基于多媒體電子沙盤上位機控制軟件的應用

鄭煜，馬新春，曹俊江

（新疆電子研究所有限公司研發中心，烏魯木齊830013）

隨著社會科技、文化的不斷發展，僅僅依賴傳統的沙盤已經不能滿足人們看歷史，看變化，看發展等多角度觀察事物對象的需要。先進的計算機技術和光學成像技術，給人們提供了從虛擬的畫面效果多個角度觀察事物的途徑[1-4]。多媒體電子沙盤，能獲得豐富的動態展示效果[5]，使參觀者達到視覺上的享受，也能真實的、全面了解到所展示對象的各項特征，這對于參觀者來說是一種全新的體驗。這其中必不可少了多媒體電子沙盤上位機控制軟件對設備內容的管理和調用。現如今，電子沙盤由于其科技含量較高，在一些領域已經在非常普遍的應用，比如在城市規劃、建筑設計，室內設計，園林規劃，古跡復原、虛擬旅游、數字展館、產品互動演示、文物數字化建設等領域的應用已卓有成效。

1 電子沙盤

電子沙盤（Electronic Sand Table）又被稱為數字沙盤（Digital Sand Table）或虛擬沙盤（Virtual Sand Table），虛擬三維電子沙盤系統的實現，取代了傳統的實物沙盤和平面矢量地圖系統，可以為各級作戰指揮提供一個三維的、動態的、可交互的模擬環境。

電子沙盤中的內容，都是根據客戶的要求制作，展示，然后在由上位機控制軟件進行分配管理操作，可以防止操作者誤操作帶來的不必要的錯誤[6]。

1.1 電子沙盤的內容

1.1.1 3D建模

3D是three-dimensional的縮寫，就是三維圖形[7]。

3D建模通俗來講就是通過三維制作軟件通過虛擬三維空間構建出具有三維數據的模型。在計算機里顯示3d圖形，就是說在平面里顯示三維圖形。不像現實世界里，真實的三維空間，有真實的距離空間。計算機里只是看起來很像真實世界，因此在計算機顯示的3d圖形，就是讓人眼看上就像真的一樣。

3D引擎中對流體類似物的仿真方法一直是國內外研究機構及相關人員關注的焦點。多年來，大量研究學者對這類仿真問題在運動建模、行為建模、繪制方法等方面，不斷提出新的解決辦法，也使得這類仿真方法在大量的軍事態勢、模擬訓練、災難應急、城市仿真、展覽展示等等應用中推廣開來[7]。

通常我們都是用3Ds MAX或是Maya來做基于PC系統的三維動畫渲染和制作。這兩款軟件建模速度快，易于實時更新[8]。

1.1.2 全息投影

全息投影技術是利用干涉和衍射原理記錄并再現物體真實的三維圖像的記錄和再現的技術[9]。第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過程：被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束；另一部分激光[10]作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產生干涉，把物體光波上各點的位相和振幅轉換成在空間上變化的強度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。

1.1.3 成像原理

投影是用一種將三維畫面懸浮在柜體實景中的半空中成像系統。虛擬成像系統由柜體、分光鏡、射燈、視頻播放設備組成，基于分光鏡成像原理，通過對產品實拍構建三維模型[11]的特殊處理，然后將拍攝的的產品影像或產品三維模型影像疊加進場景中，構成了動靜結合的產品展示系統。不需要人們佩戴任何偏光眼鏡，在完全沒有束縛下就可以盡情觀看3D幻影立體顯示特效，給人以視覺上的沖擊，具有強烈的縱深感。

1.1.4 全息投影影片制作

其實全息投影最難和最麻煩的就是投影片源的制作。將4個面融合到一個視頻中。如果用MAYA做會更簡單一點，因為MAYA天生就有三視圖，只需在軟件中做好人物模型，設置好動作，然后就可以從前后左右4個不同的面進行導出渲染，最后分前后左右4個視圖導出視頻即可。但是3D軟件很難。

2 多媒體電子沙盤的特點

1）系統建立在高精度的三維場景上。

2）系統承載海量數據，運行效率高。

3）可以實現大場景的無縫瀏覽。

4）系統設計理念超前。

5）強大的輔助決策功能。

6）系統擴展性強[12]。

3 上位機控制軟件

上位機控制軟件主要是通過電腦操作，來控制多媒體電子沙盤內容管理的工具軟件。

上位機控制軟件主要分，登錄，播放視頻，用戶管理，窗口設置，退出這5個基本功能。

3.1 登錄

在出現的登錄界面中輸入已有權限用戶的帳號，密碼，點擊登錄就可以進入軟件的主控制界面。

3.2 導航介紹

進入系統后，可以看見軟件上方的導航欄，如圖1所示。

圖1 導航

播放視頻：包含選擇文件進行播放，停止等操作，可分屏進行操作。

用戶管理：包含用戶的添加/刪除

窗口設置：包含窗口層疊，水平平鋪，垂直平鋪，關閉所有窗口，注銷，設置。

退出系統：即退出程序。

3.3 播放視頻

點擊播放視頻，默認進入播放視頻的第一個子菜單界面，可以看到子界面如圖2所示。

界面左側為播放視頻區，點擊添加文件，進視頻文件的添加，顯示在右邊列表中，雙擊可進行視頻播放，雙擊的同時彈出窗口進行分屏播放。在此介面可進行，上一部，下一部的選擇必播放，也可以進行停止播放，也可關閉分屏窗口。

圖2 視頻播放

這一塊也就是電子沙盤內容管理的核心部分了，電子沙盤內容跟新了，就可以通過上位機控制軟件調取不同地址的數據，進行播放，這樣即可以遠程播放，也實現了內容的保密性。也方便了用戶操作（可隨著意調整播放視頻的順序）。還有一個就是分屏技術。分屏顯示的視頻跟電腦主機顯示的視頻是同步的，分屏窗口可以托到投影顯示器上，這樣就不影響體驗者的視覺感觀，可以直接看到視頻，不用通過顯視電腦主屏，在切換到視頻這樣一個過程。以往數據都是以U盤的方式插到投影儀上，這樣數據容易丟失，也不方便管理。

3.4 用戶管理

點擊導航上的用戶管理對用戶登錄賬戶和角色進行管理，列表中出現已存在的用戶信息，如圖3所示。

圖3 用戶管理

雙擊選中的用戶，可以編輯用戶信息，如圖4所示。

如果需要新增，請點擊下方的“添加按鈕”，填寫“用戶名稱”，“用戶分組”等信息，點擊“保存按鈕”完成信息的添加。

這一步是因為，只有有權限的管理人員才可以對上位機控制軟件進行使用。防止非工作人員的盜用。

3.5 窗口設置

窗口層疊，水平平鋪，垂直平鋪，關閉所有窗口，注銷跟windows中的功能一樣。設置功能如圖5所示。

圖4 修改用戶

圖5 設置

可以設置成開機自啟功能，這樣也方便用戶，一上班開機軟件就自動運行了。

3.6 系統退出

要結束軟件的使用，點擊如圖6所示。

圖6 退出系統

也就是退出電子沙盤上位機控制軟件。

4 結論

通過以上理論分析，多媒體電子沙盤在內容上，展示內容廣，設計手法精湛，展示手段先進，科技含量高給人們一種全新的體驗感受[13]。在發展中可能會發生類型的多樣化，上位機控制軟件也隨著其逐步地完善[14]，在使用過程中是如虎添翼。在應用中應該會相當廣泛。在未來市場的發展潛力將是無可估量的。

[1]徐愛鋒，左文平，宋學斌.一個基于VRP的三維數字沙盤[J].城市建設理論研究，2013（23）：256-257.

[2]李偉光，陳錦.智能多媒體教室上位機控制系統的設計[J].中國科教創新導刊，2013（10）：145-146.

[3]王輝柏，侯建峰.多媒體在數字沙盤系統中應用的研究[J].計算機科學與應用，2013（3）：139-144.

[4]李云，馮甦中.多媒體數字內容在科普展示中的應用研究[J].軟件，2012（10）：150-153.

[5]段德強.動態展會沙盤的設計與研制[D].武漢：華中科技大學，2011.

[6]李艷.參謀作業系統電子沙盤的設計與實現[D].重慶：重慶大學，2014.

[7]陳春.基于3ds max的動畫設計-家庭裝修（室內設計）[D].濟南：山東凱文科技職業學院，2012.

[8]何曉曦.三維圖形引擎中流體類似物的仿真方法研究[D].成都：電子科技大學，2013.

[9]江水.三維模型轉換引擎及其應用研究[D].南京：南京師范大學，2015.

[10]張林君.全息投影技術的發展及應用前景[D].綿陽：西南科技大學，2013.

[11]楊振華，徐文杰，潘偉.全息投影技術的發展及在產品設計教學中的應用初探[J].亞太教育，2016（19）：185-186.

[12]李晨.基于DMD的3D數字全息顯示系統研究[D].蘇州：蘇州大學，2012.

[13]蘇志軍.多媒體互動沙盤模型研究與實踐[J].測繪技術裝備，2012（4）：16-19.

[14]湯善雯.互動設計在博物館展示中的應用[D].南京：南京藝術學院，2012.

[15]張樂.論全息投影技術的使用價值與未來發展[J].課程教育研究，2016（7）：11.