1、 概述

人與虛擬環境的交互是當前智能交互技術發展的重要內容。在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》中，將智能感知和虛擬現實技術，作為我國將重點發展的前沿技術列出，期望“以人為中心”的信息技術發展，能推動多項領域的創新。近年來，在軍事領域，人與作戰環境的虛擬并自然的交互技術和集成系統的應用，在很大程度上幫助解決真實作戰訓練中的許多實際問題，如費用過高、受環境限制等，已經開始受到各國軍方的重視。

軍事電子沙盤是現代化信息顯示手段，是當前指揮高度自動化、快速反應、展示空間立體戰爭態勢的需求。其核心的設計是人與作戰環境的虛擬交互技術，主要是利用計算設備，如計算機生成模擬的作戰環境，通過多通道的輸入，使得人進入虛擬作戰環境，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應急搶險救援三維地理指揮演練系統代替傳統圖紙作業和沙盤模型有了可能。

采用智能交互式電子沙盤系統進行戰場指揮方案規劃，能夠依據任務要求直觀的進行系統的布局，并同時對規劃中的指定參數進行計算，對規劃效果做出輔助評估，為方案規劃提供實時的智能化的輔助支持。并且在規劃完成后，能夠對規劃任務進行推演展示，顯示推演過程中的各項參數，對所做規劃進行約束驗證和參數優化提供支持。

2、 解決方案組成

應急搶險救援三維地理指揮演練系統設計以“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，

應急搶險救援三維地理指揮演練系統由電子沙盤硬件子系統和電子沙盤軟件子系統組成，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、圖形工作站網絡等硬件設備和客戶端版本、服務器版本軟件。系統通過各種接口實現與現有地理信息數據及軍事相關數據庫連接，整個集成系統將戰前地理環境處理成數字化地圖，做成數字戰場，添加模擬作戰單位如：戰車、單兵、飛機、戰船等，通過可視化及交互協同功能，優化指揮控制，提高部隊的交互、協同指揮能力。

大屏幕投影

/信號導播

分系統

系統圖3-1應急搶險救援三維地理指揮演練系統物理結構

3、 應急搶險救援三維地理指揮演練系統平臺

應急搶險救援三維地理指揮演練系統基于自主研發的SimVIZ可視化仿真軟件平臺構建，面向作戰指揮、沙盤推演、裝備試驗及教學講評等應用，采用多點觸摸、虛擬現實、視景增強、三維數字地球等技術，提供了現實更豐富、交互更先進的可視化應用平臺，代替并提升了傳統沙盤。下面分別介紹應急搶險救援三維地理指揮演練系統的基礎平臺─SimVIZ可視化仿真軟件平臺，及應急搶險救援三維地理指揮演練系統的組成和功能。

3.1電子沙盤軟件基礎平臺（SimVIZ可視化仿真軟件平臺）

3.1.1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。

圖3-1-1 SimVIZ可視化仿真軟件平臺

3.1.2平臺功能

SimVIZ可視化仿真軟件平臺是面向軍事指揮、戰術訓練、武器裝備研制等應用的，基于地理信息系統、視景仿真、可視化等技術的數據可視化開發平臺。可為各種專業可視化應用系統提供完整的可視化系統構建、運行系統管理、運行

支持。用戶可方便的創建可視化仿真應用軟件，用于指揮、訓練、武器裝備試驗等。

3-1-2 平臺功能

3.1.3平臺特性

1) 提供電子地圖、虛擬儀表、圖形、表單等多種數據表達形式，能方便地構建可視化應用軟件。

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。可方便完成戰術圖標繪專業。

4) 逼真的三維場景表現能力，可真實再現大規模地形地貌、高精度模型、氣候特性等。

5) 具有良好的組織結構和易用的開發接口，便于擴展和二次開發。

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、機載數據接入方式，支持GPS和北斗定位信息。

8) 具有綜合數據庫管理功能，可提供常用武器裝備模型。

3.1.4平臺優勢

? 更加符合行業規范

? 更加方便行業專家

? 更加貼近行業應用

? 大量工程案例驗證

3.1.5 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。主要面向虛擬現實、數據可視化等領域的應用。以高度仿真、專業性強的三維場景為基礎，實現仿真數據和實時數據可視化展現的一套具有完整功能的三維引擎。

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、海水等自然環境仿真效果。

4) 支持火焰、爆炸、煙霧、紅外等戰場仿真效果。

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、姿態傳感器等虛擬現實外設。

3.1.6SimGIS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、專業性強的態勢電子地圖為目標，實現的一套具有完整地理信息系統功能的軍用電子地圖軟件。

SimGIS地理信息引擎功能及特性：

1) 支持通用地理信息數據格式，同時支持國軍標格式電子地圖。

2) 提供完整的地理信息系統算法實現。

3) 采用標準的地圖數據組織方式，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，支持多種分辨率衛星影像和高程。

7) 采用多細節層次技術(LOD)實現超大規模地形實時生成和高效顯示。

4、系統組成

電子沙盤軟件子系統包括服務器版本、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構建。

服務器、客戶端版本可雙向互動，將要展示的圖片、文檔、影像等內容通過網絡拋擲給對方，進行批示和修改后回傳進行展示。

4.1軟件功能

4.1.1 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) 數字地球。以多種精度的高程、影像數據為基礎實現數字地球顯示。

4) 空間數據分層。將要表達的空間數據抽象為不同類型屬性的數據層

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

算。

6) 可通過多點觸摸手勢(服務器版本)實現三維地形的漫游、縮放、視

角改變。

4.1.2 態勢顯示

在三維電子地圖上表現重要的作戰信息，主要包括單兵、車輛的位置、狀態，任務相關目標，以及重要的軍事民用設施等信息。

4.1.3 兵力部署

1．兼容《兵力部署管理系統》的數據庫，將該數據庫導入軟件后，可以調用數據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、執勤點、執勤哨位等信息在多點觸摸地理信息系統的電子地圖中顯示。

2．可在三維電子地圖上部署（拖放、移動、刪除、保存）作戰車輛、單兵、隊伍等各類三維模型，可設置目標的相關屬性信息（服務器版本）。

4.1.4 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。

4.1.5 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。

4.1.6 兵要地志信息查詢（服務器版本）

可以根據需求建立、編輯、查詢各個兵要地志信息點的資料內容，包括實時視頻、預案管理、通訊、圖片、360度全景、人員管理等。

4.1.7 視頻監控功能

多路遠程現場視頻接入，實時掌控現場情況，便于遠程指揮調度。

4.1.8 GPS、北斗目標監控功能

接收數據中心下傳的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，同時可通過上傳命令至數據中心與GPS、北斗目標通信。

4.1.9 熱點功能

可對地圖上的目標輸入名稱，標注為關注熱點，點擊熱點名稱時，快速定位至地圖的相應區域。

4.1.10 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、影像等內容通過網絡拋擲給對方，進行批示和修改后回傳進行展示。

4.1.11 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。

4.1.12 聯動報警

通過網絡接收報警系統發出的報警信號，地圖自動迅速切換到報警哨位。

4.1.13 電子白板

1． 屏幕標繪。繪制點、線、線段、多邊形、填充區，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、軍標符號，徒手寫字等。繪制的圖元關聯具體的地理信息，跟隨場景移動。

4.1.14 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）。

4.1.15 語音通訊（服務器版本）

利用視頻服務器或其他系統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，實現指揮大廳和作戰車輛、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。

4.1.16 指揮控制（定制開發）

可根據部隊的具體需求，就指揮中心通過網絡通信手段對作戰車輛、單兵進行實時指揮調度的功能進行定制開發。

4.1.17 局部熱點三維模塊（定制開發）

將三維場景中的局部三維模型輸出至大屏進行全屏顯示。

4.2硬件子系統組成

應急搶險救援三維地理指揮演練系統硬件部分包括桌面交互式電子沙盤、多點觸摸電子沙盤兩個部分。

桌面交互式電子沙盤

桌面交互式電子沙盤由專業融合機、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。

與傳統觸摸屏不同的是，桌面互動投影具有小體積、大面積的獨特優勢，經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的SimVIZ可視化仿真軟件平臺構建的應急搶險救援三維地理指揮演練系統（客戶端版本），可展現逼真、高沉浸感的三維場景，使用戶產生身臨其境的體驗。

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節產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、連續的完整畫面。 多點觸摸電子沙盤

多點觸摸電子沙盤為一體機，包括液晶顯示屏、多點觸摸屏、圖形工作站和可移動平臺及接口組成，為整個系統提供硬件支撐環境及人機交互手段。大屏幕顯示屏和多點觸摸屏共同構成的交互設備可以完成高畫質圖形顯示和手勢語言輸入，給用戶全新的操作體驗，

多點觸摸電子沙盤配合基于自主研發的SimVIZ可視化仿真軟件平臺構建的應急搶險救援三維地理指揮演練系統（服務器版本），通過觸摸屏的多點觸摸操作，可輕松便捷地操控軟件，充分發揮應急搶險救援三維地理指揮演練系統（服務器版本）的強大功能，展現逼真、高沉浸感的三維場景，使用戶產生身臨其境的體驗。