CN105096730A - 一种2.5d阵列地形的构型机构及构型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种2.5D阵列地形的构型机构及构型方法，包括推杆构型和投影两大部分；推杆构型部分用于将定高螺杆按照一定的伸缩高度构件2.5D阵列；投影部分用于在2.5D构型上按照一定的要求投影实际相应地形的颜色等视觉信息，使其按照设计要求显示出接近3D的山地真实效果。本发明可以快速高效的按照设计要求构建出相应的地型图。在当前地型模型不用时，把已经定高的电动推杆进行复位处理。这种2.5D地形构型机构特别适用于沙盘模型展示、尤其是军方的战略地型展示，应急救灾地型战略分析展示。可以大大的降低沙盘模型的制作时间和制作成本，并实现无耗材无损失无浪费。

Description

一种2.5D阵列地形的构型机构及构型方法

技术领域

本发明涉及一种2.5D阵列地形的构型机构及构型方法，能够快速低成本的实现3D打印，以及能够实现打印材料100%回收利用。

背景技术

该系统为背景的电子沙盘应用非常广泛，是实体模型与虚拟影像相结合。是以计算机技术为核心的现代高科技手段生成逼真的三维图像模型，借助投影显示设备或其他显示设备把计算机上的三维图形图像模型显示到快速成型的模型上。具体地说，就是将模拟的三维立体影像精确投影到实体模型的相应位置，使构型出的地型互动展示的演示相映成辉，使沙盘的演示效果更加形象、生动。

该系统可以应用在近些年地震频发的救灾现场，由于目标地质任务的特殊性,地震勘探所布设的工区往往范围广、地表条件复杂。尤其对那些交通不便的边远地区或部分自然条件极为恶劣的地区,要实现人工大范围实地现场踏勘,难度非常大,同时要耗费极大的人力、物力成本,且时效性差。而应用了我们这项技术,正好解决了这一难题。通过该地型构型机构系统我们不但可以实现全方位、全角度、人机交互式的室内虚拟踏勘观察,为勘探施工准备、策划提供很好的帮助。

在军事指挥应用领域也可以发挥出该套系统的能量。军事指挥电子沙盘技术在军事指挥中已经不是一种陌生的技术了，它给军队模拟演练提供了最大程度的支持。而结合了2.5D快速构型系统的战略电子沙盘是一种动态沙盘，它融合了三维地理信息、大屏幕仿真、互动触控等技术。通过遥控、触控、感应式等控制实现了指挥者与图像的互动。军事指挥电子沙盘通过将从卫星拍摄的高分辨率图像、测绘数据提供数字地图与已建立的作战模拟设施相结合，完成仿真训练环境，实现军事行动模拟和飞行模拟。

军事指挥电子沙盘中的数字地图可实现三维地理标注，可兼容多种地图模型，并可实现地图局部缩放、测量等操作。利于指挥人员规划战斗演习项目与细节，方便指挥人员在复杂战争环境中结合地形地貌做出有效判断与决策。

电子沙盘项目的研发必要性在于关乎国家基础，应用范围不仅包括商业宣传，更多它可以结合国家应急救灾系统，不仅仅地震，包括抗旱洪涝等相关救灾现场与指挥中心，运用多媒体与遥感结合的地型构型机构系统构建的地型沙盘可以极大地降低指挥成本，提高指挥效率，相应的对于部队军事的实战演习或者在军官的培养教学中，该套系统更是会发挥出它得天独厚的优越效果。

发明内容

本发明的目的是解决现有市场上制作三维地型模型，费时费力，成本高，废弃材料不能循环利用，且不能做到面向观众展现其三维制作过程等问题。本发明提供一种可以实现快速高效、低成本的制作电子地型沙盘模型构型机构，其2.5D阵列地型是构型过程的全部工作过程面向观众，且无需耗材，地型构建可以循环往复根据不同的地形数据进行构型。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种2.5D阵列地形的构型机构，它包括：电动推杆控制机构、单片机、m×n个轴承、m×n个定高螺杆、装置机箱、处理器、弹性有机薄膜、投影仪；所述装置机箱上表面等间距开有m×n个安装孔（m为安装孔的列数，n为安装孔的行数，即每列安装孔的数目为n个，m、n均为整数，m＞3，n＞3），m×n个轴承的外圈分别嵌在m×n个安装孔中，所述轴承内圈的内表面设置有螺纹，定高螺杆与轴承内圈通过螺纹连接；弹性有机薄膜覆盖在m×n个定高螺杆上；所述电动推杆控制机构安装在装置机箱内，包括n个第一步进电机、滑杆、滑动支架、两个行位移滑套、第二步进电机、滑动皮带、柔性磁力联轴器；所述两个行位移滑套分在套在滑动支架上，滑杆的两端固定在两个行位移滑套上，n个第一步进电机等间距固定安装在滑杆上，且与装置机箱上每列的n个安装孔相对应；第二步进电机通过滑动皮带控制滑杆在滑动支架的行方向滑动；所述柔性磁力联轴器与第一步进电机的输出轴相连；

投影仪安装在装置机箱正上方；第一步进电机、第二步进电机、柔性磁力联轴器均与单片机相连，处理器通过单片机控制第一步进电机和第二步进电机的转动，以及柔性磁力联轴器的磁力端的开闭；投影仪与处理器相连。

一种2.5D阵列地形的构型方法，该方法在上述机构上实现，包括以下步骤：

（1）将待构型的三维的地形图像输入到处理器；

（2）处理器将三维的地形图像映射在m×n阵列上，并根据三维的地形图像换算阵列上各个点的高度，并将高度信息传送给单片机；

（3）单片机根据高度信息，通过控制第二步进电机将滑杆上的第一步进电机移动至第1列安装孔的正下方；

（4）单片机打开柔性磁力联轴器的磁力端，柔性磁力联轴器通过磁力与轴承内圈相连；

（5）单片机控制各个第一电机输出轴转动，通过磁力联轴器带动轴承内圈转动，从而调整第1列上各个定高螺杆的高度；

（6）单片机关闭柔性磁力联轴器的磁力端；

（7）重复步骤（3）-（5），完成第2列~第m列上各个定高螺杆的高度调整；使得弹性有机薄膜呈现出高低起伏的山地结构；

（8）将对应三维的地形图像的地形俯视图通过处理器输入到投影仪，投影仪将地形俯视图投射到弹性有机薄膜上，获得2.5D阵列地形。

本发明的有益效果是，目前国内使用的沙盘产品都是传统的沙盘模型制作，这种情况使我国沙盘模型制造成本高、产品定型后不能得到及时修改，大大限制和降低了沙盘模型在军事方面的应用。本发明的2.5D阵列地型构型系统广泛应用于各项地形领域科研调研、军事地形研究、国防战争应用、地型调研、突发灾难紧急部署等中去。使地型模型构建可以快速低成本，并且配合多媒体投影达到声光效果的配合极大地增强了该套系统的可观性，这样可以有效的解决现有市场上制作地形沙盘费时费力，成本高，废弃材料不能循环利用。且投影系统代替了传统上色模型避免了存在各种污染等问题。因此，这高效的地形构型系统无疑可以为相关工作提供极大地便利。

附图说明

图1是构型机构的示意图

图2是电动推杆控制机构的结构示意图；

图3为轴承，定高螺杆，联轴器、第一步进电机的连接关系示意图；

图4为柔性磁力联轴器的结构示意图；

图5为定高螺杆的结构示意图；

图6为轴承的结构示意图；

图中，第一步进电机1、行位移滑套2、第二步进电机3、滑动皮带4、单片机5、轴承6、定高螺杆7、装置机箱8、处理器9、弹性有机薄膜10、投影仪11、柔性磁力联轴器12、滑杆13、滑动支架14。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述，以使本发明的优点和特征效果变得更加明显。

如图1所述，一种2.5D阵列地形的构型机构，包括：电动推杆控制机构（位于装置机箱8内部，图1中未示出）、单片机5、m×n个轴承6、m×n个定高螺杆7、装置机箱8、处理器9、弹性有机薄膜10、投影仪11；

所述装置机箱8上表面等间距开有m×n个安装孔（m为安装孔的列数，n为安装孔的行数，即每列安装孔的数目为n个，m、n均为整数，m＞3，n＞3），m×n个轴承6的外圈分别嵌在m×n个安装孔中，所述轴承6内圈的内表面设置有螺纹，定高螺杆7与轴承6内圈通过螺纹连接；弹性有机薄膜10覆盖在m×n个定高螺杆7上；

如图2所示，所述电动推杆控制机构包括n个第一步进电机1、滑杆13、滑动支架14、两个行位移滑套2、第二步进电机3、滑动皮带4、柔性磁力联轴器12；所述两个行位移滑套2分在套在滑动支架14上，滑杆13的两端固定在两个行位移滑套2上，n个第一步进电机1等间距固定安装在滑杆13上，且与装置机箱8上每列的n个安装孔相对应；第二步进电机3通过滑动皮带4控制滑杆13在滑动支架14的行方向滑动，将滑杆13滑动至每列安装孔的下方，使得滑杆13上的各个第一步进电机1与该列上的安装孔相对；所述柔性磁力联轴器12与第一步进电机1的输出轴相连；

投影仪11安装在装置机箱8正上方；第一步进电机1、第二步进电机3、柔性磁力联轴器12均与单片机相连，处理器9通过单片机5控制第一步进电机1和第二步进电机3的转动，以及柔性磁力联轴器12的磁力端的开闭；投影仪11与处理器9相连。

采用上述机构对2.5D阵列地形的构型方法为

1.将待构型的三维的地形图像输入到处理器9；

2.处理器将三维的地形图像映射在m×n阵列上，并根据三维的地形图像换算阵列上各个点的高度，并将高度信息传送给单片机5；

3.单片机5根据高度信息，通过控制第二步进电机3将滑杆13上的第一步进电机1移动至第1列安装孔的正下方；

4.单片机5打开柔性磁力联轴器12的磁力端，柔性磁力联轴器12通过磁力与轴承6内圈相连；

5.单片机5控制各个第一电机1输出轴转动，通过磁力联轴器12带动轴承6内圈转动，从而调整第1列上各个定高螺杆7的高度；

6.单片机5关闭柔性磁力联轴器12的磁力端；

7.重复步骤3-5，完成第2列~第m列上各个定高螺杆7的高度调整；使得弹性有机薄膜10呈现出高低起伏的山地结构；

8.将对应三维的地形图像的地形俯视图通过处理器9输入到投影仪11，投影仪11将地形俯视图投射到弹性有机薄膜10上，显示出地形上的细节色彩，获得2.5D阵列地形。

整个投影过程可以大幅提高整个地型构型机构所产生的地形效果，并且可以根据地型信息添加相应的多媒体信息，比如战略路线图，火灾蔓延动画图，对于相应的重要坐标可以给出各种颜色与符号的标记。极大增加该系统对于电子沙盘的功能应用拓展。

Claims (2)

1.一种2.5D阵列地形的构型机构，其特征在于，它包括：电动推杆控制机构、单片机（5）、m×n个轴承（6）、m×n个定高螺杆（7）、装置机箱（8）、处理器（9）、弹性有机薄膜（10）、投影仪（11）；所述装置机箱（8）上表面等间距开有m×n个安装孔（m为安装孔的列数，n为安装孔的行数，即每列安装孔的数目为n个，m、n均为整数，m＞3，n＞3），m×n个轴承（6）的外圈分别嵌在m×n个安装孔中，所述轴承（6）内圈的内表面设置有螺纹，定高螺杆（7）与轴承（6）内圈通过螺纹连接；弹性有机薄膜（10）覆盖在m×n个定高螺杆（7）上；所述电动推杆控制机构安装在装置机箱内，包括n个第一步进电机（1）、滑杆（13）、滑动支架（14）、两个行位移滑套（2）、第二步进电机（3）、滑动皮带（4）、柔性磁力联轴器（12）；所述两个行位移滑套（2）分在套在滑动支架（14）上，滑杆（13）的两端固定在两个行位移滑套（2）上，n个第一步进电机（1）等间距固定安装在滑杆（13）上，且与装置机箱（8）上每列的n个安装孔相对应；第二步进电机（3）通过滑动皮带（4）控制滑杆（13）在滑动支架（14）的行方向滑动；所述柔性磁力联轴器（12）与第一步进电机（1）的输出轴相连；

投影仪（11）安装在装置机箱（8）正上方；第一步进电机（1）、第二步进电机（3）、柔性磁力联轴器（12）均与单片机相连，处理器（9）通过单片机5控制第一步进电机（1）和第二步进电机（3）的转动，以及柔性磁力联轴器（12）的磁力端的开闭；投影仪（11）与处理器（9）相连。

2.一种5D阵列地形的构型方法，其特征在于，该方法在权利要求1所述的机构上实现，包括以下步骤：

（1）将待构型的三维的地形图像输入到处理器（9）；

（2）处理器将三维的地形图像映射在m×n阵列上，并根据三维的地形图像换算阵列上各个点的高度，并将高度信息传送给单片机（5）；

（3）单片机（5）根据高度信息，通过控制第二步进电机（3）将滑杆（13）上的第一步进电机（1）移动至第1列安装孔的正下方；

（4）单片机（5）打开柔性磁力联轴器（12）的磁力端，柔性磁力联轴器（12）通过磁力与轴承（6）内圈相连；

（5）单片机（5）控制各个第一电机（1）输出轴转动，通过磁力联轴器（12）带动轴承（6）内圈转动，从而调整第1列上各个定高螺杆（7）的高度；

（6）单片机（5）关闭柔性磁力联轴器（12）的磁力端；

（7）重复步骤（3）-（5），完成第2列~第m列上各个定高螺杆（7）的高度调整；使得弹性有机薄膜（10）呈现出高低起伏的山地结构；

（8）将对应三维的地形图像的地形俯视图通过处理器（9）输入到投影仪（11），投影仪（11）将地形俯视图投射到弹性有机薄膜（10）上，获得2.5D阵列地形。