[发明专利]一种基于HoloLens的指挥所协同作业电子沙盘系统

说明书

本发明公开一种基于HoloLens的指挥所协同作业电子沙盘系统，包括硬件支撑层、资源管理层、应用支撑层和业务功能层，硬件支撑层通过系统中的硬件采集指挥员的交互信息并将交互信息传输至资源管理层；资源管理层管理系统中的资源数据并向应用支撑层提供系统管理、资源管控和数据访问接口；应用支撑层实现全息影像计算以及为业务功能层提供应用开发和运行环境支撑；业务功能层实现全息态势展示、多角色作战人员互动、自然交互、协同标绘、研讨过程管控和全息影像生成。本发明支持电子沙盘的整体场景全息显示与军事要素全息显示，在全息电子沙盘协同作业环境中由指挥人员进行态势标绘操作，还支持指挥内部指挥员之间角色互动；采集环境和态势与作战人员进行角色互动。

技术领域

本发明涉及一种人机交互技术，具体涉及一种基于HoloLens的指挥所协同作业电子沙盘系统。

背景技术

随着环境设备的不断增强，用于满足交互的基础设施逐渐完善，出现大、中、小、无多类型智能终端，一方面，体现在环境中多尺度显示屏的普及，以智能手机为代表的小型交互屏幕解决了交互屏的便携性问题，提供无处不在的交互界面；以电子沙盘、数据墙、智能电视为代表的大型屏幕则具有较好的视觉效果和沉浸感，为基于肢体动作的交互提供可能。而大型投影屏提供大范围多用户信息共享和协作的可能，并可借助智能手机等终端设备进行远程交互。另一方面，可穿戴设备的普及带来了交互体验的提升，将交互设备隐藏于无形，通过隐藏在眼镜、手表、鞋子，甚至植入于体内的芯片，提供无缝的感知和自然交互体验，用户无需借助专用设备即可通过自然的方式使得设备理解其行为意图。

全息技术按照出现的时间顺序，先后分为物理全息、数字全息和计算全息。物理全息是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术，需要真实物体的存在。数字全息将记录的全息图通过数字技术进行重建或光学再现。相较于普通光学技术而言，具有成本低、灵活运用、速度快、储存空间大、实时处理等优势。计算全息是基于波前再现的真三维显示技术，它的显示技术与光学全息显示相同，它的显示效果可与人眼三维视觉特性完全匹配，提供人眼视觉系统所需全部深度信息，它是信息时代光学全息发展的必然结果。计算全息技术具有极大的灵活性和独特的优点，它不仅可以把实际光波的振幅和相位全面地编码出来，还能把物理空间不存在的物体波前综合出来，因此计算全息被认为是最有潜力的三维显示技术。与光学全息显示相比，计算全息三维投影显示具有制作简单、效率高、成本低和便于信息的存储和传输等显著优点，不仅可以显示静态的实物，而且可以显示虚拟动态物体。计算全息三维投影显示能够完整记录和重建三维物体的波前，提供人眼视觉系统所需全部深度信息，因而是国际上裸视真三维显示技术的研究热点。与光学全息显示相比，计算全息三维投影显示具有制作简单、效率高、成本低和便于信息的存储和传输等显著优点，不仅可以显示静态的实物，而且可以显示虚拟动态物体。HoloLens是当今全球最好的计算全息设备。

电子沙盘以计算机模拟实景模型，涵盖了地理信息系统、计算机图形图像与人机交互技术，在指挥所中用来展示兵力部署、武器配备及阵地组成等战场态势，以供指挥员研究地形、敌情、作战方案等，从而组织协同，实施演练和总结作战经验。除了在军事方面的应用，也应用在城市规划、仿古建筑、应急抢险等方面。

传统电子沙盘虽然也可展现三维场景，但是展示手段是二维电脑屏幕，不符合人的视觉习惯。受物理显示设备限制，所有指挥人员都只能从同一视角观察态势，信息展示不充分，不能满足成组研讨的需求。全息影像技术的发展，使得真实展示态势实景、协同操控电子沙盘成为可能。以全息方式展示电子沙盘实时态势，逼真再现陆、海、空、天、电、火箭等各军兵种联合战场全要素、多种类、多层级、多粒度的三维实景，为指挥员提供更加直观的战场地理、气象、水文、电磁环境，敌我双方的兵力部署、当前作战行动、后续行动计划及敌方行动对我军的威胁等信息，有助于指挥员客观观察整个战场态势的全貌，把握全局，更加深刻地理解战场态势。