1. 概述

人與虛擬環(huán)境的交互是當(dāng)前智能交互技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容。在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》中，將智能感知和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，作為我國將重點(diǎn)發(fā)展的前沿技術(shù)列出，期望“以人為中心”的信息技術(shù)發(fā)展，能推動多項(xiàng)領(lǐng)域的創(chuàng)新。近年來，在軍事領(lǐng)域，人與作戰(zhàn)環(huán)境的虛擬并自然的交互技術(shù)和集成系統(tǒng)的應(yīng)用，在很大程度上幫助解決真實(shí)作戰(zhàn)訓(xùn)練中的許多實(shí)際問題，如費(fèi)用過高、受環(huán)境限制等，已經(jīng)開始受到各國軍方的重視。

軍事電子沙盤是現(xiàn)代化信息顯示手段，是當(dāng)前指揮高度自動化、快速反應(yīng)、展示空間立體戰(zhàn)爭態(tài)勢的需求。其核心的設(shè)計是人與作戰(zhàn)環(huán)境的虛擬交互技術(shù)，主要是利用計算設(shè)備，如計算機(jī)生成模擬的作戰(zhàn)環(huán)境，通過多通道的輸入，使得人進(jìn)入虛擬作戰(zhàn)環(huán)境，極大的提高指揮輔助決策的能力和響應(yīng)速度。目前，利用大屏幕顯示器、多點(diǎn)觸摸屏和高性能計算機(jī)組成的電子沙盤系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)圖紙作業(yè)和沙盤模型有了可能。

2. 建設(shè)目標(biāo)

隨著武警XXX總隊信息化建設(shè)的深入，決策支持手段不斷豐富，信息來源和種類日益擴(kuò)展，建立一個統(tǒng)一的指揮決策分析平臺和展示平臺成為當(dāng)務(wù)之急。華圖自主研發(fā)的基于地理信息、視景仿真、可視化等技術(shù)的軍用智能交互式電子沙盤系統(tǒng)提供了最佳的展示環(huán)境、信息集成、指揮調(diào)度功能。通過該系統(tǒng)的實(shí)施可初步實(shí)現(xiàn)指揮調(diào)度信息傳輸快速化、指揮調(diào)度組織高效化、指揮調(diào)度科學(xué)化，同時可以規(guī)劃作戰(zhàn)預(yù)案并對預(yù)案內(nèi)容進(jìn)行生動、形象、直觀的展示與管理。

在軍用智能交互式電子沙盤系統(tǒng)提供的三維環(huán)境下，遠(yuǎn)可以從宏觀上研究分析XXX省各中隊、各支隊和總隊的兵力的整體布局，直觀展示支隊、中隊、總隊的基本情況，近可以對固定目標(biāo)、執(zhí)勤哨位進(jìn)行全方位、交互式地控制瀏覽察看，方便快捷地查詢目標(biāo)的特征屬性信息。具有在三維場景下進(jìn)行交互式操作、GPS/北斗類目標(biāo)監(jiān)控、兵要地志查詢、兵力部署、軍標(biāo)標(biāo)繪、態(tài)勢顯示、地理分析量算、最佳路徑搜索，以及實(shí)時視頻監(jiān)控、聯(lián)動報警等功能，從而進(jìn)一步提高作戰(zhàn)指揮和管理水平。

3. 解決方案組成

軍用智能交互式電子沙盤設(shè)計以“多方共享，多點(diǎn)觸控，可視化交流”為典型交互及顯示特性的軍事可視化交互平臺，

軍用智能交互式電子沙盤由電子沙盤硬件子系統(tǒng)和電子沙盤軟件子系統(tǒng)組成，主要包括可選配的多點(diǎn)交互、大屏幕顯示、動作捕獲、圖像(融合)控制器、圖形工作站網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備和客戶端版本、服務(wù)器版本軟件。系統(tǒng)通過各種接口實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有地理信息數(shù)據(jù)及軍事相關(guān)數(shù)據(jù)庫連接，整個集成系統(tǒng)將戰(zhàn)前地理環(huán)境處理成數(shù)字化地圖，做成數(shù)字戰(zhàn)場，添加模擬作戰(zhàn)單位如：戰(zhàn)車、單兵、飛機(jī)、戰(zhàn)船等，通過可視化及交互協(xié)同功能，優(yōu)化指揮控制，提高部隊的交互、協(xié)同指揮能力。

圖3-1軍用智能交互式電子沙盤系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)

4. 軍用智能交互式電子沙盤軟件子系統(tǒng)

軍用智能交互式電子沙盤軟件基于華圖自主研發(fā)的SimVIZ可視化仿真軟件平臺構(gòu)建，面向作戰(zhàn)指揮、沙盤推演、裝備試驗(yàn)及教學(xué)講評等應(yīng)用，采用多點(diǎn)觸摸、虛擬現(xiàn)實(shí)、視景增強(qiáng)、三維數(shù)字地球等技術(shù)，提供了現(xiàn)實(shí)更豐富、交互更先進(jìn)的可視化應(yīng)用平臺，代替并提升了傳統(tǒng)沙盤。下面分別介紹軍用智能交互式電子沙盤軟件的基礎(chǔ)平臺─SimVIZ可視化仿真軟件平臺，及軍用智能交互式電子沙盤軟件子系統(tǒng)的組成和功能。

一.1.1 平臺特性

1) 提供電子地圖、虛擬儀表、圖形、表單等多種數(shù)據(jù)表達(dá)形式，能方便地構(gòu)建可視化應(yīng)用軟件。

2) 支持多種通用矢量、柵格、影像、電子地圖格式，提供完整的地理信息計算功能。

3) 提供軍用標(biāo)繪符號庫，并可方便擴(kuò)展用戶符號庫。可方便完成戰(zhàn)術(shù)圖標(biāo)繪專業(yè)。

4) 逼真的三維場景表現(xiàn)能力，可真實(shí)再現(xiàn)大規(guī)模地形地貌、高精度模型、氣候特性等。

5) 具有良好的組織結(jié)構(gòu)和易用的開發(fā)接口，便于擴(kuò)展和二次開發(fā)。

6) 能高效顯示三維場景，對計算機(jī)硬件要求低。

7) 支持多種遙測、機(jī)載數(shù)據(jù)接入方式，支持GPS和北斗定位信息。

8) 具有綜合數(shù)據(jù)庫管理功能，可提供常用武器裝備模型。

一.1.2 平臺優(yōu)勢

l 更加符合行業(yè)規(guī)范

l 更加方便行業(yè)專家

l 更加貼近行業(yè)應(yīng)用

l 大量工程案例驗(yàn)證

l 十年持續(xù)研發(fā)改進(jìn)

一.1.3 核心組件和工具

一.1.3.1 Sim3D視景仿真引擎

Sim3D視景仿真引擎是SimVIZ可視化仿真軟件平臺核心部件。主要面向虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)可視化等領(lǐng)域的應(yīng)用。以高度仿真、專業(yè)性強(qiáng)的三維場景為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)的一套具有完整功能的三維引擎。

Sim3D視景仿真引擎功能及特性：

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(huán)境仿真效果。

4) 支持火焰、爆炸、煙霧、紅外等戰(zhàn)場仿真效果。

5) 提供常用的多精度三維模型。

6) 支持實(shí)時多通道和立體顯示。

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

一.1.3.2 SimGIS地理信息引擎

是SimVIZ可視化仿真軟件平臺核心部件。主要面向軍事、可視化仿真等領(lǐng)域的應(yīng)用。以實(shí)時性、專業(yè)性強(qiáng)的態(tài)勢電子地圖為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)的一套具有完整地理信息系統(tǒng)功能的軍用電子地圖軟件。

SimGIS地理信息引擎功能及特性：

1) 支持通用地理信息數(shù)據(jù)格式，同時支持國軍標(biāo)格式電子地圖。

2) 提供完整的地理信息系統(tǒng)算法實(shí)現(xiàn)。

3) 采用標(biāo)準(zhǔn)的地圖數(shù)據(jù)組織方式，分層、封類管理電子地圖資料。

4) 提供整套地理信息管理工具、開發(fā)工具包、運(yùn)行時支持庫。

5) 提供符號庫以及符號庫編輯管理工具，可方便擴(kuò)展自定義符號。

6) 支持三維地球顯示，具有精細(xì)的紋理貼圖，支持多種分辨率衛(wèi)星影像和高程。

7) 采用多細(xì)節(jié)層次技術(shù)(LOD)實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模地形實(shí)時生成和高效顯示。

一.1 軟件功能

一.1.1 基礎(chǔ)地理信息

1．地理信息功能

1) 支持多精度地形。

2) 支持多精度地貌影像。

3) 數(shù)字地球。以多種精度的高程、影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球顯示。

4) 空間數(shù)據(jù)分層。將要表達(dá)的空間數(shù)據(jù)抽象為不同類型屬性的數(shù)據(jù)層來表示。如地貌層、注記層、三維建筑模型層、其他面層等。

5) 可進(jìn)行多點(diǎn)坐標(biāo)值、距離、地形高度、方位角、通視、面積測繪量算。

6) 可通過多點(diǎn)觸摸手勢(服務(wù)器版本)實(shí)現(xiàn)三維地形的漫游、縮放、視角改變。

一.1.2 態(tài)勢顯示

在三維電子地圖上表現(xiàn)重要的作戰(zhàn)信息，主要包括單兵、車輛的位置、狀態(tài)，任務(wù)相關(guān)目標(biāo)，以及重要的軍事民用設(shè)施等信息。

采用智能交互式電子沙盤系統(tǒng)進(jìn)行戰(zhàn)場指揮方案規(guī)劃，能夠依據(jù)任務(wù)要求直觀的進(jìn)行系統(tǒng)的布局，并同時對規(guī)劃中的指定參數(shù)進(jìn)行計算，對規(guī)劃效果做出輔助評估，為方案規(guī)劃提供實(shí)時的智能化的輔助支持。并且在規(guī)劃完成后，能夠?qū)σ?guī)劃任務(wù)進(jìn)行推演展示，顯示推演過程中的各項(xiàng)參數(shù)，對所做規(guī)劃進(jìn)行約束驗(yàn)證和參數(shù)優(yōu)化提供支持。

中天智領(lǐng)根據(jù)多年從事軍工信息可視化的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，針對不同軍事應(yīng)用進(jìn)行整體分析設(shè)計，形成一套完整的軍事電子沙盤整體解決方案。