一种裸眼3D沙盘显示系统及其方法与流程

本发明涉及沙盘技术领域，具体涉及一种裸眼3d沙盘显示系统及其方法。

背景技术：

3d视觉成像技术已被广泛地应用于军事、交通、水利工程、生态研究以及城市规划等领域，也基于该技术制造出不少产品。其中，裸眼3d成像技术的基本原理是让左右眼分别看到具有水平差的图像，从而模拟真实环境人眼观看外界画面的情况。又，沙盘是一种可将地形地貌或建筑物进行小型化展示的模型，可方便人们观看，已被广泛应用在军事和商业活动中。

但，目前尚未出现将裸眼3d技术与沙盘相结合的沙盘显示系统。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种裸眼3d沙盘显示系统及其方法，以提高观众对沙盘的体验效果，同时可对沙盘数据进行处理以得到可视化信息，并展示可视化信息以为用户决策提供参考。

为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种裸眼3d沙盘显示系统，包括沙盘模型、裸眼3d显示设备以及移动终端，所述裸眼3d显示设备与所述移动终端进行无线通信；所述移动终端用于采集所述沙盘模型的图像信息，并将所述图像信息传送至所述裸眼3d显示设备进行显示。

实施本发明实施例的裸眼3d沙盘显示系统，裸眼3d显示设备可显示移动终端采集的沙盘模型的图像信息，使得观众能够观察到重构的三维图形，提高了观众对沙盘的体验效果。

第二方面，本发明实施例提供了一种裸眼3d沙盘显示系统，包括沙盘模型、裸眼3d显示设备、移动终端、处理终端以及云服务器；

所述裸眼3d显示设备与所述移动终端进行无线通信；所述移动终端用于采集所述沙盘模型的图像信息，并将所述图像信息传送至所述裸眼3d显示设备进行显示；

所述云服务器用于存储沙盘数据库，所述沙盘数据库内包括多个建筑物名称、建筑物用途、建筑物高度以及建筑物进度；

所述移动终端与所述云服务器进行通信，用于从所述云服务器处获取所述沙盘数据库；

所述处理终端与所述移动终端进行通信，用于接收用户的数据查询请求，根据所述数据查询请求从所述移动终端处调用所述沙盘数据库进行查询以得到查询文本，对所述查询文本进行预处理，对查询文本的预处理结果进行分词得到受控词库，根据所述受控词库构建空间向量，依据所述空间向量实施聚类以及完成聚类评估获得数据查询请求的关键词；

所述处理终端还用于根据所述关键词与预设的处理规则进行解析，查询所要进行可视化呈现的数据，将查询的结果集转为用于表示计算机图形的数据结构，以及通过图形渲染引擎对所述数据结构进行渲染，将渲染后的结果进行可视化展示。

作为本申请一种优选的实施方式，所述沙盘模型包括多个建筑物，每一建筑物处贴有二维码，所述移动终端用于扫描所述二维码以从所述云服务器处获取所述沙盘数据库。

作为本申请一种优选的实施方式，所述处理终端具体用于：

对所述查询文本进行无关词去噪，获取与所述查询文本所对应的所属领域的领域词库。

作为本申请一种优选的实施方式，所述处理终端具体用于：根据查询文本的所属领域词库进行分词；

利用分词后的查询文本进行训练，得到训练模型；

将每个查询文本中的每个所属的备选关键词代入目标领域的训练模型中，得到每个查询文本中所属的备选关键词的若干维的词向量。

作为本申请一种优选的实施方式，所述处理终端具体用于：

从n个备选关键词中任意选择k个备选关键词作为初始聚类中心；

根据每个聚类备选关键词的均值得到中心关键词，计算每个备选关键词与这些中心关键词的距离，并且根据最小距离，重新对相应关键词进行再次划分；

获取每个聚类关键词的均值；

取出离质心距离最近的词语，将该词语作为据查询请求的最终关键词。

作为本申请一种优选的实施方式，所述处理终端具体用于：

确定数据中的每个点在三维空间中的坐标和坐标空间的等分数；

截取数据在单位范围内所有的点的集合；

判断单位范围内点的缩减程度，计算的点的透明度和大小。

作为本申请一种优选的实施方式，所述处理终端还用于生成三维坐标空间，具体包括：

设定三维空间的标准长度；

判断数据中x、y和z三轴中min和max绝对值最大的三个数即[x1，y1，z1]，给三轴分别设置一个长度权重[xw，yw，zw]；

根据标准长度计算三轴的长度权重[xw，yw，zw]，然后根据权重分别对三轴缩放，生成坐标系中的x轴，y轴，z轴进而生成网格面。

第三方面，本发明实施例提供了一种裸眼3d沙盘显示方法，适用于如第二方面所述的裸眼3d沙盘显示系统，所述方法包括：

所述移动终端采集沙盘模型的图像信息，并将所述图像信息传送至所述裸眼3d显示设备进行显示；

所述移动终端接收用户的数据获取请求，并根据所述数据获取请求从所述云服务器处获取沙盘数据库；

所述处理终端接收用户的数据查询请求，根据所述数据查询请求从所述移动终端处调用所述沙盘数据库进行查询以得到查询文本，对所述查询文本进行预处理，对查询文本的预处理结果进行分词得到受控词库，根据所述受控词库构建空间向量，依据所述空间向量实施聚类以及完成聚类评估获得数据查询请求的关键词；

所述处理终端根据所述关键词与预设的处理规则进行解析，查询所要进行可视化呈现的数据，将查询的结果集转为用于表示计算机图形的数据结构，以及通过图形渲染引擎对所述数据结构进行渲染，将渲染后的结果进行可视化展示。

作为本申请一种优选的实施方式，所述沙盘模型包括多个建筑物，每一建筑物处贴有二维码，所述移动终端根据所述数据获取请求从所述云服务器处获取沙盘数据库，具体包括：

所述移动终端根据所述数据获取请求扫描所述二维码以从所述云服务器处获取所述沙盘数据库。

实施本发明实施例的裸眼3d沙盘显示系统及其方法，裸眼3d显示设备可显示移动终端采集的沙盘模型的图像信息，使得观众能够观察到重构的三维图形，提高了观众对沙盘的体验效果。此外，本实施例中，移动终端从云服务器处获取沙盘数据库，处理终端根据用户的数据查询请求调用沙盘数据库以实现对沙盘数据进行处理，得到可视化信息，并展示可视化信息，为用户决策提供参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明第一实施例提供的裸眼3d沙盘显示系统的结构示意图；

图2是本发明第一实施例提供的裸眼3d沙盘显示方法的示意流程图。

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。

本发明实施例提供了一种裸眼3d沙盘显示系统，包括沙盘模型、裸眼3d显示设备以及移动终端，所述裸眼3d显示设备与所述移动终端进行无线通信；所述移动终端用于采集所述沙盘模型的图像信息，并将所述图像信息传送至所述裸眼3d显示设备进行显示。

实施本发明实施例的裸眼3d沙盘显示系统，裸眼3d显示设备可显示移动终端采集的沙盘模型的图像信息，使得观众能够观察到重构的三维图形，提高了观众对沙盘的体验效果。

请参考图1，是本发明第一实施例所提供的裸眼3d沙盘显示系统的结构示意图。如图所示，显示系统包括沙盘模型、裸眼3d显示设备100、移动终端200、处理终端300以及云服务器400。

所述裸眼3d显示设备100与所述移动终端200进行无线通信；所述移动终端200用于采集所述沙盘模型的图像信息，并将所述图像信息传送至所述裸眼3d显示设备100进行显示。具体地，移动终端200包括但不仅限于手机，用户可通过手机的摄像头拍摄沙盘模型的图像信息，并将图像信息传送至裸眼3d显示设备进行显示。

所述云服务器400用于存储沙盘数据库，所述沙盘数据库内包括但不仅限于多个建筑物名称、建筑物用途、建筑物高度、建筑物进度、建筑物竣工时间、建筑物承建单位以及建筑物设计单位等。具体地，用户可将多个建筑物名称、建筑物用途、建筑物高度、建筑物进度、建筑物竣工时间、建筑物承建单位以及建筑物设计单位等信息录入云服务器400进行存储，从而构成沙盘数据库。

所述移动终端200与所述云服务器400进行通信，用于从所述云服务器400处获取所述沙盘数据库。具体地，所述沙盘模型包括多个建筑物，每一建筑物处贴有二维码，所述移动终端200用于扫描所述二维码以从所述云服务器400处获取所述沙盘数据库。

所述处理终端300与所述移动终端200进行通信，用于：

接收用户的数据查询请求，根据所述数据查询请求从所述移动终端200处调用所述沙盘数据库进行查询以得到查询文本，对所述查询文本进行预处理，对查询文本的预处理结果进行分词得到受控词库，根据所述受控词库构建空间向量，依据所述空间向量实施聚类以及完成聚类评估获得数据查询请求的关键词；

根据所述关键词与预设的处理规则进行解析，查询所要进行可视化呈现的数据，将查询的结果集转为用于表示计算机图形的数据结构，以及通过图形渲染引擎对所述数据结构进行渲染，将渲染后的结果进行可视化展示。

为更好地理解本发明实施例，下面对处理终端300的具体工作流程进行详述：

s11，获取用户的数据查询请求，根据所述数据请求得到查询文本，对所述查询文本进行预处理，对查询文本的预处理结果进行分词得到受控词库，根据所述受控词库构建空间向量，依据所述空间向量实施聚类以及完成聚类评估获得数据查询请求的关键词；

其中若用户是输入的数据查询请求为文字则直接将文字作为查询文本，若用户输入的数据查询请求为语音，则通过语音转化为文字后作为查询文本。然后对所述查询文本进行预处理，所述预处理包括：准备被分析的文本、该文本对应的所属领域的领域词库；无关词去噪，根据所属领域词库对文本进行分词处理，找出文本实体，分词后的文本结合领域词库，进行过滤剔除无关和词语，构建出受控词库。

根据所述受控词库构建空间向量，维度应保持在10维度以下，以提升后续步骤中算法的性能，具体包括以下子步骤：

对所述文档中的每个文档，根据文档所属领域词库进行分词；

利用分词后的文档训练word2vec模型，得到所属领域词库的word2vec模型；

将每个文档中的每个所属的备选关键词代入所述目标领域的word2vec模型，得到每个文档中所属的备选关键词的若干维的词向量，具体方法如下：

由于每个词都对应一个词向量，v为维度，假设：

两个词的相似度正比于对应词向量的乘积，即：sin(v1，v2)＝v1·v2；

多个词v1～vn组成的一个所属领域词库用c来表示，其中称作所属领域词的中心向量；

在所属领域词库中出现备选关键词a，a的概率正比于能量因子e^-e(a,c),wheree＝-a·c，因此：其中v是整个词汇空间，即文档整体，引入函数：σ(x)＝1/1(1+e^-x)，得出：p(g/c)＝σ(-(h-g)·c)，然后继续拆分词汇空间递归的计算下去，最后只需要计算各关键词相似部分的向量差而已，其中每个子节点表示一个备选关键词，每个中间节点g或h的向量作为所有子向量的中心。

本发明中的聚类，是利用算法对多维空间词语聚类，当有指定关键词数目时，则在算法中使用该数目作为聚类数目；若没有指定关键词数目，则默认关键词数目为5个，所述算法描述如下：

关键词词库数目k以及包含n个备选关键词的数据集合；输出：满足目标函数值最小的k个聚类算法流程：

从n个备选关键词中任意选择k个备选关键词作为初始聚类中心；

根据每个聚类备选关键词的均值得到中心关键词，计算每个备选关键词与这些中心关键词的距离，并且根据最小距离，重新对相应关键词进行再次划分；

重新计算每个聚类关键词的均值，即中心关键词的均值，重复该步骤直至目标函数不再变化。

本发明中的所述的聚类评估，包括以下步骤：

剔除模糊词，处理过程中会剔除对多个质心距离均衡的词语点；

在每个聚类中，根据算法公式：进行计算。其中：q为该词语在词库的权重，n为空间维度数目，xi为该点第i维度值，xiz为质心点的第i维度值。l为最终修订后的最终距离，取该值最小的词语为该分类中的代表关键词；

取出离质心距离最近的词语，该词语作为最终关键词。

由于聚类算法会受到单位刻度的影响，首先会对该点的维度值进行标准化，即标准化后的值＝(标准化前的值－分量的均值)/分量的标准差，另外选择聚类算法测量的好处是，此算法不会受量纲的影响，两点之间的距离与原始数据的测量单位无关；由标准化数据和中心化数据(即原始数据与均值之差)计算出的二点之间的距离相同，同时此方法测量距离还可以排除变量之间的相关性的干扰。

更进一步地，聚类评估具体算法如下：

对选定的关键词数目为k，首先随机的将文档内容进行初步划分，然后采用迭代方法通过将聚类中心不断移动来尝试改进划分：

设备选关键词集合x＝{x1,x2,…,xn}，k个中心关键词分别是z1,z2,…,zk，用w(iz＝1,2,…,k)表示词语聚类的k个类别，有如下定义：

定义1两个备选关键词之间的欧式距离为：

定义2属于同一领域的备选关键词的算术平均为：；

定义3目标函数为：

由定义1.2.3得出质心距公式为：

取出离质心距离最近的词语，即l值最小的词语作为最终关键词；

将此词语在领域词库中的权重进行提升，对词库进行优化。

s12，根据所述关键词与预设的处理规则进行解析，查询所要进行可视化呈现的数据，将查询的结果集转为用于表示计算机图形的数据结构，以及通过图形渲染引擎对所述数据结构进行渲染，将渲染后的结果进行可视化展示。

其中，在将渲染后的结果进行可视化展示前还包括生成三维坐标空间，进一步地，生成三维坐标空间包括设置三维空间背景颜色和坐标系参数(坐标轴和网格面)。由于在三维空间中没有长度的标准，先设定一个标准长度l＝200，根据这个标准以及数据生成三维坐标空间：

判断数据是否提供整个三维空间背景颜色数据，是则采用数据提供的颜色，否则使用系统默认颜色，所述默认颜色可以根据实际需要进行设定，在此不做限定。

获取数据中x[min,max,number]，y[min，max，number]，z[min，max，number]坐标轴信息：分别判断获取x、y和z三轴中min和max绝对值最大的三个数[x1,y1,z1]，给三轴分别设置一个长度权重[xw，yw，zw]。

根据标准长度l计算三轴的长度权重[xw，yw，zw]，然后根据权重分别对三轴缩放，生成坐标系中的x轴，y轴，z轴；根据三轴的数据中的number生成网格面，如x[number](表示在[0，x1]分段)：在xy轴表示的平面画出平行于y轴的按number等分的在区间[-x1，x1]内的线，与平行于x轴的等分线相交为xy网格面。

其中，权重wk＝k1/l。(k＝x、y、z)

根据上述步骤，生成一个x、y和z三轴＝标准长度l，但分别表示[-x1，x1]，[-y1，y1]，[-z1，z1]的坐标系，以及根据分段数number生成的xy，xz，yz网格面(其中xz，yz面默认不显示)，最终生成三维坐标空间。

将接收到的数据进行一系列处理：

根据权重[xw，yw，zw]换算数据中每个点的坐标(pi＝[xi，yi，zi])在三维空间中的坐标ewp：

坐标ewp＝[xwxi，ywyi，zwzi]，(i＝1,2,3,…,n)。其中n为数据点的个数。

判断数据点的个数n初始化点的参数。如果n小于默认值1000,则采用系统默认的大小(默认为边长为5的立方体)和透明度(默认为1)、颜色(数据提供则采用数据提供的颜色)；如果n大于1000，则根据单位范围内的密度删减点数：

确定坐标空间等分数e，三维空间e等分后，每份为范围ri(i＝1,2,3,..,e)，确定每个范围ri内点的基数b。等分数e可取值为8、64、512。本实例中等分数e取默认值为512，基数b取默认值为10。

截取数据在单位范围ri内所有的点的集合datai，点集datai内点的个数为dli，计算单位范围ri内点的密度di。

密度di＝dli/b,(i＝1,2,3,…,e)。

根据范围ri内点密度di判断范围内的点的缩减程度：

当点的密度di大于1时，范围ri内的点缩减到8；当密度di小于1且大于0.6时，范围ri内的点缩减到6；密度di小于0.6则不缩减点的个数。缩减点是将ri内的点集datai删除多余的点，而只余8个或6个。具体是将点集datai8或6等分，取每等分的第一个点数据。

计算范围ri内的点的透明度oi和大小si：

其中s为点的默认大小。

根据上述步骤将数据点处理成为最多4096个点的不同透明度和大小(点越密集的部位点的大小越小且透明度越低)的新的数据集。

将经过上述处理好后的数据在初始化好的三维坐标系中显示，最后将整个场景在给定的容器中渲染。其中渲染是以“帧”为单位，每一秒渲染最高60帧，每一帧的渲染都会获取上一帧渲染的时间，使得视图能平滑的过渡，从而实现所述三维散点图的展示。

与用户交互控制时只需要鼠标滚轮前滚，缩小整个视图场景，当场景缩小到一定的位置时不再缩小；鼠标滚轮后滚，放大整个视图场景，同样当放大到一定的位置时不再放大；按住鼠标左键并移动，可以左右360度，上下180度旋转整个场景；按住鼠标右键并移动，可以平移整个场景；当用户控制操作时每一帧同样会获取上一帧渲染时间，使得整个视图的缩放、旋转、平移等操作能平滑的过渡，最终实现对视图场景的控制操作。

实施本发明实施例的裸眼3d沙盘显示系统，裸眼3d显示设备可显示移动终端采集的沙盘模型的图像信息，使得观众能够观察到重构的三维图形，提高了观众对沙盘的体验效果。此外，本实施例中，移动终端从云服务器处获取沙盘数据库，处理终端根据用户的数据查询请求调用沙盘数据库以实现对沙盘数据进行处理，得到可视化信息，并展示可视化信息，为用户决策提供参考。

相应地，在上述实施例所提供的裸眼3d沙盘显示系统的基础上，本发明实施例还提供了一种裸眼3d沙盘显示方法，该方法适用于前述的裸眼3d沙盘显示系统。请参考图2，方法包括：

所述移动终端采集沙盘模型的图像信息，并将所述图像信息传送至所述裸眼3d显示设备进行显示；

s101，移动终端接收用户的数据获取请求，并根据数据获取请求从云服务器处获取沙盘数据库；

s102，处理终端接收用户的数据查询请求，根据数据查询请求获取关键词。

具体地，处理终端接收用户的数据查询请求，根据数据查询请求从移动终端处调用沙盘数据库进行查询以得到查询文本，对查询文本进行预处理，对查询文本的预处理结果进行分词得到受控词库，根据受控词库构建空间向量，依据空间向量实施聚类以及完成聚类评估获得数据查询请求的关键词；

s103，处理终端根据关键词得到可视化数据，并进行展示。

具体地，处理终端根据关键词与预设的处理规则进行解析，查询所要进行可视化呈现的数据，将查询的结果集转为用于表示计算机图形的数据结构，以及通过图形渲染引擎对所述数据结构进行渲染，将渲染后的结果进行可视化展示。

具体地，所述沙盘模型包括多个建筑物，每一建筑物处贴有二维码，所述移动终端根据所述数据获取请求从所述云服务器处获取沙盘数据库，具体包括：

所述移动终端根据所述数据获取请求扫描所述二维码以从所述云服务器处获取所述沙盘数据库。

需要说明的是，关于步骤s102和s103的具体流程，请参考前述实施例的描述，在此不再赘述。

实施本发明实施例的裸眼3d沙盘显示方法，裸眼3d显示设备可显示移动终端采集的沙盘模型的图像信息，使得观众能够观察到重构的三维图形，提高了观众对沙盘的体验效果。此外，本实施例中，移动终端从云服务器处获取沙盘数据库，处理终端根据用户的数据查询请求调用沙盘数据库以实现对沙盘数据进行处理，得到可视化信息，并展示可视化信息，为用户决策提供参考。

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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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以权利要求的保护范围为准。