CN111580700B - 一种电子互动沙盘系统及互动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子互动沙盘系统及互动方法，所述的电子互动沙盘系统包括交互物、电子触摸屏、沙盘控制单元和通信设备组成，电子触摸屏通过通信设备连接沙盘控制单元；当交互物被放置到电子触摸屏上面时，电子触摸屏会通过红外摄像头拍摄其底部的二维图像，沙盘控制单元根据交互物的二维图像及运动轨迹图像；响应沙盘场景组成部件的移入、移出、旋转等动作，并将沙盘场景图像传送到电子触摸屏进行展示。本发明通过带有二维图像特征的交互物，提供一种新颖的人机互动方式，以此交互方式实现的电子互动沙盘系统，可以应用于展览展示、互动教学、场景仿真等领域。

Description

一种电子互动沙盘系统及互动方法

技术领域

本发明属于电子设备技术领域，具体涉及一种电子互动沙盘系统，还涉及此电子互动沙盘系统的互动方法，可以应用于展览展示、互动教学、场景仿真等领域。

背景技术

随着计算机和电子技术的发展，电子互动沙盘系统的应用已经相当普遍，在商场、医院、售楼处、图书馆、博物馆等公共场所都会有很多电子互动沙盘为公众提供诸如导航、展示、广告等服务，尤其是在房产售楼处，配合了大屏幕和灯光效果的电子互动沙盘更是格外引人注目。目前，电子互动沙盘的类型多以触摸屏为主，通过手指触摸来实现人机交互能力，操作简单但模式单一。也有通过体感、雷达等设备实现无接触式互动，但识别精度较粗，对于精细化控制略显不足，用户体验不佳。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种电子互动沙盘系统及互动方法，解决了现有技术中电子互动沙盘交互模式单一、识别精度不高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电子互动沙盘系统，其特征是，包括交互物、电子触摸屏、沙盘控制单元和通信设备，电子触摸屏通过通信设备连接沙盘控制单元；

所述交互物包括模型和粘贴在模型上的二维图像，所述二维图像包含交互物的ID信息，交互物的ID信息与沙盘场景的各个组成部件之间有一一映射关系；

所述电子触摸屏用来采集交互物上二维图像以及交互物的运动轨迹图像，并将采集到的二维图像及运动轨迹图像传送到沙盘控制单元；以及显示沙盘场景图。

所述沙盘控制单元用来接收二维图像及运动轨迹图像；识别二维图像获取交互物的ID信息，得到与此ID信息对应的沙盘场景组成部件，并响应沙盘场景组成部件的移入动作；识别运动轨迹图像获取交互物的运动轨迹，依据交互物的运动轨迹对沙盘场景中对应的沙盘组成部件执行相应的动作，并将沙盘场景图像传送到电子触摸屏进行展示。

进一步的，所述交互物为交互模型或交互卡牌。

进一步的，所述二维图像为矩阵式二维条形码。

进一步的，所述二维图像中黑白色块转换为“0”和“1”的代码。

相应的，本发明还提供了一种电子互动沙盘互动方法，其特征是，包括以下过程：

采集交互物上的二维图像；

识别二维图像获取交互物的ID信息，得到与此ID信息对应的沙盘场景组成部件，并响应沙盘场景组成部件的移入动作；

采集交互物的运动轨迹图像；

识别运动轨迹图像获取交互物的运动轨迹，依据交互物的运动轨迹对沙盘场景中对应的沙盘组成部件执行相应的动作，并将沙盘场景图像传送到电子触摸屏上展示。

进一步的，所述运动轨迹包括移入、移出、移动和旋转动作。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：通过对交互物标识进行定义，电子触摸屏采集交互物图像信息后，发送给沙盘控制单元进行识别处理并响应业务逻辑动作，最后展示给操作者。这种交互逻辑，将以往人的手指动作转换为交互物的动作，具有更强的仿真能力，带来一种清晰、直观、简单易用的交互体验，可以广泛应用于展览展示、互动教学和场景仿真等领域。

附图说明

图1为电子互动沙盘系统示意图；

图2为二维图像示意图；

图3为电子互动沙盘系统的操作流程；

图4为四阶二维图像标识含义示例。

附图标记：1、交互模型；2、交互卡牌；3、电子触摸屏；4、支撑台；5、沙盘控制单元；6、通信设备。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的一种电子互动沙盘系统，主要包括如下几个部件，具体参见如图1所示，分别是交互模型1、交互卡牌2、电子触摸屏3、支撑台4、沙盘控制单元5、通信设备6，通过各部件的协同工作实现电子互动沙盘系统。

电子触摸屏3位于支撑台4的表面上，沙盘控制单元5和通信设备6位于支撑台4内部空间，电子触摸屏3通过通信设备6连接沙盘控制单元5。

交互模型1和交互卡牌2是本电子沙盘的核心交互物，也是本专利区别于其他电子沙盘的主要特征。其中，交互物（交互模型1和交互卡牌2）由模型和二维图像两部分组成，二维图像粘贴在平整的模型底部或卡牌背面。模型部分可以采用木质、金属、塑料、橡胶、水晶等材料，通过3D打印、雕刻、注塑、切割等工艺制作成造型各异，带有业务特征样式的交互物模型。

二维图像部分采用矩阵式二维条形码技术生成，通过一个黑色的方框来确定二维图像的范围，主要用来定义、存储和提供交互物的ID信息，如交互物001、交互物002、交互物003等等。交互物的ID信息与沙盘场景的各个组成部件之间有一一映射关系，例如交互物001代表沙盘场景中的风机、交互物002代表沙盘场景中的变压器。如图2所示，二维图像通常由一组n阶矩阵式二维条形码（n≥3）构成，通过黑、白像素在矩阵空间内的不同分布来进行编码，在矩阵中相应元素位置上出现黑色块表示二进制"1"，出现白色块表示二进制的"0"，黑白色块在矩阵中的不同排列组合确定了矩阵式二维条形码所代表的不同ID信息，如图4所示。根据业务需要，选择不同的行列组合可以支持成百上千，甚至上万的不同交互物。通过对二维图像标识物的制作材质、尺寸、大小和印刷工艺等的设计，交互物的识别准确度可以达到99%以上，在同类电子互动沙盘系统中识别率遥遥领先。

电子触摸屏3是本专利电子互动沙盘的主体部分，采用红外摄像头矩阵式电子触摸屏设备，通过电子触摸屏3背部的红外摄像头矩阵可以捕捉交互物（交互模型1或者交互卡牌2）下面的二维图像信息以及交互物的运动轨迹图像信息，采集到该信息后通过通信设备6传输给沙盘控制单元5，再由沙盘控制单元5完成对交互物的注册、销毁、位移和角度等精细化调节，从而实现操作者对沙盘场景中沙盘组成部件的移入、移出、移动和旋转等操作，进而实现本电子互动沙盘所具备的复杂场景仿真能力。

其中交互物注册对应操作者对沙盘组成部件的移入动作，是指交互物从电子触摸屏3的屏幕识别范围之外移入到屏幕识别范围之内，在系统中完成交互物（沙盘组成部件）注册的工作；交互物的销毁对应操作者对沙盘组成部件的移出动作，是指交互物从电子触摸屏3的屏幕识别范围之内移出到屏幕识别范围之外，在系统中完成交互物（沙盘组成部件）注销的工作；交互物位移调节对应操作者对沙盘组成部件的移动动作，是指交互物在电子触摸屏3上完成注册后，从屏幕识别范围之内的一点移动到另一点；交互物角度调节对应操作者对沙盘组成部件的旋转动作，是指交互物在电子触摸屏3上完成注册后，在屏幕识别范围之内发生的角度变化。

以能源互联网场景仿真为例，以某个地图为背景，在地图的不同区域根据实际情况配置不同的风力资源设备，通过将代表风电站的交互物移入电子互动沙盘系统完成交互物注册，表示操作者建设风电站的动作；风电站交互物被移动到不同的位置完成交互物位移，表示操作者根据风力资源的多寡选择在不同的位置建设风电站；旋转风电站交互物完成角度调节，表示操作者建设不同发电能力的风电站；移出风电站交互物完成交互物销毁，表示操作者拿掉交互物拆除了风电站。我们也可以配置火电站、水电站、光伏电站、换流站、变压站、负荷中心、输电线路等交互物，通过这些交互物的协同调节来仿真能源互联网的规划、运行等应用场景。

支撑台4既是电子互动沙盘的支撑和收纳结构，也是用户操作的互动台，用于支撑电子触摸屏3成为用户操作的互动台，同时具备收纳沙盘控制单元5、交互模型1交互卡牌2和通信设备6等周边硬件的能力，也可以根据业务需要将支撑台4设计为个性化的展示台。此支撑台也可以根据需要不设置，本实施例中为了设备的完整性和操作方便，设置此支撑台。

沙盘控制单元5是本电子互动沙盘系统的数据运算、业务处理和三维渲染中心，通常采用专业的图形工作站实现。通过通信设备6与电子触摸屏3相连接。当交互物被放置到电子触摸屏3上时，电子触摸屏3通过红外摄像头进行拍照，并将图像信息传送给沙盘控制单元5，沙盘控制单元5将图像中的黑白色块转换为“0”和“1”的代码，然后按照如图4所示的规则进行比对，比对成功即为识别了模型，否则识别失败。在仿真场景中预定义了各种模型的移入、移出、移动和旋转动作的响应方式，当模型被识别后按照既定的动作响应操作者的交互行为，并将操作结果输出给电子触摸屏3。

通信设备6包括本发明需要的路由器、交换机、网络传输和信号传输等设备，保障各设备之间的控制信息和影像信息的传输顺畅。

基于本发明的电子互动沙盘系统的互动方法，参见图3所示，包括以下过程：

当交互物（交互模型1或者交互卡牌2）被放置到电子触摸屏3上面时，电子触摸屏3会通过红外摄像头拍摄其底部的二维图像，通过通信设备6将这个二维图像信息传输给沙盘控制单元5；

再由沙盘控制单元5对二维图像进行识别获得交互物的ID信息，得到与此ID信息对应的沙盘场景组成部件；并响应沙盘场景组成部件的移入动作；

然后电子触摸屏3会通过红外摄像头拍摄交互物的运动轨迹图像，通过通信设备6将这个运动轨迹图像信息传输给沙盘控制单元5；

再由沙盘控制单元5对运动轨迹图像进行识别获取交互物的运动轨迹，依据交互物的运动轨迹对沙盘场景中对应的沙盘组成部件执行相应的动作（响应对应的沙盘组成部件的移出、移动和旋转动作），之后将响应结果反馈给电子触摸屏3，最终由电子触摸屏3将交互结果呈现给用户。

本发明通过对交互物标识进行定义，电子触摸屏采集交互物图像信息后，发送给沙盘控制单元进行识别处理并响应业务逻辑动作，最后展示给操作者。这种交互逻辑，将以往人的手指动作转换为交互物的动作，具有更强的仿真能力，带来一种清晰、直观、简单易用的交互体验，可以广泛应用于展览展示、互动教学和场景仿真等领域。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电子互动沙盘系统，其特征是，包括交互物、电子触摸屏、沙盘控制单元和通信设备，电子触摸屏通过通信设备连接沙盘控制单元；

所述交互物包括模型和粘贴在模型上的二维图像，所述二维图像包含交互物的ID信息，交互物的ID信息与沙盘场景的各个组成部件之间有一一映射关系；

所述电子触摸屏用来采集交互物上二维图像以及交互物的运动轨迹图像，并将采集到的二维图像及运动轨迹图像传送到沙盘控制单元；以及显示沙盘场景图；

所述沙盘控制单元用来接收二维图像及运动轨迹图像；识别二维图像获取交互物的ID信息，得到与此ID信息对应的沙盘场景组成部件，并响应沙盘场景组成部件的移入动作；识别运动轨迹图像获取交互物的运动轨迹，依据交互物的运动轨迹对沙盘场景中对应的沙盘组成部件执行相应的动作，并将沙盘场景图像传送到电子触摸屏进行展示。

2.根据权利要求1所述的一种电子互动沙盘系统，其特征是，所述交互物为交互模型或交互卡牌。

3.根据权利要求1所述的一种电子互动沙盘系统，其特征是，所述二维图像为矩阵式二维条形码。

4.根据权利要求3所述的一种电子互动沙盘系统，其特征是，所述二维图像中黑白色块转换为“0”和“1”的代码。

5.一种电子互动沙盘互动方法，其特征是，包括以下过程：

采集交互物上的二维图像；

识别二维图像获取交互物的ID信息，得到与此ID信息对应的沙盘场景组成部件，并响应沙盘场景组成部件的移入动作；

采集交互物的运动轨迹图像；

识别运动轨迹图像获取交互物的运动轨迹，依据交互物的运动轨迹对沙盘场景中对应的沙盘组成部件执行相应的动作，并将沙盘场景图像传送到电子触摸屏上展示。

6.根据权利要求5所述的一种电子互动沙盘互动方法，其特征是，所述运动轨迹包括移入、移出、移动和旋转动作。

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