野戰“活點”三維電子沙盤

蘇欣+孫文杰+李秋宇+彭斯敢

摘 要：融便攜性、交互性及保密性于一體的三維電子沙盤由智能玻璃、紅外觸控邊框、投影設備、計算機等組成，智能玻璃作為投影展示平臺，可實現透明度連續調節，安全保密性好；而通過觸控邊框可實現沙盤軟件的人機交互；基于Skyline系列軟件二次開發設計了三維“活點”沙盤。該野戰“活點”沙盤具有觸控交互功能，能通過單雙擊、拖拉即控制對象的放大縮小和視角切換。沙盤也能提供真實質感的三維地形場景及準確的地形數據庫，可實現網絡實時發布與訪問。“活點”沙盤支持對象編輯及動態標繪，以形象直觀的方式展示戰術需求，通過3D動態對象引導、聲音及特性渲染，直觀顯示戰場態勢。“活點”沙盤結合物聯網、衛星通信可實現全球信息柵格管理，可用于戰役、演習、搶險救災等活動的指揮調控。野戰“活點”沙盤，滿足信息化戰爭需求，具有顯著的軍事價值和推廣意義。

關鍵詞：野戰；三維沙盤；物聯網

1 作品介紹

沙盤是戰爭中必備的軍事要素，但傳統沙盤搭建費時費力、地理信息量小、模型精度低，難以適應野戰條件，無法滿足信息化作戰需求。為此，本作品開發了融便攜性、交互性及保密性于一體的三維電子沙盤。

野戰“活點”沙盤，選用電控液晶調光膜與鋼化玻璃結合的高科技產品——智能玻璃，通過電控調節智能玻璃的工作電壓，控制其液晶膜高分子晶元的排列順序，實現透明度調節，當液晶膜無色透明時，投影內容無法顯示（作為電子沙盤的顯示媒介，智能玻璃不包含任何涉密信息）。具有強度高、透明度連續調節、防視頻偵測等特點，安全保密性好。

采用紅外觸控邊框對智能玻璃進行加裝改造，實現多點觸摸控制。“活點”沙盤具有良好的觸控交互功能，通過單雙擊、拖拉即可控制對象的放大縮小、視角切換，能夠以不同比例、任意視角對沙盤進行全方位的瀏覽，即“活點”觸控功能。

采用Skyline三維數字地球平臺，運用TerraBuilder軟件通過對航空影像、衛星圖片、數字高程模型以及矢量地理數據的疊加，構建精確的三維地形數據庫，渲染生成真實質感的三維地形。基于Terraexplorer實現空間數據的編輯處理，通過二次開發設計三維“活點”沙盤。

2 技術原理說明

2.1 智能玻璃

智能電控液晶調光膜主要由液晶微粒和透明金屬氧化材質組成，斷電時，液晶膜中的高分子液晶材料無序排列，光線無法穿透玻璃，看到的是乳白色的不透明狀態，通電時，玻璃中的高分子液晶材料有序排列，光線穿透玻璃，看到的是無色的透明狀態。其主要功能如下：

（1）隱私保護功能：智能調光玻璃的最大功用是隱私保護功能，可以隨時控制玻璃的透明不透明狀態；

（2）投影功能：智能調光玻璃還是一款非常優秀的投影硬屏，在光線適宜的環境下，投影效果非常出眾；

（3）具備安全玻璃的一切優點，包括破裂后防止碎片飛濺的安全性能，抗打擊強度好、隔音、隔熱、隔99%以上的紫外線；

（4）安全性：由于采用了夾層玻璃的制程，調光玻璃中的膠片可將玻璃牢固粘結，可使調光玻璃在受到沖擊破碎時，玻璃碎片粘在中間的膠片上，不會出現玻璃碎片飛濺傷人；

（5）環保特性：調光玻璃中間的調光膜及膠片斷電時，調光膜可以控制可見光在10%～14%，隔離紫外線95%～99%，隔離紅外線75%～80%，通電時，可見光可以控制在60%～64%，隔離紫外線70%～80%，隔離紅外13%～20% 。屏蔽紅外線減少熱輻射及傳遞。而屏蔽紫外，可保護室內的陳設不因紫外輻照而出現退色、老化等情況，保護人員不受紫外線直射而引起的疾病；

（6）隔音特性：調光玻璃中間的調光膜及膠片具有聲音阻尼作用，可有效阻隔各類噪音。

2.2 紅外多點觸控屏邊框技術

超薄紅外觸摸屏邊框，包括圍在觸摸顯示屏四周的4條紅外邊框，所述紅外邊框的空腔中設置有與觸摸顯示屏垂直的電路板，電路板上焊接有一排紅外發射元件或紅外接收元件，所述紅外發射元件或紅外接收元件通過紅外邊框壁緊貼在觸摸顯示屏表面上，所述紅外邊框在紅外發射元件或紅外接收元件的前方設置有一個透光通道，所述透光通道口處設置有一條紅外濾光條。本實用新型采用電路板垂直設計，降低了紅外邊框的高度，使邊框外形看上去更加美觀輕巧；并設置有透光通道和紅外濾光條，減少了外界光干擾。

紅外多點觸摸屏是利用X、Y方向上密布的紅外線矩陣來檢測操作者的觸摸動作的。紅外多點觸摸屏需要在顯示器的前面安裝了一個電路板外框，電路板在屏幕四邊布置有紅外發射管和紅外接收管一一對應形成橫豎交叉的紅外線矩陣。

紅外多點觸摸屏是利用X、Y方向上密布的紅外線矩陣來檢測操作者的觸摸動作的。紅外多點觸摸屏需要在顯示器的前面安裝了一個電路板外框，電路板在屏幕四邊布置有紅外發射管和紅外接收管一一對應形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時，手指就會擋住經過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點在屏幕的位置。任何不透光的物體都可改變觸點上的紅外線而實現多點觸摸屏操作。

多重觸控的任務可以分解為兩個方面的工作，一是同時采集多點信號；二是對每路信號的意義進行判斷，也就是所謂的手勢識別。與只能接受單點輸入的觸摸技術相比，多重觸控技術允許用戶在多個地方同時觸摸顯示屏控制工程網版權所有，以便能夠對網頁或圖片進行伸縮和旋轉等操作。

為了實現多點觸控功能，多重觸控屏與單點觸摸屏采用了完全不同的結構。從屏幕的外部看，單點觸摸屏只有很少幾根信號線（一般為4 Pin或者5 Pin），而觸多重觸控屏有很多引線；從內部看，單點觸摸屏的導電層只是一個平板，而多重觸控屏則是平板上劃分出許許多多相對獨立的觸控單元，每個觸控單元通過獨立的引線連接到外部電路，所有觸控單元在板子上呈矩陣排列。

這樣，當用戶的手指觸摸到屏幕上的某個部位時，會從相應的檢測線輸出信號。手指移動到另一個部位時，又會從另外的檢測線輸出信號。

大家知道，在圍棋的棋盤上橫豎各有19道線，最多可以放得下19×19=361個棋子。我們的問題與此相似，多重觸摸屏上縱橫交錯的檢測線有許許多多的交匯點，照理說每個交匯點都可以作為觸摸點。僅從觸摸屏方面來看，確實可以支持非常多的觸摸點。實際能支持幾個觸摸點，最終還由DSP芯片以及軟件來決定。

2.3 Skyline系列軟件

Skyline是一套優秀的三維數字地球平臺軟件。憑借其國際領先的三維數字化顯示技術，它可以利用海量的遙感航測影像數據、數字高程數據以及其他二三維數據搭建出一個對真實世界進行模擬的三維場景。目前在國內，它是制作大型真實三維數字場景的首選軟件。主要有如下優點：

（1）產品線齊全，涵蓋了三維場景的制作，網絡發布，嵌入式二次開發整個流程；

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

（3）通過流訪問方式可集成海量的數據量，它可制作小到城市，大到全球的三維場景；

（4）飛行漫游運行流暢，具有良好的用戶體驗；

（5）支持在網頁上嵌入三維場景，制作網絡應用程序。

SkylineTerrasuite主要包含以下幾類產品：其一是TerraBuilder；其二是融合海量的遙感航測影像數據、高程和矢量數據以此來創建有精確三維模型景區的地形數據庫；其三是TerraExplorer，它是一個桌面工具應用程序，使得用戶可以瀏覽、分析空間數據，并對其進行編輯，添加二維或者是三維的物體、路徑、場所以及地理信息文件。TerraExplorer與TerraBuilder所創建的地形庫相連接，并可以在網絡上直接加入GIS層。另外，TerraGate是一個發布地形數據庫的服務器，允許用戶通過網絡來訪問地形數據庫。

3 作品創新點和應用前景

本作品的創新點是將物聯網運用到軍事領域，是對現有技術的一次運用創新，將多項高新技術以及軟件的二次開發結合起來。

當前，我軍國防和軍隊建設的近期目標是在2020年基本實現機械化，信息化進程取得較大發展。毋庸置疑，我國將投入大量的國防資金用以于軍隊的信息化建設。而本作品集指揮控制能力、信息傳輸能力、情報獲取能力、組織協調能力、分析判斷能力于一體，能滿足信息化戰爭戰場要求；并且，在未來的信息化作戰條件下，電子沙盤將承擔十分重要的作用。

本沙盤能為抗災救災工作提供前期預警和專業的地理地形數據分析，能大大的減少人力物力的投入，極大地提高抗災救災效率。在平時的物流調度中，物流公司能夠通過本作品準確及時的了解倉儲和物流情況，極大地避免由人為操作帶來的損失，合理的安排運力調度，為公司節約大量資金以賺取最大利益。