野戰(zhàn)“活點”三維電子沙盤

蘇欣+孫文杰+李秋宇+彭斯敢

摘 要：融便攜性、交互性及保密性于一體的三維電子沙盤由智能玻璃、紅外觸控邊框、投影設(shè)備、計算機等組成，智能玻璃作為投影展示平臺，可實現(xiàn)透明度連續(xù)調(diào)節(jié)，安全保密性好；而通過觸控邊框可實現(xiàn)沙盤軟件的人機交互；基于Skyline系列軟件二次開發(fā)設(shè)計了三維“活點”沙盤。該野戰(zhàn)“活點”沙盤具有觸控交互功能，能通過單雙擊、拖拉即控制對象的放大縮小和視角切換。沙盤也能提供真實質(zhì)感的三維地形場景及準(zhǔn)確的地形數(shù)據(jù)庫，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實時發(fā)布與訪問?！盎铧c”沙盤支持對象編輯及動態(tài)標(biāo)繪，以形象直觀的方式展示戰(zhàn)術(shù)需求，通過3D動態(tài)對象引導(dǎo)、聲音及特性渲染，直觀顯示戰(zhàn)場態(tài)勢?！盎铧c”沙盤結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信可實現(xiàn)全球信息柵格管理，可用于戰(zhàn)役、演習(xí)、搶險救災(zāi)等活動的指揮調(diào)控。野戰(zhàn)“活點”沙盤，滿足信息化戰(zhàn)爭需求，具有顯著的軍事價值和推廣意義。

關(guān)鍵詞：野戰(zhàn)；三維沙盤；物聯(lián)網(wǎng)

1 作品介紹

沙盤是戰(zhàn)爭中必備的軍事要素，但傳統(tǒng)沙盤搭建費時費力、地理信息量小、模型精度低，難以適應(yīng)野戰(zhàn)條件，無法滿足信息化作戰(zhàn)需求。為此，本作品開發(fā)了融便攜性、交互性及保密性于一體的三維電子沙盤。

野戰(zhàn)“活點”沙盤，選用電控液晶調(diào)光膜與鋼化玻璃結(jié)合的高科技產(chǎn)品——智能玻璃，通過電控調(diào)節(jié)智能玻璃的工作電壓，控制其液晶膜高分子晶元的排列順序，實現(xiàn)透明度調(diào)節(jié)，當(dāng)液晶膜無色透明時，投影內(nèi)容無法顯示（作為電子沙盤的顯示媒介，智能玻璃不包含任何涉密信息）。具有強度高、透明度連續(xù)調(diào)節(jié)、防視頻偵測等特點，安全保密性好。

采用紅外觸控邊框?qū)χ悄懿ＡнM行加裝改造，實現(xiàn)多點觸摸控制?！盎铧c”沙盤具有良好的觸控交互功能，通過單雙擊、拖拉即可控制對象的放大縮小、視角切換，能夠以不同比例、任意視角對沙盤進行全方位的瀏覽，即“活點”觸控功能。

采用Skyline三維數(shù)字地球平臺，運用TerraBuilder軟件通過對航空影像、衛(wèi)星圖片、數(shù)字高程模型以及矢量地理數(shù)據(jù)的疊加，構(gòu)建精確的三維地形數(shù)據(jù)庫，渲染生成真實質(zhì)感的三維地形?；赥erraexplorer實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的編輯處理，通過二次開發(fā)設(shè)計三維“活點”沙盤。

2 技術(shù)原理說明

2.1 智能玻璃

智能電控液晶調(diào)光膜主要由液晶微粒和透明金屬氧化材質(zhì)組成，斷電時，液晶膜中的高分子液晶材料無序排列，光線無法穿透玻璃，看到的是乳白色的不透明狀態(tài)，通電時，玻璃中的高分子液晶材料有序排列，光線穿透玻璃，看到的是無色的透明狀態(tài)。其主要功能如下：

（1）隱私保護功能：智能調(diào)光玻璃的最大功用是隱私保護功能，可以隨時控制玻璃的透明不透明狀態(tài)；

（2）投影功能：智能調(diào)光玻璃還是一款非常優(yōu)秀的投影硬屏，在光線適宜的環(huán)境下，投影效果非常出眾；

（3）具備安全玻璃的一切優(yōu)點，包括破裂后防止碎片飛濺的安全性能，抗打擊強度好、隔音、隔熱、隔99%以上的紫外線；

（4）安全性：由于采用了夾層玻璃的制程，調(diào)光玻璃中的膠片可將玻璃牢固粘結(jié)，可使調(diào)光玻璃在受到?jīng)_擊破碎時，玻璃碎片粘在中間的膠片上，不會出現(xiàn)玻璃碎片飛濺傷人；

（5）環(huán)保特性：調(diào)光玻璃中間的調(diào)光膜及膠片斷電時，調(diào)光膜可以控制可見光在10%～14%，隔離紫外線95%～99%，隔離紅外線75%～80%，通電時，可見光可以控制在60%～64%，隔離紫外線70%～80%，隔離紅外13%～20% 。屏蔽紅外線減少熱輻射及傳遞。而屏蔽紫外，可保護室內(nèi)的陳設(shè)不因紫外輻照而出現(xiàn)退色、老化等情況，保護人員不受紫外線直射而引起的疾?。?/p>

（6）隔音特性：調(diào)光玻璃中間的調(diào)光膜及膠片具有聲音阻尼作用，可有效阻隔各類噪音。

2.2 紅外多點觸控屏邊框技術(shù)

超薄紅外觸摸屏邊框，包括圍在觸摸顯示屏四周的4條紅外邊框，所述紅外邊框的空腔中設(shè)置有與觸摸顯示屏垂直的電路板，電路板上焊接有一排紅外發(fā)射元件或紅外接收元件，所述紅外發(fā)射元件或紅外接收元件通過紅外邊框壁緊貼在觸摸顯示屏表面上，所述紅外邊框在紅外發(fā)射元件或紅外接收元件的前方設(shè)置有一個透光通道，所述透光通道口處設(shè)置有一條紅外濾光條。本實用新型采用電路板垂直設(shè)計，降低了紅外邊框的高度，使邊框外形看上去更加美觀輕巧；并設(shè)置有透光通道和紅外濾光條，減少了外界光干擾。

紅外多點觸摸屏是利用X、Y方向上密布的紅外線矩陣來檢測操作者的觸摸動作的。紅外多點觸摸屏需要在顯示器的前面安裝了一個電路板外框，電路板在屏幕四邊布置有紅外發(fā)射管和紅外接收管一一對應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣。

紅外多點觸摸屏是利用X、Y方向上密布的紅外線矩陣來檢測操作者的觸摸動作的。紅外多點觸摸屏需要在顯示器的前面安裝了一個電路板外框，電路板在屏幕四邊布置有紅外發(fā)射管和紅外接收管一一對應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時，手指就會擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點在屏幕的位置。任何不透光的物體都可改變觸點上的紅外線而實現(xiàn)多點觸摸屏操作。

多重觸控的任務(wù)可以分解為兩個方面的工作，一是同時采集多點信號；二是對每路信號的意義進行判斷，也就是所謂的手勢識別。與只能接受單點輸入的觸摸技術(shù)相比，多重觸控技術(shù)允許用戶在多個地方同時觸摸顯示屏控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，以便能夠?qū)W(wǎng)頁或圖片進行伸縮和旋轉(zhuǎn)等操作。

為了實現(xiàn)多點觸控功能，多重觸控屏與單點觸摸屏采用了完全不同的結(jié)構(gòu)。從屏幕的外部看，單點觸摸屏只有很少幾根信號線（一般為4 Pin或者5 Pin），而觸多重觸控屏有很多引線；從內(nèi)部看，單點觸摸屏的導(dǎo)電層只是一個平板，而多重觸控屏則是平板上劃分出許許多多相對獨立的觸控單元，每個觸控單元通過獨立的引線連接到外部電路，所有觸控單元在板子上呈矩陣排列。

這樣，當(dāng)用戶的手指觸摸到屏幕上的某個部位時，會從相應(yīng)的檢測線輸出信號。手指移動到另一個部位時，又會從另外的檢測線輸出信號。

大家知道，在圍棋的棋盤上橫豎各有19道線，最多可以放得下19×19=361個棋子。我們的問題與此相似，多重觸摸屏上縱橫交錯的檢測線有許許多多的交匯點，照理說每個交匯點都可以作為觸摸點。僅從觸摸屏方面來看，確實可以支持非常多的觸摸點。實際能支持幾個觸摸點，最終還由DSP芯片以及軟件來決定。

2.3 Skyline系列軟件

Skyline是一套優(yōu)秀的三維數(shù)字地球平臺軟件。憑借其國際領(lǐng)先的三維數(shù)字化顯示技術(shù)，它可以利用海量的遙感航測影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)以及其他二三維數(shù)據(jù)搭建出一個對真實世界進行模擬的三維場景。目前在國內(nèi)，它是制作大型真實三維數(shù)字場景的首選軟件。主要有如下優(yōu)點：

（1）產(chǎn)品線齊全，涵蓋了三維場景的制作，網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，嵌入式二次開發(fā)整個流程；

（2）支持多種數(shù)據(jù)源的接入，其中包括WFS、WMS、GML、KML、Shp、SDE、Oracle、Excel、3DMX、sketch up等，方便信息集成；

（3）通過流訪問方式可集成海量的數(shù)據(jù)量，它可制作小到城市，大到全球的三維場景；

（4）飛行漫游運行流暢，具有良好的用戶體驗；

（5）支持在網(wǎng)頁上嵌入三維場景，制作網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。

SkylineTerrasuite主要包含以下幾類產(chǎn)品：其一是TerraBuilder；其二是融合海量的遙感航測影像數(shù)據(jù)、高程和矢量數(shù)據(jù)以此來創(chuàng)建有精確三維模型景區(qū)的地形數(shù)據(jù)庫；其三是TerraExplorer，它是一個桌面工具應(yīng)用程序，使得用戶可以瀏覽、分析空間數(shù)據(jù)，并對其進行編輯，添加二維或者是三維的物體、路徑、場所以及地理信息文件。TerraExplorer與TerraBuilder所創(chuàng)建的地形庫相連接，并可以在網(wǎng)絡(luò)上直接加入GIS層。另外，TerraGate是一個發(fā)布地形數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器，允許用戶通過網(wǎng)絡(luò)來訪問地形數(shù)據(jù)庫。

3 作品創(chuàng)新點和應(yīng)用前景

本作品的創(chuàng)新點是將物聯(lián)網(wǎng)運用到軍事領(lǐng)域，是對現(xiàn)有技術(shù)的一次運用創(chuàng)新，將多項高新技術(shù)以及軟件的二次開發(fā)結(jié)合起來。

當(dāng)前，我軍國防和軍隊建設(shè)的近期目標(biāo)是在2020年基本實現(xiàn)機械化，信息化進程取得較大發(fā)展。毋庸置疑，我國將投入大量的國防資金用以于軍隊的信息化建設(shè)。而本作品集指揮控制能力、信息傳輸能力、情報獲取能力、組織協(xié)調(diào)能力、分析判斷能力于一體，能滿足信息化戰(zhàn)爭戰(zhàn)場要求；并且，在未來的信息化作戰(zhàn)條件下，電子沙盤將承擔(dān)十分重要的作用。

本沙盤能為抗災(zāi)救災(zāi)工作提供前期預(yù)警和專業(yè)的地理地形數(shù)據(jù)分析，能大大的減少人力物力的投入，極大地提高抗災(zāi)救災(zāi)效率。在平時的物流調(diào)度中，物流公司能夠通過本作品準(zhǔn)確及時的了解倉儲和物流情況，極大地避免由人為操作帶來的損失，合理的安排運力調(diào)度，為公司節(jié)約大量資金以賺取最大利益。