CN109493760B - 一种多源同步展示数字沙盘系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多源同步展示数字沙盘系统。该系统中控制模块分别与交互模块、展示模块连接；交互模块用于获取投影参数信息；控制模块用于获取物体三维模型数据和投影参数信息，生成第一图像和第二图像，并产生位移控制信号；展示模块中投影仪与控制模块连接，用于将第一图像投影到实体沙盘上，全息投影装置设置在实体沙盘的正上方，与控制模块连接，用于依据位移控制信号移动至变化区域，4K液晶显示设备设置在全息投影装置的正上方，与控制模块连接，用于将第二图像投射到全息投影装置，全息投影装置将第二图像在变化区域展示。本发明能够实现三维影像与数字沙盘融合同步展示，展示更加全面多样。
Description
技术领域
本发明涉及沙盘技术领域，特别是涉及一种多源同步展示数字沙盘系统。
背景技术
沙盘是根据地形图、航空相片或实地地形等资料，按照一定的比例关系，用泥沙、兵棋或者其他材料堆制的模型。早期，沙盘主要用来军事训练，具有立体感强、形象直观、制作简便、经济实用等特点。后来出现了地形沙盘跟建筑沙盘，主要表现地形，建筑数据，使人们从微观的角度了解宏观事物。但这些沙盘都属于静态沙盘，不能产生动态变化，有较大的局限性。
随着电子技术的发展，数字沙盘出现，在传统固态沙盘的基础上，加入了以动态投影为主的各种多媒体手段，通过声、光、电、图像与实体模型相融合，打破了人们对沙盘单调刻板的印象。
然而，传统沙盘跟投影系统的结合并不满足人们在视觉上的追求，如果能把三维立体影像与数字沙盘融合，在实体沙盘与投影系统配合展示的同时，也能将三维影像展示，呈现出多样化的表现形式，给人们多种体验方式，将会产生更好的效果。目前，在博物馆等地有展示数字沙盘的装置，也有展示三维影像的装置，但都无法将数字沙盘跟全息影像融合展示。例如，申请号为201621487697.0的专利中数字沙盘与三维立体图像不能融合，用户不能同时体会到三维立体影像与数字沙盘带来的视觉冲击效果；申请号为201721382441.8的专利可以对数字沙盘进行移动，升高和降低，但展示方法单一；申请号为201610892300.4的专利有较强的交互功能，但仍然缺乏多样性的展示效果。因此，亟待一种能实现三维影像与数字沙盘融合同步展示，且展示方法多样，展示效果多样的数字沙盘系统出现。
发明内容
基于此，有必要提供一种多源同步展示数字沙盘系统，以实现三维影像与数字沙盘融合同步展示。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种多源同步展示数字沙盘系统，包括：控制模块、交互模块和展示模块；所述控制模块分别与所述交互模块、所述展示模块连接；
所述交互模块用于获取投影参数信息；所述投影参数信息包括投影元素的类型、投影元素的空间位置以及投影元素的指数；
所述控制模块用于获取物体三维模型数据和所述投影参数信息，并生成第一图像和第二图像；所述第一图像为包含物体和投影元素的三维图像，所述第二图像为仅包含投影元素的图像；所述控制模块还用于产生位移控制信号，并将所述位移控制信号传输至所述展示模块；
所述展示模块包括投影仪、实体沙盘、全息投影装置和4K液晶显示设备；所述投影仪与所述控制模块连接，用于将所述第一图像投影到所述实体沙盘上；所述实体沙盘是依据所述物体三维模型数据制作而成；所述全息投影装置设置在所述实体沙盘的正上方，与所述控制模块连接，用于接收所述位移控制信号，并依据所述位移控制信号移动至变化区域；所述变化区域是依据所述第一图像与所述实体沙盘叠加后的图像确定的；所述4K液晶显示设备设置在所述全息投影装置的正上方，与所述控制模块连接，用于显示所述第二图像，并将所述第二图像投射到所述全息投影装置；所述全息投影装置还用于将所述第二图像在所述变化区域展示。
可选的，所述控制模块包括参数解析单元、第一图像生成装置和第二图像生成装置；
所述参数解析单元分别与所述交互模块、所述第一图像生成装置、所述第二图像生成装置连接，用于将所述投影元素的空间位置转换为展示空间坐标、产生所述投影元素的空间位置在所述4K液晶显示设备上的视口坐标以及产生位移控制信号，并将所述展示空间坐标、所述投影元素的类型以及所述投影元素的指数传输至所述第一图像生成装置，将所述视口坐标、所述投影元素的类型以及所述投影元素的指数传输至所述第二图像生成装置，将所述视口坐标以及所述位移控制信号传输至所述全息投影装置；
所述第一图像生成装置与所述投影仪连接，用于获取所述物体三维模型数据，依据所述物体三维模型数据、所述展示空间坐标、所述投影元素的类型以及所述投影元素的指数生成第一图像，并将所述第一图像传输至所述投影仪；
所述第二图像生成装置与所述4K液晶显示设备连接，用于依据所述视口坐标、所述投影元素的类型以及所述投影元素的指数生成第二图像，并将所述第二图像传输至所述4K液晶显示设备。
可选的，所述控制模块还包括第一视频输出装置和第二视频输出装置；
所述第一图像生成装置通过所述第一视频输出装置与所述投影仪连接；所述第二图像生成装置通过所述第二视频输出装置与所述4K液晶显示设备连接。
可选的，所述控制模块还包括同步控制单元，所述同步控制单元分别与所述第一图像生成装置、所述第二图像生成装置连接，用于控制所述第一图像生成装置与所述第二图像生成装置同步。
可选的，所述全息投影装置包括运动控制器和可移动全息投影装置；
所述运动控制器分别与所述控制模块、所述可移动全息投影装置连接，用于依据接收到的所述位移控制信号产生电机驱动脉冲信号；所述可移动全息投影装置用于依据所述电机驱动脉冲信号移动至所述变化区域。
可选的，所述可移动全息投影装置包括全息屏、滑杆、传送带和电机；
所述全息屏设置在所述滑杆上，所述滑杆设置在所述传送带上，所述电机依据电机驱动脉冲信号带动所述传送带传动，控制所述全息屏移动至所述变化区域。
可选的，所述交互模块为触摸屏。
可选的，所述触摸屏为压感式触摸屏。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种多源同步展示数字沙盘系统。该系统中控制模块分别与交互模块、展示模块连接；交互模块用于获取投影参数信息；控制模块用于获取物体三维模型数据和投影参数信息，生成第一图像和第二图像，并产生位移控制信号；展示模块包括投影仪、实体沙盘、全息投影装置和4K液晶显示设备；投影仪与控制模块连接，用于将第一图像投影到实体沙盘上；全息投影装置设置在实体沙盘的正上方，与控制模块连接，用于依据位移控制信号移动至变化区域；4K液晶显示设备设置在全息投影装置的正上方，与控制模块连接，用于显示所述第二图像，并将所述第二图像投射到所述全息投影装置；全息投影装置还用于将第二图像在变化区域展示。本发明能够实现三维影像与数字沙盘融合同步展示，数字沙盘通过投影系统配合实体沙盘展示不同的画面，在数字沙盘展示某一画面时，三维影像也能配合数字沙盘展示相同画面，产生更好的展示效果，展示更加全面多样。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种多源同步展示数字沙盘系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一种多源同步展示数字沙盘系统的实物图；
图3为本发明可移动全息投影装置的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一种多源同步展示数字沙盘系统的结构示意图；图2为本发明实施例一种多源同步展示数字沙盘系统的实物图。
参见图1-2，实施例的多源同步展示数字沙盘系统，包括：控制模块1、交互模块2和展示模块3。
所述控制模块1分别与所述交互模块2、所述展示模块3连接；所述交互模块2用于获取投影参数信息；所述投影参数信息包括投影元素的类型、投影元素的空间位置以及投影元素的指数；所述控制模块1用于获取物体三维模型数据和所述投影参数信息，并生成第一图像和第二图像；所述第一图像为包含物体和投影元素的三维图像，所述第二图像为仅包含投影元素的图像；所述控制模块1还用于产生位移控制信号，并将所述位移控制信号传输至所述展示模块3。
所述展示模块3包括投影仪4、实体沙盘5、全息投影装置17和4K液晶显示设备6；所述投影仪4与所述控制模块1连接，用于将所述第一图像投影到所述实体沙盘5上；所述实体沙盘5是依据所述物体三维模型数据制作而成；所述全息投影装置17设置在所述实体沙盘5的上方，与所述控制模块1连接，用于接收所述位移控制信号，并依据所述位移控制信号移动至变化区域；所述变化区域是依据所述第一图像与所述实体沙盘5叠加后的图像确定的；所述4K液晶显示设备6与所述控制模块1连接，且与所述全息投影装置17对应设置，用于显示所述第二图像，并将所述第二图像投射到所述全息投影装置；所述全息投影装置17还用于将所述第二图像在所述变化区域展示。本实施例中，所述投影仪4位于所述实体沙盘5的下方，以保证将所述第一图像投影到所述实体沙盘5上，使得第一图像中的内容叠加到实体沙盘的实物上，展示出变化区域；所述实体沙盘5为正方形，在所述实体沙盘5的四个角处分别设置一个支撑杆16，所述支撑杆16的一端连接所述实体沙盘5，另一端连接所述4K液晶显示设备6的对应点；所述实体沙盘5与所述4K液晶显示设备6之间设置有所述可移动全息投影装置。本实施例中，所述实体沙盘5由高透光材质，并依据所述物体三维模型数据精确制作而成，包含地形，建筑物，植被，水体等模型。
所述交互模块2固定在所述实体沙盘5的一侧，所述交互模块2为触摸屏。作为一种可选的实施方式，所述触摸屏可为压感式触摸屏。用户通过触摸屏选择投影元素的类型、投影元素的空间位置和投影元素的指数三种参数。投影元素的类型预先设定，对应初始选择为{水，火，风}。投影元素的指数来表示投影元素的大小，对应初始选择为{小，中，大}。投影元素的空间位置由用户点击屏幕任一点选择。
本实施例中，所述控制模块1包括参数解析单元、同步控制单元、第一图像生成装置9和第二图像生成装置10。所述参数解析单元与所述同步控制单元构成了控制器11。
所述参数解析单元分别与所述交互模块2、所述第一图像生成装置9、所述第二图像生成装置10连接；所述参数解析单元将所述投影元素的空间位置(投影元素产生点)转换为展示空间坐标，所述展示空间坐标为实体沙盘中的精确坐标Position(x,y,z)，也是将加入的投影元素在数字沙盘头影源的三维图像中的三维坐标；所述参数解析单元还计算出全息投影装置17的移动坐标(mx,my)，将该移动坐标作为位移控制信号传送至所述全息投影装置17；所述参数解析单元还产生所述投影元素的空间位置(投影元素产生点)在所述4K液晶显示设备6上的两个对称位置的视口坐标Pr(x+z,y)，Pl(x-z,y)；所述参数解析单元将所述展示空间坐标、所述投影元素的类型以及所述投影元素的指数传输至所述第一图像生成装置9，将所述视口坐标、所述投影元素的类型以及所述投影元素的指数传输至所述第二图像生成装置10，将所述视口坐标以及所述位移控制信号传输至所述全息投影装置17。
所述同步控制单元分别与所述第一图像生成装置9、所述第二图像生成装置10连接，用于控制所述第一图像生成装置9与所述第二图像生成装置10发送图像的内容和发送的时间间隔同步。
所述第一图像生成装置9与所述投影仪4连接，用于获取所述物体三维模型数据，依据所述物体三维模型数据、所述展示空间坐标、所述投影元素的类型以及所述投影元素的指数生成第一图像，并将所述第一图像传输至所述投影仪4。
所述第二图像生成装置10与所述4K液晶显示设备6连接，用于依据所述视口坐标、所述投影元素的类型以及所述投影元素的指数生成第二图像，并将所述第二图像传输至所述4K液晶显示设备6。
作为一种可选的实施方式，所述控制模块1还包括第一视频输出装置和第二视频输出装置；所述第一图像生成装置9通过所述第一视频输出装置与所述投影仪4连接；所述第二图像生成装置10通过所述第二视频输出装置与所述4K液晶显示设备6连接。
本实施例中，所述全息投影装置17包括运动控制器和可移动全息投影装置；所述运动控制器分别与所述控制模块1、所述可移动全息投影装置连接，用于依据接收到的所述位移控制信号产生电机驱动脉冲信号；所述可移动全息投影装置用于依据所述电机驱动脉冲信号移动至所述变化区域。
图3为本发明可移动全息投影装置的俯视图。参见图2和图3，所述可移动全息投影装置包括全息屏12、滑杆13、传送带14和电机15；所述全息屏12设置在所述滑杆13上，所述滑杆13设置在所述传送带14上，所述电机15依据电机驱动脉冲信号带动所述传送带14传动，控制所述全息屏12移动至所述变化区域，所述全息屏12通过所述4K液晶显示设备6将所述第二图像在所述变化区域展示，使实体沙盘5发生投影变换的同时，所述全息屏12在相同位置发生变换。
本实施例中，在其中相邻两个所述支撑杆16之间设置所述传送带14，另外两个相邻的所述支撑杆16之间也设置所述传送带14，所述传送带14位于所述实体沙盘5与所述4K液晶显示设备6之间，且与所述实体沙盘5、所述4K液晶显示设备6平行；在两个所述传送带14之间设置滑杆13，所述全息屏12设置在所述滑杆13上，所述电机15设置在所述支撑杆16上。
本实施例的多源同步展示数字沙盘系统能够实现三维影像与数字沙盘融合同步展示，数字沙盘通过投影系统配合实体沙盘展示不同的画面，在数字沙盘展示某一画面时，三维影像也能配合数字沙盘展示相同画面，产生更好的展示效果，展示更加全面多样。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种多源同步展示数字沙盘系统，其特征在于，包括：控制模块、交互模块和展示模块；所述控制模块分别与所述交互模块、所述展示模块连接；
所述交互模块用于获取投影参数信息；所述投影参数信息包括投影元素的类型、投影元素的空间位置以及投影元素的指数；所述投影元素的指数表示投影元素的大小，对应初始选择为小、中或大；
所述控制模块用于获取物体三维模型数据和所述投影参数信息，并生成第一图像和第二图像；所述第一图像为包含物体和投影元素的三维图像，所述第二图像为仅包含投影元素的图像；所述控制模块还用于产生位移控制信号，并将所述位移控制信号传输至所述展示模块；
所述展示模块包括投影仪、实体沙盘、全息投影装置和4K液晶显示设备；所述投影仪与所述控制模块连接，用于将所述第一图像投影到所述实体沙盘上；所述实体沙盘是依据所述物体三维模型数据制作而成；所述全息投影装置设置在所述实体沙盘的正上方，与所述控制模块连接，用于接收所述位移控制信号，并依据所述位移控制信号移动至变化区域；所述变化区域是依据所述第一图像与所述实体沙盘叠加后的图像确定的；所述4K液晶显示设备设置在所述全息投影装置的正上方，与所述控制模块连接，用于显示所述第二图像，并将所述第二图像投射到所述全息投影装置；所述全息投影装置还用于将所述第二图像在所述变化区域展示。
2.根据权利要求1所述的一种多源同步展示数字沙盘系统，其特征在于，所述控制模块包括参数解析单元、第一图像生成装置和第二图像生成装置；
所述参数解析单元分别与所述交互模块、所述第一图像生成装置、所述第二图像生成装置连接，用于将所述投影元素的空间位置转换为展示空间坐标、产生所述投影元素的空间位置在所述4K液晶显示设备上的两个对称位置的视口坐标以及产生位移控制信号，并将所述展示空间坐标、所述投影元素的类型以及所述投影元素的指数传输至所述第一图像生成装置，将所述视口坐标、所述投影元素的类型以及所述投影元素的指数传输至所述第二图像生成装置，将所述视口坐标以及所述位移控制信号传输至所述全息投影装置；
所述第一图像生成装置与所述投影仪连接，用于获取所述物体三维模型数据，依据所述物体三维模型数据、所述展示空间坐标、所述投影元素的类型以及所述投影元素的指数生成第一图像，并将所述第一图像传输至所述投影仪；
所述第二图像生成装置与所述4K液晶显示设备连接，用于依据所述视口坐标、所述投影元素的类型以及所述投影元素的指数生成第二图像，并将所述第二图像传输至所述4K液晶显示设备。
3.根据权利要求2所述的一种多源同步展示数字沙盘系统，其特征在于，所述控制模块还包括第一视频输出装置和第二视频输出装置；
所述第一图像生成装置通过所述第一视频输出装置与所述投影仪连接；所述第二图像生成装置通过所述第二视频输出装置与所述4K液晶显示设备连接。
4.根据权利要求2所述的一种多源同步展示数字沙盘系统，其特征在于，所述控制模块还包括同步控制单元，所述同步控制单元分别与所述第一图像生成装置、所述第二图像生成装置连接，用于控制所述第一图像生成装置与所述第二图像生成装置同步。
5.根据权利要求1所述的一种多源同步展示数字沙盘系统，其特征在于，所述全息投影装置包括运动控制器和可移动全息投影装置；
所述运动控制器分别与所述控制模块、所述可移动全息投影装置连接，用于依据接收到的所述位移控制信号产生电机驱动脉冲信号；所述可移动全息投影装置用于依据所述电机驱动脉冲信号移动至所述变化区域。
6.根据权利要求5所述的一种多源同步展示数字沙盘系统，其特征在于，所述可移动全息投影装置包括全息屏、滑杆、传送带和电机；
所述全息屏设置在所述滑杆上，所述滑杆设置在所述传送带上，所述电机依据电机驱动脉冲信号带动所述传送带传动，控制所述全息屏移动至所述变化区域。
7.根据权利要求1所述的一种多源同步展示数字沙盘系统，其特征在于，所述交互模块为触摸屏。
8.根据权利要求7所述的一种多源同步展示数字沙盘系统，其特征在于，所述触摸屏为压感式触摸屏。
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