CN103473981B - 一种电子沙盘系统及方法 - Google Patents

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本发明涉及一种沙盘,特别是一种立体感强、形象直观,能逼真模拟各种地形和城市环境的电子沙盘及其方法。本发明的一种电子沙盘系统,包括场景构建模块(1)、计算模块(2)、控制模块(3)和演示模块(4)。其中,演示模块(4)包括一个由多个柱状显示单元(4011)组成的显示矩阵(401),柱状显示单元(4011)的顶部平面和各侧面均为显示屏幕,通过柱状显示单元(4011)的升降模拟地形和地物的形状,通过柱状显示单元(4011)的显示屏幕模拟地形和地物的色彩和纹理。本发明显示效果逼真,立体感强,能同时对三维场景的形状和纹理进行细致的描述,操作灵活,能动态调整沙盘设计方案,并实现实时同步显示,更新方便并且可扩展性强。

Description

一种电子沙盘系统及方法
技术领域
本发明涉及一种沙盘,特别是一种立体感强、形象直观,能逼真模拟各种地形和城市环境的电子沙盘及其方法。
背景技术
沙盘是根据地形图、航空像片和地形信息,按一定的比例关系,用泥沙、兵棋和其它材料堆制的模型。传统沙盘通常用于军事领域,主要供指挥员研究地形和作战方案以及演练战术使用。但是近年来,越来越多的领域,例如城市规划、地质勘探、楼盘展示、应急指挥、情景推演等,都开始使用到沙盘。尤其是电子沙盘的出现,更拓宽了沙盘的应用范围。传统沙盘立体感强、形象直观,但是制作工艺复杂,制作周期长,且不宜更新。电子沙盘融合多媒体和投影技术等,更新快,互动性好,但是相对来说,不如传统沙盘的立体效果好。
在2009年9月2日授权公告的实用新型专利201302796中,披露了一种LED电子沙盘,其内容摘要如下;“本实用新型公开一种LED电子沙盘,有固定架(1),在固定架(1)上设置有多块LED显示屏(2),每块LED显示屏(2)与固定架(1)之间有自动起落架(3),LED显示屏(2)及自动起落架(3)的驱动装置与计算机相接。可将需要显示的文字、图像信息储存在计算机中,由LED显示屏显示,通过调整自动起落架,可使LED显示屏一个或多个画面上升或下降,相对平面显示更具立体效果且充满趣味性,更便于用户直接观看、了解所需要的画面信息,具有操作灵活、更新容易、便于安装维护、可多次重复使用且展示信息量大等优点。”但是,这种方式存在立体显示效果差的问题,尤其是当需要模拟连续起伏地形时,相邻的LED显示屏有较大高度差,之间会出现缝隙,这种方式更无法模拟轮廓分明的建筑物和地物。
发明内容
本发明要解决的技术问题是电子沙盘的三维可视化仿真度低、三维场景创建灵活性差的问题。
本发明为解决上述技术问题的技术方案是:包括一个由多个柱状显示单元4011组成的显示矩阵401,柱状显示单元4011的顶部面和各侧面均为显示屏幕,通过柱状显示单元4011的升降模拟地形和地物的形状,通过柱状显示单元4011的显示屏幕模拟地形和地物的色彩和纹理。
本发明的一种电子沙盘系统,包括场景构建模块1、计算模块2、控制模块3和演示模块4。
场景构建模块1,包括基础数据库101、模型库102和纹理库103,用于设计沙盘模型,支持用户将不同类型的三维数据导入到基础数据库101、模型库102和纹理库103,实现信息融合,从而构建出满足用户需要的三维立体场景。基础数据库101提供卫星图片、数字地图、数字高程模型等地理信息数据。模型库102提供各种建筑物或地物的三维模型,例如房屋、堤坝、桥梁、城市地标等。纹理库103提供地表、建筑物或地物的纹理图片,例如房屋的外观、道路的表面等。
计算模块2,包括模型计算装置201和图像计算装置202,用于计算获取电子沙盘的构建参数,包括柱状显示单元4011的高度信息和各个显示面的图像信息。计算模块2可以部署在多台计算机上,计算机之间通过有线或无线的方式传递数据和信息。通过场景构建模块1完成沙盘设计后,将设计结果分别导入模型计算装置201和图像计算装置202。模型计算装置201根据演示模块4的柱状显示单元4011矩阵参数对沙盘场景设计方案进行三维栅格化计算,从而获得每个柱状显示单元4011的高度信息。图像计算装置202根据演示模块的柱状显示单元4011矩阵参数对沙盘场景设计方案进行三维栅格化计算,从而获得每个柱状显示单元4011各个显示面的图像信息。
控制模块3用于将计算模块2处理得到的电子沙盘构建参数在演示模块4上实现。控制模块3包括工控装置301和显示管理装置302,工控装置301控制升降架402,根据计算模块2处理得到的每个柱状显示单元4011的高度信息调整每个柱状显示单元4011的高度。显示管理装置302用于将计算模块2处理得到的每个柱状显示单元4011各个显示面的图像信息发送到对应的柱状显示单元4011。
演示模块4包括一个由多个柱状显示单元4011组成的显示矩阵401和基座平台402。每个显示矩阵401由顶部面形状相同或不同的多个柱状显示单元4011组成,柱状显示单元4011的数量越多,电子沙盘的显示区间范围越大、三维展示能力越强。每个柱状显示单元4011的底部都与一个升降架4012相连接,升降架4012的另一端位于基座平台402上。升降架4012用于支撑柱状显示单元4011,同时调节柱状显示单元4011的高度。柱状显示单元4011为柱状体,其各个侧面形状均为矩形,顶部面形状为三角形、四边形或六边形,柱状显示单元4011的显示屏幕可显示为透明模式。除底面外,柱状显示单元4011的顶部面和各侧面均为显示屏幕。可对任一或多个柱状显示单元4011进行更新替换。
一种电子沙盘系统的方法,步骤如下:
步骤S1:通过场景构建模块1创建三维沙盘模型,形成沙盘场景设计方案;
步骤S2:将步骤S1形成的沙盘场景设计方案导入计算模块2;
步骤S3:模型计算装置201根据演示模块4的柱状显示单元4011矩阵参数对沙盘场景设计方案进行三维栅格化计算,从而获得每个柱状显示单元4011的高度信息;
步骤S4:图像计算装置202根据演示模块的柱状显示单元4011矩阵参数对沙盘场景设计方案进行三维栅格化计算,从而获得每个柱状显示单元4011各个显示面的图像信息;
步骤S5:将步骤S3和步骤S4中生成的沙盘构建参数传送到控制模块3;
步骤S6:控制模块3通过工控装置301控制升降架4012,根据计算模块2处理得到的每个柱状显示单元4011的高度信息调整每个柱状显示单元4011的高度;
步骤S7:控制模块3通过显示管理装置302显示沙盘模型的色彩和纹理信息,将计算模块2处理得到的每个柱状显示单元4011各个显示面的图像信息发送到对应的柱状显示单元4011;
步骤S8:重复步骤S1到S7实现电子沙盘的更新。
本发明的有益效果包括:
(1)本发明的一种电子沙盘系统,显示效果逼真,立体感强,能同时对三维场景的形状和纹理进行细致的描述;
(2)本发明的一种电子沙盘系统,使用方便、操作灵活、运行性能高,能动态调整沙盘设计方案,并实现实时在演示模块4中同步显示;
(3)本发明的一种电子沙盘系统,可扩展型好,支持增加或减少柱状显示单元4011的数量,可用于不同尺寸要求的沙盘制作;
(3)本发明的一种电子沙盘系统,可组合型强,可根据不同需求,支持选择不同类型、尺寸的柱状显示单元4011进行组合,适用于不同展示效果的沙盘制作;
(4)本发明的一种电子沙盘系统,维护和更新操作方便,可对每一个柱状显示单元进行独立的更新或替换。
附图说明
图1是本发明的一种电子沙盘系统的系统组成图。
图2是本发明的一种电子沙盘系统的演示模块4的示意图。
图3是实施例一的柱状显示单元4011示意图。
图4是实施例一显示矩阵401的俯视示意图。
图5是实施例二的柱状显示单元4011示意图。
图6是实施例二显示矩阵401的俯视示意图。
图7是实施例三的柱状显示单元4011示意图。
图8是实施例三显示矩阵401的俯视示意图。
图9是实施例四的柱状显示单元4011示意图。
图10是实施例四显示矩阵401的俯视示意图。
图11是实施例五的柱状显示单元4011示意图。
图12是实施例五显示矩阵401的俯视示意图。
图13是实施例六的柱状显示单元4011示意图。
图14是实施例六显示矩阵401的俯视示意图。
图15是实施例七显示矩阵401的俯视示意图。
图16是柱状显示单元4011和升降架4012的示意图。
图17是电子沙盘三维效果显示示意图。
具体实施方式
图1是本发明的一种电子沙盘系统的系统组成图。如图1所示,本发明的一种电子沙盘系统,包括场景构建模块1、计算模块2、控制模块3和演示模块4。场景构建模块1,包括基础数据库101、模型库102和纹理库103,用于设计沙盘模型,形成沙盘场景设计方案。计算模块2,包括模型计算装置201和图像计算装置202,用于计算获取电子沙盘的构建参数,包括柱状显示单元4011的高度信息和各个显示面的图像信息。控制模块3包括工控装置301和显示管理装置302,用于将计算模块2处理得到的电子沙盘构建参数在演示模块4上实现。演示模块4包括显示矩阵401、基座平台402和顶盖403,用于沙盘模型的显示和更新。
图2是本发明的一种电子沙盘系统的演示模块4的示意图。如图2所示,显示矩阵401包括m×n个柱状显示单元4011,m和n均为整数,m和n的数值越大,电子沙盘的显示区间范围越大、三维展示能力越强。如图16所示,每个柱状显示单元4011的底部都与一个升降架4012相连接,升降架4012的另一端位于基座平台402上。升降架4012用于支撑柱状显示单元4011,同时调节柱状显示单元4011的高度。除底面外,柱状显示单元4011的顶部面和各侧面均为显示屏幕。显示矩阵401、柱状显示单元4011和升降架4012的尺寸均可根据用户需求进行独立设计,满足大型、中型、小型沙盘的要求。
通过本发明提出的一种电子沙盘系统的方法,可以构建出逼真效果的三维场景,如图17所示。柱状显示单元4011的显示屏幕可显示为透明模式。对于部分有中空部分的特殊地物,如桥梁、中空建筑等,模型计算装置201按照标准方式进行计算,获取地形或地物的上表面高度,而图像计算装置202在计算时,则将无纹理部分处理成透明模式,因此在演示模块4中,桥梁下方的中空部分和建筑物的中空部分,其相对应的柱状显示单元4011的显示面显示为透明,能达到更为逼真的效果。
柱状显示单元4011的顶部面形状为三角形、四边形和六边形。
实施例一:
如图3所示,柱状显示单元4011顶部面为等腰直角三角形,其三个侧面均为矩形,顶部面和三个侧面均为显示屏幕,由如图3所示的柱状显示单元4011组成的显示矩阵401的俯视图如图4所示。
实施例二:
如图5所示,柱状显示单元4011顶部面为等边三角形,其三个侧面均为矩形,顶部面和三个侧面均为显示屏幕,由如图5所示的柱状显示单元4011组成的显示矩阵401的俯视图如图6所示。
实施例三:
如图7所示,柱状显示单元4011顶部面为正方形,其四个侧面均为矩形,顶部面和四个侧面均为显示屏幕,由如图7所示的柱状显示单元4011组成的显示矩阵401的俯视图如图8所示,由如图7所示的柱状显示单元4011组成的显示矩阵401的三维效果如图2所示。
实施例四:
如图9所示,柱状显示单元4011顶部面和四个侧面均为矩形,顶部面和四个侧面均为显示屏幕,由如图9所示的柱状显示单元4011组成的显示矩阵401的俯视图如图10所示。
实施例五:
如图11所示,柱状显示单元4011顶部面为平行四边形,其四个侧面均为矩形,顶部面和四个侧面均为显示屏幕,由如图11所示的柱状显示单元4011组成的显示矩阵401的俯视图如图12所示。
实施例六:
如图13所示,柱状显示单元4011顶部面为六边形,其六个侧面均为矩形,顶部面和六个侧面均为显示屏幕,由如图13所示的柱状显示单元4011组成的显示矩阵401的俯视图如图14所示。
实施例七:
在构建特殊三维展示效果时,可通过不同类型的柱状显示单元4011进行搭配,柱状显示单元4011顶部面可以为任意三角形、四边形或六边形,柱状显示单元4011组成的显示矩阵401的俯视图如图15所示。
 虽然上文已经根据各种特定的实施例对本发明进行了描述,但本发明不限于此,本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此凡是按照本发明所述原理进行的修改,都应该理解为包括在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电子沙盘系统,其特征在于:包括场景构建模块(1)、计算模块(2)、控制模块(3)和演示模块(4),所述场景构建模块(1)包括基础数据库(101)、模型库(102)和纹理库(103),用于设计沙盘模型,支持用户将不同类型的三维数据导入到基础数据库(101)、模型库(102)和纹理库(103),实现信息融合,从而构建出满足用户需要的三维立体场景;所述计算模块(2)包括模型计算装置(201)和图像计算装置(202),用于计算获得沙盘构建参数,包括柱状显示单元(4011)的高度信息和各显示面的图像信息,部署在一台或多台计算机上;所述控制模块(3)包括工控装置(301)和显示管理装置(302),工控装置(301)用于控制升降架(4012),根据计算模块(2)处理得到的每个柱状显示单元(4011)的高度信息调整每个柱状显示单元(4011)的高度,显示管理装置(302)用于将计算模块(2)处理得到的每个柱状显示单元(4011)各个显示面的图像信息发送到对应的柱状显示单元(4011);所述演示模块(4)包括一个由多个柱状显示单元(4011)组成的显示矩阵(401),柱状显示单元(4011)的顶部平面和各侧面均为显示屏幕,通过柱状显示单元(4011)的升降模拟地形和地物的形状,通过柱状显示单元(4011)的显示屏幕模拟地形和地物的色彩和纹理。
2.根据权利要求1所述的一种电子沙盘系统,其特征在于:所述柱状显示单元(4011)为柱状体,其各个侧面形状均为矩形,顶部面形状为三角形、四边形或六边形,所述柱状显示单元(4011)的显示屏幕可显示为透明模式。
3.根据权利要求1或2所述的一种电子沙盘系统,其特征在于:所述显示矩阵(401)由顶部面形状相同或不同的多个柱状显示单元(4011)组成,可对任一或多个柱状显示单元(4011)进行更新替换。
4.根据权利要求1所述的一种电子沙盘系统,其特征在于:所述演示模块(4)还包括基座平台(402),每个柱状显示单元(4011)的底部都与一个升降架(4012)相连接,升降架(4012)的另一端位于基座平台(402)上,升降架(4012)用于支撑柱状显示单元(4011),同时调节柱状显示单元(4011)的高度。
5.根据权利要求1所述的一种电子沙盘系统,其特征在于:所述模型计算装置(201)根据演示模块(4)的柱状显示单元(4011)矩阵参数对沙盘场景设计方案进行三维栅格化计算,从而获得每个柱状显示单元(4011)的高度信息。
6.根据权利要求1所述的一种电子沙盘系统,其特征在于:所述图像计算装置(202)根据演示模块的柱状显示单元(4011)矩阵参数对沙盘场景设计方案进行三维栅格化计算,从而获得每个柱状显示单元(4011)各个显示面的图像信息。
7.一种如权利要求1所述电子沙盘系统的使用方法,步骤如下:
步骤S1:通过场景构建模块(1)创建三维沙盘模型,形成沙盘场景设计方案;
步骤S2:将步骤S1形成的沙盘场景设计方案导入计算模块(2);
步骤S3:模型计算装置(201)根据演示模块(4)的柱状显示单元(4011)矩阵参数对沙盘场景设计方案进行三维栅格化计算,从而获得每个柱状显示单元(4011)的高度信息;
步骤S4:图像计算装置(202)根据演示模块的柱状显示单元(4011)矩阵参数对沙盘场景设计方案进行三维栅格化计算,从而获得每个柱状显示单元(4011)各个显示面的图像信息;
步骤S5:将步骤S3和步骤S4中生成的沙盘构建参数传送到控制模块(3);
步骤S6:控制模块(3)通过工控装置(301)控制升降架(4012),根据计算模块(2)处理得到的每个柱状显示单元(4011)的高度信息调整每个柱状显示单元(4011)的高度;
步骤S7:控制模块(3)通过显示管理装置(302)显示沙盘模型的色彩和纹理信息,将计算模块(2)处理得到的每个柱状显示单元(4011)各个显示面的图像信息发送到对应的柱状显示单元(4011);
步骤S8:重复步骤S1到S7实现电子沙盘的更新。
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