CN114203004B - 一种增强现实沙盘系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增强现实沙盘系统，属于沙盘技术领域。沙盘系统包括实体部分、显示屏部分、控制部分以及固定机构；实体部分包括设定比例的固定实体模型和移动实体模型；显示屏部分包括布设在实体部分四周的显示屏；固定机构包括底座和设置在底座四周的支撑架，实体部分和显示屏部分均铺设在固定机构的底座上，且实体部分和显示屏部分无缝拼接；固定机构的支撑架上固定有投影机和若干摄像机；显示屏、投影机和若干摄像机均与控制部分通信连接。本发明可以更加灵活的展示场景信息，并且结合实体模型加强了实体感，提高了沙盘的体验效果。

Description

一种增强现实沙盘系统

技术领域

本发明涉及一种增强现实沙盘系统，属于沙盘技术领域。

背景技术

沙盘是根据地形图、航空相片或实地地形，按一定的比例关系，用泥沙、兵棋和其他材料堆制的模型。可以帮助人们很清楚的了解某一区域或建筑物、建筑群的外形特征。

现有的沙盘一般为实体沙盘或者电子沙盘，实体沙盘由实体模型组成，例如：申请公布号为CN 112785907 A的中国发明专利申请文件，该申请文件公开了一种用于企业形象展示的沙盘，通过实体模型展示企业的整体风貌，并且在沙盘内设置照度传感器以及可以显示放大图的显示屏，人们可以根据自己的需求实现各个地方的放大显示。电子沙盘是一种数字虚拟沙盘，是全息3D智能立体交互系统应用于数字虚拟沙盘的一种产品形态，通过无线操控手柄和全息3D场景内容实时操控，将3D显示载体以水平显示屏的形式观看呈现，例如：授权公告号为CN 214587809U的中国实用新型专利文件，该专利文件公开了一种数字虚拟沙盘，数字虚拟沙盘包括框架、屏架以及LED屏，通过投影技术以及显示技术来进行展现。

然而实体沙盘只能展示固定的模型，灵活性差；电子沙盘基于投影显示的效果，整体的实体感较差。综上，现有沙盘的体验效果差。

发明内容

本申请的目的在于提供一种增强现实沙盘系统，用以解决现有沙盘体验效果差的问题。

为实现上述目的，本申请提出了一种增强现实沙盘系统的技术方案，包括沙盘本体，沙盘本体包括实体部分、显示屏部分、控制部分以及固定机构；所述实体部分包括设定比例的固定实体模型和移动实体模型，用于展示实体场景；所述显示屏部分包括布设在实体部分四周的显示屏，显示屏与控制部分通信连接，用于通过虚拟的方式展示实体部分所在的地理环境；

所述固定机构包括底座和设置在底座四周的支撑架，所述实体部分和显示屏部分均铺设在固定机构的底座上，且实体部分和显示屏部分无缝拼接；所述固定机构的支撑架上固定有投影机和若干摄像机；所述投影机用于模拟天气的影像，并将所述影像投射到沙盘本体上，所述若干摄像机用于对移动实体模型进行定位；所述投影机和若干摄像机均与控制部分通信连接。

本发明的增强现实沙盘系统的技术方案的有益效果是：本发明通过实体部分展示实体场景，通过显示屏部分和控制部分，采用虚拟的方式显示实体部分所在的地理环境，通过投影机模拟天气影像，通过若干摄像机定位移动实体模型，可以更加灵活的展示场景信息，并且结合实体模型加强了实体感，提高了沙盘的体验效果。

进一步地，为了提高体验效果，所述移动实体模型包括无人机，无人机上设置有MIMU、气压高度计、光流传感器和无人机摄像头；所述显示屏部分还包括用于展示无人机停机符号的显示屏，该显示屏、无人机均与控制部分通信连接，用于通过该显示屏显示无人机的停机位置、以及通过无人机查看沙盘本体的整体情况。

进一步地，为了提高体验效果，所述显示屏部分还包括设置在实体部分中间的显示屏，用于通过虚拟的方式展示实体部分内部的道路、车辆场景。

进一步地，为了提高体验效果，所述移动实体模型包括无人车，无人车上设置有温湿度传感器、姿态传感器、加速度传感器和定位装置；无人车与控制部分通信连接，用于在沙盘上行驶，采集路面以及环境信息。

进一步地，为了提高体验效果，所述实体部分上设置有若干灯具，各灯具均与控制部分通信连接，用于反映白天、夜晚的昼夜变换。

进一步地，固定机构的底座包括台面、边框和固定架，所述台面和边框采用木质材料，所述固定架采用钢材质。

进一步地，显示屏为LED全彩拼接屏。

进一步地，所述实体部分和显示屏部分通过粘合剂进行无缝拼接。

进一步地，所述固定实体模型包括建筑物实体、山体实体和植物实体；建筑物实体采用ABS胶板材质制成；山体实体采用KT板、雪复板、复合环氧树脂及石膏制成；植物实体采用软化铜丝、高泡海绵、低泡海绵、丙希颜料、油漆及草粉制成。

进一步地，所述投影机为激光工程投影机。

附图说明

图1是本发明增强现实沙盘系统的侧视图；

图2是本发明沙盘本体的平面布置图；

图3是本发明沙盘本体的效果图；

图4是本发明显示屏的布局图；

图5是本发明底座中固定架的钢架结构示意图；

图中：1、2、3、4为显示屏、5为实体部分、6为沙盘本体、7为投影机、8为支撑架。

具体实施方式

增强现实沙盘系统实施例：

本发明的主要构思在于，基于实体沙盘和电子沙盘体验效果差的问题，本发明将实体模型、显示屏、投影机和若干摄像机进行组合，通过控制部分采用虚实结合的方式展示出更灵活、更生动的现实场景，提高了用户的体验效果。

增强现实沙盘系统如图1所示，包括沙盘本体6，以及投影机7和若干摄像机(摄像机图中未画出)，沙盘本体6包括实体部分、显示屏部分、控制部分以及固定机构，固定机构用于固定实体部分、显示屏部分、投影机7和若干摄像机。

具体地，实体部分包括设定比例的固定实体模型和移动实体模型，用于展示实体场景。固定实体模型包括建筑物实体、山体实体和植物实体；建筑物实体采用ABS胶板材质制成(厚度2mm)；山体实体采用KT板、雪复板、复合环氧树脂及石膏制成；植物实体采用软化铜丝、高泡海绵、低泡海绵、丙希颜料、油漆及草粉制成。移动实体模型包括无人车和无人机，无人车上设置有温湿度传感器、姿态传感器、加速度传感器和定位装置；无人机上设置有MIMU(微型惯性测量单元，Miniature Inertial Measurement Unit)、气压高度计、光流传感器和无人机摄像头；无人车、无人机均与控制部分通信连接，用于在沙盘上行驶，采集路面以及环境信息，且通过无人机查看沙盘本体6的整体情况。

显示屏部分如图2所示，包括布设在实体部分5四周的显示屏1、设置在实体部分5中间的显示屏4、设置在实体部分5边界的显示屏2和显示屏3，各显示屏均与控制部分通信连接，通过控制部分采用虚拟的方式控制所显示的内容。

其中，实体部分5四周的显示屏1展示实体部分5所在的地理环境，可以显示海面、沙漠等虚拟场景；实体部分5中间的显示屏4展示实体部分5中间的地理信息，可以展示道路、车辆等虚拟场景；实体部分5边界的显示屏包括用于显示无人机停机符号的显示屏3以及显示飞机跑道的显示屏2，显示无人机停机符号的显示屏3用于显示无人机的停机位置，作为无人机起落坪在显示出无人机停机符号时停放无人机。

固定机构包括底座和设置在底座四周的支撑架8，底座包括台面、边框和固定架，台面和边框采用木质材料，固定架采用钢材质。台面采用高密度无缝隙板，厚0.9mm。实体部分5和显示屏部分均铺设在固定机构的底座上，且实体部分5和显示屏部分无缝拼接，如图2所示，显示屏部分铺设在固定部分的下方，由于显示屏如图3所示，为一个一个的矩形模组组成的，因此为了与实体部分5展示出无缝的效果，将显示屏铺设在实体部分5的下方，实体部分5和显示屏通过粘合剂进行无缝粘结，粘合剂采用万能胶、502、UHU胶等各种粘合产品。固定架如图4所示(图4中的底盘钢架即为固定架)，为矩形钢架。

固定机构的支撑架8上固定有投影机7和若干摄像机；投影机7和若干摄像机均与控制部分通信连接。投影机7用于模拟天气的影像，并将所述影像投射到沙盘本体6上，例如：白天、夜晚、春夏秋冬四季等，若干摄像机用于对无人车进行定位，以确定无人机的位置。

实体部分5上设置有若干灯具，各灯具均与控制部分通信连接，用于反映白天、夜晚的昼夜变换，这里的白天、夜晚与投影机投影的场景相同，如果投影机投影为夜晚，那么控制所有灯具打开，如果投影机投影为白天，那么控制所有灯具关闭。

上述实施例中，沙盘本体6的尺寸为3.45*3.45m(尺寸根据实际远程区域的大小进行等比例设置)。

投影机7采用激光工程投影机，设置有接收控制指令的接口，可以根据控制部分的控制指令进行各种天气场景的变换，如：白天、夜晚、或春夏秋冬四季等，具体参数如下：

亮度10000流明，专业功放(线路输入：500mv；话筒输入：15mv；频率响应：20Hz～20KHz(+1～-3dB)；额定功率：2×100W/8Ω；信噪比：≥80dB；失真度：≤0.5％；额定电源电压：交流220V/50Hz；整机尺寸(W×D×H)：483×305×75m)，专业音响((定阻)；频率响应：50Hz-20KHz；定阻输入：6欧；最大功率：150W；定压输入：定阻；额定输入功率：100W；灵敏度：88dB；单元配置：8"×1、1.1"×1(同轴)；外径：28cm；内径：24.6cm)。

各灯具包括二极管、米泡、微型泡、草坪灯、庭院灯、马路灯、射灯、楼内万家灯火等各种形状灯具，灯具尺寸大小依据实际情况进行定制制作。

显示屏为LED全彩无缝拼接屏，规格型号为16*32，单元板分辨率为80*160，支持常用的HDMI接口。无人机起落坪的显示屏能够支持2-3种不同状态切换，实体部分5四周的显示屏支持海浪、船、海鸟等场景，同时支持可控的无人船的移动。

无人车在实体部分5的实际道路上行驶移动，无人车的尺寸不大于长130*宽130*高120mm，连续运行时长大于60min。对接的通信技术有：串口通信、Wi-Fi通信、蓝牙通信、4GLTE通信，无人车的智能循迹采用巡线循迹的方式。无人车上的传感器技术指标为：

温湿度传感器：湿度测量范围≥20％-95％误差≤±5％，温度测量范围≥-10℃-80℃误差≤±1℃；

姿态传感器：角度范围：X、Z≥±180°Y≥±90°，角度精度：静态≤0.05°

动态≤0.1°；

加速度传感器：数据输出速率≥50Hz，量程：加速度≥16g陀螺仪≥±2000°

/s和分辨率：加速度≤0.0005g，陀螺仪≤0.61°/s；

定位装置采用室内定位传感器，室内三维定位精度≤3cm，定位频率≥200Hz，延迟≤5ms。

无人机采用多旋翼无人飞行器，具有MIMU、气压高度计、光流传感器和无人机摄像头，控制方式支持遥控和程序控制，开放控制接口，具备自主控制模式。

摄像机包含实景的查看，位置的移动等相关信息，可开放接口控制摄像头转向、截图等功能。摄像机选用7寸AI智能高清4G物联网球机，支持可开放接口控制摄像头转向、截图等功能。具体参数包括：4G版本，可360°旋转，变焦；清晰度1080p；感光面积1/3英寸；有效距离25m；延迟2s。

控制部分与各显示屏、无人车、无人机、投影机7、各摄像机以及各灯具均通信连接，控制部分控制实体部分5四周的显示屏1实现实体部分5地理环境的切换，若实体部分5为一个岛屿，显示屏1可以显示海面、船等信息，若实体部分5处于沙漠中，显示屏1可以显示沙漠。控制部分控制显示屏4显示道路、行驶的虚拟车辆或者河流、行驶的小船等场景，控制部分控制显示屏3显示无人机的停机符号，以便无人机停机。控制部分还可以控制投影机7、摄像机、无人车、无人机、各灯具进行工作，同时摄像机、无人机、无人车采集的信息发送至控制部分。控制部分控制投影机7模拟天气的影像，白天、夜晚、下雨、下雪、春夏秋冬等，可以切换各种天气。

控制部分中设置有沙盘本体6上的各种三维虚拟模型，在控制部分内部可以展示整个沙盘的情况，控制部分总沙盘本体6的三维虚拟模型如图5所示，三维虚拟模型即数字沙盘模型，数字沙盘模型与实物沙盘模型1:1高精度的模拟，能够支持3DMax软件的常用格式以及ive或osgb格式。无人机、无人车所采集的各种信息均可在控制部分显示。

沙盘本体6还可以作为一个试验装置，模拟实际远程区域的场景，对控制系统的功能进行验证，验证控制系统功能良好的情况下，将该控制系统应用于实际远程区域中进行操作。

关于显示屏部分的设置位置以及显示内容可以根据需要进行设定，同时各模型的材质以及选型也可以根据需要进行选取，本发明对此不做限制。

上述实施例中，灯具是为了反应白天、夜晚的昼夜变换，提高体验效果，当然灯具也可以不设置，本发明对此不做限制。

本发明通过实体部分5展示实体场景，通过显示屏部分和控制部分，采用虚拟的方式显示实体部分5所在的地理环境，通过投影机7模拟天气影像，通过若干摄像机定位移动实体模型，可以更加灵活的展示场景信息，并且结合实体模型加强了实体感，提高了沙盘的体验效果。

Claims (7)

1.一种增强现实沙盘系统，包括沙盘本体，其特征在于，沙盘本体包括实体部分、显示屏部分、控制部分以及固定机构；所述实体部分包括设定比例的固定实体模型和移动实体模型，用于展示实体场景；所述显示屏部分包括布设在实体部分四周的显示屏，显示屏与控制部分通信连接，用于通过虚拟的方式展示实体部分所在的地理环境；所述显示屏部分还包括设置在实体部分中间的显示屏，用于通过虚拟的方式展示实体部分内部的道路、车辆场景；所述实体部分中间的显示屏与控制部分通信连接，控制部分控制所述实体部分中间的显示屏显示道路、行驶的虚拟车辆；

所述固定机构包括底座和设置在底座四周的支撑架，所述实体部分和显示屏部分均铺设在固定机构的底座上，且实体部分和显示屏部分无缝拼接；所述固定机构的支撑架上固定有投影机和若干摄像机；所述投影机用于模拟天气的影像，并将所述影像投射到沙盘本体上，所述若干摄像机用于对移动实体模型进行定位；所述投影机和若干摄像机均与控制部分通信连接；

所述移动实体模型包括无人机，无人机上设置有MIMU、气压高度计、光流传感器和无人机摄像头；所述显示屏部分还包括用于展示无人机停机符号的显示屏，用于展示无人机停机符号的显示屏、无人机均与控制部分通信连接，控制部分控制显示屏显示无人机的停机符号，以便无人机停机；显示无人机停机符号的显示屏用于显示无人机的停机位置，作为无人机起落屏在显示出无人机停机符号时停放无人机；

所述移动实体模型包括无人车，无人车上设置有温湿度传感器、姿态传感器、加速度传感器和定位装置；无人车与控制部分通信连接，用于在沙盘上行驶，采集路面以及环境信息；

控制部分中设置有沙盘本体上的各种三维虚拟模型，在控制部分内部能够展示整个沙盘的情况，无人机、无人车所采集的各种信息均能够在控制部分显示；

沙盘本体能够作为一个实验装置，模拟实际远程区域的场景，对控制系统的功能进行验证。

2.根据权利要求1所述的增强现实沙盘系统，其特征在于，所述实体部分上设置有若干灯具，各灯具均与控制部分通信连接，用于反映白天、夜晚的昼夜变换。

3.根据权利要求1所述的增强现实沙盘系统，其特征在于，固定机构的底座包括台面、边框和固定架，所述台面和边框采用木质材料，所述固定架采用钢材质。

4.根据权利要求1所述的增强现实沙盘系统，其特征在于，显示屏为LED全彩拼接屏。

5.根据权利要求1所述的增强现实沙盘系统，其特征在于，所述实体部分和显示屏部分通过粘合剂进行无缝拼接。

6.根据权利要求1所述的增强现实沙盘系统，其特征在于，所述固定实体模型包括建筑物实体、山体实体和植物实体；建筑物实体采用ABS胶板材质制成；山体实体采用KT板、雪复板、复合环氧树脂及石膏制成；植物实体采用软化铜丝、高泡海绵、低泡海绵、丙希颜料、油漆及草粉制成。

7.根据权利要求1所述的增强现实沙盘系统，其特征在于，所述投影机为激光工程投影机。