軍用電子沙盤展示系統(tǒng)設計

郭敏 任丹 王博

摘要：軍用電子沙盤展示系統(tǒng)以電子沙盤技術為依托，利用聲光電設備結(jié)合全息投影、裸眼3D、虛擬現(xiàn)實等技術，通過圖像矯正融合處理、聲音擬合處理及光學投影技術，將軍用試驗訓練態(tài)勢通過網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)處理技術進行傳輸處理；通過信息接入、特效制作、顯示處理轉(zhuǎn)換為三維展示模型，通過投影技術投射于電子沙盤，展示試驗訓練態(tài)勢；通過實時接收試驗訓練態(tài)勢數(shù)據(jù)，實現(xiàn)試驗訓練過程的電子沙盤展示，并提供手勢或者設備交互操作功能，實現(xiàn)立體、逼真的展示能力。

關鍵詞：全息投影；裸眼3D；虛擬現(xiàn)實；圖像矯正；三維建模

中圖分類號：TP391文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2020）16-70-4

0引言

目前國內(nèi)實時軍用電子沙盤以電子屏展示，交互性及立體感不強、無法讓指揮員有身臨其境的感覺，在部隊需求的驅(qū)動下，擬將市面上樓宇及展廳等立體展示技術與試驗訓練實時過程相結(jié)合，分析如何將樓宇、展廳等提前制作的視頻動畫轉(zhuǎn)換軟件，并結(jié)合部隊訓練態(tài)勢展示需求，從試驗訓練數(shù)據(jù)接入、3D場景驅(qū)動、三維動態(tài)展示[1]及立體交互等方面綜合分析，進行展示系統(tǒng)設計。

1國內(nèi)外現(xiàn)狀

由于國外的計算機技術發(fā)展較早，特別是歐美國家的信息技術水平在早期相對于其他國家就己經(jīng)處于領先地位，因此他們較早地就把電子沙盤應用到軍事領域。比如美國的野外炮兵訓練智能導航虛擬沙盤間，在世界上都處于領先水平。

隨著我國科學技術的發(fā)展，電子沙盤設計技術也得到了相對較快的發(fā)展，在軍事領域、教育領域、地理領域、農(nóng)業(yè)領域及商業(yè)領域等廣泛應用，技術也不斷更新進步，電子沙盤仿真和虛擬技術也越來越成熟。國防科技大學信息系統(tǒng)工程重點實驗室燕厚儀和張國華等人就提出了基于多智能體的新型交互式系統(tǒng)電子沙盤。這種電子沙盤是一種融合了多點觸摸、體感交互、虛擬現(xiàn)實及增強現(xiàn)實等多項技術的新型電子沙盤[2]，具有實現(xiàn)交互系統(tǒng)中的多人、多設備、多通道的特點，使人與電子沙盤的交互能力大大提高。

伴隨著技術的發(fā)展，國內(nèi)外也出現(xiàn)了眾多的沙盤開發(fā)平臺，如Skyline，OSG，Delta3D，Vega Prime，Unity3D，ArcGIS[3]，ERDAS等。

ArcGIS和ERDAS雖提供了3D場景顯示模塊，但功能比較少，僅有漫游和有限的標注，沒有提供二次開發(fā)接口。與Skyline，OSG，Delta3D比較起來，Vega Prime是最具有適應性和可擴展性的商業(yè)軟件，用戶能快速準確地開發(fā)出合乎要求的視景仿真應用程序。Unity3D是一個游戲開發(fā)環(huán)境且具有可視化編輯界面，可以進行動態(tài)的游戲模擬。

在軍用電子沙盤系統(tǒng)領域，OSG得到廣泛應用，通過影像疊加、三維建模等逼真地呈現(xiàn)地形地貌特點，通過裝備的實物建模逼真地呈現(xiàn)裝備外觀，再結(jié)合定位信息，通過顯示屏呈現(xiàn)訓練態(tài)勢。

但近年來隨著全息投影、裸眼3D[4]、VR及AR等技術發(fā)展，全息投影、多媒體、L幕、幻影成像等電子沙盤在房地產(chǎn)、文物場館、5D影院及舞臺表演等領域廣泛應用。

2方案設計

系統(tǒng)結(jié)合多折幕技術、裸眼3D技術、圖像處理技術、數(shù)據(jù)接入處理技術及三維建模技術等構(gòu)建沉浸式電子沙盤，結(jié)合軍事需求，通過軟硬件實現(xiàn)實時訓練態(tài)勢和作戰(zhàn)態(tài)勢的實時逼真展示[5]。

2.1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由硬件和軟件設備組成，硬件設備以多點控制一體機、電子屏、投影設備、聲光電設備和服務器設備為主，為展示提供硬件平臺支持，折幕電子屏的效果圖如圖1所示。

2.1.1硬件組成

多點控制一體機與展示電子屏進行交互式操作，可控制電子屏顯示內(nèi)容的視角及場景遠近等，用于三維立體態(tài)勢展示等。服務器設備用于后臺的圖像處理、三維建模處理、信息接入、特效制作及交互處理等。

2.1.2軟件組成

軟件包括圖像處理軟件、三維建模軟件、三維立體態(tài)勢展示軟件、信息接入處理軟件和交互處理軟件，是系統(tǒng)的核心，通過軟件完成電子沙盤與各類軍事訓練系統(tǒng)的對接，實現(xiàn)籌劃、指揮、訓練過程的實時展示與交互。

2.2系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)的硬件為軟件運行及顯示提供支撐及顯示平臺，系統(tǒng)的工作原理如圖2所示，流程如下：

①系統(tǒng)硬件設備開機工作，軟件運行；

②利用三維建模軟件進行顯示地形及實物建模；

③信息接入處理軟件接收軍事訓練信息系統(tǒng)的訓練籌劃和指揮態(tài)勢信息，進行信息處理；

④三維立體態(tài)勢展示軟件讀取訓練區(qū)域信息獲取三維地形，顯示三維立體地形；

⑤讀取訓練籌劃的兵力部署信息，讀取三維實物模型進行顯示；

⑥圖像處理軟件進行立體展示處理，通過電子屏展示；

⑦交互處理軟件檢測交互操作信息，獲取交互要求，發(fā)送交互指令至三維立體態(tài)勢展示軟件執(zhí)行操作；

⑧圖像處理軟件進行立體展示處理，通過電子屏同步展示；

⑨信息接入處理軟件接收實時訓練的雷達開輻射、電抗干擾、火炮射擊、目標毀傷及炸點等作戰(zhàn)信息，進行信息轉(zhuǎn)換處理；

⑩三維立體態(tài)勢展示軟件對作戰(zhàn)信息進行特效生成處理，輸出展示特效指令；