2018-01-18 11:51:00
來源：
指揮控制電子沙盤是基于艾奧金（北京）視聽技術有限公司Sim Tab交互式電子沙盤系統平臺構建,集先進的地理信息技術、虛擬現實技術、人機交互技術為一體，以全球衛星影像數據為基礎，疊加真實的多級精度的三維地理信息數據及局部重點區域高精度建模構建仿真環境。輔以強大的三維GIS功能、豐富的矢量數據，滿足各類突發事件的應急指揮、輔助決策等需要。
本方案是指揮控制電子沙盤系統的基礎版方案。系統采用模塊化設計，可以針對用戶需求進行系統及功能拓展。
2、軟件系統架構
指揮控制電子沙盤系統架構圖
Ø 應用層
三維可視化軟件分系統業務應用層主要包括：地理信息顯示、場景漫游、三維模型部署、軍標圖庫、多媒體功能、預案管理、地理熱點、分析量算、電子白板等電子沙盤基礎功能。
Ø 引擎層
引擎層是基于地理信息系統、視景仿真、可視化等技術的數據可視化開發平臺，可為各業務專業可視化應用系統提供完整的可視化系統構建、運行系統管理、運行支持。
Ø 數據層
軟件分系統內部管理的各種數據資源，主要包括：地形資源數據、三維模型數據、系統參數配置數據等。
3、系統功能設計
指揮控制電子沙盤系統可以通過同步系統實現分布式部署，可以支持多人順暢和實時地操作使用，可以通過權限管理模塊實現對操作人員操作權限的劃分。
3.1數字地球顯示
數字地球顯示是指揮控制電子沙盤系統的基礎支撐功能模塊。以數字星球為基礎，可加載真實的、大范圍的、高精度的地理信息數據，并能夠加載三維建筑模型及二維矢量電子地圖，創建出真實的三維虛擬環境。支持多級混合精度的三維地理數據，不同地區可根據需求加載不同精度的地形數據。
數字地球示意圖
3.2 場景漫游
（1）自動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整，可以實現任意形式的漫游（包括旋轉、環繞等形式）。
自動漫游示意圖
（2）手動漫游模式
根據用戶的需要，還也可以切換到手動漫游的方式，用戶可以通過鼠標或鍵盤來操作控制，進行放大縮小、拉近、旋轉等操作。
3.3 興趣點
支持在地圖上標注興趣點，高亮顯示，并以文本方式顯示興趣點相關信息。
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。在此系統中將圖層劃分為：基礎地理信息圖層（如：國界、省界、市界、道路、交通等）、整體態勢層、監控設備層、告警數據層等。
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。三維場景中地名顯示及其它地理信息顯示形式可以由用戶在場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突發事件處理的需要，在地圖上進行部署模型及符號，主要包括：三維實體類型對象、符號類型對象。通過鼠標或觸摸操作可以方便將三維模型等布置到虛擬現實環境中，并提供對象增刪、配置關聯信息、顯示隱藏等功能。模型對象窗口可以由用戶自行確定放置位置，可以導入3DMAX等第三方軟件做作的模型。
三維模型部署示意圖
3.6 軍標圖庫
支持軍標符號的添加、刪除及管理等功能，支持在已有的軍標圖庫中點選各類軍標符號快速部署到三維場景中，支持對軍標符號進行位移、方向、俯仰、滾轉等操作控制。
軍標部署示意圖
3.7 地理熱點
用戶可以把三維場景內的重點區域設置為熱點，并能夠通過熱點導引快速漫游到該區域，實現熱點之間的快速切換，快速的獲取不同熱點的信息。
主要功能包括：添加熱點、刪除熱點。支持用戶自定義熱點分組顯示。能夠實現分頁顯示多個熱點。可以拖放在桌面上實現快速切換熱點區域。
地圖熱點示意圖
3.8 預案管理
系統提供預案配置管理功能，可以選擇路線編輯設置起點時間、漫游速度、匹配目標對象，關聯視頻、圖片、文字等多媒體信息生成推演方案。推演功能可用于對預先規劃的行動方案按時序生成推演演示過程，并控制演示規劃方案。
系統提供對預案的快放、慢放、暫停、關鍵點播放、分段播放等；
關鍵點標記：對比較感興趣的關鍵點進行標記，并將這些關鍵點在時間軸上表示出來，用戶通過拖動時間軸切換到相應的關鍵點觀看預案播放的情況；
分段展示：對于較長的預案，我們也許并不需要觀看它的全部內容，我們只需標記關鍵點，將預案分為若干段，只對其中的一段預案進行展示。
提供預案保存功能，根據用戶需求定制，預案可以存放在本地文件系統也可以存放在服務器數據庫內。
預案推演示意圖
3.9 分析量算
系統提供了測高、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。
在電子地圖上進行取點、距離、面積、方位角、通視的量算及路徑規劃。在突發事件發生時，能夠根據前方上報的坐標值快速定位突發事件點的位置，快速規劃出最短路徑或最優路徑，根據事件的等級估算影響區域的面積，通過距離測算為指揮決策人員提供幫助。
路徑搜索 方位角測算
面積測算 通視分析
3.10 電子白板
為了方便用戶進行標繪討論，提供電子白板功能以便用戶以當前三維場景為背景進行手寫等各種形狀,不同粗細和顏色的標注，進行意圖表達，草圖制作。具體支持的標繪功能如下：
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：繪制起點到終點的直線段；
畫筆調色：設置繪制圖元顏色；
畫筆粗細：設置繪制圖元線條粗細。
電子白板效果示意圖
3.11 多媒體應用
系統支持導入圖片、視頻、文檔、電子書等多媒體內容，可以為園區規劃展示、園區招商引資等提供多樣豐富的展示內容。
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 、系統關鍵技術
4.1 Sim3D視景仿真引擎
Sim3D視景仿真引擎是針對工業、裝備研制、科學實驗、模擬訓練等行業應用設計開發的功能強大的真實-實時三維可視化引擎。Sim3D視景仿真引擎具有接近真實的表現效果、優異的性能、支持無限場景和細節等獨特的特性，并提供面向對象腳本、場景編輯器等開發工具，能夠為快速創建視景仿真、指揮態勢、模擬訓練專業應用軟件提供有力支持。
4.1.1 平臺特性
（1） 逼真視覺效果
Sim3D影像生成器應用精密Shading光照模型、精密大氣模型、高級特效、仿生處理過程（life-like post-processing）技術使三維場景輸出都能達到照片級逼真視覺效果。
圖 22 Sim3D渲染效果圖
（2）構建模擬仿真和視景仿真
Sim3D技術性能和可視化效果多年來在不同仿真模擬訓練、可視化和視景仿真項目得到檢驗。
圖 23 Sim3D渲染效果圖
（3） 性能和可伸縮性
通過長時間大量應用證實Sim3D適合多種不同硬件配置的平臺，達到極佳的效果。
圖 24 Sim3D渲染效果圖
（4）大規模場景
由于Sim3D支持雙精度浮點數坐標系因此可以處理空前規模的虛擬世界，具有廣闊的植被系統、高級多細節層次系統、高速光照數據。
圖 25 Sim3D渲染效果圖
（5）靈活性
真實的多目標框架成果地應用于多種不同的領域，源于擁有強大的API、插件架構、開放的數據格式。
（6）完整的框架
為交互式實時三維應用提供完成功能特性的統一平臺，包含：圖像生成、場景管理、全特性物理引擎、動畫系統、聲效、輸入設備、GUI及工具等。
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圖 26 Sim3D渲染效果圖
4.1.2 平臺功能
（1）支持逼真的三維視景效果；
（2）支持物理引擎，具有碰撞檢測功能；
（3）支持立體云、霧、雨、雪、海水等自然環境仿真效果；
（4） 提供常用的多精度武器裝備三維模型；
（5） 支持實時多通道和立體顯示；
（6） 支持頭盔、姿態傳感器等虛擬現實外設。
4.2 SimPlanet數字星球引擎
SimPlanet 數字星球引擎是一套優秀的實時三維數字地球平臺軟件。憑借其創新的數據管理技術和三維數字化顯示技術，利用海量的數字影像數據、數字高程數據構建虛擬現實世界的三維場景。它能夠很好地支持全球態勢、航天、海洋等應用，為多種多樣的行業應用提供逼真顯示效果、高實時性、易用的三維地理信息支持平臺。
4.2.1 平臺特性
（1）實時數字地球引擎
SimPlanet數字星球引擎采用集約化數據管理方式構建本地地理數據集，能夠為客戶提供高性能、高實時性數字地球可視化顯示。
圖 27數字星球
（2）照片級仿真效果
SimPlanet數字星球引擎利用高精度Shading、快速法線、實時高程網格生成等技術，實現高精度、照片級渲染輸出效果。
圖 28照片級仿真效果
（3）大規模多級嵌套
采用獨一無二的結構化地形、影像模型，支持PB級大規模地形并支持多級精度嵌套地形影像數據，可支持0.1米分辨率（支持無限細節）的正射影像數據，具有更加廣泛應用場景。
圖 29高精度地形加載
（1） 依據衛星影像數據，實時、逼真的再現全球地形地貌；
（2） 所見即所得的地形編輯，創建任意所需的地形；
（3） 二維矢量數據實時疊加顯示，二三維信息融為一體；
（4） 根據矢量數據，快速、高效的生成大規模道路；
（5） 實時暈渲顯示，更為直觀的表現全局態勢。
4.3 SimVIZ可視化仿真框架
SimVIZ可視化仿真平臺針對虛擬現實、試驗數據監控、指揮控制等行業應用而設計的應用程序框架。SimVIZ可視化仿真平臺應用開放體系架構實現數據驅動管理、運行管理、運行支持等核心功能，為開發試驗數據監控、仿真模擬訓練等專業應用系統提供一整套靈活的API和輔助工具。
4.3.1平臺特性
（1）開放和良好的伸縮性
采用開放式架構設計理念并提供基于插件的功能組件結構，系統具有良好的適應性、靈活性和可擴展性，能良好地支持不同規模、復雜度的可視化仿真應用開發。
（2）靈活性
實現了靈活的面向對象腳本引擎，采用經過大量驗證的對象屬性、行為擴展架構支持靈活實現和擴展虛擬世界對象，可以保證開發形成的資源可繼承和復用。
針對實時數據監控、模擬訓練、指控等應用并結合實時分布式系統需求，提供對HLA/RTI、DDS、CORBA等實時分布式協議的支持。
（3）良好的易用性
針對虛擬現實、試驗數據可視化、仿真模擬訓練等應用提供場景編輯、對象編輯、場景部署、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用軟件效率。
（4）支持CAD/CAE工業標準數據
SimVIZ提供的模型編輯軟件可以導入多種CAD、CAE設計軟件輸出的模型，支持：3DSMax、Maya、Pro/E、Catia、SolidWorks等工業標準數據格式，能夠方便整合利用多種專業工具三維模型，可更好提升投資價值，并具有廣泛的應用空間。
4.3.2 平臺功能
（1）提供糅合多種表現方式的可視化仿真開發平臺；
（2）提供基于虛擬儀表、三維視景等表現方式的一體化開發工具；
（3）提供可視化方式的邏輯算法編輯器，方便設置各種表現對象的屬性和行為動作；
（4）提供C++腳本技術支持從底層對象行為屬性到上層應用開發；
（5） 提供標準的擴展接口支持各類設備、協議等接入平臺應用。
5 、系統特性
（1）全面直觀的效果呈現
利用二、三維虛擬現實技術，將大量復雜的數據經過分析處理，簡潔明了地呈現出來。
（2）高逼真度的三維效果
系統能夠提供照片級的逼真三維可視化效果、三維虛擬場景仿真效果；
（3）多方位態勢呈現
系統不僅能夠展示出整體場景態勢，還能快速定位到局部熱點場景；
（4）快速準確的信息提供
快速提供關鍵有效的信息，便于領導科學、準確地做出決策；
（5） 完美無縫的系統融合
和其他生產系統完美對接，實現多層次多視角的運行管理維護；
（6）豐富強大的功能組合
模塊化設計，提供了諸多功能集合，完全根據用戶需要自行組合。
6 、主要技術指標
1、三維圖影像精度最高支持0.1米及以上，矢量數據支持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片創建生成三維地形；
3、支持混合顯示不同層之間的衛片數據；可以設置不同層數據在主界面上的顯示順序；
4、支持加載上次場景中生成的XML配置文件，支持地形數據、影像數據更新；同時支持繼續上次中斷的地形數據生成工作；
5、系統支持CGS2000和WGS84大地基準；
6、支持多種圖形系統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；
7、支持各種聲音和音樂的虛擬環境；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，顯示的速率與真實驅動數據的生成和提供的速率無關；
9、用戶界面操作響應連續順暢，無后臺讀寫請求的單次操作響應不大于1s；
10、網絡暢通的條件下協作講評端顯示主講評端桌面內容的時間延遲不大于5s
7 、系統配置
系統軟件需要如下的運行環境：
|
軟件 |
要求 |
|
操作系統 |
Win7 64位操作系統 |
|
多媒體支持 |
Microsoft DirectX9.0c及以上 |
（作者：艾奧金視聽 薛斌）
