野战“活点”三维电子沙盘

苏欣+孙文杰+李秋宇+彭斯敢

摘 要：融便携性、交互性及保密性于一体的三维电子沙盘由智能玻璃、红外触控边框、投影设备、计算机等组成，智能玻璃作为投影展示平台，可实现透明度连续调节，安全保密性好；而通过触控边框可实现沙盘软件的人机交互；基于Skyline系列软件二次开发设计了三维“活点”沙盘。该野战“活点”沙盘具有触控交互功能，能通过单双击、拖拉即控制对象的放大缩小和视角切换。沙盘也能提供真实质感的三维地形场景及准确的地形数据库，可实现网络实时发布与访问。“活点”沙盘支持对象编辑及动态标绘，以形象直观的方式展示战术需求，通过3D动态对象引导、声音及特性渲染，直观显示战场态势。“活点”沙盘结合物联网、卫星通信可实现全球信息栅格管理，可用于战役、演习、抢险救灾等活动的指挥调控。野战“活点”沙盘，满足信息化战争需求，具有显著的军事价值和推广意义。

关键词：野战；三维沙盘；物联网

1 作品介绍

沙盘是战争中必备的军事要素，但传统沙盘搭建费时费力、地理信息量小、模型精度低，难以适应野战条件，无法满足信息化作战需求。为此，本作品开发了融便携性、交互性及保密性于一体的三维电子沙盘。

野战“活点”沙盘，选用电控液晶调光膜与钢化玻璃结合的高科技产品——智能玻璃，通过电控调节智能玻璃的工作电压，控制其液晶膜高分子晶元的排列顺序，实现透明度调节，当液晶膜无色透明时，投影内容无法显示（作为电子沙盘的显示媒介，智能玻璃不包含任何涉密信息）。具有强度高、透明度连续调节、防视频侦测等特点，安全保密性好。

采用红外触控边框对智能玻璃进行加装改造，实现多点触摸控制。“活点”沙盘具有良好的触控交互功能，通过单双击、拖拉即可控制对象的放大缩小、视角切换，能够以不同比例、任意视角对沙盘进行全方位的浏览，即“活点”触控功能。

采用Skyline三维数字地球平台，运用TerraBuilder软件通过对航空影像、卫星图片、数字高程模型以及矢量地理数据的叠加，构建精确的三维地形数据库，渲染生成真实质感的三维地形。基于Terraexplorer实现空间数据的编辑处理，通过二次开发设计三维“活点”沙盘。

2 技术原理说明

2.1 智能玻璃

智能电控液晶调光膜主要由液晶微粒和透明金属氧化材质组成，断电时，液晶膜中的高分子液晶材料无序排列，光线无法穿透玻璃，看到的是乳白色的不透明状态，通电时，玻璃中的高分子液晶材料有序排列，光线穿透玻璃，看到的是无色的透明状态。其主要功能如下：

（1）隐私保护功能：智能调光玻璃的最大功用是隐私保护功能，可以随时控制玻璃的透明不透明状态；

（2）投影功能：智能调光玻璃还是一款非常优秀的投影硬屏，在光线适宜的环境下，投影效果非常出众；

（3）具备安全玻璃的一切优点，包括破裂后防止碎片飞溅的安全性能，抗打击强度好、隔音、隔热、隔99%以上的紫外线；

（4）安全性：由于采用了夹层玻璃的制程，调光玻璃中的胶片可将玻璃牢固粘结，可使调光玻璃在受到冲击破碎时，玻璃碎片粘在中间的胶片上，不会出现玻璃碎片飞溅伤人；

（5）环保特性：调光玻璃中间的调光膜及胶片断电时，调光膜可以控制可见光在10%～14%，隔离紫外线95%～99%，隔离红外线75%～80%，通电时，可见光可以控制在60%～64%，隔离紫外线70%～80%，隔离红外13%～20% 。屏蔽红外线减少热辐射及传递。而屏蔽紫外，可保护室内的陈设不因紫外辐照而出现退色、老化等情况，保护人员不受紫外线直射而引起的疾病；

（6）隔音特性：调光玻璃中间的调光膜及胶片具有声音阻尼作用，可有效阻隔各类噪音。

2.2 红外多点触控屏边框技术

超薄红外触摸屏边框，包括围在触摸显示屏四周的4条红外边框，所述红外边框的空腔中设置有与触摸显示屏垂直的电路板，电路板上焊接有一排红外发射元件或红外接收元件，所述红外发射元件或红外接收元件通过红外边框壁紧贴在触摸显示屏表面上，所述红外边框在红外发射元件或红外接收元件的前方设置有一个透光通道，所述透光通道口处设置有一条红外滤光条。本实用新型采用电路板垂直设计，降低了红外边框的高度，使边框外形看上去更加美观轻巧；并设置有透光通道和红外滤光条，减少了外界光干扰。

红外多点触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测操作者的触摸动作的。红外多点触摸屏需要在显示器的前面安装了一个电路板外框，电路板在屏幕四边布置有红外发射管和红外接收管一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。

红外多点触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测操作者的触摸动作的。红外多点触摸屏需要在显示器的前面安装了一个电路板外框，电路板在屏幕四边布置有红外发射管和红外接收管一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。任何不透光的物体都可改变触点上的红外线而实现多点触摸屏操作。

多重触控的任务可以分解为两个方面的工作，一是同时采集多点信号；二是对每路信号的意义进行判断，也就是所谓的手势识别。与只能接受单点输入的触摸技术相比，多重触控技术允许用户在多个地方同时触摸显示屏控制工程网版权所有，以便能够对网页或图片进行伸缩和旋转等操作。

为了实现多点触控功能，多重触控屏与单点触摸屏采用了完全不同的结构。从屏幕的外部看，单点触摸屏只有很少几根信号线（一般为4 Pin或者5 Pin），而触多重触控屏有很多引线；从内部看，单点触摸屏的导电层只是一个平板，而多重触控屏则是平板上划分出许许多多相对独立的触控单元，每个触控单元通过独立的引线连接到外部电路，所有触控单元在板子上呈矩阵排列。

这样，当用户的手指触摸到屏幕上的某个部位时，会从相应的检测线输出信号。手指移动到另一个部位时，又会从另外的检测线输出信号。

大家知道，在围棋的棋盘上横竖各有19道线，最多可以放得下19×19=361个棋子。我们的问题与此相似，多重触摸屏上纵横交错的检测线有许许多多的交汇点，照理说每个交汇点都可以作为触摸点。仅从触摸屏方面来看，确实可以支持非常多的触摸点。实际能支持几个触摸点，最终还由DSP芯片以及软件来决定。

2.3 Skyline系列软件

Skyline是一套优秀的三维数字地球平台软件。凭借其国际领先的三维数字化显示技术，它可以利用海量的遥感航测影像数据、数字高程数据以及其他二三维数据搭建出一个对真实世界进行模拟的三维场景。目前在国内，它是制作大型真实三维数字场景的首选软件。主要有如下优点：

（1）产品线齐全，涵盖了三维场景的制作，网络发布，嵌入式二次开发整个流程；

（2）支持多种数据源的接入，其中包括WFS、WMS、GML、KML、Shp、SDE、Oracle、Excel、3DMX、sketch up等，方便信息集成；

（3）通过流访问方式可集成海量的数据量，它可制作小到城市，大到全球的三维场景；

（4）飞行漫游运行流畅，具有良好的用户体验；

（5）支持在网页上嵌入三维场景，制作网络应用程序。

SkylineTerrasuite主要包含以下几类产品：其一是TerraBuilder；其二是融合海量的遥感航测影像数据、高程和矢量数据以此来创建有精确三维模型景区的地形数据库；其三是TerraExplorer，它是一个桌面工具应用程序，使得用户可以浏览、分析空间数据，并对其进行编辑，添加二维或者是三维的物体、路径、场所以及地理信息文件。TerraExplorer与TerraBuilder所创建的地形库相连接，并可以在网络上直接加入GIS层。另外，TerraGate是一个发布地形数据库的服务器，允许用户通过网络来访问地形数据库。

3 作品创新点和应用前景

本作品的创新点是将物联网运用到军事领域，是对现有技术的一次运用创新，将多项高新技术以及软件的二次开发结合起来。

当前，我军国防和军队建设的近期目标是在2020年基本实现机械化，信息化进程取得较大发展。毋庸置疑，我国将投入大量的国防资金用以于军队的信息化建设。而本作品集指挥控制能力、信息传输能力、情报获取能力、组织协调能力、分析判断能力于一体，能满足信息化战争战场要求；并且，在未来的信息化作战条件下，电子沙盘将承担十分重要的作用。

本沙盘能为抗灾救灾工作提供前期预警和专业的地理地形数据分析，能大大的减少人力物力的投入，极大地提高抗灾救灾效率。在平时的物流调度中，物流公司能够通过本作品准确及时的了解仓储和物流情况，极大地避免由人为操作带来的损失，合理的安排运力调度，为公司节约大量资金以赚取最大利益。