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指揮控制電子沙盤是基于艾奧金（北京）視聽技術(shù)有限公司Sim Tab交互式電子沙盤系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建,集先進(jìn)的地理信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)為一體，以全球衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，疊加真實(shí)的多級(jí)精度的三維地理信息數(shù)據(jù)及局部重點(diǎn)區(qū)域高精度建模構(gòu)建仿真環(huán)境。輔以強(qiáng)大的三維GIS功能、豐富的矢量數(shù)據(jù)，滿足各類突發(fā)事件的應(yīng)急指揮、輔助決策等需要。

本方案是指揮控制電子沙盤系統(tǒng)的基礎(chǔ)版方案。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可以針對(duì)用戶需求進(jìn)行系統(tǒng)及功能拓展。 

2、軟件系統(tǒng)架構(gòu)

指揮控制電子沙盤系統(tǒng)架構(gòu)圖

Ø    應(yīng)用層

三維可視化軟件分系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要包括：地理信息顯示、場(chǎng)景漫游、三維模型部署、軍標(biāo)圖庫(kù)、多媒體功能、預(yù)案管理、地理熱點(diǎn)、分析量算、電子白板等電子沙盤基礎(chǔ)功能。

Ø    引擎層

引擎層是基于地理信息系統(tǒng)、視景仿真、可視化等技術(shù)的數(shù)據(jù)可視化開發(fā)平臺(tái)，可為各業(yè)務(wù)專業(yè)可視化應(yīng)用系統(tǒng)提供完整的可視化系統(tǒng)構(gòu)建、運(yùn)行系統(tǒng)管理、運(yùn)行支持。

Ø    數(shù)據(jù)層

軟件分系統(tǒng)內(nèi)部管理的各種數(shù)據(jù)資源，主要包括：地形資源數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)配置數(shù)據(jù)等。

3、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

指揮控制電子沙盤系統(tǒng)可以通過(guò)同步系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分布式部署，可以支持多人順暢和實(shí)時(shí)地操作使用，可以通過(guò)權(quán)限管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)操作人員操作權(quán)限的劃分。

3.1數(shù)字地球顯示

數(shù)字地球顯示是指揮控制電子沙盤系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐功能模塊。以數(shù)字星球?yàn)榛A(chǔ)，可加載真實(shí)的、大范圍的、高精度的地理信息數(shù)據(jù)，并能夠加載三維建筑模型及二維矢量電子地圖，創(chuàng)建出真實(shí)的三維虛擬環(huán)境。支持多級(jí)混合精度的三維地理數(shù)據(jù)，不同地區(qū)可根據(jù)需求加載不同精度的地形數(shù)據(jù)。

數(shù)字地球示意圖

3.2   場(chǎng)景漫游

（1）自動(dòng)漫游模式用戶可以自定義漫游路徑及方向，漫游路徑可以在屏幕上手工繪制調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)任意形式的漫游（包括旋轉(zhuǎn)、環(huán)繞等形式）。

自動(dòng)漫游示意圖

（2）手動(dòng)漫游模式

根據(jù)用戶的需要，還也可以切換到手動(dòng)漫游的方式，用戶可以通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤來(lái)操作控制，進(jìn)行放大縮小、拉近、旋轉(zhuǎn)等操作。

3.3   興趣點(diǎn)

支持在地圖上標(biāo)注興趣點(diǎn)，高亮顯示，并以文本方式顯示興趣點(diǎn)相關(guān)信息。

3.4   圖層管理

提供圖層管理功能，用戶可以控制不同圖層的顯隱控制。在此系統(tǒng)中將圖層劃分為：基礎(chǔ)地理信息圖層（如：國(guó)界、省界、市界、道路、交通等）、整體態(tài)勢(shì)層、監(jiān)控設(shè)備層、告警數(shù)據(jù)層等。

圖層管理窗口可以由用戶在使用中拖曳放置，可以在任意位置。三維場(chǎng)景中地名顯示及其它地理信息顯示形式可以由用戶在場(chǎng)景編輯軟件中自定義字體、大小、顏色等信息。

圖層管理示意圖

3.5   三維模型部署

三維模型部署功能主要用于指揮人員根據(jù)突發(fā)事件處理的需要，在地圖上進(jìn)行部署模型及符號(hào)，主要包括：三維實(shí)體類型對(duì)象、符號(hào)類型對(duì)象。通過(guò)鼠標(biāo)或觸摸操作可以方便將三維模型等布置到虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，并提供對(duì)象增刪、配置關(guān)聯(lián)信息、顯示隱藏等功能。模型對(duì)象窗口可以由用戶自行確定放置位置，可以導(dǎo)入3DMAX等第三方軟件做作的模型。

三維模型部署示意圖

3.6   軍標(biāo)圖庫(kù)

支持軍標(biāo)符號(hào)的添加、刪除及管理等功能，支持在已有的軍標(biāo)圖庫(kù)中點(diǎn)選各類軍標(biāo)符號(hào)快速部署到三維場(chǎng)景中，支持對(duì)軍標(biāo)符號(hào)進(jìn)行位移、方向、俯仰、滾轉(zhuǎn)等操作控制。

                     軍標(biāo)部署示意圖

3.7   地理熱點(diǎn)

用戶可以把三維場(chǎng)景內(nèi)的重點(diǎn)區(qū)域設(shè)置為熱點(diǎn)，并能夠通過(guò)熱點(diǎn)導(dǎo)引快速漫游到該區(qū)域，實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)之間的快速切換，快速的獲取不同熱點(diǎn)的信息。

主要功能包括：添加熱點(diǎn)、刪除熱點(diǎn)。支持用戶自定義熱點(diǎn)分組顯示。能夠?qū)崿F(xiàn)分頁(yè)顯示多個(gè)熱點(diǎn)。可以拖放在桌面上實(shí)現(xiàn)快速切換熱點(diǎn)區(qū)域。

地圖熱點(diǎn)示意圖

3.8   預(yù)案管理

系統(tǒng)提供預(yù)案配置管理功能，可以選擇路線編輯設(shè)置起點(diǎn)時(shí)間、漫游速度、匹配目標(biāo)對(duì)象，關(guān)聯(lián)視頻、圖片、文字等多媒體信息生成推演方案。推演功能可用于對(duì)預(yù)先規(guī)劃的行動(dòng)方案按時(shí)序生成推演演示過(guò)程，并控制演示規(guī)劃方案。

 系統(tǒng)提供對(duì)預(yù)案的快放、慢放、暫停、關(guān)鍵點(diǎn)播放、分段播放等；

關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)記：對(duì)比較感興趣的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，并將這些關(guān)鍵點(diǎn)在時(shí)間軸上表示出來(lái)，用戶通過(guò)拖動(dòng)時(shí)間軸切換到相應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)觀看預(yù)案播放的情況；

分段展示：對(duì)于較長(zhǎng)的預(yù)案，我們也許并不需要觀看它的全部?jī)?nèi)容，我們只需標(biāo)記關(guān)鍵點(diǎn)，將預(yù)案分為若干段，只對(duì)其中的一段預(yù)案進(jìn)行展示。

提供預(yù)案保存功能，根據(jù)用戶需求定制，預(yù)案可以存放在本地文件系統(tǒng)也可以存放在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。

預(yù)案推演示意圖

3.9   分析量算

系統(tǒng)提供了測(cè)高、距離量算、面積量算、方位角、通視等分析量算功能，為指揮控制人員提供輔助決策支持。

在電子地圖上進(jìn)行取點(diǎn)、距離、面積、方位角、通視的量算及路徑規(guī)劃。在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，能夠根據(jù)前方上報(bào)的坐標(biāo)值快速定位突發(fā)事件點(diǎn)的位置，快速規(guī)劃出最短路徑或最優(yōu)路徑，根據(jù)事件的等級(jí)估算影響區(qū)域的面積，通過(guò)距離測(cè)算為指揮決策人員提供幫助。

路徑搜索                 方位角測(cè)算 
        

面積測(cè)算                  通視分析

3.10    電子白板

為了方便用戶進(jìn)行標(biāo)繪討論，提供電子白板功能以便用戶以當(dāng)前三維場(chǎng)景為背景進(jìn)行手寫等各種形狀,不同粗細(xì)和顏色的標(biāo)注，進(jìn)行意圖表達(dá)，草圖制作。具體支持的標(biāo)繪功能如下：

圓形繪制：繪制圓形圖元；

矩形繪制：繪制矩形圖元；

畫筆繪制：畫筆功能；

線段繪制：繪制起點(diǎn)到終點(diǎn)的直線段；

畫筆調(diào)色：設(shè)置繪制圖元顏色；

畫筆粗細(xì)：設(shè)置繪制圖元線條粗細(xì)。

電子白板效果示意圖

3.11 多媒體應(yīng)用

系統(tǒng)支持導(dǎo)入圖片、視頻、文檔、電子書等多媒體內(nèi)容，可以為園區(qū)規(guī)劃展示、園區(qū)招商引資等提供多樣豐富的展示內(nèi)容。

Ø 支持PPT、word等文本播放；

Ø 支持bmp、jpg、gif等通用格式圖片播放；

Ø 支持rm、rmvb、mpg、wmv、avi等格式視頻播放；

Ø 支持電子書播放。

        4 、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
       4.1  Sim3D視景仿真引擎

Sim3D視景仿真引擎是針對(duì)工業(yè)、裝備研制、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、模擬訓(xùn)練等行業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)開發(fā)的功能強(qiáng)大的真實(shí)-實(shí)時(shí)三維可視化引擎。Sim3D視景仿真引擎具有接近真實(shí)的表現(xiàn)效果、優(yōu)異的性能、支持無(wú)限場(chǎng)景和細(xì)節(jié)等獨(dú)特的特性，并提供面向?qū)ο竽_本、場(chǎng)景編輯器等開發(fā)工具，能夠?yàn)榭焖賱?chuàng)建視景仿真、指揮態(tài)勢(shì)、模擬訓(xùn)練專業(yè)應(yīng)用軟件提供有力支持。

  4.1.1 平臺(tái)特性

（1） 逼真視覺(jué)效果

Sim3D影像生成器應(yīng)用精密Shading光照模型、精密大氣模型、高級(jí)特效、仿生處理過(guò)程（life-like post-processing）技術(shù)使三維場(chǎng)景輸出都能達(dá)到照片級(jí)逼真視覺(jué)效果。

圖 22 Sim3D渲染效果圖

（2）構(gòu)建模擬仿真和視景仿真

Sim3D技術(shù)性能和可視化效果多年來(lái)在不同仿真模擬訓(xùn)練、可視化和視景仿真項(xiàng)目得到檢驗(yàn)。

圖 23 Sim3D渲染效果圖

（3） 性能和可伸縮性

通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間大量應(yīng)用證實(shí)Sim3D適合多種不同硬件配置的平臺(tái)，達(dá)到極佳的效果。

圖 24 Sim3D渲染效果圖

（4）大規(guī)模場(chǎng)景

由于Sim3D支持雙精度浮點(diǎn)數(shù)坐標(biāo)系因此可以處理空前規(guī)模的虛擬世界，具有廣闊的植被系統(tǒng)、高級(jí)多細(xì)節(jié)層次系統(tǒng)、高速光照數(shù)據(jù)。

圖 25 Sim3D渲染效果圖

（5）靈活性

真實(shí)的多目標(biāo)框架成果地應(yīng)用于多種不同的領(lǐng)域，源于擁有強(qiáng)大的API、插件架構(gòu)、開放的數(shù)據(jù)格式。

（6）完整的框架

為交互式實(shí)時(shí)三維應(yīng)用提供完成功能特性的統(tǒng)一平臺(tái)，包含：圖像生成、場(chǎng)景管理、全特性物理引擎、動(dòng)畫系統(tǒng)、聲效、輸入設(shè)備、GUI及工具等。

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圖 26 Sim3D渲染效果圖

 4.1.2 平臺(tái)功能

（1）支持逼真的三維視景效果；

（2）支持物理引擎，具有碰撞檢測(cè)功能；

（3）支持立體云、霧、雨、雪、海水等自然環(huán)境仿真效果；

（4） 提供常用的多精度武器裝備三維模型；

（5） 支持實(shí)時(shí)多通道和立體顯示；

（6） 支持頭盔、姿態(tài)傳感器等虛擬現(xiàn)實(shí)外設(shè)。

4.2  SimPlanet數(shù)字星球引擎

SimPlanet 數(shù)字星球引擎是一套優(yōu)秀的實(shí)時(shí)三維數(shù)字地球平臺(tái)軟件。憑借其創(chuàng)新的數(shù)據(jù)管理技術(shù)和三維數(shù)字化顯示技術(shù)，利用海量的數(shù)字影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)世界的三維場(chǎng)景。它能夠很好地支持全球態(tài)勢(shì)、航天、海洋等應(yīng)用，為多種多樣的行業(yè)應(yīng)用提供逼真顯示效果、高實(shí)時(shí)性、易用的三維地理信息支持平臺(tái)。

4.2.1 平臺(tái)特性

（1）實(shí)時(shí)數(shù)字地球引擎

SimPlanet數(shù)字星球引擎采用集約化數(shù)據(jù)管理方式構(gòu)建本地地理數(shù)據(jù)集，能夠?yàn)榭蛻籼峁└咝阅堋⒏邔?shí)時(shí)性數(shù)字地球可視化顯示。

圖 27數(shù)字星球

（2）照片級(jí)仿真效果

SimPlanet數(shù)字星球引擎利用高精度Shading、快速法線、實(shí)時(shí)高程網(wǎng)格生成等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度、照片級(jí)渲染輸出效果。

圖 28照片級(jí)仿真效果

（3）大規(guī)模多級(jí)嵌套

采用獨(dú)一無(wú)二的結(jié)構(gòu)化地形、影像模型，支持PB級(jí)大規(guī)模地形并支持多級(jí)精度嵌套地形影像數(shù)據(jù)，可支持0.1米分辨率（支持無(wú)限細(xì)節(jié)）的正射影像數(shù)據(jù)，具有更加廣泛應(yīng)用場(chǎng)景。

圖 29高精度地形加載

4.2.2  平臺(tái)功能

（1） 依據(jù)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)、逼真的再現(xiàn)全球地形地貌；

（2） 所見(jiàn)即所得的地形編輯，創(chuàng)建任意所需的地形；

（3） 二維矢量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)疊加顯示，二三維信息融為一體；

（4） 根據(jù)矢量數(shù)據(jù)，快速、高效的生成大規(guī)模道路；

（5） 實(shí)時(shí)暈渲顯示，更為直觀的表現(xiàn)全局態(tài)勢(shì)。

4.3  SimVIZ可視化仿真框架

SimVIZ可視化仿真平臺(tái)針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、指揮控制等行業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序框架。SimVIZ可視化仿真平臺(tái)應(yīng)用開放體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理、運(yùn)行管理、運(yùn)行支持等核心功能，為開發(fā)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、仿真模擬訓(xùn)練等專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)提供一整套靈活的API和輔助工具。

4.3.1平臺(tái)特性

（1）開放和良好的伸縮性

采用開放式架構(gòu)設(shè)計(jì)理念并提供基于插件的功能組件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)展性，能良好地支持不同規(guī)模、復(fù)雜度的可視化仿真應(yīng)用開發(fā)。

（2）靈活性

實(shí)現(xiàn)了靈活的面向?qū)ο竽_本引擎，采用經(jīng)過(guò)大量驗(yàn)證的對(duì)象屬性、行為擴(kuò)展架構(gòu)支持靈活實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展虛擬世界對(duì)象，可以保證開發(fā)形成的資源可繼承和復(fù)用。

針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、模擬訓(xùn)練、指控等應(yīng)用并結(jié)合實(shí)時(shí)分布式系統(tǒng)需求，提供對(duì)HLA/RTI、DDS、CORBA等實(shí)時(shí)分布式協(xié)議的支持。

（3）良好的易用性

針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)可視化、仿真模擬訓(xùn)練等應(yīng)用提供場(chǎng)景編輯、對(duì)象編輯、場(chǎng)景部署、虛擬儀表編輯等完整的配套工具軟件，能夠有效提高用戶開放各種仿真應(yīng)用軟件效率。

（4）支持CAD/CAE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)

SimVIZ提供的模型編輯軟件可以導(dǎo)入多種CAD、CAE設(shè)計(jì)軟件輸出的模型，支持：3DSMax、Maya、Pro/E、Catia、SolidWorks等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，能夠方便整合利用多種專業(yè)工具三維模型，可更好提升投資價(jià)值，并具有廣泛的應(yīng)用空間。

4.3.2 平臺(tái)功能

（1）提供糅合多種表現(xiàn)方式的可視化仿真開發(fā)平臺(tái)；

（2）提供基于虛擬儀表、三維視景等表現(xiàn)方式的一體化開發(fā)工具；

（3）提供可視化方式的邏輯算法編輯器，方便設(shè)置各種表現(xiàn)對(duì)象的屬性和行為動(dòng)作；

（4）提供C++腳本技術(shù)支持從底層對(duì)象行為屬性到上層應(yīng)用開發(fā)；

（5） 提供標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展接口支持各類設(shè)備、協(xié)議等接入平臺(tái)應(yīng)用。

5 、系統(tǒng)特性

（1）全面直觀的效果呈現(xiàn)

利用二、三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析處理，簡(jiǎn)潔明了地呈現(xiàn)出來(lái)。

（2）高逼真度的三維效果

系統(tǒng)能夠提供照片級(jí)的逼真三維可視化效果、三維虛擬場(chǎng)景仿真效果；

（3）多方位態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)

系統(tǒng)不僅能夠展示出整體場(chǎng)景態(tài)勢(shì)，還能快速定位到局部熱點(diǎn)場(chǎng)景；

（4）快速準(zhǔn)確的信息提供

快速提供關(guān)鍵有效的信息，便于領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)、準(zhǔn)確地做出決策；

（5） 完美無(wú)縫的系統(tǒng)融合

和其他生產(chǎn)系統(tǒng)完美對(duì)接，實(shí)現(xiàn)多層次多視角的運(yùn)行管理維護(hù)；

（6）豐富強(qiáng)大的功能組合

模塊化設(shè)計(jì)，提供了諸多功能集合，完全根據(jù)用戶需要自行組合。

6 、主要技術(shù)指標(biāo)

1、三維圖影像精度最高支持0.1米及以上，矢量數(shù)據(jù)支持1：2000及以上；

2、提供地形生成工具，利用GeoTiff格式的原始高程和衛(wèi)片創(chuàng)建生成三維地形；

3、支持混合顯示不同層之間的衛(wèi)片數(shù)據(jù)；可以設(shè)置不同層數(shù)據(jù)在主界面上的顯示順序；

4、支持加載上次場(chǎng)景中生成的XML配置文件，支持地形數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)更新；同時(shí)支持繼續(xù)上次中斷的地形數(shù)據(jù)生成工作；

5、系統(tǒng)支持CGS2000和WGS84大地基準(zhǔn)；

6、支持多種圖形系統(tǒng)API（支持DirectX 9 / 10的DirectX / DirectX的11 / OpenGL的）渲染；完整支持64位操作系統(tǒng)；

7、支持各種聲音和音樂(lè)的虛擬環(huán)境；支持流媒體播放功能。

8、三維視景顯示刷新率不低于每秒25幀，顯示的速率與真實(shí)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的生成和提供的速率無(wú)關(guān)；

9、用戶界面操作響應(yīng)連續(xù)順暢，無(wú)后臺(tái)讀寫請(qǐng)求的單次操作響應(yīng)不大于1s；

10、網(wǎng)絡(luò)暢通的條件下協(xié)作講評(píng)端顯示主講評(píng)端桌面內(nèi)容的時(shí)間延遲不大于5s

7 、系統(tǒng)配置

系統(tǒng)軟件需要如下的運(yùn)行環(huán)境：

 （作者：艾奧金視聽 薛斌）