互动桌面交互式电子沙盘、多点触摸沙盘可双向互动，将要展示的图片、文档、影像等内容通过网络抛掷给对方，进行批示和修改后回传进行展示。最佳路径搜索指定起点和终点位置后，可以在地图上标注出最短的路径。联动报警通过网络接收报警系统发出的报警信号，地图自动迅速切换到报警哨位。电子白板屏幕标绘。绘制点、线、线段、多边形、填充区，徒手写字等。绘制的图元屏幕位置固定，不随三维场景移动。地理标绘。绘制点、线、线段、多边形、填充区、军标符号，徒手写字等。绘制的图元关联具体的地理信息，跟随场景移动。地图输出地图输出为位图文件，可以存储为.bmp和.jpg两种格式（服务器版本）。语音通讯（服务器版本）利用视频服务器或其他系统的对讲口或者语音输入口，语音输出口，通过电子沙盘的语音通讯模块，实现指挥大厅和作战车辆、单兵的语音对讲，具备点对点、点对多点、分组呼叫等对讲功能。指挥控制（定制开发）根据武警XXX总队的具体需求，就指挥中心通过网络通信手段对作战车辆、单兵进行实时指挥调度的功能进行定制开发。局部热点三维模块（定制开发）将三维场景中的局部三维模型输出至大屏进行全屏显示。军用智能交互式电子沙盘硬件子系统硬件子系统组成电子沙盘软件子系统包括桌面交互式电子沙盘、多点触摸电子沙盘两个部分。桌面交互式电子沙盘桌面交互式电子沙盘由专业融合机、投影机、投影屏、桌面互动动作捕捉仪、图形工作站等主要设备组成，形成一套完整的多通道投影互动显示解决方案，可直接运行各类二三维软件及播放视频等。与传统触摸屏不同的是，桌面互动投影具有小体积、大面积的独特优势，经多通道无缝融合投影形成的画面大气磅礴，气势恢宏，配合基于华图自主研发的SimVIZ可视化仿真软件平台构建的军用智能交互式电子沙盘软件（客户端版本），可展现逼真、高沉浸感的三维场景，使用户产生身临其境的体验。图像工作站的两路显示信号通过矩阵任意切换输出至融合机，融合机将信号进行拼接处理，并使拼接的图像实现图像自动几何校正、色彩校正及无缝拼接，然后将2路处理好的信号输出到2台投影机，实现单屏单画，多屏多画，任意开窗口，窗口任意放大缩小，移动的最终显示功能。投影机在物理上通过光路调节产生一个光学上的叠加带，这就是图像校正融合机的融合带，融合机将其做出光学上和信号上的处理，使其降低亮带的亮度在屏幕上显的柔滑、对两个投影机的投射出来的画面作几何校正，使画面叠加在一起，使其融入整个屏幕画面中，形成一个无缝、连续的完整画面。融合机桌面交互式电子沙盘的核心设备是工程融合机，基于硬件FPGA处理架构，自建边带(公共像素)生成功能，无需对信号源进行修改，是现有M*N投影系统解决方案中是设备连接级数最少，集成度最高的产品。单台融合处理器输出支持1×2、1×3、2×2或2×3融合拼接方式。融合处理器内自带专业显卡，支持在融合处理器中直接运行客户现有地理信息系统软件、三维仿真软件、PPT、视频等，也支持带专业显卡的外部图形工作站信号输入。设备针对多投影的电子沙盘应用做了定制，在保证全系统60帧实时处理的同时，同时保证了显示内容在M×N拼接模式下的原始分辨率，而非其它产品通过普通单路信号采集放大到M×N屏显示的模式。本融合机可配合华图的军用智能交互式电子沙盘软件，作为显示内容及辅助交互控制设备。系统特点：保证系统实时性融合机所有实时运算由专用硬件模块完成，不影响系统性能。每秒可处理60帧。兼容各类桌面软件融合机自身具有边带生成功能，可适应具有多屏DVI输出的任意信号源，可适合仿真，会议汇报展示、视频播放等各种应用。可直接运行多通道桌面多媒体交互软件，提供了各类创意的可能，不再只是播放视频。保证原始分辨率融合机在图像处理机制与原理上保证了原始分辨率显示，而非其它产品通过普通单路信号采集放大M×N屏显示的模式。像素点对点融合，无像素损失融合机采用像素点对点融合处理，没有任何的像素损失，确保了最终效果。全域自动色彩统一融合机的色彩统一技术是采用国内独家基于摄像头的智能调试方法，采用摄像头对投影画面全色域空间进行自动采集、分析、调校，使各通道色差降到最小。调试简便快捷，在几分钟内调试过程自动完成，无需人工干预。同时广泛适用于各种品牌、型号的投影机。可扩展性可扩展外部信号采集模块，显示远程计算画面或摄像头画面。可扩展与融合处理器配套独有的智能屏幕功能，完成沙盘投影的自动几何校正，彻底解决后期维护问题，降低成本。可扩展专业遮光器，彻底解决投影机特有在黑场下的漏光问题。主要功能及技术指标：处理架构：采用FPGA硬件图像处理机制，不占用主机资源。无缝融合功能：处理并输出多路DVI/VGA图像信号，组成一个无缝、连续、亮度均匀、色度一致的大画面。例如典型的球幕、柱幕、折幕显示系统。实时处理：采用FPGA硬件设计，图像处理保证内部60帧/秒以上处理帧率（非倍频），满足三维仿真软件实时性要求。自动边带生成，无需对信号源进行任何修改。亚像素2D几何校正：可达像素的精确几何校正，对任意屏幕图像均无撕裂、折曲等变形失真。自动色彩平衡：独家基于摄像头的智能调试方法，省心省力。无痕边缘融合：独家基于摄像头的智能调试方法，图像融合效果非常完美，肉眼几乎看不到融合带。小时级系统调试：小时级调试，系统即达到完美效果，解决漫长手工调试之苦。安装调试过程快速简单，只需简单培训即可掌握。支持Ｍ×Ｎ多层拼接。适合于各种软、硬的正投和背投屏幕，能适应不同尺寸大小的屏幕；兼容性高，由于采用摄像头智能色彩统一技术、可适用各种类型投影机。动作捕获仪（定制）运作原理首先是通过捕捉设备（感应器）对目标