IOKING军队指挥控制交互式电子沙盘技术方案
2017-09-12 10:36:15

1 、 概述

指挥控制电子沙盘是基于我公司Sim Tab交互式电子沙盘系统平台构建,集先进的地理信息技术、虚拟现实技术、人机交互技术为一体,以全球卫星影像数据为基础,叠加真实的多级精度的三维地理信息数据及局部重点区域高精度建模构建仿真环境。辅以强大的三维GIS功能、丰富的矢量数据,满足各类突发事件的应急指挥、辅助决策等需要。

本方案是指挥控制电子沙盘系统的基础版方案。系统采用模块化设计,可以针对用户需求进行系统及功能拓展。 

2、软件系统架构

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指挥控制电子沙盘系统架构图

Ø    应用层

三维可视化软件分系统业务应用层主要包括:地理信息显示、场景漫游、三维模型部署、军标图库、多媒体功能、预案管理、地理热点、分析量算、电子白板等电子沙盘基础功能。

Ø    引擎层

引擎层是基于地理信息系统、视景仿真、可视化等技术的数据可视化开发平台,可为各业务专业可视化应用系统提供完整的可视化系统构建、运行系统管理、运行支持。

Ø    数据层

软件分系统内部管理的各种数据资源,主要包括:地形资源数据、三维模型数据、系统参数配置数据等。

3、系统功能设计

指挥控制电子沙盘系统可以通过同步系统实现分布式部署,可以支持多人顺畅和实时地操作使用,可以通过权限管理模块实现对操作人员操作权限的划分。

3.1数字地球显示

数字地球显示是指挥控制电子沙盘系统的基础支撑功能模块。以数字星球为基础,可加载真实的、大范围的、高精度的地理信息数据,并能够加载三维建筑模型及二维矢量电子地图,创建出真实的三维虚拟环境。支持多级混合精度的三维地理数据,不同地区可根据需求加载不同精度的地形数据。

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数字地球示意图

3.2   场景漫游

(1)自动漫游模式用户可以自定义漫游路径及方向,漫游路径可以在屏幕上手工绘制调整,可以实现任意形式的漫游(包括旋转、环绕等形式)。

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自动漫游示意图

(2)手动漫游模式

根据用户的需要,还也可以切换到手动漫游的方式,用户可以通过鼠标或键盘来操作控制,进行放大缩小、拉近、旋转等操作。

3.3   兴趣点

支持在地图上标注兴趣点,高亮显示,并以文本方式显示兴趣点相关信息

3.4   图层管理

提供图层管理功能,用户可以控制不同图层的显隐控制。在此系统中将图层划分为:基础地理信息图层(如:国界、省界、市界、道路、交通等)、整体态势层、监控设备层、告警数据层等。

图层管理窗口可以由用户在使用中拖曳放置,可以在任意位置。三维场景中地名显示及其它地理信息显示形式可以由用户在场景编辑软件中自定义字体、大小、颜色等信息。

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图层管理示意图

3.5   三维模型部署

三维模型部署功能主要用于指挥人员根据突发事件处理的需要,在地图上进行部署模型及符号,主要包括:三维实体类型对象、符号类型对象。通过鼠标或触摸操作可以方便将三维模型等布置到虚拟现实环境中,并提供对象增删、配置关联信息、显示隐藏等功能。模型对象窗口可以由用户自行确定放置位置,可以导入3DMAX等第三方软件做作的模型。

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三维模型部署示意图

3.6   军标图库

支持军标符号的添加、删除及管理等功能,支持在已有的军标图库中点选各类军标符号快速部署到三维场景中,支持对军标符号进行位移、方向、俯仰、滚转等操作控制。

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                     军标部署示意图

3.7   地理热点

用户可以把三维场景内的重点区域设置为热点,并能够通过热点导引快速漫游到该区域,实现热点之间的快速切换,快速的获取不同热点的信息。

主要功能包括:添加热点、删除热点。支持用户自定义热点分组显示。能够实现分页显示多个热点。可以拖放在桌面上实现快速切换热点区域。

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地图热点示意图

3.8   预案管理

系统提供预案配置管理功能,可以选择路线编辑设置起点时间、漫游速度、匹配目标对象,关联视频、图片、文字等多媒体信息生成推演方案。推演功能可用于对预先规划的行动方案按时序生成推演演示过程,并控制演示规划方案。

ü 系统提供对预案的快放、慢放、暂停、关键点播放、分段播放等;

ü关键点标记:对比较感兴趣的关键点进行标记,并将这些关键点在时间轴上表示出来,用户通过拖动时间轴切换到相应的关键点观看预案播放的情况;

ü分段展示:对于较长的预案,我们也许并不需要观看它的全部内容,我们只需标记关键点,将预案分为若干段,只对其中的一段预案进行展示。

u提供预案保存功能,根据用户需求定制,预案可以存放在本地文件系统也可以存放在服务器数据库内。

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预案推演示意图

3.9   分析量算

系统提供了测高、距离量算、面积量算、方位角、通视等分析量算功能,为指挥控制人员提供辅助决策支持。

在电子地图上进行取点、距离、面积、方位角、通视的量算及路径规划。在突发事件发生时,能够根据前方上报的坐标值快速定位突发事件点的位置,快速规划出最短路径或最优路径,根据事件的等级估算影响区域的面积,通过距离测算为指挥决策人员提供帮助。

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路径搜索                 方位角测算

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面积测算                  通视分析

3.10    电子白板

为了方便用户进行标绘讨论,提供电子白板功能以便用户以当前三维场景为背景进行手写等各种形状,不同粗细和颜色的标注,进行意图表达,草图制作。具体支持的标绘功能如下:

圆形绘制:绘制圆形图元;

矩形绘制:绘制矩形图元;

画笔绘制:画笔功能;

线段绘制:绘制起点到终点的直线段;

画笔调色:设置绘制图元颜色;

画笔粗细:设置绘制图元线条粗细。

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电子白板效果示意图

3.11 多媒体应用

系统支持导入图片、视频、文档、电子书等多媒体内容,可以为园区规划展示、园区招商引资等提供多样丰富的展示内容。

Ø 支持PPT、word等文本播放;

Ø 支持bmp、jpg、gif等通用格式图片播放;

Ø 支持rm、rmvb、mpg、wmv、avi等格式视频播放;

Ø 支持电子书播放。

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        4 、系统关键技术
       4.1  Sim3D视景仿真引擎

Sim3D视景仿真引擎是针对工业、装备研制、科学实验、模拟训练等行业应用设计开发的功能强大的真实-实时三维可视化引擎。Sim3D视景仿真引擎具有接近真实的表现效果、优异的性能、支持无限场景和细节等独特的特性,并提供面向对象脚本、场景编辑器等开发工具,能够为快速创建视景仿真、指挥态势、模拟训练专业应用软件提供有力支持。

  4.1.1 平台特性

(1) 逼真视觉效果

Sim3D影像生成器应用精密Shading光照模型、精密大气模型、高级特效、仿生处理过程(life-like post-processing)技术使三维场景输出都能达到照片级逼真视觉效果。

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图 22 Sim3D渲染效果图

(2)构建模拟仿真和视景仿真

Sim3D技术性能和可视化效果多年来在不同仿真模拟训练、可视化和视景仿真项目得到检验。

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图 23 Sim3D渲染效果图

(3) 性能和可伸缩性

通过长时间大量应用证实Sim3D适合多种不同硬件配置的平台,达到极佳的效果。

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图 24 Sim3D渲染效果图

(4)大规模场景

由于Sim3D支持双精度浮点数坐标系因此可以处理空前规模的虚拟世界,具有广阔的植被系统、高级多细节层次系统、高速光照数据。

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图 25 Sim3D渲染效果图

(5)灵活性

真实的多目标框架成果地应用于多种不同的领域,源于拥有强大的API、插件架构、开放的数据格式。

(6)完整的框架

为交互式实时三维应用提供完成功能特性的统一平台,包含:图像生成、场景管理、全特性物理引擎、动画系统、声效、输入设备、GUI及工具等。

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图 26 Sim3D渲染效果图

 4.1.2 平台功能

(1)支持逼真的三维视景效果;

(2)支持物理引擎,具有碰撞检测功能;

(3)支持立体云、雾、雨、雪、海水等自然环境仿真效果;

(4) 提供常用的多精度武器装备三维模型;

(5) 支持实时多通道和立体显示;

(6) 支持头盔、姿态传感器等虚拟现实外设。

4.2  SimPlanet数字星球引擎

SimPlanet 数字星球引擎是一套优秀的实时三维数字地球平台软件。凭借其创新的数据管理技术和三维数字化显示技术,利用海量的数字影像数据、数字高程数据构建虚拟现实世界的三维场景。它能够很好地支持全球态势、航天、海洋等应用,为多种多样的行业应用提供逼真显示效果、高实时性、易用的三维地理信息支持平台。

4.2.1 平台特性

(1)实时数字地球引擎

SimPlanet数字星球引擎采用集约化数据管理方式构建本地地理数据集,能够为客户提供高性能、高实时性数字地球可视化显示。

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图 27数字星球

(2)照片级仿真效果

SimPlanet数字星球引擎利用高精度Shading、快速法线、实时高程网格生成等技术,实现高精度、照片级渲染输出效果。

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图 28照片级仿真效果

(3)大规模多级嵌套

采用独一无二的结构化地形、影像模型,支持PB级大规模地形并支持多级精度嵌套地形影像数据,可支持0.1米分辨率(支持无限细节)的正射影像数据,具有更加广泛应用场景。

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图 29高精度地形加载

4.2.2  平台功能

(1) 依据卫星影像数据,实时、逼真的再现全球地形地貌;

(2) 所见即所得的地形编辑,创建任意所需的地形;

(3) 二维矢量数据实时叠加显示,二三维信息融为一体;

(4) 根据矢量数据,快速、高效的生成大规模道路;

(5) 实时晕渲显示,更为直观的表现全局态势。

4.3  SimVIZ可视化仿真框架

SimVIZ可视化仿真平台针对虚拟现实、试验数据监控、指挥控制等行业应用而设计的应用程序框架。SimVIZ可视化仿真平台应用开放体系架构实现数据驱动管理、运行管理、运行支持等核心功能,为开发试验数据监控、仿真模拟训练等专业应用系统提供一整套灵活的API和辅助工具。

4.3.1平台特性

(1)开放和良好的伸缩性

采用开放式架构设计理念并提供基于插件的功能组件结构,系统具有良好的适应性、灵活性和可扩展性,能良好地支持不同规模、复杂度的可视化仿真应用开发。

(2)灵活性

实现了灵活的面向对象脚本引擎,采用经过大量验证的对象属性、行为扩展架构支持灵活实现和扩展虚拟世界对象,可以保证开发形成的资源可继承和复用。

针对实时数据监控、模拟训练、指控等应用并结合实时分布式系统需求,提供对HLA/RTI、DDS、CORBA等实时分布式协议的支持。

(3)良好的易用性

针对虚拟现实、试验数据可视化、仿真模拟训练等应用提供场景编辑、对象编辑、场景部署、虚拟仪表编辑等完整的配套工具软件,能够有效提高用户开放各种仿真应用软件效率。

(4)支持CAD/CAE工业标准数据

SimVIZ提供的模型编辑软件可以导入多种CAD、CAE设计软件输出的模型,支持:3DSMax、Maya、Pro/E、Catia、SolidWorks等工业标准数据格式,能够方便整合利用多种专业工具三维模型,可更好提升投资价值,并具有广泛的应用空间。

4.3.2 平台功能

(1)提供糅合多种表现方式的可视化仿真开发平台;

(2)提供基于虚拟仪表、三维视景等表现方式的一体化开发工具;

(3)提供可视化方式的逻辑算法编辑器,方便设置各种表现对象的属性和行为动作;

(4)提供C++脚本技术支持从底层对象行为属性到上层应用开发;

(5) 提供标准的扩展接口支持各类设备、协议等接入平台应用。

5 、系统特性

(1)全面直观的效果呈现

利用二、三维虚拟现实技术,将大量复杂的数据经过分析处理,简洁明了地呈现出来。

(2)高逼真度的三维效果

系统能够提供照片级的逼真三维可视化效果、三维虚拟场景仿真效果;

(3)多方位态势呈现

系统不仅能够展示出整体场景态势,还能快速定位到局部热点场景;

(4)快速准确的信息提供

快速提供关键有效的信息,便于领导科学、准确地做出决策;

(5) 完美无缝的系统融合

和其他生产系统完美对接,实现多层次多视角的运行管理维护;

(6)丰富强大的功能组合

模块化设计,提供了诸多功能集合,完全根据用户需要自行组合。

6 、主要技术指标

1、三维图影像精度最高支持0.1米及以上,矢量数据支持1:2000及以上;

2、提供地形生成工具,利用GeoTiff格式的原始高程和卫片创建生成三维地形;

3、支持混合显示不同层之间的卫片数据;可以设置不同层数据在主界面上的显示顺序;

4、支持加载上次场景中生成的XML配置文件,支持地形数据、影像数据更新;同时支持继续上次中断的地形数据生成工作;

5、系统支持CGS2000和WGS84大地基准;

6、支持多种图形系统API(支持DirectX 9 / 10的DirectX / DirectX的11 / OpenGL的)渲染;完整支持64位操作系统;

7、支持各种声音和音乐的虚拟环境;支持流媒体播放功能。

8、三维视景显示刷新率不低于每秒25帧,显示的速率与真实驱动数据的生成和提供的速率无关;

9、用户界面操作响应连续顺畅,无后台读写请求的单次操作响应不大于1s;

10、网络畅通的条件下协作讲评端显示主讲评端桌面内容的时间延迟不大于5s

7 、系统配置

系统软件需要如下的运行环境:

软件

要求

操作系统

Win7   64位操作系统

多媒体支持

Microsoft   DirectX9.0c及以上

 

索取本方案详细资料,编辑部为您快递或EM(仅限国防行业读者)!

 

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