基于增强现实显示的作战推演电子沙盘系统的制作方法

本申请涉及作战推演显示领域，具体的，涉及一种具有增强现实显示的作战推演电子沙盘系统，既能够显示宏观战略态势，兵力可视化部署，又能够进行战场沉浸式勘察和想定自动化生成。

背景技术：

传统的物理沙盘是根据地形图、航空像片和地形信息，按一定的比例关系，用泥沙、兵棋和其它材料堆制的模型，但是传统的军用物理沙盘制作具有工艺复杂、制作周期长、不宜更新等特点，物理沙盘将逐渐被淘汰。目前随着计算机、显示设备等水平的提高，结合遥感技术、地理信息技术、虚拟仿真技术等综合发展成果，利用大屏幕显示器、多点触摸屏和高性能计算机组成的电子沙盘代替传统图纸作业和沙盘模型已经成为趋势。

现有技术中，的电子沙盘显示主要侧重于二三维战场态势环境展示、地理信息数据高性能快速访问和图形数据快速渲染等方面，无法对战场的作战情况进行推演，并且不能可视化的了解战场推演的情况，此外指挥员仅能够依托现有的电子沙盘系统对全局态势进行监控，对局部地区态势特别是重要目标监控区域无法做到更为有效的战场态势监控，不能了解战场的细节。

因此，如何能够增加电子沙盘系统的功能，使其具备电子推演的能力，并且提高战场态势显示维度，在关注全局态势的同时，能够针对重要目标获得如同“身临其境”的具有动态、声像功能的三维空间环境，使指挥员能够获得更直观的战场态势感知，成为现有技术亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种基于增强现实(ar)显示的作战推演电子沙盘系统，该系统主要包括作战推演系统、底座、显示大屏、ar显示设备等四部分

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于增强现实显示的作战推演电子沙盘系统，包括作战推演系统、底座、显示大屏和ar显示设备，

其中所述作战推演系统，用于战场态势环境综合展示，战场态势标绘和战场态势仿真推演，具体包括多维战场态势展示模块，战场态势标绘模块和战场态势仿真推演模块；

底座，用于支撑显示大屏，并为所述作战推演电子沙盘系统的其它硬件设备提供容置空间；

显示大屏，用于以二维或者三维的方式显示作战推演系统的各类计算结果，显示战场态势以及仿真结果；

ar显示设备，用于对作战推演中的重点区域以增强显示的方式的进行显示。

可选的，所述多维战场态势展示模块包括地理信息数据管理单元、二三维显示单元、地理信息查询单元和地理信息分析单元；

其中，所述地理信息数据管理单元用于管理系列比例尺军用标准矢量数据管理、多分辨率海量正射影像数据管理、高程数据管理和模型数据管理；

所述二三维显示单元用于在二维地图和三维数字地球中，对多种数据类型、标准、尺度和坐标系统的多元地理数据进行综合集成显示，从而提供二、三维一体化显示；

所述地理信息查询单元用于对各类地理信息数据进行管理查询，所述地理信息数据包括地名、标绘、兵要、专题和目标多媒体；

所述地理信息数据分析单元包括距离分析、面积量算、高程量算、坡度、坡向分析、两点通视分析和多点通视分析。

可选的，所述战场态势标绘模块包括军标标绘单元、协同标绘单元、态势演播单元，

所述军标标绘单元用于将与作战情况相关的信息元素标记在地理信息展示载体上，形成一系列与事件活动相关的状态图，所述状态图包括事件作战态势图、战斗队形图和首长决心图；

所述协同标绘单元用于两人或多人可在电子沙盘桌面端上根据相关信息进行协同标绘；

所述态势播放单元用于以动画播放的形式进行各类图画的播放展示。

可选的，所述仿真推演模块包括想定编辑单元、仿真运行单元、态势显示单元和分析评估单元；

所述想定编辑单元用于依托地形数据和部队编组数据进行仿真实体部署和作战行动设置，实现计划行动方案向仿真脚本数据的转化，形成仿真推演想定数据；

所述仿真运行单元用于支持自动化动态加载全局仿真模型，通过配置模型运行目录的内容和配置文件，可动态改变参与仿真运行的模型，提供仿真模型运行控制功能，控制推演运行的开始、暂停、继续和终止；

所述态势显示单元用于显示作战实体的状态信息和计划任务执行情况及关键性作战行动执行情况，为掌握作战进程和进行推演分析提供支撑；

所述分析评估单元用于对采集的推演数据进行统计、分析、评估和展示，输出计划任务执行情况数据及关键性作战行动执行情况数据，为分析作战进程提供数据支撑。

可选的，所述底座用于为所述作战推演电子沙盘系统提供框架支撑，其上部可以支撑放置显示大屏，中间可以容纳服务器主机、辅助显示设备、输入装置、电源设备、网络交换设备、视频分配设备、开关设备和权限鉴别设备。

可选的，所述显示大屏为触控显示大屏，或者在所述底座上具有显示触控框，为显示大屏提供触控功能，该显示大屏能够根据需要任意改变尺寸或者替换。

可选的，所述服务器主机具有处理器和存储器，存储器上存储有代码，处理器通过运行代码能够实现所述作战推演系统的各个模块。

可选的，在所述显示大屏的下方具有角度调整支架，用以改变显示大屏与底座之间倾斜角度。

可选的，所述显示大屏放置在底座上方，在底座的下方具有升降装置，能够推动显示大屏上升或者下降，以改变观看高度。

可选的，所述作战推演电子沙盘能够一键启动。

本发明将电子沙盘系统赋予作战推演的功能，不仅能够进行二三维战场态势环境综合展示，战场态势标绘还能够进行战场态势仿真推演。增加ar显示设备，使得指挥员在关注全局态势的同时，针对重要目标也可通过佩戴ar显示设备产生一种如同“身临其境”的具有动态、声像功能的三维空间环境，使指挥员能够获得更直观的战场态势感知。

本发明具有如下优点：

(1)具有战场模拟推演功能，拓宽了电子沙盘的功能；

(2)电子沙盘与增强显示结合，能够了解全局态势和重点区域态势，使得指挥员能够获得更直观的战场态势感知；

(3)多终端设备显示适配与跨平台交互技术,结合分布式部署、集中式解算的算法，对场景渲染数据分别展示在触摸屏、投影和桌面等固定终端，将经过解算的数据投射在ar终端，同时通过实时渲染优化技术将结果投射在移动终端，并通过不同的交互技术使三种终端的多个客户端进行高效协同，满足操作者对于多终端的显示适配需求。

附图说明

图1是根据本发明具体实施例的基于增强现实(ar)显示的作战推演电子沙盘系统的系统组成图；

图2是根据本发明具体实施例的显示部件连接关系图；

图3是根据本发明具体实施例的作战推演电子沙盘系统的侧视图；

图4是根据本发明具体实施例的显示大屏示例性的所显示的图像；

图5是根据本发明具体实施例的ar显示设备示例性的所显示的图像；

图6是根据本发明具体实施例的作战推演系统的工作流程图；

图7是根据本发明具体实施例的作战推演电子沙盘系统的平面展示效果图；

图8是根据本发明具体实施例的作战推演电子沙盘系统的倾斜展示效果图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

1、作战推演系统；2底座；3、显示大屏；4、ar显示设备；5、服务器主机；6、角度调整支架；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明在于在电子沙盘系统中部署有作战推演系统，不仅能够进行多维战场态势展示和战场态势标绘，还能够进行仿真推演，能够利用显示大屏进行作战推演相关数据的输入和作战推演的展示，能够利用ar显示装置对于某些重点区域，或者作战前沿进行增强显示，查看更为逼真的战场态势环境。

具体的，参见图1，示出了根据本发明具体实施例的基于增强现实(ar)显示的作战推演电子沙盘系统的系统组成图，包括作战推演系统1、底座2、显示大屏3和ar显示设备4，

其中所述作战推演系统1，用于战场态势环境综合展示，战场态势标绘和战场态势仿真推演，具体包括多维战场态势展示模块11，战场态势标绘模块12和战场态势仿真推演模块13；

底座2，是所述电子沙盘的主要硬件框架，用于支撑显示大屏3，并为所述作战推演电子沙盘系统的其它硬件设备提供容置空间；

显示大屏3，用于以二维或者三维的方式显示作战推演系统的各类计算结果，显示战场态势以及仿真结果；

ar显示设备4，用于对作战推演中的重点区域以增强显示的方式的进行显示。

因此，本发明的作战推演系统不仅能够进行战场态势环境综合展示，战场态势标绘，还能够进行战场仿真方案的指定、推演的展示，融合了电子作战的仿真推演和多维展示，并将其通过显示大屏展示出战场的宏观态势，同时对于部分重点地区的局部态势，能够通过ar显示的方式进行展示，从而提高了指挥员对现场态势的了解。

例如，在进行海域登陆演习的时候，不仅能够在显示大屏演示在该海域众多船只的进攻态势，还能够通过ar显示装置，显示其中某一个船只，例如排头船只的指挥所能够观察到的具体情况，这样指挥员不仅能够观察到宏观态势，还能够观察局部态势，提高了指挥员对现场态势的了解。

进一步的，所述作战推演系统1中的所述多维战场态势展示模块11包括地理信息数据管理单元、二三维显示单元、地理信息查询单元和地理信息分析单元。

其中，所述地理信息数据管理单元用于管理系列比例尺军用标准矢量数据管理、多分辨率海量正射影像数据管理、高程数据管理和模型数据管理。示例性的，系列比例尺军用标准矢量数据管理可以包括1：100万、1：500万：25万、1：5万、1：1万、1:5000等联合作战图、地形图、航空图、海图、导航图等数据，shapefile、mif等商用格式矢量数据；多分辨率海量正射影像数据管理可以包括全球2.5米分辨率，中国及周边0.6米分辨率，重点地区0.1米分辨率的航空影像数据；高程数据管理包括全球30米高程数据、中国10米高程数据；模型数据管理包括单体模型数据、倾斜摄影数据。所述作战推演系统可以利用多核并行技术，提高渲染前数据预处理的速度，解决大场景分块地形延迟加载的问题。

所述二三维显示单元用于在二维地图和三维数字地球中，对多种数据类型(例如矢量、影像、dem、兵要、导航、专题等)、标准、尺度和坐标系统的多元地理数据进行综合集成显示，从而提供二、三维一体化显示功能。

所述地理信息查询单元用于对各类地理信息数据进行管理查询，所述地理信息数据包括地名、标绘、兵要、专题和目标多媒体。例如，可以包括地名查询、标绘查询、兵要查询、专题查询、目标多媒体数据关联查询。查询方法可以是首先通过openstack建立计算机集群，采取基于hadoop的分布式数据存储方式对地理信息数据进行存储，之后根据用户输入的关键字检索方式，对地名、兵要、标绘和实体模型等地理信息进行查询。另外用户也可通过空间查询功能，能够使用点、矩形、圆形和多边形选取地理目标并查询属性信息。

所述地理信息数据分析单元包括距离分析、面积量算、高程量算、坡度、坡向分析、两点通视分析和多点通视分析，分析方式主要是根据用户选取不同的地理信息坐标或在不同的底层地理信息数据上选择相应的地理信息分析。

所述战场态势标绘模块12，包括军标标绘单元、协同标绘单元、态势演播单元，所述军标标绘单元用于将与作战情况相关的信息元素(例如军标符号、装备模型、文字等)标记在地理信息展示载体上，形成一系列与事件活动相关的状态图，所述状态图包括事件作战态势图、战斗队形图、首长决心图等，所述协同标绘单元用于两人或多人可在电子沙盘桌面端上根据相关信息，例如首长作战意图，进行协同标绘；所述态势播放单元用于以动画播放的形式进行各类图画的播放展示。

对于军标标绘主要是依托2013版《作战标图规定》标准，制作完备的军标符号库，进行作战决心图标绘。标绘库信息不全时，可通过显示所有点状队标、线面队标、多种基本几何图元(矩形、折线、多边形、圆、圆弧、椭圆、扇形、弓形、贝塞尔曲线、自由曲线、文字标注框和图片)和三维模型等方式进行标号的创建、移动、控制点编辑、删除、剪切、复制、粘贴、组合、锁定、符号避让、压盖次序调整、等大、分布和对齐、多级撤、重做等操作。另外也可使用属性面板、工具栏、格式刷和快捷键等对标号的显示属性进行编辑修改，包括颜色、线型、衬线、填充模式(包括纯色、图案、渐变、半透明)、阴影、文本和注记，三维标号厚度、显示模式(点标的直立、平躺)、高度模式(投影式贴地、沿地表起伏、整体绝对高度、自定义起伏)、竖直墙体(线面军标)等；

态势演播主要是以ppt动画的形式，设置多种演播动作，包括标号的显示、生长、擦入、渐入、闪烁、缩放、移动、隐藏、退缩、渐出、擦出和地图场景的移动等操作；标号演播运动状态信息进行设置和修改，包括演播过程中的运动路线、状态、时间、动作周期、动作出现方式、动作加减速等；态势演播控制过程中开始、暂停、停止和播放速率设置等操作。

所述仿真推演模块包括想定编辑单元、仿真运行单元、态势显示单元和分析评估单元；所述想定编辑单元用于依托地形数据和部队编组数据进行仿真实体部署和作战行动设置，实现计划行动方案向仿真脚本数据的转化，形成仿真推演想定数据，所述仿真运行单元用于支持自动化动态加载全局仿真模型，通过配置模型运行目录的内容和配置文件，可动态改变参与仿真运行的模型，提供仿真模型运行控制功能，控制推演运行的开始、暂停、继续和终止；所述态势显示单元用于显示作战实体的状态信息和计划任务执行情况及关键性作战行动执行情况，为掌握作战进程和进行推演分析提供支撑，所述态势显示单元能够以回放的形式，以战场二维、三维态势图与战况报告表相结合的方式显示推演态势；所述分析评估单元用于对采集的推演数据进行统计、分析、评估和展示，输出计划任务执行情况数据及关键性作战行动执行情况数据，为分析作战进程提供数据支撑，所述分析评估单元能够在回放的同时进行推演数据采集，以图、文、表相结合的方式对采集的推演数据进行统计、分析、评估和展示。

参见图6，示出了作战推演系统进行模拟推演的示例性的工作流程图，能够根据是否具有作战想定方案分别打开或者制定作战想定方案，并对作战效果进行评估。

进一步的，所述底座用于为所述作战推演电子沙盘系统提供硬件框架支撑，其上部可以支撑放置显示大屏3，中间可以容纳服务器主机、辅助显示设备、输入装置、电源设备、网络交换设备、视频分配设备、开关设备和权限鉴别设备。

所述显示大屏可以为触控显示大屏，或者在所述底座上具有显示触控框，为显示大屏提供触控功能。例如为一块65寸的中央显示框，配有中央显示器触控框，具有多点触摸、高分辨率显示等功能。并且该显示大屏能够根据需要任意改变尺寸或者替换。

ar显示设备可以为ar眼镜，手机或平板，能够与大屏和底座通过wifi进行连接，通过手指，在大屏和ar显示设备之间进行数字内容交互，并与周围真实环境中的全息影像互动。ar眼镜完全独立使用，无需线缆连接、也无需同步电脑或智能手机。让用户在现实世界中能够真实的感受到虚拟世界中的模拟事务，这样，既增强了用户使用的趣味性，又保证了使用者与技术之间的互动性。

示例性的，服务器主机具有处理器和存储器，存储器能够存储各类的操作软件和支撑软件。例如存储器上存储有代码，处理器通过运行代码能够实现所述作战推演系统的各个模块。

辅助显示设备可以为在底座两侧的显示器，以提供调试、编辑和观看作用，从而实现多终端、多显示的方案；

输入装置包括可以包括轨迹球键盘、输入敲击键盘、鼠标等，用于进行查询、调试和编辑工作中的输入功能；

电源设备包括电源和时序电源控制器；

网络交换设备可以为网络交换机；

视频分配设备可以为视频分配器，为显示大屏3、ar显示设备4以及辅助显示设备分配视频信号；

开关设备用于提供输入主机和/或显示大屏的开关功能；

权限鉴别设备可以为指纹模组、小键盘或ic刷卡器，以提供用户权限鉴别。

此外，还可以包括工控主机和定制指挥平台，所述工控主机用于为显示触控框提供触控数据运算服务，所述定制指挥平台用于对作战推演系统提供编程和调试。当然，该工控主机的功能也可以包括在服务器主机中。

此外，底座中还可以包括抽屉、数据线、滑轨等辅助设备。

进一步的，所述显示大屏放置在底座上方，在底座的下方具有升降装置，能够推动显示大屏上升或者下降，以改变观看高度。

在一个具体的实施例中，是在底座下方的中央具有升降装置，能够推动显示大屏上升或者下降，以改变观看高度。

更进一步的，在所述显示大屏的下方具有角度调整支架6，以改变显示大屏与底座之间倾斜角度。

所述作战推演电子沙盘能够一键启动。

参见表1，示出了一个具体的电子沙盘系统的硬件示例。

表1：电子沙盘系统硬件组成

该电子沙盘系统的开启工作流程如下：

a.底座系统经电源模块一键启动，对操作者使用权限进行识别

b.服务器主机开启，相应存储地理信息数据调用服务启动，大屏和ar显示设备可通过相对应操作对场景数据进行调取和观看。

c.信号源传输至大屏进行点亮，通过时序电源控制器、工控主机等设备，可对大屏进行0-80度升降控制，因人身高、观看角度而异，在大屏升至60度左右时为操作者最佳操作方式，大屏支持多点触控，操作者可通过多点的控制实现三维地形的漫游和缩放显示(两个手指头同时按住多点触摸屏并同时向相反方向移动，即可放大或者缩小地图；五个手指头同时按住多点触摸屏并同时上下垂直移动可对带高层的山体进行0至90度的俯仰观看；按住多点触摸屏并同时左右移动可对带高层的山体进行0至360度的全方位观看以及可对360度全景照片进行漫游)

d.大屏降至0度时，操作者可360度围绕底座四周查看全局态势，对具体的重点目标需特别关注时，可通过佩戴ar显示设备对局部重点目标地区进行增强显示，查看更为逼真的战场态势环境。

图2是根据本发明具体实施例的显示部件连接关系图，底座能够与两种显示设备进行电路连接，通过该电路连接，作战推演系统能够将相关的信息显示在显示大屏和ar显示设备上。

图3是根据本发明具体实施例的作战推演电子沙盘系统的侧视图，通过显示大屏底部的角度调整支架6能够改变显示大屏与底座之间倾斜角度。

参见图4示出了根据本发明具体实施例的显示大屏示例性的所显示的二维或者三维图像，图5示出了根据本发明具体实施例的ar显示设备示例性的所显示的增强显示图像，因此该电子沙盘系统能够分别显示宏观以及战场局部的态势，以增强显示效果。

图7是根据本发明具体实施例的作战推演电子沙盘系统的平面展示效果图，大屏降至0度，操作者可360度围绕底座四周查看全局态势。

图8是根据本发明具体实施例的作战推演电子沙盘系统的倾斜展示效果图，大屏可升至一定的角度供操作者操作，例如60度左右时为操作者最佳操作方式。

综上所述，本发明将电子沙盘系统赋予作战推演的功能，不仅能够进行二三维战场态势环境综合展示，战场态势标绘还能够进行战场态势仿真推演。增加ar显示设备，使得指挥员在关注全局态势的同时，针对重要目标也可通过佩戴ar显示设备产生一种如同“身临其境”的具有动态、声像功能的三维空间环境，使指挥员能够获得更直观的战场态势感知。

本发明具有如下优点：

(1)具有战场模拟推演功能，拓宽了电子沙盘的功能；

(2)电子沙盘与增强显示结合，能够了解全局态势和重点区域态势，使得指挥员能够获得更直观的战场态势感知；

(3)多终端设备显示适配与跨平台交互技术,结合分布式部署、集中式解算的算法，对场景渲染数据分别展示在触摸屏、投影和桌面等固定终端，将经过解算的数据投射在ar终端，同时通过实时渲染优化技术将结果投射在移动终端，并通过不同的交互技术使三种终端的多个客户端进行高效协同，满足操作者对于多终端的显示适配需求。

显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上,可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。