基于多媒体电子沙盘上位机控制软件的应用

郑煜，马新春，曹俊江

（新疆电子研究所有限公司研发中心，乌鲁木齐830013）

随着社会科技、文化的不断发展，仅仅依赖传统的沙盘已经不能满足人们看历史，看变化，看发展等多角度观察事物对象的需要。先进的计算机技术和光学成像技术，给人们提供了从虚拟的画面效果多个角度观察事物的途径[1-4]。多媒体电子沙盘，能获得丰富的动态展示效果[5]，使参观者达到视觉上的享受，也能真实的、全面了解到所展示对象的各项特征，这对于参观者来说是一种全新的体验。这其中必不可少了多媒体电子沙盘上位机控制软件对设备内容的管理和调用。现如今，电子沙盘由于其科技含量较高，在一些领域已经在非常普遍的应用，比如在城市规划、建筑设计，室内设计，园林规划，古迹复原、虚拟旅游、数字展馆、产品互动演示、文物数字化建设等领域的应用已卓有成效。

1 电子沙盘

电子沙盘（Electronic Sand Table）又被称为数字沙盘（Digital Sand Table）或虚拟沙盘（Virtual Sand Table），虚拟三维电子沙盘系统的实现，取代了传统的实物沙盘和平面矢量地图系统，可以为各级作战指挥提供一个三维的、动态的、可交互的模拟环境。

电子沙盘中的内容，都是根据客户的要求制作，展示，然后在由上位机控制软件进行分配管理操作，可以防止操作者误操作带来的不必要的错误[6]。

1.1 电子沙盘的内容

1.1.1 3D建模

3D是three-dimensional的缩写，就是三维图形[7]。

3D建模通俗来讲就是通过三维制作软件通过虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型。在计算机里显示3d图形，就是说在平面里显示三维图形。不像现实世界里，真实的三维空间，有真实的距离空间。计算机里只是看起来很像真实世界，因此在计算机显示的3d图形，就是让人眼看上就像真的一样。

3D引擎中对流体类似物的仿真方法一直是国内外研究机构及相关人员关注的焦点。多年来，大量研究学者对这类仿真问题在运动建模、行为建模、绘制方法等方面，不断提出新的解决办法，也使得这类仿真方法在大量的军事态势、模拟训练、灾难应急、城市仿真、展览展示等等应用中推广开来[7]。

通常我们都是用3Ds MAX或是Maya来做基于PC系统的三维动画渲染和制作。这两款软件建模速度快，易于实时更新[8]。

1.1.2 全息投影

全息投影技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术[9]。第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光[10]作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。

1.1.3 成像原理

投影是用一种将三维画面悬浮在柜体实景中的半空中成像系统。虚拟成像系统由柜体、分光镜、射灯、视频播放设备组成，基于分光镜成像原理，通过对产品实拍构建三维模型[11]的特殊处理，然后将拍摄的的产品影像或产品三维模型影像叠加进场景中，构成了动静结合的产品展示系统。不需要人们佩戴任何偏光眼镜，在完全没有束缚下就可以尽情观看3D幻影立体显示特效，给人以视觉上的冲击，具有强烈的纵深感。

1.1.4 全息投影影片制作

其实全息投影最难和最麻烦的就是投影片源的制作。将4个面融合到一个视频中。如果用MAYA做会更简单一点，因为MAYA天生就有三视图，只需在软件中做好人物模型，设置好动作，然后就可以从前后左右4个不同的面进行导出渲染，最后分前后左右4个视图导出视频即可。但是3D软件很难。

2 多媒体电子沙盘的特点

1）系统建立在高精度的三维场景上。

2）系统承载海量数据，运行效率高。

3）可以实现大场景的无缝浏览。

4）系统设计理念超前。

5）强大的辅助决策功能。

6）系统扩展性强[12]。

3 上位机控制软件

上位机控制软件主要是通过电脑操作，来控制多媒体电子沙盘内容管理的工具软件。

上位机控制软件主要分，登录，播放视频，用户管理，窗口设置，退出这5个基本功能。

3.1 登录

在出现的登录界面中输入已有权限用户的帐号，密码，点击登录就可以进入软件的主控制界面。

3.2 导航介绍

进入系统后，可以看见软件上方的导航栏，如图1所示。

图1 导航

播放视频：包含选择文件进行播放，停止等操作，可分屏进行操作。

用户管理：包含用户的添加/删除

窗口设置：包含窗口层叠，水平平铺，垂直平铺，关闭所有窗口，注销，设置。

退出系统：即退出程序。

3.3 播放视频

点击播放视频，默认进入播放视频的第一个子菜单界面，可以看到子界面如图2所示。

界面左侧为播放视频区，点击添加文件，进视频文件的添加，显示在右边列表中，双击可进行视频播放，双击的同时弹出窗口进行分屏播放。在此介面可进行，上一部，下一部的选择必播放，也可以进行停止播放，也可关闭分屏窗口。

图2 视频播放

这一块也就是电子沙盘内容管理的核心部分了，电子沙盘内容跟新了，就可以通过上位机控制软件调取不同地址的数据，进行播放，这样即可以远程播放，也实现了内容的保密性。也方便了用户操作（可随着意调整播放视频的顺序）。还有一个就是分屏技术。分屏显示的视频跟电脑主机显示的视频是同步的，分屏窗口可以托到投影显示器上，这样就不影响体验者的视觉感观，可以直接看到视频，不用通过显视电脑主屏，在切换到视频这样一个过程。以往数据都是以U盘的方式插到投影仪上，这样数据容易丢失，也不方便管理。

3.4 用户管理

点击导航上的用户管理对用户登录账户和角色进行管理，列表中出现已存在的用户信息，如图3所示。

图3 用户管理

双击选中的用户，可以编辑用户信息，如图4所示。

如果需要新增，请点击下方的“添加按钮”，填写“用户名称”，“用户分组”等信息，点击“保存按钮”完成信息的添加。

这一步是因为，只有有权限的管理人员才可以对上位机控制软件进行使用。防止非工作人员的盗用。

3.5 窗口设置

窗口层叠，水平平铺，垂直平铺，关闭所有窗口，注销跟windows中的功能一样。设置功能如图5所示。

图4 修改用户

图5 设置

可以设置成开机自启功能，这样也方便用户，一上班开机软件就自动运行了。

3.6 系统退出

要结束软件的使用，点击如图6所示。

图6 退出系统

也就是退出电子沙盘上位机控制软件。

4 结论

通过以上理论分析，多媒体电子沙盘在内容上，展示内容广，设计手法精湛，展示手段先进，科技含量高给人们一种全新的体验感受[13]。在发展中可能会发生类型的多样化，上位机控制软件也随着其逐步地完善[14]，在使用过程中是如虎添翼。在应用中应该会相当广泛。在未来市场的发展潜力将是无可估量的。

[1]徐爱锋，左文平，宋学斌.一个基于VRP的三维数字沙盘[J].城市建设理论研究，2013（23）：256-257.

[2]李伟光，陈锦.智能多媒体教室上位机控制系统的设计[J].中国科教创新导刊，2013（10）：145-146.

[3]王辉柏，侯建峰.多媒体在数字沙盘系统中应用的研究[J].计算机科学与应用，2013（3）：139-144.

[4]李云，冯甦中.多媒体数字内容在科普展示中的应用研究[J].软件，2012（10）：150-153.

[5]段德强.动态展会沙盘的设计与研制[D].武汉：华中科技大学，2011.

[6]李艳.参谋作业系统电子沙盘的设计与实现[D].重庆：重庆大学，2014.

[7]陈春.基于3ds max的动画设计-家庭装修（室内设计）[D].济南：山东凯文科技职业学院，2012.

[8]何晓曦.三维图形引擎中流体类似物的仿真方法研究[D].成都：电子科技大学，2013.

[9]江水.三维模型转换引擎及其应用研究[D].南京：南京师范大学，2015.

[10]张林君.全息投影技术的发展及应用前景[D].绵阳：西南科技大学，2013.

[11]杨振华，徐文杰，潘伟.全息投影技术的发展及在产品设计教学中的应用初探[J].亚太教育，2016（19）：185-186.

[12]李晨.基于DMD的3D数字全息显示系统研究[D].苏州：苏州大学，2012.

[13]苏志军.多媒体互动沙盘模型研究与实践[J].测绘技术装备，2012（4）：16-19.

[14]汤善雯.互动设计在博物馆展示中的应用[D].南京：南京艺术学院，2012.

[15]张乐.论全息投影技术的使用价值与未来发展[J].课程教育研究，2016（7）：11.