互動式沙盤演示系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種互動式沙盤演示系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括體感裝置、投影裝置、立體顯示模塊和主機(jī)系統(tǒng)。該方法包括：1、完成系統(tǒng)連接，并使投影覆蓋沙盤區(qū)域，使體感裝置捕獲設(shè)定沙盤區(qū)域內(nèi)的動作信息及空間信息；2、啟動相關(guān)設(shè)備，體感裝置獲得沙盤空間信息傳遞給主機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)系統(tǒng)處理后，通過投影裝置在沙盤上進(jìn)行等高線繪制；3、當(dāng)沙盤上空出現(xiàn)阻隔物時，獲取阻隔物的動作信息及空間信息；4、判斷阻隔物是否為沙盤空間信息變化，若不是，即進(jìn)行云層模擬，包括云層覆蓋范圍、云層厚度，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為不同雨量大小，并將雨量轉(zhuǎn)化為積水量，并模擬積水量及積水流速；若是，則更新系統(tǒng)內(nèi)部沙盤空間信息。該系統(tǒng)及方法仿真精確度高，演示效果好。
【專利說明】互動式沙盤演示系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及防災(zāi)減災(zāi)信息展示【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種互動式沙盤演示系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，多媒體技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各類系統(tǒng)，用于對各種系統(tǒng)信息進(jìn)行交互性更好的演示，從而使系統(tǒng)演示更加直觀、生動，更易被用戶接受。
[0003]多媒體技術(shù)的提升也使得其在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域得到了更好的應(yīng)用。隨著防災(zāi)減災(zāi)信息化水平的提高，人們對該領(lǐng)域的信息化展示要求也隨之增多，不僅希望得到災(zāi)害發(fā)生時各地區(qū)的各種災(zāi)情數(shù)據(jù)信息，還希望能通過對信息的預(yù)測而為采取措施提供基礎(chǔ)，進(jìn)而減少自然災(zāi)害造成的人身、財產(chǎn)損失。
[0004]中國專利ZL201320066364.0披露了一種基于體感的互動式影像動作識別系統(tǒng)，系統(tǒng)包括影像成像裝置與工控主機(jī)，所述影像成像裝置接入工控主機(jī)，用于接收工控主機(jī)提供的影響信號，并將其呈現(xiàn)，同時工控主機(jī)還通過畫面采集裝置連接一運(yùn)動采集裝置，通過對運(yùn)動信息的采集，將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸回工控主機(jī)，所述工控主機(jī)對數(shù)字信號進(jìn)行分析，并與內(nèi)置虛擬場景系統(tǒng)對接，將相關(guān)運(yùn)動信息模擬為虛擬場景系統(tǒng)中的變化量。方案給出了一種新的娛樂方式，通過對玩家運(yùn)動信息的采集，并結(jié)合虛擬場景，實現(xiàn)玩家在虛擬場景中親身經(jīng)歷游戲的感光體驗，在娛樂領(lǐng)域具有較大的進(jìn)步。但目前還未見有利用該設(shè)備組合結(jié)合防災(zāi)減災(zāi)的實際需求，對防災(zāi)減災(zāi)作出相應(yīng)的仿真，并為防災(zāi)減災(zāi)決策提供信息支持。
[0005]當(dāng)前不少系統(tǒng)整合進(jìn)了仿真算法，試圖通過系統(tǒng)內(nèi)部的仿真模型，對仿真結(jié)果進(jìn)行展示。但是，傳統(tǒng)的災(zāi)害模擬預(yù)測系統(tǒng)多基于顯示器實現(xiàn)信息的二維展示，所提供信息量有限，展示不夠直觀；另一方面在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域，由于自然災(zāi)害的發(fā)生可能對當(dāng)?shù)氐匦萎a(chǎn)生變化，現(xiàn)有系統(tǒng)無法就地形的變化信息直接導(dǎo)入系統(tǒng)，無法就地形的改變對仿真結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，因此往往只能通過相關(guān)專家的個人經(jīng)驗對改變作出結(jié)果的修正，基于人工判斷的經(jīng)驗修正往往需要資深專家的親自參與，但相應(yīng)專家資源往往無法配備到位。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種互動式沙盤演示系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法仿真精確度高，演示效果好。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種互動式沙盤演示系統(tǒng)，包括用于捕獲指定區(qū)域內(nèi)動作信息和空間信息的體感裝置，用于進(jìn)行投影的投影裝置，用于接收投影的立體顯示模塊，配設(shè)于立體顯示模塊上高度可變的阻隔物，以及用于控制體感裝置和投影裝置的主機(jī)系統(tǒng)，所述體感裝置和投影裝置分別與主機(jī)系統(tǒng)相連接。
[0008]進(jìn)一步的，所述立體顯示模塊為由淺盤和白沙組成的沙盤，所述立體顯示模塊還配設(shè)有用于在沙盤上壓制出實際地形結(jié)構(gòu)的倒模板，所述倒模板根據(jù)實際地形結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒模設(shè)計。
[0009]進(jìn)一步的，所述體感裝置和投影裝置在同一平面上并排布置。
[0010]本發(fā)明還提供了一種互動式沙盤演示方法，包括以下步驟:
步驟1:完成體感裝置、投影裝置與主機(jī)系統(tǒng)的連接，并使投影覆蓋設(shè)定沙盤區(qū)域，使體感裝置捕獲設(shè)定沙盤區(qū)域內(nèi)的動作信息及空間信息；
步驟2:啟動相關(guān)設(shè)備，體感裝置獲得沙盤空間信息傳遞給主機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)系統(tǒng)獲得沙盤空間信息后經(jīng)過處理，通過投影裝置，在沙盤上進(jìn)行等高線繪制；
步驟3:當(dāng)沙盤上空出現(xiàn)阻隔物時，獲取阻隔物的動作信息及空間信息；
步驟4:判斷阻隔物是否為沙盤空間信息變化；
步驟5:若阻隔物不是沙盤空間信息變化，即將所述阻隔物進(jìn)行云層模擬，根據(jù)阻隔物大小決定云層覆蓋范圍，根據(jù)阻隔物高低決定云層厚度，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為不同雨量大小，并通過系統(tǒng)內(nèi)部雨量-水量模型將雨量轉(zhuǎn)化為積水量，并根據(jù)沙盤空間信息，調(diào)用內(nèi)部洪水淹沒模型，模擬出積水量以及積水流速；若阻隔物是沙盤空間信息變化，則更新系統(tǒng)內(nèi)部沙盤空間信息。
[0011]進(jìn)一步的，在步驟3中，獲取阻隔物的空間信息主要實現(xiàn)對阻隔物上表面高度信息的獲取，具體為獲得阻隔物上表面的多點高度值，并取多點高度值的平均數(shù)。
[0012]進(jìn)一步的，在步驟4中，判斷阻隔物是否為沙盤空間信息變化的方法為:定義體感攝像機(jī)與沙盤之間的空間，分為下層地域區(qū)與上層天空區(qū)，取沙盤盤面以上一設(shè)定高度以內(nèi)的空間為地域區(qū)，設(shè)定高度以上到投影裝置高度以內(nèi)的空間為天空區(qū)，障礙物上表面全部位于天空區(qū)內(nèi)不視為沙盤空間信息變化，障礙物上表面位于地域區(qū)，視為沙盤空間信息變化，并根據(jù)沙盤空間信息變化重新繪制等高線。
[0013]進(jìn)一步的，在步驟4中，判斷阻隔物是否為沙盤空間信息變化的方法為:通過對障礙物邊界的確定來判定障礙物是否為云層，通過體感攝像機(jī)，獲取體感攝像機(jī)與沙盤之間的空間，定義高度發(fā)生突變的點為邊界點，當(dāng)探測到障礙物存在封閉的邊界點后，認(rèn)定障礙物為云層，進(jìn)行雨量、積水模擬，當(dāng)邊界點不封閉，則說明該障礙物與沙盤有接觸，視為沙盤空間信息變化，并進(jìn)行等高線繪制。
[0014]進(jìn)一步的，在步驟5中，更新系統(tǒng)內(nèi)部沙盤空間信息后，經(jīng)主機(jī)系統(tǒng)處理，通過投影裝置，在沙盤上重新繪制等高線；等高線繪制過程為:針對高度一致的點采用曲線進(jìn)行連接，并在不同等高線之間制定填色規(guī)則，所填充色彩具有過渡性，最高處顯示為第一顏色，最低處顯示為第二顏色，中間色彩實現(xiàn)從第二顏色到第三顏色再到第一顏色的分段過渡。
[0015]進(jìn)一步的，在步驟5中，更新系統(tǒng)內(nèi)部沙盤空間信息后，體感裝置獲取新的沙盤空間信息，將新的沙盤空間信息輸入系統(tǒng)，洪水淹沒模型根據(jù)新的沙盤空間信息，對水流淹沒過程進(jìn)行計算仿真展示。
[0016]本發(fā)明的有益效果是提供了一種互動式沙盤演示系統(tǒng)及方法，突破性地將體感設(shè)備結(jié)合防災(zāi)減災(zāi)實際需求，應(yīng)用于防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域的仿真模擬，表現(xiàn)直觀形象，綜合利用了空間平臺對相關(guān)信息進(jìn)行展示，使得展示效果更佳。本發(fā)明可以實時實現(xiàn)地形變化信息的錄入，并根據(jù)最新地形作出相應(yīng)的仿真計算并展示，避免了傳統(tǒng)系統(tǒng)展示中無法對地形變化信息進(jìn)行實時監(jiān)測，使得仿真的效果更佳精確，具有很強(qiáng)的實用性和廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明實施例的方法實現(xiàn)流程圖。
[0019]圖中，1-主機(jī)系統(tǒng)，2-體感裝置，3-投影裝置，4-立體顯示模塊，5-阻隔物，6_倒模板。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0021]本發(fā)明的互動式沙盤演示系統(tǒng)，如圖1所示，包括用于捕獲指定區(qū)域內(nèi)動作信息和空間信息的體感裝置2，用于進(jìn)行投影的投影裝置3，用于接收投影的立體顯示模塊4，配設(shè)于立體顯示模塊4上高度可變的阻隔物5，以及用于控制體感裝置2和投影裝置3的主機(jī)系統(tǒng)1，所述體感裝置2和投影裝置3分別與主機(jī)系統(tǒng)I相連接。所述立體顯示模塊4為由淺盤和白沙組成的沙盤，所述立體顯示模塊4還配設(shè)有用于在沙盤上壓制出實際地形結(jié)構(gòu)的倒模板6，所述倒模板6根據(jù)實際地形結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒模設(shè)計。為了避免體感裝置2和投影裝置3相互干涉，所述體感裝置2和投影裝置3在同一平面上并排布置。
[0022]本發(fā)明還提供了與上述系統(tǒng)相適應(yīng)的互動式沙盤演示方法，如圖2所示，包括以下步驟:
步驟1:完成體感裝置(體感攝像頭)、投影裝置(投影儀)與主機(jī)系統(tǒng)的連接，并使投影覆蓋設(shè)定沙盤區(qū)域，使體感裝置捕獲設(shè)定沙盤區(qū)域內(nèi)的動作信息及空間信息。
[0023]步驟2:啟動相關(guān)設(shè)備，體感裝置獲得沙盤空間信息傳遞給主機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)系統(tǒng)獲得沙盤空間信息后經(jīng)過處理，通過投影裝置，在沙盤上進(jìn)行等高線繪制。
[0024]步驟3:當(dāng)沙盤上空出現(xiàn)阻隔物時，獲取阻隔物的動作信息及空間信息。
[0025]在步驟3中，獲取阻隔物的空間信息主要實現(xiàn)對阻隔物上表面高度信息的獲取，具體為獲得阻隔物上表面的多點高度值，并取多點高度值的平均數(shù)。
[0026]步驟4:判斷阻隔物是否為沙盤空間信息變化。
[0027]在步驟4中，判斷阻隔物是否為沙盤空間信息變化的方法有以下兩種:
I)定義體感攝像機(jī)與沙盤之間的空間，分為下層地域區(qū)與上層天空區(qū)，取沙盤盤面以上一設(shè)定高度以內(nèi)的空間為地域區(qū)，該高度值取值范圍為l(T20cm，在本實施例中取最佳值15cm, 15cm高度以上到投影裝置高度以內(nèi)的空間為天空區(qū)，障礙物上表面全部位于天空區(qū)內(nèi)不視為沙盤空間信息變化，障礙物上表面位于地域區(qū)，視為沙盤空間信息變化，并根據(jù)沙盤空間信息變化重新繪制等高線。
[0028]2)通過對障礙物邊界的確定來判定障礙物是否為云層，通過體感攝像機(jī)，獲取體感攝像機(jī)與沙盤之間的空間，定義高度發(fā)生突變的點為邊界點，當(dāng)探測到障礙物存在封閉的邊界點后，認(rèn)定障礙物為云層，進(jìn)行雨量、積水模擬，當(dāng)邊界點不封閉，則說明該障礙物與沙盤有接觸，視為沙盤空間信息變化，并進(jìn)行等高線繪制。
[0029]步驟5:若阻隔物不是沙盤空間信息變化，即將所述阻隔物進(jìn)行云層模擬，根據(jù)阻隔物大小決定云層覆蓋范圍，根據(jù)阻隔物高低決定云層厚度，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為不同雨量大小，并通過系統(tǒng)內(nèi)部雨量-水量模型將雨量轉(zhuǎn)化為積水量，并根據(jù)沙盤空間信息，調(diào)用內(nèi)部洪水淹沒模型，模擬出積水量以及積水流速；若阻隔物是沙盤空間信息變化，則更新系統(tǒng)內(nèi)部沙盤空間信息。
[0030]在步驟5中，更新系統(tǒng)內(nèi)部沙盤空間信息后，經(jīng)主機(jī)系統(tǒng)處理，通過投影裝置，在沙盤上重新繪制等高線；等高線繪制過程為:針對高度一致的點采用曲線進(jìn)行連接，并在不同等高線之間制定填色規(guī)則，所填充色彩具有過渡性，最高處顯示為第一顏色如白色，最低處顯示為第二顏色如藍(lán)色，中間色彩實現(xiàn)從第二顏色(藍(lán)色)到第三顏色(紅色)再到第一顏色(白色)的分段過渡。
[0031]更新系統(tǒng)內(nèi)部沙盤空間信息后，體感裝置獲取新的沙盤空間信息，將新的沙盤空間信息輸入系統(tǒng)，洪水淹沒模型根據(jù)新的沙盤空間信息，對水流淹沒過程進(jìn)行計算仿真展
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[0032]以上是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種互動式沙盤演示系統(tǒng)，其特征在于，包括用于捕獲指定區(qū)域內(nèi)動作信息和空間信息的體感裝置，用于進(jìn)行投影的投影裝置，用于接收投影的立體顯示模塊，配設(shè)于立體顯示模塊上高度可變的阻隔物，以及用于控制體感裝置和投影裝置的主機(jī)系統(tǒng)，所述體感裝置和投影裝置分別與主機(jī)系統(tǒng)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互動式沙盤演示系統(tǒng)，其特征在于，所述立體顯示模塊為由淺盤和白沙組成的沙盤，所述立體顯示模塊還配設(shè)有用于在沙盤上壓制出實際地形結(jié)構(gòu)的倒模板，所述倒模板根據(jù)實際地形結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒模設(shè)計。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互動式沙盤演示系統(tǒng)，其特征在于，所述體感裝置和投影裝置在同一平面上并排布置。
4.一種互動式沙盤演示方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:完成體感裝置、投影裝置與主機(jī)系統(tǒng)的連接，并使投影覆蓋設(shè)定沙盤區(qū)域，使體感裝置捕獲設(shè)定沙盤區(qū)域內(nèi)的動作信息及空間信息； 步驟2:啟動相關(guān)設(shè)備，體感裝置獲得沙盤空間信息傳遞給主機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)系統(tǒng)獲得沙盤空間信息后經(jīng)過處理，通過投影裝置，在沙盤上進(jìn)行等高線繪制； 步驟3:當(dāng)沙盤上空出現(xiàn)阻隔物時，獲取阻隔物的動作信息及空間信息； 步驟4:判斷阻隔物是否為沙盤空間信息變化； 步驟5:若阻隔物不是沙盤空間信息變化，即將所述阻隔物進(jìn)行云層模擬，根據(jù)阻隔物大小決定云層覆蓋范圍，根據(jù)阻隔物高低決定云層厚度，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為不同雨量大小，并通過系統(tǒng)內(nèi)部雨量-水量模型將雨量轉(zhuǎn)化為積水量，并根據(jù)沙盤空間信息，調(diào)用內(nèi)部洪水淹沒模型，模擬出積水量以及積水流速；若阻隔物是沙盤空間信息變化，則更新系統(tǒng)內(nèi)部沙盤空間信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的互動式沙盤演示方法，其特征在于，在步驟3中，獲取阻隔物的空間信息主要實現(xiàn)對阻隔物上表面高度信息的獲取，具體為獲得阻隔物上表面的多點高度值，并取多點高度值的平均數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的互動式沙盤演示方法，其特征在于，在步驟4中，判斷阻隔物是否為沙盤空間信息變化的方法為:定義體感攝像機(jī)與沙盤之間的空間，分為下層地域區(qū)與上層天空區(qū)，取沙盤盤面以上一設(shè)定高度以內(nèi)的空間為地域區(qū)，設(shè)定高度以上到投影裝置高度以內(nèi)的空間為天空區(qū)，障礙物上表面全部位于天空區(qū)內(nèi)不視為沙盤空間信息變化，障礙物上表面位于地域區(qū)，視為沙盤空間信息變化，并根據(jù)沙盤空間信息變化重新繪制等高線。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的互動式沙盤演示方法，其特征在于，在步驟4中，判斷阻隔物是否為沙盤空間信息變化的方法為:通過對障礙物邊界的確定來判定障礙物是否為云層，通過體感攝像機(jī)，獲取體感攝像機(jī)與沙盤之間的空間，定義高度發(fā)生突變的點為邊界點，當(dāng)探測到障礙物存在封閉的邊界點后，認(rèn)定障礙物為云層，進(jìn)行雨量、積水模擬，當(dāng)邊界點不封閉，則說明該障礙物與沙盤有接觸，視為沙盤空間信息變化，并進(jìn)行等高線繪制。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的互動式沙盤演示方法，其特征在于，在步驟5中，更新系統(tǒng)內(nèi)部沙盤空間信息后，經(jīng)主機(jī)系統(tǒng)處理，通過投影裝置，在沙盤上重新繪制等高線；等高線繪制過程為:針對高度一致的點采用曲線進(jìn)行連接，并在不同等高線之間制定填色規(guī)則，所填充色彩具有過渡性，最高處顯示為第一顏色，最低處顯示為第二顏色，中間色彩實現(xiàn)從第二顏色到第三顏色再到第一顏色的分段過渡。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的互動式沙盤演示方法，其特征在于，在步驟5中，更新系統(tǒng)內(nèi)部沙盤空間信息后，體感裝置獲取新的沙盤空間信息，將新的沙盤空間信息輸入系統(tǒng)，洪水淹沒模型根據(jù)新的沙盤空間信息，對水流淹沒過程進(jìn)行計算仿真展示。
【文檔編號】G09B25/00GK104134389SQ201410407198
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】陳煥新, 鄭楚飛, 陳博嘉, 張凌, 彭龍 申請人:福建四創(chuàng)軟件有限公司