[發明專利]一種虛擬現實與增強現實耦合的沉浸式三維電子沙盤

有效

• 申請號: 201711136750.1
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107967054B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 徐丙立;荊濤;崔巔博;張飛;藺敏;饒毅;邵小耀;李霖
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍裝甲兵學院
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06T17/00;G06T19/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 黃鳳茹

本發明公布了一種虛擬現實與增強現實耦合的沉浸式三維電子沙盤，包括：外圍/內圍定位傳感器組、外圍/內圍增強方位識別標簽組、虛擬/增強菜單區域、虛擬環境軟件控制與驅動、增強環境軟件控制與驅動、虛擬/增強電子沙盤耦合三維可視化表達區域、虛擬現實頭盔和增強現實頭盔。本發明基于現實物理空間，將虛擬電子沙盤與增強電子沙盤空間有效對準；提供虛擬與增強電子沙盤耦合可視化表達與交互；能夠自適應于不同形狀與尺寸沉浸式電子沙盤構建需要；可面向單人操作或多人協同操作虛擬/增強電子沙盤；能夠用于態勢表達、空間可視化、虛實耦合等方面，為多種應用情形提供更加形象、直觀、沉浸的沙盤平臺。

技術領域

本發明涉及電子沙盤技術領域，尤其涉及一種虛擬電子沙盤與增強電子沙盤相互耦合的沉浸式三維電子沙盤。

背景技術

與傳統的物理沙盤不同，電子沙盤是將空間中的實體、現象、事件等，以電子地圖或虛擬化的方式進行呈現、表達、模擬等的計算機生成的數字化沙盤，其以靈活多變、動態可控、經濟高效等優勢，得到了諸多領域的青睞，并已經成為作戰指揮、應急反應、災害救援、城市規劃等的關鍵支撐手段。經過幾十年的發展，電子沙盤日趨成熟，并已經在國防、經濟、城市、交通、商業等各個領域得到了廣泛的應用。隨著計算機技術的發展，電子沙盤不斷演化，在維度上從二維向三維甚至更高維發展，在可視化手段上從計算機屏幕向三維投影、CAVE、虛擬現實頭盔、增強現實頭盔發展。

二維電子沙盤是20世紀80年代出現的一種基于地理信息系統并通過計算機可視化實現的數字化地圖。它基于點、線、面等符號化系統，按照一定的比例尺，將地理要素、武器裝備、兵力部署、演化趨勢等真實世界的三維信息壓縮到二維平面中，并利用圖層的疊加表達出二維效果。與傳統物理沙盤相比，二維電子沙盤具有融合多尺度、數據可更改、操作簡便、定位精確等特點，同時能夠很好支撐動態可視化表達。但是由于信息的降維處理，有時會使得實體之間在三維空間上的拓撲關系被誤判，進而影響到信息的有效理解。在可視化的表現方法上，二維電子沙盤主要采用計算機屏幕、幕布投影等方式展示。此種可視化表達方式便捷、高效、清晰，但是難以給使用人員帶來沉浸感。

三維電子沙盤是在虛擬現實技術的推動下逐漸發展起來的，其利用計算機圖形處理與顯示技術，以三維甚至更高維的可視化表達方式展示空間實體、事件、關系、演化等。相比于二維電子沙盤，三維電子沙盤具有明顯的優勢。第一，三維電子沙盤由于采用三維方式構建，保證了信息在立體空間表達上的完整性，進而大大提升了信息的可理解性。第二，在可視化表達方式上，立體投影顯示技術、CAVE系統等的應用，大幅提升了使用人員的沉浸感。第三，三維電子沙盤能夠勝任多視角觀察，有利于對沙盤的空間全方位展示與理解。

虛擬現實與增強現實頭盔式可視化與交互術的新突破，為構建三維電子沙盤并提升其沉浸效果提供了良好契機。當前，多種面向虛擬現實或增強現實的頭盔設備相繼問世，比如HTC Vive、Oculus、3Glasses、Hololens、暴風魔鏡、亮風臺等。但是，目前頭盔式虛擬電子沙盤和增強電子沙盤構建技術尚處于研究階段，一些關鍵技術、方法、應用方式等還不明確，需要進行創新性探索與實踐。當前已出現分別針對虛擬電子沙盤或增強電子沙盤的構建技術，對實現虛擬電子沙盤與增強電子沙盤之間的交互聯動也有探索，但是，現有技術的研究與探索存在以下明顯的問題：現有虛擬電子沙盤與增強電子沙盤的聯動采用了數據傳遞的模式實現，也就是首先在各自空間內構建三維電子沙盤，然后通過參數傳遞實現兩個空間下的數據同步，因此，二者在統一的物理空間上無法實現耦合，也不能支撐統一時空環境下的虛擬/增強沙盤的協同交互。解決這一問題，需要構建一種基于統一現實物理空間下的虛擬現實與增強現實耦合的沉浸式虛擬電子沙盤。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種沉浸式三維電子沙盤，是一種虛擬電子沙盤與增強電子沙盤耦合與交互的平臺，能夠使得虛擬電子沙盤與增強電子沙盤二者在統一的現實物理空間內進行可視化與有效耦合交互。

本發明提供的技術方案是：