[发明专利]一种虚拟现实与增强现实耦合的沉浸式三维电子沙盘

说明书

本发明公布了一种虚拟现实与增强现实耦合的沉浸式三维电子沙盘，包括：外围/内围定位传感器组、外围/内围增强方位识别标签组、虚拟/增强菜单区域、虚拟环境软件控制与驱动、增强环境软件控制与驱动、虚拟/增强电子沙盘耦合三维可视化表达区域、虚拟现实头盔和增强现实头盔。本发明基于现实物理空间，将虚拟电子沙盘与增强电子沙盘空间有效对准；提供虚拟与增强电子沙盘耦合可视化表达与交互；能够自适应于不同形状与尺寸沉浸式电子沙盘构建需要；可面向单人操作或多人协同操作虚拟/增强电子沙盘；能够用于态势表达、空间可视化、虚实耦合等方面，为多种应用情形提供更加形象、直观、沉浸的沙盘平台。

技术领域

本发明涉及电子沙盘技术领域，尤其涉及一种虚拟电子沙盘与增强电子沙盘相互耦合的沉浸式三维电子沙盘。

背景技术

与传统的物理沙盘不同，电子沙盘是将空间中的实体、现象、事件等，以电子地图或虚拟化的方式进行呈现、表达、模拟等的计算机生成的数字化沙盘，其以灵活多变、动态可控、经济高效等优势，得到了诸多领域的青睐，并已经成为作战指挥、应急反应、灾害救援、城市规划等的关键支撑手段。经过几十年的发展，电子沙盘日趋成熟，并已经在国防、经济、城市、交通、商业等各个领域得到了广泛的应用。随着计算机技术的发展，电子沙盘不断演化，在维度上从二维向三维甚至更高维发展，在可视化手段上从计算机屏幕向三维投影、CAVE、虚拟现实头盔、增强现实头盔发展。

二维电子沙盘是20世纪80年代出现的一种基于地理信息系统并通过计算机可视化实现的数字化地图。它基于点、线、面等符号化系统，按照一定的比例尺，将地理要素、武器装备、兵力部署、演化趋势等真实世界的三维信息压缩到二维平面中，并利用图层的叠加表达出二维效果。与传统物理沙盘相比，二维电子沙盘具有融合多尺度、数据可更改、操作简便、定位精确等特点，同时能够很好支撑动态可视化表达。但是由于信息的降维处理，有时会使得实体之间在三维空间上的拓扑关系被误判，进而影响到信息的有效理解。在可视化的表现方法上，二维电子沙盘主要采用计算机屏幕、幕布投影等方式展示。此种可视化表达方式便捷、高效、清晰，但是难以给使用人员带来沉浸感。

三维电子沙盘是在虚拟现实技术的推动下逐渐发展起来的，其利用计算机图形处理与显示技术，以三维甚至更高维的可视化表达方式展示空间实体、事件、关系、演化等。相比于二维电子沙盘，三维电子沙盘具有明显的优势。第一，三维电子沙盘由于采用三维方式构建，保证了信息在立体空间表达上的完整性，进而大大提升了信息的可理解性。第二，在可视化表达方式上，立体投影显示技术、CAVE系统等的应用，大幅提升了使用人员的沉浸感。第三，三维电子沙盘能够胜任多视角观察，有利于对沙盘的空间全方位展示与理解。

虚拟现实与增强现实头盔式可视化与交互术的新突破，为构建三维电子沙盘并提升其沉浸效果提供了良好契机。当前，多种面向虚拟现实或增强现实的头盔设备相继问世，比如HTC Vive、Oculus、3Glasses、Hololens、暴风魔镜、亮风台等。但是，目前头盔式虚拟电子沙盘和增强电子沙盘构建技术尚处于研究阶段，一些关键技术、方法、应用方式等还不明确，需要进行创新性探索与实践。当前已出现分别针对虚拟电子沙盘或增强电子沙盘的构建技术，对实现虚拟电子沙盘与增强电子沙盘之间的交互联动也有探索，但是，现有技术的研究与探索存在以下明显的问题：现有虚拟电子沙盘与增强电子沙盘的联动采用了数据传递的模式实现，也就是首先在各自空间内构建三维电子沙盘，然后通过参数传递实现两个空间下的数据同步，因此，二者在统一的物理空间上无法实现耦合，也不能支撑统一时空环境下的虚拟/增强沙盘的协同交互。解决这一问题，需要构建一种基于统一现实物理空间下的虚拟现实与增强现实耦合的沉浸式虚拟电子沙盘。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种沉浸式三维电子沙盘，是一种虚拟电子沙盘与增强电子沙盘耦合与交互的平台，能够使得虚拟电子沙盘与增强电子沙盘二者在统一的现实物理空间内进行可视化与有效耦合交互。

本发明提供的技术方案是：