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(shù)為依托，利用聲光電設(shè)備結(jié)合全息投影、裸眼3D、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，通過圖像矯正融合處理、聲音擬合處理及光學(xué)投影技術(shù)，將軍用試驗(yàn)訓(xùn)練態(tài)勢通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)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(shù)投射于電子沙盤，展示試驗(yàn)訓(xùn)練態(tài)勢；通過實(shí)時(shí)接收試驗(yàn)訓(xùn)練態(tài)勢數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)訓(xùn)練過程的電子沙盤展示，并提供手勢或者設(shè)備交互操作功能，實(shí)現(xiàn)立體、逼真的展示能力。

關(guān)鍵詞：全息投影；裸眼3D；虛擬現(xiàn)實(shí)；圖像矯正；三維建模

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2020）16-70-4

0引言

目前國內(nèi)實(shí)時(shí)軍用電子沙盤以電子屏展示，交互性及立體感不強(qiáng)、無法讓指揮員有身臨其境的感覺，在部隊(duì)需求的驅(qū)動(dòng)下，擬將市面上樓宇及展廳等立體展示技術(shù)與試驗(yàn)訓(xùn)練實(shí)時(shí)過程相結(jié)合，分析如何將樓宇、展廳等提前制作的視頻動(dòng)畫轉(zhuǎn)換軟件，并結(jié)合部隊(duì)訓(xùn)練態(tài)勢展示需求，從試驗(yàn)訓(xùn)練數(shù)據(jù)接入、3D場景驅(qū)動(dòng)、三維動(dòng)態(tài)展示[1]及立體交互等方面綜合分析，進(jìn)行展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1國內(nèi)外現(xiàn)狀

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

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子沙盤設(shè)計(jì)技術(shù)也得到了相對較快的發(fā)展，在軍事領(lǐng)域、教育領(lǐng)域、地理領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域及商業(yè)領(lǐng)域等廣泛應(yīng)用，技術(shù)也不斷更新進(jìn)步，電子沙盤仿真和虛擬技術(shù)也越來越成熟。國防科技大學(xué)信息系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)觸摸、體感交互、虛擬現(xiàn)實(shí)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等多項(xiàng)技術(shù)的新型電子沙盤[2]，具有實(shí)現(xiàn)交互系統(tǒng)中的多人、多設(shè)備、多通道的特點(diǎn)，使人與電子沙盤的交互能力大大提高。

伴隨著技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外也出現(xiàn)了眾多的沙盤開發(fā)平臺(tái)，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(biāo)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(yīng)性和可擴(kuò)展性的商業(yè)軟件，用戶能快速準(zhǔn)確地開發(fā)出合乎要求的視景仿真應(yīng)用程序。Unity3D是一個(gè)游戲開發(fā)環(huán)境且具有可視化編輯界面，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的游戲模擬。

在軍用電子沙盤系統(tǒng)領(lǐng)域，OSG得到廣泛應(yīng)用，通過影像疊加、三維建模等逼真地呈現(xiàn)地形地貌特點(diǎn)，通過裝備的實(shí)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(xùn)練態(tài)勢。

但近年來隨著全息投影、裸眼3D[4]、VR及AR等技術(shù)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(tái)表演等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

2方案設(shè)計(jì)

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

2.1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由硬件和軟件設(shè)備組成，硬件設(shè)備以多點(diǎn)控制一體機(jī)、電子屏、投影設(shè)備、聲光電設(shè)備和服務(wù)器設(shè)備為主，為展示提供硬件平臺(tái)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(diǎn)控制一體機(jī)與展示電子屏進(jìn)行交互式操作，可控制電子屏顯示內(nèi)容的視角及場景遠(yuǎn)近等，用于三維立體態(tài)勢展示等。服務(wù)器設(shè)備用于后臺(tái)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(xùn)練系統(tǒng)的對接，實(shí)現(xiàn)籌劃、指揮、訓(xùn)練過程的實(shí)時(shí)展示與交互。

2.2系統(tǒng)工作原理

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

①系統(tǒng)硬件設(shè)備開機(jī)工作，軟件運(yùn)行；

②利用三維建模軟件進(jìn)行顯示地形及實(shí)物建模；

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

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

⑤讀取訓(xùn)練籌劃的兵力部署信息，讀取三維實(shí)物模型進(jìn)行顯示；

⑥圖像處理軟件進(jìn)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(jìn)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(shí)時(shí)訓(xùn)練的雷達(dá)開輻射、電抗干擾、火炮射擊、目標(biāo)毀傷及炸點(diǎn)等作戰(zhàn)信息，進(jìn)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(jìn)行特效生成處理，輸出展示特效指令；