CN105139741B - 一种数字沙盘系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数字沙盘系统，通过三维展示子系统从三维数据管理子系统获取数字沙盘的数据，将获取到的数字沙盘的数据发送给多通道投影子系统；多通道投影子系统，用于接收三维展示子系统发送的数字沙盘的数据，并通过投影的方式展示出数字沙盘的数据对应的数字沙盘，所以本发明通过包括计算机的三维展示子系统和三维数据管理子系统展示数字沙盘数据，提高了所展示沙盘的立体感，使沙盘观看者在观看沙盘的过程中能感受到沙盘是精良打造而成，可以让沙盘的观看者在观看沙盘时有很好的视觉感受。

Description

一种数字沙盘系统

技术领域

本发明涉及计算处理领域，具体而言，涉及一种数字沙盘系统。

背景技术

沙盘，是根据地形图、航空像片或实地地形，按一定的比例关系所堆制的模型。较早的时期，沙盘在军事上应用较多，主要用于拟定作战方案；随着时代的发展，沙盘也进入了民用领域，在城市规划和房产开发领域有着广泛的应用，现有的房地产商为了向购房者更好的展示所开发的小区，就会形成所开发小区的建筑沙盘，向购房者进行展示，以达到吸引购房者购买小区内房屋的目的。

现有的沙盘，主要由泥沙、木质结构和其它材料组成，为了增加立体的展示效果，有些沙盘，会在普通沙盘的基础上增加投影系统，以增加沙盘的展示效果。

虽然现有的沙盘系统中引入了投影系统以增加沙盘的立体展示效果，但是现有的沙盘系统仍然要以由泥沙、木质结构和其它材料组成实物的沙盘作为基础，所以展示的沙盘立体感较差，使沙盘观看者只能感受到沙盘的简陋，并且给沙盘观看者带来了较差的视觉感受。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字沙盘系统，可以展示数字沙盘，大大提高了所展示沙盘的立体感。

第一方面，本发明实施例提供了一种数字沙盘系统，所述数字沙盘系统包括：三维展示子系统、多通道投影子系统、三维数据管理子系统和控制子系统；

三维展示子系统分别与所述多通道投影子系统、所述三维数据管理子系统和所述控制子系统连接；所述控制子系统，与所述多通道投影子系统连接；

所述三维数据管理子系统，用于存储数字沙盘的数据；

所述控制子系统，用于启动所述三维展示子系统、所述沙盘交互子系统和所述多通道投影子系统；

所述三维展示子系统，用于从所述三维数据管理子系统获取所述数字沙盘的数据，将获取到的所述数字沙盘的数据发送给所述多通道投影子系统；

所述多通道投影子系统，用于接收所述三维展示子系统发送的所述数字沙盘的数据，并通过投影的方式展示出所述数字沙盘的数据对应的数字沙盘。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述数字沙盘系统还包括：沙盘交互子系统；

所述沙盘交互子系统，分别与所述三维展示子系统和所述控制子系统连接；

所述沙盘交互子系统，用于向数字沙盘观看者显示互动界面，接收所述数字沙盘观看者通过所述互动界面发送的指示信息，并根据所述指示信息对所述数字沙盘进行展示。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述沙盘交互子系统，包括中控服务器和触控设备；

所述中控服务器，用于根据所述三维展示子系统的控制，向数字沙盘观看者显示互动界面，所述互动界面用于接收所述数字沙盘观看者发送的指示信息；

所述触控设备，用于向所述数字沙盘观看者显示所述互动界面，获取所述数字沙盘观看者通过所述互动界面发送的指示信息，并将获取到的所述指示信息发送给所述三维展示子系统，使得所述三维展示子系统根据所述指示信息的内容确定当前显示的数字沙盘数据，将所述当前显示的数字沙盘数据通过所述多通道投影子系统展示出来。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述三维数据管理子系统，包括存储服务器；

所述存储服务器与所述三维数据管理子系统连接；

所述存储服务器用于存储所述数字沙盘的数据，在接收到所述三维展示子系统的数字沙盘数据获取指令后，将所述数字沙盘的数据发送给所述三维展示子系统进行数字沙盘展示。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述三维数据管理子系统，还包括：冗余服务器；

所述冗余服务器，与所述存储服务器和所述三维展示子系统连接；

所述冗余服务器用于备份所述数字沙盘的数据，并实时判断所述存储服务器是否正常工作，当确定所述存储服务器不能正常工作时，将备份的所述数字沙盘的数据发送给所述三维展示子系统进行数字沙盘展示。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述数字沙盘的数据包括：所述数字沙盘的三维数据和所述数字沙盘的信息数据；所述三维展示子系统包括：空间和信息主控机以及空间和信息节点机；

所述空间和信息主控机与所述空间和信息节点机连接；

所述空间和信息主控机，用于获取所述三维数据管理子系统中存储的所述数字沙盘的三维数据和信息数据，将所述数字沙盘的三维数据和信息数据发送到所述空间和信息节点机；

所述空间和信息节点机，用于将所述数字沙盘的三维数据和信息数据发送到所述多通道投影子系统进行展示。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述空间和信息主控机，还用于接收所述沙盘交互子系统发送的指示信息，并按根据所述指示信息的内容确定当前显示的所述数字沙盘数据，将所述数字沙盘维数据发送到所述空间节和信息点机，使得所述空间和信息节点机将所述数字沙盘数据发送到所述多通道投影子系统进行展示。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述多通道投影子系统包括：投影设备和CAVE空间屏幕；

所述投影设备包括空间投影仪和信息投影仪；

所述空间投影仪，用于接收所述空间和信息节点机发送的所述数字沙盘的三维数据，将接收到的所述数字沙盘的三维数据投影到所述CAVE空间屏幕；

所述信息投影仪，用于接收所述空间和信息节点机发送的所述数字沙盘的信息数据，将接收到的所述数字沙盘的信息数据投影到所述CAVE空间屏幕；

所述CAVE空间屏幕，用于显示所述空间投影仪和所述信息投影仪投影的所述数字沙盘的三维数据和信息数据。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述触控设备包括：触摸屏、平板电脑PAD和3D鼠标。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述空间和信息主控机和所述空间和信息节点机采用3DGIS集群服务器。

本发明实施例提供的一种数字沙盘系统，通过三维展示子系统从三维数据管理子系统获取数字沙盘的数据，将获取到的数字沙盘的数据发送给多通道投影子系统；多通道投影子系统，用于接收三维展示子系统发送的数字沙盘的数据，并通过投影的方式展示出数字沙盘的数据对应的数字沙盘，所以可以通过包括计算机的三维展示子系统和三维数据管理子系统展示数字沙盘数据，提高了所展示沙盘的立体感，使沙盘观看者在观看沙盘的过程中能感受到沙盘是精良打造而成，可以让沙盘的观看者在观看沙盘时有很好的视觉感受。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种数字沙盘系统的概括结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种数字沙盘系统中三维数据管理子系统的功能示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种数字沙盘系统中三维展示子系统在机柜中的设置示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种数字沙盘系统中多通道投影子系统中空间投影仪和信息投影仪的布局示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到相关技术中，现有的沙盘系统中引入了投影系统以增加沙盘的立体展示效果，但是现有的沙盘系统仍然要以由泥沙、木质结构和其它材料组成实物的沙盘作为基础，所以展示的沙盘立体感较差，使沙盘观看者只能感受到沙盘的简陋，并且给沙盘观看者带来了较差的视觉感受。基于此，本发明实施例提供了一种数字沙盘系统，下面通过实施例进行描述。

参见图1，本实施例提供一种数字沙盘系统10，该数字沙盘系统10包括：三维展示子系统11、多通道投影子系统12、三维数据管理子系统13、控制子系统14和沙盘交互子系统15。

三维展示子系统11分别与多通道投影子系统12、三维数据管理子系统13和控制子系统14连接；控制子系统14，与多通道投影子系统12连接；沙盘交互子系统15，分别与三维展示子系统13和控制子系统14连接；

三维数据管理子系统13，用于存储数字沙盘的数据。

控制子系统14，用于启动三维展示子系统11、沙盘交互子系统15和多通道投影子系统12；

三维展示子系统11，用于从三维数据管理子系统13获取数字沙盘的数据，将获取到的数字沙盘的数据发送给多通道投影子系统12。

多通道投影子系统12，用于接收三维展示子系统11发送的数字沙盘的数据，并通过投影的方式展示出数字沙盘的数据对应的数字沙盘。

沙盘交互子系统15，用于向数字沙盘观看者显示互动界面，接收数字沙盘观看者通过互动界面发送的指示信息，并根据指示信息对数字沙盘进行展示。

三维展示子系统11所展示的数字沙盘的数据包括基于遥感影像和三维模型数据。

综上所述，本实施例提出的数字沙盘系统，通过三维展示子系统从三维数据管理子系统获取数字沙盘的数据，将获取到的数字沙盘的数据发送给多通道投影子系统；多通道投影子系统，用于接收三维展示子系统发送的数字沙盘的数据，并通过投影的方式展示出数字沙盘的数据对应的数字沙盘，所以可以通过包括计算机的三维展示子系统和三维数据管理子系统展示数字沙盘数据，提高了所展示沙盘的立体感，使沙盘观看者在观看沙盘的过程中能感受到沙盘是精良打造而成，可以让沙盘的观看者在观看沙盘时有很好的视觉感受。

现有的沙盘，当要展示的内容较多时，比如城市规划时所使用的沙盘，那么沙盘会占用较大的空间，使得沙盘的观看人员需要在沙盘周围来回走动，才可以观看完整的沙盘，非常不方便。所以，为了解决这个问题，沙盘交互子系统15，包括中控服务器和触控设备；

中控服务器，用于根据三维展示子系统的控制，向数字沙盘观看者显示互动界面，互动界面用于接收数字沙盘观看者发送的指示信息。

触控设备，用于向数字沙盘观看者显示互动界面，获取数字沙盘观看者通过互动界面发送的指示信息，并将获取到的指示信息发送给三维展示子系统，使得三维展示子系统根据指示信息的内容确定当前显示的数字沙盘数据，将当前显示的数字沙盘数据通过多通道投影子系统展示出来。

其中，触控设备包括但不限于：触摸屏、平板电脑(PAD)和3D鼠标。PAD是具有触摸屏幕的装置，比如：IPAD等。

3D鼠标，用于数字沙盘观看者在观看数字沙盘时，可以通过3D鼠标在数字沙盘的三维场景中进行前进、后退、左移、右移、左转、右转，改变行走方向，升高、降低视点等操作，且方向转换画面流畅。从而可以选择性的观看数字沙盘中所显示的内容。

比如，互动界面可以是交互系统的UI，交互系统的UI主要包括IPad触摸和触摸屏UI，IPAD的UI采用相对简洁的程序框架自动生成的UI系统，系统主要包括互动、触摸、视频三大部分，互动部分界面左侧为功能区，右侧为二维GIS区。所有关联地理信息位置的区域通过坐标转换可以自动在右侧的二维区域定位，以便于通过触摸屏方位的定位。

触摸屏的互动漫游框架由热点、漫游路线和虚拟主持人三部分组成。用户可以通过触摸屏浏览数字沙盘的上数据将多个沙盘融合为一个数字沙盘。

本实施例提出的沙盘交互子系统15具有如下功能。

1)、数据加载

用户可以通过工具预制数字沙盘需要加载的地形、模型、矢量和专题图数据，数字沙盘系统启动的时候自动加载以上数据。

2)、视点导航

通过场景预置的视点，用户可以迅速到达某一特定位置和观察视角，从预先定义的角度观察场景。

用户可以通过工具预制视点。

用户可以通过触摸屏触发特定场景，点击某条特定场景记录即可将相机切换到相应位置。

3)、动画导航

动画导航以动画的形式表现三维场景，通过预先定义的动画路径，可以使用户对场景细节、规划方案都有全面的了解。

用户可以通过工具预制动画导航，并可以通过工具设定触摸屏上的按钮关联的动画导航。

用户可以通过触摸屏触发预制好的动画导航路径，点击某条动画导航记录即可播放相应的动画路径。

4)、图层控制

通过图层可以将场景数据进行分类管理，用户可以开关图层控制相应模型的显示与隐藏。

用户可以通过工具预定触摸屏上按钮预制的图层显隐设置。

用户可以通过触摸屏触发预制好的图层开关的显隐控制实现不同规划方案的切换和不同年代数据的切换浏览。

5)、信息显示功能

用户通过CAVE空间屏幕(在三维画面上开窗口的形式)公告栏可以了解动画导航和相机视点等关联的信息。信息的显示在中控服务器上，通过网络采集的方式将显示的画面采集到虚拟的窗口上进行展示。用户可以通过触摸屏触发预制的触摸按钮，在CAVE空间上触发动画导航或者预制相机点位等信息，CAVE空间屏幕显示项目的介绍、规划介绍、建筑属性信息等。

6)、信息标注

通过标注功能，用户可以方便地创建标注信息。用户可以通过后台工具在场景中自由创建新的标注，标注内容三维场景中展示。通过标注包含的位置信息和说明内容，用户就可以通过标注分享各自掌握的各类信息。

7)、信息查询功能

用户可以通过在触摸屏输入区域或建筑名称、或激光笔选中相应的区域、建筑。输入或选中后，CAVE空间屏幕上场景会飞到相应的视角来查看该区域或建筑，同时在CAVE空间屏幕上则会显示该区域或建筑的相关属性信息。如规划建筑的相应指标建筑物的属性(如建筑物名称、层数、高度、容积率、建筑面积、占地面积、建成时间等)。

8)、一键指北

支持一键指北功能，用户可以通过触摸屏触发一键指北，场景自动以当前相机位置不动的情况下，自动将场景旋转为北方向前，从而为客户找回方向感。

9)、自动旋转

支持以场景中心点为中心的自动旋转场景功能，以场景中心点为中心，自动旋转一周。在旋转的过程中如果有3D鼠标操作或者触摸屏操作，系统自动停止旋转，响应操作。

10)、城市不同时期数据展示

通过不同时期数据展示可以了解城市的历史变迁。用户可以通过设定图层开关的方式，或者通过时间轴的方式设置数据的年代显隐。

11)、CAVE空间三维透视变形

系统支持将一个视角自动转换为前方、左方、右方、下方四个视角相机，并可以将相机视角进行三维透视变形，从而确保在最佳观看位置实现裸眼3D的视觉效果。

12)、展示内容加工

数字沙盘的互动内容定义通过后台互动生产工具程序进行互动数据库生产与维护。互动数据库定义了所有的互动内容和互动脚本。通过生产工具，按输入的数字沙盘结构快速建立互动数据库，采用实际将要部署的视锥参数、场景数据完成场景参数设置，在此基础上，采集POI数据，关联互动结构项上的互动数据资源，同时支持沙盘实际互动效果的实时预览。

12-1)、设置场景参数

系统可以设置场景、地形、POI关联FDB文件、shp文件、视锥参数及坐标转换方式等参数。

12-11)、视椎参数设置

该处的视椎参数用于批量修改POI的时候使用，程序启动时需要的视椎参数从加密锁或配置文件中读取；

12-12)、坐标转换方式设置

提供“同名点设置”和“WKT串”两种方式。程序启动，默认显示数据库中保存的坐标转换方式和信息。注意：该项数据一定要设置正确，否则坐标转换错误。

12-13)、POI关联fdb文件设置

POI关联fdb文件是场景渲染POI必不可少的文件，如果没有该文件，就看不到POI。

12-14)、shp文件

可以添加shp文件，可以选择shp文件的路径和设置显示样式，其中显示样式可以手动设置，也可以导入导出进行分享成果，文件格式为xml。

可以设置符号化和标注，对于符号化，点、线、面几种类型的设置参数是不同的。

可以设置标注字段，以及相关的样式，如果不想设置标注的话，选择方案类型中的“无”即可，否则选择“单一”。

设置后的样式会以xml文件的形式保存到互动数据库中。

12-2)、建立互动结构

可以通过两种方式能够创建沙盘结构：手动创建结构、从XML文件导入结构。

12-21)、手动创建结构

可以添加或者编辑、删除节点，设置或修改节点的名称、父节点、序号、节点类型、附加参数、是否关联资源等项目。请注意序号要与项目文档中的序号一致，这样逐级编辑节点，形成沙盘互动结构。

节点类型分为普通类型和特殊类型，特殊类型包含“图层开关”、“播放影片”、“暂停影片”、“继续影片”、“停止影片”、“开始flash采集”、“结束flash采集”、“相机同步”、“指北”、“自动旋转”、“影片跳帧播放”、“暂停flash文件”、“添加对象列表”、“删除对象列表”、“清除对象列表”共15种。

12-22)、从XML文件导入结构

可以导入预制好的XML互动结构。

导入结构的Xml文件标准格式如下。

12-23)、结构项修改

可以修改互动结构向，经过编辑后，最终生成沙盘互动结构。

12-24)、结构导出

制作完成的结构，可通过子菜单项“导出结构到XML”导出到XML文件中，提供给其他项目作为互动结构模板。

12-3)、POI生产

POI类型生产

POI类型用于对POI分类，每个新创建的POI必定属于某一类型，当前生产工具默认提供61种POI类型(包括“根类型”)，并支持新增POI类型。注意：当前不支持删除POI类型操作。

POI类型设置项主要有：POI类型名称，POI图片大小、图片对齐方式，及POI文字的大小、颜色、对齐方式等设置。

一个POI关联3方面信息：POI类型、POI位置、相机点位。系统支持手动POI点的采集、支持通过矢量图层导入POI、支持从其他互动数据库导入；

系统支持POI的查询，并可以将查询的结果对POI进行修改、删除。

12-4)、结构节点关联资源

通过系统可以对结构节点资源进行关联。

12-41)、对于非“图层开关”类型的0-3级的节点，可以关联“POI资源”、“场景图层显隐”、“矢量图层显隐”、“动画导航”、“相机点位”等。

12-42)、对于非“图层开关”类型的第4级节点，弹出相应的界面，可以关联“POI资源”。

12-43)、对于“图层开关”类型的节点，弹出相应的界面，关联“场景图层开关”和“矢量图层开关”两种类型的资源。

在节点关联资源的界面不关闭的情况下，左键单击结构节点可以切换显示新的节点的关联资源信息。

12-5)、设置资源运行顺序

互动项可以同时关联多个POI、动画导航等资源，此处用于设置这些资源的运行顺序。

12-6)、互动结构项触发效果预览

右键点击“沙盘互动结构”视图上的节点，选择“预览”，则运行该节点结构相关联的资源的运行预览，例如POI的加载、图层显隐、相机点位的飞行、动画导航的运行等。该功能模拟主控程序在接到触摸屏上点击该节点后的状况，对查看关联资源后的效果提供帮助。

12-7)、沙盘启动脚本

沙盘启动项用于沙盘启动后自定义的自动运行的脚本，该脚本可以通过指定互动向的执行顺序的方式设定。

12-8)、自制作动画导航

动画导航是一个保存了场景若干相机点位的关键帧序列，关键帧序列的播放就是动画导航的播放。

程序支持两种动态导航的创建：按时间和按速度。所谓按时间，也就是说设置一个时间参数，动画导航所有相邻关键帧之间都按照这个时间参数进行跳转播放。

所谓按速度，就是设置一个速度参数，动画导航所有相邻关键帧之间按照这个速度参数进行跳转播放。

系统支持对自定义动画导航进行关键帧的编辑和修改。

12-9)、设置最大可视距离

为了优化系统的运行速度，需要对不同类型的模型进行可视距离的设置，系统支持对场工程图层树上的不同FeatureClass设置可视距离。

13)、多屏联动

用户通过触摸屏上的简单点击操作、数字沙盘将以多屏实时联动的方式将克拉玛依的各个景点、地标、市政设施等展现给用户，多屏分别为：用户操作的触摸屏、展现实时渲染的三维场景的空间、以提供景点、地标等图片、文字信息。

14)、三维展示SDK二次开发

为了数字沙盘系统的未来功能扩展，3DGIS集群渲染系统支持SDK二次开发，通过SDK的二次开发可以实现三维效果的展示。SDK应具备三维展示子系统的全部功能。

通过沙盘交互子系统15，数字沙盘观看者和数字沙盘的交互过程是：在数字沙盘系统启动后，安装在中控服务器上的交互软件就会加载到触控设备上显示出相应的交互界面，使得数字沙盘观看者可以点击操作触控设备上显示的交互软件相应按钮及其子选项，通过互动界面发送指示信息，从而选择性查看数字沙盘演示的内容，而互动界面在接收到用户发出的指示信息后，会将该指示信息反馈给控制子系统14，控制子系统14会根据指示信息，控制多通道投影子系统12显示出指示信息相对应的内容；从而使得数字沙盘系统可以根据用户的指示信息，向数字沙盘观看者显示想要查看的内容。

当触控设备与多通道投影子系统12显示的数据同步时，数字沙盘观看者可使用预设的手势或者3D鼠标对触控设备进行操作，以使多通道投影子系统12显示出数字沙盘观看者想要观看的内容。

通过中控服务器将交互软件的交互页面在触控设备上显示出来，然后触控设备会根据数字沙盘观看者发出的指示信息，向数字沙盘观看者显示观看的内容，无需数字沙盘观看者围绕沙盘走动就可以轻松的观看数字沙盘所展示的内容，而且，数字沙盘所展示的内容无需一次全部展示出来，可以根据数字沙盘观看者的需要进行展示，减小了数字沙盘展示时所占用的空间。

为了可以对数字沙盘系统进行很好的控制，控制子系统14，包括中控主机；中控主机，与三维展示子系统11、沙盘交互子系统15、和多通道投影子系统12连接。

中控主机，用于向三维展示子系统11、沙盘交互子系统15、和多通道投影子系统12发出控制指令，以将三维数据管理子系统13中存储的数字沙盘通过三维展示子系统11和多通道投影子系统12展示给数字沙盘观看者。

中控主机上运行有中控系统，中控系统通过网络控制数字沙盘系统中其他各子系统的开关机。中控主机安装有中控程序、IPAD控制通信程序、投影机开关控制程序等。实现整套数字沙盘系统的控制通信。

中控主机，可以采用现有的任何型号的服务器或者计算机，来对数字沙盘系统进行控制，这里不再一一赘述。

控制子系统14主要用于沙盘集群环境，基于Windows平台，可实现一键开启投影机、开启3DGIS集群服务器、开启程序，也可以一键实现关闭程序、关3DGIS集群服务器、关投影，可以有效减少沙盘机房维护人员的工作量；同时能够方便查看PC机器的硬件状态、程序运行状态、以及开关机状态等；可实现模拟触摸屏的功能测试。控制子系统14可以包括如下功能：

1)、一键开关功能

数字沙盘系统是一个复杂的软硬件系统，为了方便用户的启动和关闭，控制子系统14支持一键启动和关闭功能。

控制子系统14具备一键启动系统功能，通过启动按钮，按照预先设定好的顺序，一键启动投影机(需要相关的接口及协议)、集群系统、辅助设备及系统运行软件。

控制子系统14具备一键关闭功能，通过一键关闭功能，系统按照顺序自动关闭所有的软硬件系统。

当系统开启或关闭时候，系统自动记录当下操作的时间。

2)、集群系统控制

控制子系统14可以分组列出计算机设备，可以对每个计算机设备预制启动相关的软件，并可以对计算机设备或者组进行计算机系统的启动和关闭，也可以对系统预制的软件系统进行启动和关闭；

计算机列表中可以显示当前计算机的状态(失去通讯状态、系统运行状态、软件已经启动或关闭状态)。

控制子系统14支持定时检查集群系统的运行状态。

3)、投影机控制

控制子系统14可以对投影机进行分组管理，通过分组列表可以对投影机进行启动或者关闭。

控制子系统14可以显示当前投影机处于启动或者关闭状态。

4)、触摸屏功能测试

触摸屏测试功能：通过控制子系统14，自动生成触摸屏响应消息，用于测试触摸屏功能。

5)、中控功能未来扩展

为了方便数字沙盘的系统的整体控制，控制子系统14可以集成到IPad终端设备之上，通过IPad终端控制数字沙盘设备(包括集群设备、投影机设备、音响设备、灯光设备等)，控制子系统14并且具备用户登录功能，用户登录到系统之后才可以控制相关设备的开启和关闭。控制子系统14集成到IPad终端后可以与数字沙盘IPad控制端程序切换。

为了可以存储数字沙盘的数据，三维数据管理子系统13，包括存储服务器；存储服务器分别与三维展示子系统11和控制子系统14连接；

存储服务器用于存储数字沙盘的数据，在接收到控制子系统14的控制指令后，将数字沙盘的数据发送给三维展示子系统11进行数字沙盘展示。

在某些情况下，数字沙盘系统在播放数字沙盘的过程中，可能会因为存储服务器的系统运行时间过长而使存储服务器不能正常工作，使数字沙盘系统不能正常播放数字沙盘的内容，为了继续播放数字沙盘的内容，数字沙盘系统的维护人员必须对存储服务器进行维修，使存储服务器恢复正常后，才可以继续播放数字沙盘，为了在数字沙盘系统的维护人员必须对存储服务器进行维修期间，也可以使数字沙盘系统能够继续播放数字沙盘的内容，三维数据管理子系统，还包括：冗余服务器；冗余服务器，与存储服务器、三维展示子系统和控制子系统连接；

冗余服务器用于备份数字沙盘的数据，并实时判断存储服务器是否正常工作，当确定存储服务器不能正常工作时，将备份的数字沙盘的数据发送给三维展示子系统11进行数字沙盘展示。

为了确定存储服务器是由于过电或者掉电的情况而不能正常工作，所以，冗余服务器预先设定有电压传感器，在正常工作的过程中，冗余服务器可以通过预先设定的电压传感器，实时获取存储服务器的工作电压，当获取到的存储服务器当前的工作电压远离预设的正常工作电压范围时，冗余服务器初始化备份的数字沙盘的数据，准备将备份的数字沙盘的数据发送给三维展示子系统11进行数字沙盘展示；在接收到控制子系统14的控制指令后，冗余服务器将备份的数字沙盘的数据发送给三维展示子系统11进行数字沙盘展示。

为了确定存储服务器是由于系统崩溃的情况而不能正常工作，冗余服务器会周期性向存储服务器发送正常工作鉴权信息，而存储服务器会在接收到冗余服务器发送的正常工作鉴权信息后，会向冗余服务器反馈正常工作信息，告知冗余服务器当前存储服务器处于正常工作状态，冗余服务器在收到存储服务器反馈的正常工作信息后，才会确定当前存储服务器处于正常工作状态；当在预设的时间长度内没有收到存储服务器反馈的正常工作信息时，则冗余服务器确定存储服务器当前处于未正常工作的状态，初始化备份的数字沙盘的数据，准备将备份的数字沙盘的数据发送给三维展示子系统11进行数字沙盘展示；在接收到控制子系统14的控制指令后，冗余服务器将备份的数字沙盘的数据发送给三维展示子系统11进行数字沙盘展示。

除了存储数字沙盘的数据之外，参见图2，三维数据管理子系统13还可以对数字沙盘的数据进行如下处理：

1)、对象编辑

修改对象属性：点击所想选择的对象，修改各类对象的详细信息。

添加属性字段：可在数据库中灵活添加属性字段，整体赋予对象。

添加(拷贝)对象模型：点击添加模型或复制模型。

删除对象模型：选择要删除的对象模型，执行删除。

移动对象模型：选择要移动的对象模型，拖动改变位置。

操作参数设置：设置系统操作及三维显示参数。

2)、体块拉伸

利用体块拉伸功能，可以将三维场景中存在的二维闭合线或面快速拉伸成三维体块；可以同时拉伸多个物体；可以依靠鼠标匀速拉伸。

3)、坐标调整

可对物体的三维坐标进行任意调整，包括平移、旋转、缩放，还可以对物体进行复制和删除。

4)、模型修改

可对模型进行移动、旋转、变比例、删除、复制、阵列、替换等多种修改操作。

5)、材质编辑

通过简单而直观的操作可实现各种复杂的实时材质模拟，如：塑料、木头、金属、玻璃、陶瓷、锡箔纸等。可实现普通、透明、镂空、高光、反射特效。可用材质库管理材质的保存和读取。可方便的调整材质的各项属性，如颜色、高光、UV、贴图、混合模式等。支持多层贴图。

6)、模型库

系统内置人、车、植物、小品、公共建筑、住宅等模型库，可方便插入场景。

7)、数据导入

支持多种数据格式的导入：

支持3dsmax的模型数据格式：系统支持将外部的模型以3DS格式导入系统，一次操作可同时导入单个或多个模型文件，并可将模型导入到指定的位置。

支持绝大多数3dsmax的网格、相机、灯光、贴图和材质；

支持3dsmax多种全局光渲染器所生成的光照贴图；

支持3dsmax的相机动画、骨骼动画；

支持导入数字线划图(DLG)，生成道路、河流、湖泊、绿地等。

支持导入ArcSDE、Shape、DXF、DWG等标准数据交换格式，支持坐标精确匹配。能通过导入的二维矢量数据，直接生成带有轮廓线的三维体块。

支持导入数字模型(DM)，包括3Dmax的3ds文件、AutoCAD的DXF文件。

支持直接访问OGC标准的WMS、WFS服务及Google Earth的KML数据格式，实现异质数据源的共享。

支持导入jpg、bmp等格式的图像文件，并可导入物体动画。

8)、数据导出

场景中的模型可以导出成3Dmax的3DS文件；

场景中的模型可以导出成AutoCAD的DXF文件；

场景中的模型可以导出成ArcGIS的Shape文件；

场景视图可以导出成BMP或JPG等图像文件；

场景动画可以导出等序列帧文件与AVI文件；

场景中的模型可以整体导出为MDB+OSG文件，模型属性也可批量导出；

当前三维场景视图可以按设定的多边形范围导出成标准格式(如BMP、JPG、GIF等)图片，这些图片可以直接打印输出，也可以保存到本地磁盘。

9)、时态编辑

用户可以启动时态编辑模式，启动该模式之后，可以设定不同模型的建成年代，并且可以通过时间轴播放的方式动态的演示城市发展的变迁。

10)、模型动态加载

在数据生产和维护时，支持动态加载模型数据方式。

11)、图层管理

系统支持三维数据的分层管理，可以通过图层进行模型的显隐控制、不同类型的模型分类；支持将不同的图层合并；支持将模型调整图层。

12)、模型属性

系统支持模型属性扩展功能，用户可以通过系统自定义扩展属性列，并定义属性列的数据类型(如：浮点型、字符串型等)；

用户可以对单独的模型赋予属性数据，可以对属性数据进行录入、修改、查询等。

13)、地形影像处理

支持导入数字高程模型(DEM)和数字正射影像图(DOM)数据(格式为.Img)，从而构造能够准确反映地表的起伏状况和地物的分布状况的地表模型。

综上所述，通过在三维数据管理子系统中设置备份传感器，使得在存储服务器需要维修而不能正常工作期间，数字沙盘系统能够从冗余服务器获取数字沙盘的数据，从而继续正常播放数字沙盘的内容，避免了需要等待存储服务器恢复正常后才能继续播放数字沙盘的缺陷，而且使用简单，操作方便。

本实施例提出的数字沙盘系统，还包括数字媒体播放子系统，数字媒体播放子系统应支持全CAVE空间的一体化数字影片播放，支持画面的完整性，支持多节点机同步播放。

其中，数字媒体播放子系统包括如下功能：

1)、播放控制

播放系统可以播放数字沙盘专有格式的影片，用户可以通过触摸屏进行播放控制，包括影片的播放、暂停、继续播放、播放停止功能，并确保影音同步。

2)、影片切换

数字多通道播放具备多个不同影片的切换，用户可以通过触摸屏快速的从一个影片播放状态切换到另外影片的播放；

用户可以通过触摸屏快速的从影片播放状态切换到三维交互浏览状态，切换过程无闪烁。

3)、影片转化

全CAVE空间沙盘的数字影片是特殊定制的特种影片，该影片应具备四个相机渲染而成。相机之间的关联关系如下图所示：

数字影片数据格式：

影片数据分为2部分，图像内容和声音内容，声音内容为高保真压缩格式AC3文件，内容包含各声道。

图像内容为文件格式为JPG序列帧的形式，分辨率不低于实际场地的分辨率；序列帧文件为4部分，左方相机序列帧、右方相机序列帧、前方相机序列帧、下方相机序列帧；每一部的画面内容为对应屏幕投影投出的内容。

用户可以通过相应的工具将四个相机的影片处理为数字沙盘的播放格式。

4)、影片导入

系统支持将处理好的影片导入到数字沙盘的播放系统中，并且可以支持在IPAD触摸屏上生成触发影片的播放按钮。

为了使数字沙盘观看者能够在观看数字沙盘的同时能够更好地了解数字沙盘中显示的内容，数字沙盘系统所显示的数字沙盘的内容中，不仅仅包括数字沙盘的三维数据，通过还包括数字沙盘的信息数据，数字沙盘的信息数据用于指示数字沙盘观看者当前所观看的数字沙盘的内容进行解释说明，还可以引导数字沙盘观看者对数字沙盘各部分的内容进行观看。所以，为了更好的对数字沙盘的三维数据和数字沙盘的信息数据进行展示，三维展示子系统11包括：空间和信息主控机以及空间和信息节点机；

空间和信息主控机与空间和信息节点机连接；

空间和信息主控机，用于获取三维数据管理子系统中存储的数字沙盘的三维数据和信息数据，将数字沙盘的三维数据和信息数据发送到空间和信息节点机；

空间和信息节点机，用于将数字沙盘的三维数据和信息数据发送到多通道投影子系统12进行展示。

空间和信息主控机，还用于接收沙盘交互子系统发送的指示信息，并按根据指示信息的内容确定当前显示的数字沙盘数据，将数字沙盘维数据发送到空间和信息节点机，使得空间和信息节点机将数字沙盘数据发送到多通道投影子系统进行展示。

其中，空间和信息主控机和空间和信息节点机可以采用任何可以用来处理数字沙盘数据的3DGIS集群服务器，这里不再一一赘述。

参见图3，三维展示子系统11包括的空间和信息主控机、空间和信息节点机以及其他辅助设备被设置在不同的机柜中。当然，机柜中的空间和信息主控机以及空间和信息节点机也可以按照其他的形式进行设置，这里不再一一赘述。

综上所述，通过在三维展示子系统中设置空间和信息主控机，获取数字沙盘的三维数据和数字沙盘的信息数据，并将获取到的数字沙盘的三维数据和数字沙盘的信息数据发送给空间和信息节点机，由空间和信息节点机将数字沙盘的三维数据和数字沙盘的信息数据发送到多通道投影子系统进行展示，从而实现了数字沙盘的展示。

为了使所展示的数字沙盘达到画面真实、光影丰富的效果，多通道投影子系统12包括：投影设备和CAVE空间屏幕；

投影设备包括空间投影仪和信息投影仪；

空间投影仪，用于接收空间和信息节点机发送的数字沙盘的三维数据，将接收到的数字沙盘的三维数据投影到CAVE空间屏幕；

信息投影仪，用于接收空间信息节点机发送的数字沙盘的信息数据，将接收到的数字沙盘的信息数据投影到CAVE空间屏幕；

CAVE空间屏幕，用于显示空间投影仪和信息投影仪投影的数字沙盘的三维数据和信息数据。

其中，空间投影仪和信息投影仪的布局如图4所示。在多通道投影子系统12中，一台投影仪就叫一个投影通道(简称通道)。多通道投影系统即多个投影仪组成的投影系统。

在多通道投影子系统12中，实现了多通道网格矫正和多通道边缘羽化的功能，使得显示出来的数字沙盘更富有美感。

其中，多通道网格矫正：支持异形幕的网格矫正，实现多通道显示画面没有重影；多通道边缘羽化：支持多通道边沿的羽化功能，实现重叠区亮度的自然过度，没有亮带。

本实施例中所使用的CAVE空间屏幕有近736平米的投影面积，要获得高清晰的图像，必须使用多台投影机进行无缝拼接。这就要求系统具有多通道大屏幕拼接技术，在736平米的投影幕上形成连续无缝的图像，需要12台投影机同步工作，让观众有身临其境的感受，系统要具有图形动态处理的专业技术支持。

CAVE空间屏幕中，为了更好的显示数字沙盘，CAVE空间屏幕具有如下功能：

CAVE空间屏幕变形处理

CAVE空间屏幕由前方屏幕、左方屏幕、右方屏幕、下方屏幕四部分构成，并且幕与幕之间存在融合区倒角。整个CAVE空间变形经过五个相关变形过程：

1)、空间相机变形：

为了保证最大像素保真度，必须通过四个相机方向进行渲染，即前方相机、左方相机、右方相机、下方相机。系统以下方相机为主相机，则左侧相机为主相机向左旋转90度；右侧相机为主相机向右旋转90度；前方相机为主相机向前旋转90度。并且四个相机之间生成融合区。

2)、渲染输出：

四个相机根据相应的旋转角和实际的显示范围形成自己的视锥体，每个子节点再根据自身的渲染区域形成裁剪锥体。节点机最终将该裁剪体内的三维内容渲染出图像。

3)、物理空间变形：

渲染输出的结果，再根据实际的空间物理位置，将渲染的结果反贴到物理空间模型上。最终形成要输出的画面。

4)、网格变形：

经过物理空间变形的画面是不能在投影机之间形成完整的像素重合，因此需要进行细节的网格矫正，保证最终两台投影机之间的画面进行完全像素重合。

5)、边缘羽化输出：

网格变形之后的画面，再次经过羽化处理，消除投影机之间的叠加造成的亮度差异。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种数字沙盘系统，其特征在于，所述数字沙盘系统包括：

三维展示子系统、多通道投影子系统、三维数据管理子系统和控制子系统；

三维展示子系统分别与所述多通道投影子系统、所述三维数据管理子系统和所述控制子系统连接；所述控制子系统，与所述多通道投影子系统连接；

所述三维数据管理子系统，用于存储数字沙盘的数据；所述三维数据管理子系统包括：冗余服务器与存储服务器，冗余服务器用于通过预先设定的电压传感器，实时获取存储服务器的工作电压，当获取到的存储服务器当前的工作电压远离预设的正常工作电压范围时，确定存储服务器是由于过电或者掉电的情况而不能正常工作；或者，冗余服务器周期性向存储服务器发送正常工作鉴权信息，而存储服务器会在接收到冗余服务器发送的正常工作鉴权信息后，会向冗余服务器反馈正常工作信息，当在预设的时间长度内没有收到存储服务器反馈的正常工作信息时，则冗余服务器确定存储服务器由于系统崩溃的情况而不能正常工作；当存储服务器不能正常工作时，冗余服务器初始化备份的数字沙盘的数据，将备份的数字沙盘的数据发送给三维展示子系统进行数字沙盘展示；

所述控制子系统，用于启动所述三维展示子系统、所述沙盘交互子系统和所述多通道投影子系统；所述控制子系统用于沙盘集群环境；

所述三维展示子系统，用于从所述三维数据管理子系统获取所述数字沙盘的数据，将获取到的所述数字沙盘的数据发送给所述多通道投影子系统；

所述多通道投影子系统，用于接收所述三维展示子系统发送的所述数字沙盘的数据，并通过投影的方式展示出所述数字沙盘的数据对应的数字沙盘；

沙盘交互子系统，分别与所述三维展示子系统和所述控制子系统连接；

所述沙盘交互子系统，包括中控服务器和触控设备；

所述中控服务器，用于根据所述三维展示子系统的控制，向数字沙盘观看者显示互动界面，所述互动界面用于接收所述数字沙盘观看者发送的指示信息；

所述触控设备，用于向所述数字沙盘观看者显示所述互动界面，获取所述数字沙盘观看者通过所述互动界面发送的指示信息，并将获取到的所述指示信息发送给所述三维展示子系统，使得所述三维展示子系统根据所述指示信息的内容确定当前显示的数字沙盘数据，将所述当前显示的数字沙盘数据通过所述多通道投影子系统展示出来；所述触控设备，包括：触摸屏、平板电脑和3D鼠标，所述触摸屏用于将多个沙盘融合为一个数字沙盘；

所述沙盘交互子系统具有信息标注功能，数字沙盘观看者通过触控设备在数字沙盘的场景中创建标注内容，标注内容在数字沙盘的三维场景中展示出来；通过信息标注功能，不同的数字沙盘观看者能够在观看数字沙盘时分享各自掌握的各类信息。

2.根据权利要求1所述的数字沙盘系统，其特征在于，所述三维数据管理子系统，包括存储服务器；

所述存储服务器与所述三维数据管理子系统连接；

所述存储服务器用于存储所述数字沙盘的数据，在接收到所述三维展示子系统的数字沙盘数据获取指令后，将所述数字沙盘的数据发送给所述三维展示子系统进行数字沙盘展示。

3.根据权利要求2所述的数字沙盘系统，其特征在于，所述三维数据管理子系统，还包括：冗余服务器；

所述冗余服务器，与所述存储服务器和所述三维展示子系统连接；

所述冗余服务器用于备份所述数字沙盘的数据，并实时判断所述存储服务器是否正常工作，当确定所述存储服务器不能正常工作时，将备份的所述数字沙盘的数据发送给所述三维展示子系统进行数字沙盘展示。

4.根据权利要求1所述的数字沙盘系统，其特征在于，所述数字沙盘的数据包括：所述数字沙盘的三维数据和所述数字沙盘的信息数据；所述三维展示子系统包括：空间和信息主控机以及空间和信息节点机；

所述空间和信息主控机与所述空间和信息节点机连接；

所述空间和信息主控机，用于获取所述三维数据管理子系统中存储的所述数字沙盘的三维数据和信息数据，将所述数字沙盘的三维数据和信息数据发送到所述空间和信息节点机；

所述空间和信息节点机，用于将所述数字沙盘的三维数据和信息数据发送到所述多通道投影子系统进行展示。

5.根据权利要求4所述的数字沙盘系统，其特征在于，所述空间和信息主控机，还用于接收所述沙盘交互子系统发送的指示信息，并按根据所述指示信息的内容确定当前显示的所述数字沙盘数据，将所述数字沙盘三维数据发送到所述空间和信息节点机，使得所述空间和信息节点机将所述数字沙盘数据发送到所述多通道投影子系统进行展示。

6.根据权利要求1所述的数字沙盘系统，其特征在于，所述多通道投影子系统包括：投影设备和CAVE空间屏幕；

所述投影设备包括空间投影仪和信息投影仪；

所述空间投影仪，用于接收所述空间和信息节点机发送的所述数字沙盘的三维数据，将接收到的所述数字沙盘的三维数据投影到所述CAVE空间屏幕；

所述信息投影仪，用于接收所述空间和信息节点机发送的所述数字沙盘的信息数据，将接收到的所述数字沙盘的信息数据投影到所述CAVE空间屏幕；

所述CAVE空间屏幕，用于显示所述空间投影仪和所述信息投影仪投影的所述数字沙盘的三维数据和信息数据。

7.根据权利要求5所述的数字沙盘系统，其特征在于，所述空间和信息主控机和所述空间和信息节点机采用3DGIS集群服务器。