CN104134389B - 互动式沙盘演示系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种互动式沙盘演示系统及方法，该系统包括体感装置、投影装置、立体显示模块和主机系统。该方法包括：1、完成系统连接，并使投影覆盖沙盘区域，使体感装置捕获设定沙盘区域内的动作信息及空间信息；2、启动相关设备，体感装置获得沙盘空间信息传递给主机系统，主机系统处理后，通过投影装置在沙盘上进行等高线绘制；3、当沙盘上空出现阻隔物时，获取阻隔物的动作信息及空间信息；4、判断阻隔物是否为沙盘空间信息变化，若不是，即进行云层模拟，包括云层覆盖范围、云层厚度，进而转化为不同雨量大小，并将雨量转化为积水量，并模拟积水量及积水流速；若是，则更新系统内部沙盘空间信息。该系统及方法仿真精确度高，演示效果好。

Description

互动式沙盘演示系统及方法

技术领域

本发明涉及防灾减灾信息展示技术领域，特别是涉及一种互动式沙盘演示系统及方法。

背景技术

在现有技术中，多媒体技术已被广泛应用于各类系统，用于对各种系统信息进行交互性更好的演示，从而使系统演示更加直观、生动，更易被用户接受。

多媒体技术的提升也使得其在防灾减灾领域得到了更好的应用。随着防灾减灾信息化水平的提高，人们对该领域的信息化展示要求也随之增多，不仅希望得到灾害发生时各地区的各种灾情数据信息，还希望能通过对信息的预测而为采取措施提供基础，进而减少自然灾害造成的人身、财产损失。

中国专利ZL201320066364.0披露了一种基于体感的互动式影像动作识别系统，系统包括影像成像装置与工控主机，所述影像成像装置接入工控主机，用于接收工控主机提供的影响信号，并将其呈现，同时工控主机还通过画面采集装置连接一运动采集装置，通过对运动信息的采集，将电信号转换为数字信号传输回工控主机，所述工控主机对数字信号进行分析，并与内置虚拟场景系统对接，将相关运动信息模拟为虚拟场景系统中的变化量。方案给出了一种新的娱乐方式，通过对玩家运动信息的采集，并结合虚拟场景，实现玩家在虚拟场景中亲身经历游戏的感光体验，在娱乐领域具有较大的进步。但目前还未见有利用该设备组合结合防灾减灾的实际需求，对防灾减灾作出相应的仿真，并为防灾减灾决策提供信息支持。

当前不少系统整合进了仿真算法，试图通过系统内部的仿真模型，对仿真结果进行展示。但是，传统的灾害模拟预测系统多基于显示器实现信息的二维展示，所提供信息量有限，展示不够直观；另一方面在防灾减灾领域，由于自然灾害的发生可能对当地地形产生变化，现有系统无法就地形的变化信息直接导入系统，无法就地形的改变对仿真结果进行调整，因此往往只能通过相关专家的个人经验对改变作出结果的修正，基于人工判断的经验修正往往需要资深专家的亲自参与，但相应专家资源往往无法配备到位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种互动式沙盘演示系统及方法，该系统及方法仿真精确度高，演示效果好。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种互动式沙盘演示系统，包括用于捕获指定区域内动作信息和空间信息的体感装置，用于进行投影的投影装置，用于接收投影的立体显示模块，配设于立体显示模块上高度可变的阻隔物，以及用于控制体感装置和投影装置的主机系统，所述体感装置和投影装置分别与主机系统相连接。

进一步的，所述立体显示模块为由浅盘和白沙组成的沙盘，所述立体显示模块还配设有用于在沙盘上压制出实际地形结构的倒模板，所述倒模板根据实际地形结构进行倒模设计。

进一步的，所述体感装置和投影装置在同一平面上并排布置。

本发明还提供了一种互动式沙盘演示方法，包括以下步骤：

步骤1：完成体感装置、投影装置与主机系统的连接，并使投影覆盖设定沙盘区域，使体感装置捕获设定沙盘区域内的动作信息及空间信息；

步骤2：启动相关设备，体感装置获得沙盘空间信息传递给主机系统，主机系统获得沙盘空间信息后经过处理，通过投影装置，在沙盘上进行等高线绘制；

步骤3：当沙盘上空出现阻隔物时，获取阻隔物的动作信息及空间信息；

步骤4：判断阻隔物是否为沙盘空间信息变化；

步骤5：若阻隔物不是沙盘空间信息变化，即将所述阻隔物进行云层模拟，根据阻隔物大小决定云层覆盖范围，根据阻隔物高低决定云层厚度，进而转化为不同雨量大小，并通过系统内部雨量-水量模型将雨量转化为积水量，并根据沙盘空间信息，调用内部洪水淹没模型，模拟出积水量以及积水流速；若阻隔物是沙盘空间信息变化，则更新系统内部沙盘空间信息。

进一步的，在步骤3中，获取阻隔物的空间信息主要实现对阻隔物上表面高度信息的获取，具体为获得阻隔物上表面的多点高度值，并取多点高度值的平均数。

进一步的，在步骤4中，判断阻隔物是否为沙盘空间信息变化的方法为：定义体感摄像机与沙盘之间的空间，分为下层地域区与上层天空区，取沙盘盘面以上一设定高度以内的空间为地域区，设定高度以上到投影装置高度以内的空间为天空区，障碍物上表面全部位于天空区内不视为沙盘空间信息变化，障碍物上表面位于地域区，视为沙盘空间信息变化，并根据沙盘空间信息变化重新绘制等高线。

进一步的，在步骤4中，判断阻隔物是否为沙盘空间信息变化的方法为：通过对障碍物边界的确定来判定障碍物是否为云层，通过体感摄像机，获取体感摄像机与沙盘之间的空间，定义高度发生突变的点为边界点，当探测到障碍物存在封闭的边界点后，认定障碍物为云层，进行雨量、积水模拟，当边界点不封闭，则说明该障碍物与沙盘有接触，视为沙盘空间信息变化，并进行等高线绘制。

进一步的，在步骤5中，更新系统内部沙盘空间信息后，经主机系统处理，通过投影装置，在沙盘上重新绘制等高线；等高线绘制过程为：针对高度一致的点采用曲线进行连接，并在不同等高线之间制定填色规则，所填充色彩具有过渡性，最高处显示为第一颜色，最低处显示为第二颜色，中间色彩实现从第二颜色到第三颜色再到第一颜色的分段过渡。

进一步的，在步骤5中，更新系统内部沙盘空间信息后，体感装置获取新的沙盘空间信息，将新的沙盘空间信息输入系统，洪水淹没模型根据新的沙盘空间信息，对水流淹没过程进行计算仿真展示。

本发明的有益效果是提供了一种互动式沙盘演示系统及方法，突破性地将体感设备结合防灾减灾实际需求，应用于防灾减灾领域的仿真模拟，表现直观形象，综合利用了空间平台对相关信息进行展示，使得展示效果更佳。本发明可以实时实现地形变化信息的录入，并根据最新地形作出相应的仿真计算并展示，避免了传统系统展示中无法对地形变化信息进行实时监测，使得仿真的效果更佳精确，具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的系统结构示意图。

图2是本发明实施例的方法实现流程图。

图中，1-主机系统，2-体感装置，3-投影装置，4-立体显示模块，5-阻隔物，6-倒模板。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明的互动式沙盘演示系统，如图1所示，包括用于捕获指定区域内动作信息和空间信息的体感装置2，用于进行投影的投影装置3，用于接收投影的立体显示模块4，配设于立体显示模块4上高度可变的阻隔物5，以及用于控制体感装置2和投影装置3的主机系统1，所述体感装置2和投影装置3分别与主机系统1相连接。所述立体显示模块4为由浅盘和白沙组成的沙盘，所述立体显示模块4还配设有用于在沙盘上压制出实际地形结构的倒模板6，所述倒模板6根据实际地形结构进行倒模设计。为了避免体感装置2和投影装置3相互干涉，所述体感装置2和投影装置3在同一平面上并排布置。

本发明还提供了与上述系统相适应的互动式沙盘演示方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1：完成体感装置（体感摄像头）、投影装置（投影仪）与主机系统的连接，并使投影覆盖设定沙盘区域，使体感装置捕获设定沙盘区域内的动作信息及空间信息。

步骤2：启动相关设备，体感装置获得沙盘空间信息传递给主机系统，主机系统获得沙盘空间信息后经过处理，通过投影装置，在沙盘上进行等高线绘制。

步骤3：当沙盘上空出现阻隔物时，获取阻隔物的动作信息及空间信息。

在步骤3中，获取阻隔物的空间信息主要实现对阻隔物上表面高度信息的获取，具体为获得阻隔物上表面的多点高度值，并取多点高度值的平均数。

步骤4：判断阻隔物是否为沙盘空间信息变化。

在步骤4中，判断阻隔物是否为沙盘空间信息变化的方法有以下两种：

1）定义体感摄像机与沙盘之间的空间，分为下层地域区与上层天空区，取沙盘盘面以上一设定高度以内的空间为地域区，该高度值取值范围为10~20cm，在本实施例中取最佳值15cm，15cm高度以上到投影装置高度以内的空间为天空区，障碍物上表面全部位于天空区内不视为沙盘空间信息变化，障碍物上表面位于地域区，视为沙盘空间信息变化，并根据沙盘空间信息变化重新绘制等高线。

2）通过对障碍物边界的确定来判定障碍物是否为云层，通过体感摄像机，获取体感摄像机与沙盘之间的空间，定义高度发生突变的点为边界点，当探测到障碍物存在封闭的边界点后，认定障碍物为云层，进行雨量、积水模拟，当边界点不封闭，则说明该障碍物与沙盘有接触，视为沙盘空间信息变化，并进行等高线绘制。

步骤5：若阻隔物不是沙盘空间信息变化，即将所述阻隔物进行云层模拟，根据阻隔物大小决定云层覆盖范围，根据阻隔物高低决定云层厚度，进而转化为不同雨量大小，并通过系统内部雨量-水量模型将雨量转化为积水量，并根据沙盘空间信息，调用内部洪水淹没模型，模拟出积水量以及积水流速；若阻隔物是沙盘空间信息变化，则更新系统内部沙盘空间信息。

在步骤5中，更新系统内部沙盘空间信息后，经主机系统处理，通过投影装置，在沙盘上重新绘制等高线；等高线绘制过程为：针对高度一致的点采用曲线进行连接，并在不同等高线之间制定填色规则，所填充色彩具有过渡性，最高处显示为第一颜色如白色，最低处显示为第二颜色如蓝色，中间色彩实现从第二颜色（蓝色）到第三颜色（红色）再到第一颜色（白色）的分段过渡。

更新系统内部沙盘空间信息后，体感装置获取新的沙盘空间信息，将新的沙盘空间信息输入系统，洪水淹没模型根据新的沙盘空间信息，对水流淹没过程进行计算仿真展示。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种互动式沙盘演示方法，其特征在于，该方法对应的互动式沙盘演示系统包括用于捕获指定区域内动作信息和空间信息的体感装置，用于进行投影的投影装置，用于接收投影的立体显示模块，配设于立体显示模块上高度可变的阻隔物，以及用于控制体感装置和投影装置的主机系统，所述体感装置和投影装置分别与主机系统相连接，所述体感装置和投影装置在同一平面上并排布置，所述立体显示模块为由浅盘和白沙组成的沙盘，所述立体显示模块还配设有用于在沙盘上压制出实际地形结构的倒模板，所述倒模板根据实际地形结构进行倒模设计；该方法包括以下步骤：

步骤1：完成体感装置、投影装置与主机系统的连接，并使投影覆盖设定沙盘区域，使体感装置捕获设定沙盘区域内的动作信息及空间信息；

步骤2：启动相关设备，体感装置获得沙盘空间信息传递给主机系统，主机系统获得沙盘空间信息后经过处理，通过投影装置，在沙盘上进行等高线绘制；

步骤3：当沙盘上空出现阻隔物时，获取阻隔物的动作信息及空间信息；

步骤4：判断阻隔物是否为沙盘空间信息变化；

步骤5：若阻隔物不是沙盘空间信息变化，即将所述阻隔物进行云层模拟，根据阻隔物大小决定云层覆盖范围，根据阻隔物高低决定云层厚度，进而转化为不同雨量大小，并通过系统内部雨量-水量模型将雨量转化为积水量，并根据沙盘空间信息，调用内部洪水淹没模型，模拟出积水量以及积水流速；若阻隔物是沙盘空间信息变化，则更新系统内部沙盘空间信息。

2.根据权利要求1所述的互动式沙盘演示方法，其特征在于，在步骤3中，获取阻隔物的空间信息主要实现对阻隔物上表面高度信息的获取，具体为获得阻隔物上表面的多点高度值，并取多点高度值的平均数。

3.根据权利要求1所述的互动式沙盘演示方法，其特征在于，在步骤4中，判断阻隔物是否为沙盘空间信息变化的方法为：定义体感摄像机与沙盘之间的空间，分为下层地域区与上层天空区，取沙盘盘面以上一设定高度以内的空间为地域区，设定高度以上到投影装置高度以内的空间为天空区，障碍物上表面全部位于天空区内不视为沙盘空间信息变化，障碍物上表面位于地域区，视为沙盘空间信息变化，并根据沙盘空间信息变化重新绘制等高线。

4.根据权利要求1所述的互动式沙盘演示方法，其特征在于，在步骤4中，判断阻隔物是否为沙盘空间信息变化的方法为：通过对障碍物边界的确定来判定障碍物是否为云层，通过体感摄像机，获取体感摄像机与沙盘之间的空间，定义高度发生突变的点为边界点，当探测到障碍物存在封闭的边界点后，认定障碍物为云层，进行雨量、积水模拟，当边界点不封闭，则说明该障碍物与沙盘有接触，视为沙盘空间信息变化，并进行等高线绘制。

5.根据权利要求1所述的互动式沙盘演示方法，其特征在于，在步骤5中，更新系统内部沙盘空间信息后，经主机系统处理，通过投影装置，在沙盘上重新绘制等高线；等高线绘制过程为：针对高度一致的点采用曲线进行连接，并在不同等高线之间制定填色规则，所填充色彩具有过渡性，最高处显示为第一颜色，最低处显示为第二颜色，中间色彩实现从第二颜色到第三颜色再到第一颜色的分段过渡。

6.根据权利要求1所述的互动式沙盘演示方法，其特征在于，在步骤5中，更新系统内部沙盘空间信息后，体感装置获取新的沙盘空间信息，将新的沙盘空间信息输入系统，洪水淹没模型根据新的沙盘空间信息，对水流淹没过程进行计算仿真展示。