指揮顯示二三維聯(lián)動系統(tǒng)設(shè)計

劉丹++梅玉航++唐藝靈

摘 要為實現(xiàn)指揮顯示系統(tǒng)二、三維軟件間的聯(lián)動顯示和數(shù)據(jù)交互功能，在分析了SuperMap GIS軟件體系結(jié)構(gòu)及技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，闡述了二三維聯(lián)動的實現(xiàn)思路，設(shè)計了適用于靶場的指揮顯示二三維聯(lián)動系統(tǒng)，并展示了二三維聯(lián)動系統(tǒng)應(yīng)用的顯示效果。

【關(guān)鍵詞】二三維聯(lián)動 二三維一體化 SuperMap 組件技術(shù)

1 引言

指揮顯示系統(tǒng)在靶場中承擔(dān)試驗信息的實時顯示任務(wù)，為參試人員提供清晰、準(zhǔn)確、直觀的試驗綜合態(tài)勢信息，為指揮決策提供依據(jù)。系統(tǒng)中的二、三維軟件分別以二維數(shù)字地圖和三維空間場景的形式將實時接收的試驗信息呈現(xiàn)給參試人員。以往，參試人員需使用相互獨立的二、三維軟件完成試驗前的二、三維方案制作，并在試驗過程中根據(jù)實時數(shù)據(jù)完成目標(biāo)切換、角度調(diào)整、姿態(tài)變化等一系列操作。隨著試驗任務(wù)的日益增多、顯示手段的不斷豐富，試驗準(zhǔn)備和試驗實施過程中的工作日漸繁重，對參試人員的試驗?zāi)芰凸ぷ餍侍岢隽烁叩囊?。針對上述情況，利用SuperMap GIS軟件的“二三維一體化”技術(shù)，將二、三維軟件整合為一個系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)、相互配合，從兩個方面綜合反映試驗態(tài)勢信息，實現(xiàn)可視化層面和數(shù)據(jù)層面的聯(lián)動。

2 SuperMap GIS軟件體系結(jié)構(gòu)及技術(shù)優(yōu)勢

隨著GIS在各個領(lǐng)域的應(yīng)用和不斷發(fā)展，人們對二三維可視化應(yīng)用的要求逐漸提高，單純的二維和三維可視化系統(tǒng)已不能滿足很多領(lǐng)域的進(jìn)一步需求。在這種情況下，“二三維一體化”概念應(yīng)運而生，SuperMap GIS 6R系列地理信息系統(tǒng)軟件將這一思想融入到全系列產(chǎn)品中，通過其先進(jìn)的理念和靈活的應(yīng)用為人們帶來更加豐富的用戶體驗。

2.1 SuperMap GIS軟件體系結(jié)構(gòu)

SuperMapGIS軟件體系包括桌面、組件、服務(wù)器和客戶端四個產(chǎn)品，具體指桌面應(yīng)用軟件SuperMap Deskpro.Net、組件式開發(fā)平臺SuperMap Objects.Net/Java、服務(wù)式GIS開發(fā)平臺SuperMap iServer Java以及客戶端開發(fā)包SuperMap iClient for Realspace。用戶可根據(jù)自己的需求選擇不同的軟件產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計和開發(fā)。

2.2 SuperMap GIS軟件技術(shù)優(yōu)勢

（1）SuperMap GIS對組件技術(shù)的應(yīng)用可有效提高整體開發(fā)效率，具有可復(fù)用、可替換、可組合、可移植的特點，對系統(tǒng)的維護(hù)和二次開發(fā)具有很大價值。

（2）SuperMap GIS中，二維和三維數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了二維和三維空間數(shù)據(jù)存儲和管理的一體化，支持包括三維模型數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)在內(nèi)的多種類型數(shù)據(jù)的應(yīng)用。

（3）SuperMap GIS實現(xiàn)了二三維符號一體化，通過符號庫對符號資源進(jìn)行組織和管理，支持二維和三維符號的靈活使用。

（4）SuperMap GIS具有先進(jìn)的二三維緩存體系，并針對不同的數(shù)據(jù)類型提供專門的緩存技術(shù)，有效提高GIS數(shù)據(jù)顯示和瀏覽的速度，從而帶來更加流暢的用戶體驗。

（5）SuperMap GIS支持包括Oracle和SQL Server在內(nèi)的多種類型的數(shù)據(jù)庫型數(shù)據(jù)源，并針對不同類型的數(shù)據(jù)庫提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)空間引擎，便于用戶根據(jù)自己的需要選擇合適的數(shù)據(jù)庫。

3 SuperMap GIS三維模型應(yīng)用流程

在二三維聯(lián)動系統(tǒng)中，三維模型數(shù)據(jù)在展現(xiàn)地理空間信息方面具有明顯優(yōu)勢，是構(gòu)成二三維聯(lián)動系統(tǒng)的重要部分。使用SuperMapGIS軟件展示三維效果需要使用建模軟件Autodesk 3ds Max。使用Autodesk 3ds Max建模后，利用SuperMap的Max插件將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出為SuperMap GIS支持的CAD矢量模型數(shù)據(jù)集、KML文件及SCV模型緩存文件，使用SuperMap Deskpro.Net瀏覽導(dǎo)出的模型數(shù)據(jù)，SuperMap工作空間中保存生成的三維場景。如用戶需要對模型數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，可使用SuperMap iServer Java將所需的工作空間文件發(fā)布為三維服務(wù)，通過安裝了SuperMap iClient for Realspace的瀏覽器對三維場景及模型數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽。三維模型應(yīng)用流程如圖1所示。

4 二三維聯(lián)動的實現(xiàn)思路

二三維聯(lián)動主要解決兩個方面的主要問題：場景同步和數(shù)據(jù)同步。

4.1 場景同步

通過二維和三維坐標(biāo)的映射，實現(xiàn)二維平面地理位置與三維空間地理位置的一一對應(yīng)。為保持二維和三維位置一致，首先要將不同坐標(biāo)系下的坐標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)一在同一空間坐標(biāo)系下，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換完成二維和三維坐標(biāo)之間的換算。為了減少坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作量，提高系統(tǒng)性能，采用WGS-84坐標(biāo)系作為二三維聯(lián)動系統(tǒng)的坐標(biāo)系。在此基礎(chǔ)上，采用消息觸發(fā)機(jī)制，當(dāng)二維或三維中某個場景位置發(fā)生變化時，另一視圖場景隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。

4.2 數(shù)據(jù)同步

在SuperMap中，將每個空間數(shù)據(jù)集的全部對象都儲存在數(shù)據(jù)庫中，每個對象都有一個唯一的標(biāo)識SmID。SmID號的唯一性實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。通過比較和獲取二維和三維圖層的SmID號即可實現(xiàn)二維和三維的數(shù)據(jù)同步。

5 指揮顯示二三維聯(lián)動系統(tǒng)設(shè)計

指揮顯示二三維聯(lián)動系統(tǒng)選用SuperMap Objects.Net 6R為開發(fā)平臺，充分發(fā)揮組件技術(shù)的優(yōu)勢，在Visual Studio 2010環(huán)境下，使用C++語言進(jìn)行開發(fā)。采用Autodesk 3ds Max和SuperMap Deskpro.Net 6R實現(xiàn)三維模型的制作和應(yīng)用，使用Oracle數(shù)據(jù)庫儲存空間數(shù)據(jù)，利用SDX+空間數(shù)據(jù)引擎對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和操作。

指揮顯示二三維聯(lián)動系統(tǒng)包括二維模塊和三維模塊，二者通過二三維聯(lián)動技術(shù)手段實現(xiàn)了二三維的無縫鏈接。其中二維模塊包括以下功能：目標(biāo)配置（目標(biāo)編號、目標(biāo)名稱、目標(biāo)類型、位圖文件、航跡設(shè)置）、圖元管理（點、線、平面圖形、文字、圖標(biāo)等）、站點管理（站點名稱、站點坐標(biāo)）、設(shè)備布局（各站點對應(yīng)設(shè)備）、數(shù)據(jù)管理（數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)回放）、地圖控制（移動、放大、縮小、比例尺設(shè)置、地名查詢、地圖量算、閃爍點顯示）。三維模塊在二維模塊的基礎(chǔ)上增加了更加豐富的顯示功能，可以根據(jù)需求從不同角度展示目標(biāo)的運動姿態(tài)、運動速度和運動軌跡，通過指令控制的方式實現(xiàn)。針對三維模型的使用增加了實體管理功能，包括裝備模型、建筑物以及地貌等。基于三維GIS在特效方面的優(yōu)點，增加了氣象參數(shù)設(shè)置功能，可根據(jù)當(dāng)時的天氣情況對陽光、云、雨、雪、霧、風(fēng)等氣象參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過三維場景的天氣變化給人身臨其境的感受。二三維聯(lián)動即實現(xiàn)二維和三維場景和數(shù)據(jù)的同步。具體功能包括：查詢同步（當(dāng)查詢某一坐標(biāo)或地物時，二維和三維窗口同步顯示查詢結(jié)果）、模型同步（當(dāng)在二維或三維窗口添加或刪除二維位圖或三維模型時，另一窗口同步添加或刪除對應(yīng)的模型或位圖）、信息同步（二維和三維同步接收來自網(wǎng)絡(luò)的信息，包括目標(biāo)的運動姿態(tài)、運動速度等參數(shù)，并以二、三維目標(biāo)運動軌跡、數(shù)據(jù)及曲線的方式呈現(xiàn)）、顯示同步（當(dāng)二維或三維中某一場景發(fā)生變化時，另一方會做出同步改變，保持二維和三維同步顯示同一場景）、操作同步（當(dāng)選中二維或三維中某一目標(biāo)進(jìn)行跟蹤或定位等操作時，另一方同步對同一目標(biāo)進(jìn)行同樣的操作）。指揮顯示二三維聯(lián)動系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

目前，指揮顯示二三維聯(lián)動系統(tǒng)已經(jīng)在試驗中得到應(yīng)用，實現(xiàn)了二維數(shù)字地圖和三維空間場景的配合和統(tǒng)一。指揮顯示二三維聯(lián)動系統(tǒng)地形顯示效果如圖3所示。

6 結(jié)束語

指揮顯示二三維聯(lián)動系統(tǒng)的應(yīng)用，豐富了試驗指揮顯示手段，減少了參試人員的試驗準(zhǔn)備和應(yīng)急處置時間，提高了參試人員的工作效率，為進(jìn)一步提高綜合試驗?zāi)芰ψ龀龇e極的嘗試和探索。隨著GIS和二三維一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，二三維聯(lián)動系統(tǒng)將隨之完善，更好地滿足未來試驗提出的更高要求。

參考文獻(xiàn)

[1]SuperMap圖書編委會.SuperMap GIS二三維一體化開發(fā)實戰(zhàn)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[2]王永紅.二三維聯(lián)動的“數(shù)字益陽”軟件框架設(shè)計[J].軟件導(dǎo)刊，2012，11（01）：196-197.

[3]孫英君，丁寧，王倩.基于二三維聯(lián)動機(jī)制的數(shù)字校園系統(tǒng)研究[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報，2009，24（04）：377-380.

[4]劉海飛.基于SuperMap的二、三維一體化校園GIS系統(tǒng)構(gòu)建[D].咸陽：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2013.

[5]萬幼，邊馥苓.二三維聯(lián)動的GIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建技術(shù)[J].地理信息系統(tǒng)，2008（02）：48-52.

[6]魏磊.基于SuperMap IS.NET技術(shù)的警用地理信息系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2010.

[7]程海洋，宋立松，曹建兵，張澤鋒，方琛亮.二維GIS與三維GIS聯(lián)動技術(shù)研究[J].浙江水利科技，2010，3（169）：31-32.

[8]張潔，張安民，王明波.基于組件技術(shù)的通用試驗軟件平臺設(shè)計[J].艦船電子工程，2011，31（07）：118-122.

作者單位

92941部隊96分隊 遼寧省葫蘆島市 125001