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