專利名稱：三維電子沙盤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字三維多媒體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三維電子沙盤裝置。
背景技術(shù)：
沙盤是指根據(jù)地形圖、航空相片或?qū)嵉氐匦?，按一定的比例關(guān)系，用泥沙、兵棋和其它材料堆制的模型。隨著時代的發(fā)展和科技的進步，人們的思想理念和欣賞水平也隨之大大提高，沙盤也向著功能多樣化，智能化，藝術(shù)化，人性化的方向發(fā)展。信息電子專家結(jié)合多媒體軟件技術(shù)，觸摸屏技術(shù)，觸控一體機生產(chǎn)技術(shù)，電路智能控制技術(shù)，模型設(shè)計技術(shù)共同開發(fā)成功新一代的智能模型。以成熟的自動控制技術(shù)和一流的創(chuàng)意設(shè)計實力，將靜態(tài)模型與多媒體觸摸屏互動的結(jié)合起來。使用者通過手指點擊觸摸屏，瀏覽特制的多媒體介紹演示系統(tǒng)，將模型展示給參觀者，賦予了模型更加生動的內(nèi)涵，更好地詮釋設(shè)計規(guī)劃者的理念和圖片、視頻、動畫、解說等信息的同時，我們的自動控制系統(tǒng)將同步控制模型內(nèi)的燈光狀態(tài)，全方位模型這種藝術(shù)作品。在功能上力求簡潔、全面；在多媒體效果上力求明快、 生動；在使用上力求簡潔、準確、方便。目前市售或報道的電子沙盤均是用軟件制作的三維動畫內(nèi)容，但展示的界面多為二維平面顯示。這使現(xiàn)實的效果不具有直觀性，無法展現(xiàn)傳統(tǒng)沙盤的真實效果。利用3D電子沙盤可以按比例還原地形原貌，并顯示地名、海拔、氣象等信息。需要時還可以隨意實現(xiàn)3D到2D的轉(zhuǎn)換。發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種三維電子沙盤裝置，把電子沙盤的內(nèi)容用三維顯示屏展示出來，可以多角度觀看，圖像清晰，可識別性強。
(二)技術(shù)方案
一種三維電子沙盤裝置，包括主控計算機、平板電腦、交互控制觸摸屏、3D投影儀、背投幕布、3D眼鏡；其中所述主控計算機與所述平板電腦通過無線方式傳輸數(shù)據(jù)，所述背投幕布通過無線或有線的方式與所述主控計算機進行數(shù)據(jù)傳輸，操作者對平板電腦或背投幕布進行觸控操作時，將數(shù)據(jù)實時回傳給主控計算機，從而控制改變顯示內(nèi)容；主控計算機、平板電腦和背投幕布，三者同時輸出顯示內(nèi)容；所述交互控制觸摸屏安裝在平板電腦上，并通過無線裝置與主控計算機相連，主控計算機與3D投影儀連接。
更好地，所述三維電子沙盤裝置還包括與主控計算機連接的音頻播放裝置。
更好地，所述3D投影儀具有120Hz以上的刷新頻率并且是IXD或LCOS或DLP模式。
更好地，所述背投幕布采用聚合物分散液晶薄膜。
更好地，所述3D眼鏡為3D光閥眼鏡，采用TN或STN或OCB模式。
更好地，所述3D眼鏡是將壓貼膜近視鏡片貼合到3D眼鏡上而成的。
更好地，所述聚合物分散液晶薄膜以PET為基材。
更好地，所述平板電腦為手持式平板電腦。
(三)有益效果
本發(fā)明的三維電子沙盤裝置可創(chuàng)造一個多人、人機之間互動交流的平臺，輕松展現(xiàn)立體地理信息、展示樓盤多媒體信息或按輸入的程序模擬戰(zhàn)爭進程，逼真顯示模擬效果。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中全息投影技術(shù)示意圖2為現(xiàn)有技術(shù)中光屏障式技術(shù)示意圖3為現(xiàn)有技術(shù)中柱狀透鏡技術(shù)示意圖4為本發(fā)明三維電子沙盤結(jié)構(gòu)示意圖5a為本發(fā)明三維電子沙盤的通電狀態(tài)時的聚合物分散液晶膜原理圖 圖5b為本發(fā)明三維電子沙盤的斷電狀態(tài)時的聚合物分散液晶膜原理圖；其中51 :薄膜，52 :液晶分子。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
目前技術(shù)條件下實現(xiàn)3D的主要途徑包括激光全息(裸眼)、柱狀棱鏡(裸眼)、光屏障(裸眼)、偏光眼鏡、快門眼鏡等模式，下面是各模式性能的分析
I、激光全息技術(shù)
如圖I所示，全息投影技術(shù)也稱虛擬成像技術(shù)，是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術(shù)。
全息投影技術(shù)是全息攝影技術(shù)的逆向展示，本質(zhì)上是通過在空氣或者特殊的立體鏡片上形成立體的影像。不同于平面銀幕投影僅僅在二維表面通過透視、陰影等效果實現(xiàn)立體感，全息投影技術(shù)是真正呈現(xiàn)3D的影像，可以從360°的任何角度觀看影像的不同側(cè)面。
目前商業(yè)化的全息投影實際上是一種偽全息投影，一種是投影機直接背投在全息投影膜上；另一種是采用投影機或其他顯示方法光源折射45度成像在幻影成像膜的全息投影，后者成像效果相對更炫一些，不過成本相對會高出很多，受場地限制也多一些。鑒于系統(tǒng)的復雜性，占用空間大，對場地要求嚴格，最重要的是它只實現(xiàn)空間立體顯示，所有的畫面其實也只在一個面上(全息投影膜)，無法制造層次感，因此不適合實現(xiàn)電子沙盤。
2、光屏障式(Barrier)
如圖2所示，光屏障式3D技術(shù)也被稱為視差屏障或視差障柵技術(shù)，其原理和偏振式3D較為類似，是由夏普歐洲實驗室的工程師十余年的研究成功。光屏障式3D產(chǎn)品與既有的LCD液晶工藝兼容，因此在量產(chǎn)性和成本上較具優(yōu)勢，但采用此種技術(shù)的產(chǎn)品影像分辨率和亮度會下降。光屏障式3D技術(shù)的實現(xiàn)方法是使用一個開關(guān)液晶屏、偏振膜和高分子液晶層，利用液晶層和偏振膜制造出一系列方向為90°的垂直條紋。這些條紋寬幾十微米， 通過它們的光就形成了垂直的細條柵模式，稱之為“視差障壁”。而該技術(shù)正是利用了安置在背光模塊及IXD面板間的視差障壁，在立體顯示模式下，應(yīng)該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼；同理，應(yīng)該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時， 不透明的條紋會遮擋左眼，通過將左眼和右眼的可視畫面分開，使觀者看到3D影像。
優(yōu)點與既有的IXD液晶工藝兼容，因此在量產(chǎn)性和成本上較具優(yōu)勢。
缺點畫面亮度低，分辨率會隨著顯示器在同一時間播出影像的增加呈反比降低。 由于必須在合適的角度和距離才能觀看，因此不適于制作3D電子沙盤。
3、柱狀透鏡(Lenticular Lens)技術(shù)
如圖3所示，柱狀透鏡(Lenticular Lens)技術(shù)也被稱為雙凸透鏡或微柱透鏡3D 技術(shù)，其最大的優(yōu)勢便是其亮度不會受到影響。柱狀透鏡3D技術(shù)的原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡，使液晶屏的像平面位于透鏡的焦平面上，這樣在每個柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個子像素，這樣透鏡就能以不同的方向投影每個子像素。于是雙眼從不同的角度觀看顯示屏，就看到不同的子像素。不過像素間的間隙也會被放大 ，因此不能簡單地疊加子像素。讓柱透鏡與像素列不是平行的，而是成一定的角度。這樣就可以使每一組子像素重復投射視區(qū)，而不是只投射一組視差圖像。之所以它的亮度不會受到影響，是因為柱狀透鏡不會阻擋背光，因此畫面亮度能夠得到很好地保障。不過由于它的3D顯示基本原理仍與視差障壁技術(shù)有異曲同工之處，所以分辨率仍是一個比較難解決的問題。
優(yōu)點3D技術(shù)顯示效果更好，亮度不受到影響。
缺點相關(guān)制造與現(xiàn)有IXD液晶工藝不兼容，需要投資新的設(shè)備和生產(chǎn)線。雖然比光屏障式顯示效果好，但同樣受視角和距離的限制，另外3D到2D的轉(zhuǎn)換需另外添加裝置， 安裝運輸麻煩，因此也不適于制造3D電子沙盤。
4、偏光眼鏡
偏光眼鏡立體顯示的原理是用兩個鏡頭如人眼那樣從兩個不同方向同時拍攝下景物的像，制成電影膠片。在放映時，通過兩個放映機，把用兩個攝影機拍下的兩組膠片同步放映，使這略有差別的兩幅圖像重疊在銀幕上。這時如果用眼睛直接觀看，看到的畫面是模糊不清的，要看到立體電影，就要在每架電影機前裝一塊偏振片，它的作用相當于起偏器。從兩架放映機射出的光，通過偏振片后，就成了偏振光。左右兩架放映機前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而產(chǎn)生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直。這兩束偏振光投射到銀幕上再反射到觀眾處，偏振光方向不改變。觀眾用上述的偏振眼鏡觀看，每只眼睛只看到相應(yīng)的偏振光圖像，即左眼只能看到左機映出的畫面，右眼只能看到右機映出的畫面，這樣就會像直接觀看那樣產(chǎn)生立體感覺。
這個是目前影院和電視應(yīng)用的主流技術(shù)之一，雖然配戴眼鏡，但由于是偏光式的， 也比較輕便。主要問題是這個也比較受視角的限制，而電子沙盤更多的是從側(cè)面觀看，實現(xiàn)起來效果不好。
5、快門眼鏡
3D快門眼鏡是一種最新式的視頻眼鏡，3D快門眼鏡主要是通過提高畫面的快速刷新率(至少要達到120Hz)來實現(xiàn)3D效果，屬于主動式3D技術(shù)。當3D信號輸入到顯示設(shè)備(諸如顯示器、投影機等)后，120Hz的圖像便以幀序列的格式實現(xiàn)左右?guī)惶娈a(chǎn)生，通過紅外發(fā)射器將這些幀信號傳輸出去，負責接收的3D眼鏡在刷新同步實現(xiàn)左右眼觀看對應(yīng)的圖像，并且保持與2D視像相同的幀數(shù)，觀眾的兩只眼睛看到快速切換的不同畫面，并且在大腦中產(chǎn)生錯覺(攝像機拍攝不出來效果)，便觀看到立體影像。
這個與偏光眼鏡都是是目前影院和電視應(yīng)用的主流技術(shù)之一，不同的是靠空間分割畫面，不損失分辨率，也不受視角限制，是目前技術(shù)條件下最適合實現(xiàn)3D電子沙盤的技術(shù)方式。
綜上所述，就3D顯示界面而言，最適合的實現(xiàn)方式是背投式3D快門眼鏡模式。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明是一種創(chuàng)新的基于背投式3D投影技術(shù)的三維電子沙盤， 它區(qū)別于以往的三維電子沙盤，采用聚合物分散液晶(PDLC)薄膜作為投影幕布的背投式投影模式，實現(xiàn)高清晰度、高亮度的桌面3D顯示。
F1DLC是英文Polymer Dispersed Liquid Crystal的縮寫，中文名叫聚合物分散液晶，US4688900、W089/06264和EP0272585等專利中均有描述。聚合物分散液晶(PDLC)是將低分子液晶(liquid crystal,縮寫為LC)與預聚物相混合,在一定條件下經(jīng)聚合反應(yīng), 形成微米級的液晶微滴均勻地分散在高分子網(wǎng)絡(luò)中，再利用液晶分子的介電各向異性獲得具有電光響應(yīng)特性的材料，它主要工作在散射態(tài)和透明態(tài)之間，并具有一定的灰度。
光閥眼鏡是一種頭戴虛擬顯示器，是視頻眼鏡的一種。視頻眼鏡又稱眼鏡式顯示器、隨身影院。這種光閥眼鏡利用快門式3D技術(shù)設(shè)計，主要通過提高畫面的快速刷新率(至少要達到120Hz)來實現(xiàn)3D效果，屬于主動式3D技術(shù)。當3D信號輸入到顯示設(shè)備(諸如顯示器、投影機等)后，120Hz的圖像便以幀序列的格式實現(xiàn)左右?guī)惶娈a(chǎn)生，通過紅外發(fā)射器將這些幀信號傳輸出去，負責接收的3D眼鏡在刷新同步實現(xiàn)左右眼觀看對應(yīng)的圖像，并且保持與2D視像相同的幀數(shù)，觀眾的兩只眼睛看到快速切換的不同畫面，并且在大腦中產(chǎn)生錯覺(攝像機拍攝不出來效果)，便觀看到立體影像。
優(yōu)點資源相對較多，廠商宣傳推廣力度大,3D效果出色。
光閥眼鏡技術(shù)可以采用但不僅限于NVIDIA的3D stereo、德州儀器的DLP Link還有XPAND 3D系統(tǒng)。從片源來看，快門式3D技術(shù)的資源也最為豐富，刷新率提升到120Hz的視頻和游戲均可實現(xiàn)3D立體效果。得益于NVIDIA在顯卡市場中的領(lǐng)先地位，和德州儀器 DLP在投影機市場占據(jù)半壁江山優(yōu)勢，快門式3D技術(shù)在電腦和投影機行業(yè)已經(jīng)成了 3D技術(shù)的代名詞。
光閥眼鏡采用快門式3D技術(shù)制作，可以為家庭用戶提供高品質(zhì)的3D顯示效果，這種技術(shù)的實現(xiàn)需要一付主動式LCD快門眼鏡，交替左眼和右眼看到的圖像以至于你的大腦將兩幅圖像融合成一體來實現(xiàn)，從而產(chǎn)生了單幅圖像的3D深度感。
快門式3D技術(shù)的原理是根據(jù)人眼對影像頻率的刷新時間來實現(xiàn)的，通過提高畫面的快速刷新率(至少要達到120Hz)左眼和右眼60Hz的快速刷新圖像才會讓人對圖像不會產(chǎn)生抖動感，并且保持與2D視像相同的幀數(shù)，觀眾的兩只眼睛看到快速切換的不同畫面，并且在大腦中產(chǎn)生錯覺，便觀看到立體影像，快門式3D技術(shù)的優(yōu)勢是其3D效果實現(xiàn)逼真。
如圖4所示，一種三維電子沙盤裝置，其特征在于，包括主控計算機、平板電腦、 交互控制觸摸屏、3D投影儀、背投幕布、3D眼鏡；其中所述主控計算機與所述平板電腦通過無線方式傳輸數(shù)據(jù)，所述背投幕布通過無線或有線的方式與所述主控計算機進行數(shù)據(jù)傳輸，操作者對平板電腦或背投幕布進行觸控操作時，將數(shù)據(jù)實時回傳給主控計算機，從而控制改變顯示內(nèi)容；主控計算機、平板電腦和背投幕布，三者同時輸出顯示內(nèi)容；所述交互控制觸摸屏安裝在平板電腦上，并通過無線裝置與主控計算機相連，主控計算機與3D投影儀連接，通過觸控屏，輕松實現(xiàn)人機互動，通過軟件控制達到逼真的模擬效果。佩戴3D眼鏡不影響正常的視覺效果，參與人員可隨意進行面對面交流和探討。因此上述系統(tǒng)可創(chuàng)造一個多人、人機之間互動交流的平臺，輕松展現(xiàn)立體地理信息、展示樓盤多媒體信息或按輸入的程序模擬戰(zhàn)爭進程，逼真顯示模擬效果。所述平板電腦為手持式平板電腦。所述三維電子沙盤裝置還包括與主控計算機連接的音頻播放裝置。
所述3D投影儀具有120Hz以上的刷新頻率并且是IXD或LCOS或DLP模式。IXD (LiquidCrystalDisplay):它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面。LCOS (Liquid Crystal on Silicon),即娃基液晶，是一種基于反射模式,尺寸非常小的矩陣液晶顯示裝置。這種矩陣采用CMOS技術(shù)在硅芯片上加工制作而成。DLP (Digital Light Procession),即為數(shù)字光處理,也就是說這種技術(shù)要先把影像信號經(jīng)過數(shù)字處理，然后再把光投影出來。
所述3D眼鏡為3D光閥眼鏡是將壓貼膜近視鏡片貼合到3D眼鏡上而成的，采用 TN 或 STN 或 OCB 模式。TN (Twisted Nematic)扭曲排列；OCB (optically compensated Birefringence):光學補償彎曲排列。一種用于液晶顯示的新技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用大大的提高了液晶顯示器的響應(yīng)時間。STN (Super Twisted Nematic):是用電場改變原為180度以上扭曲的液晶分子的排列從而改變旋光狀態(tài)。
如圖5所示，本發(fā)明的背投幕布采用聚合物分散液晶薄膜，所述聚合物分散液晶薄膜以PET為基材。在所述聚合物分散液晶薄膜中，每一個液晶微滴的尺寸在幾十個微米， 通過多次的折射，能達到非常好的散射效果，實現(xiàn)高對比度，高亮度的顯示效果。另外由于該薄膜以PET為基材,能實現(xiàn)卷曲,便于攜帶和安裝。
對于近視或遠視人員可采用目前美國3M公司等生產(chǎn)的壓貼膜近視鏡片貼合到3D 眼鏡上，不用額外配戴近視鏡，舒服輕便。
以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種三維電子沙盤裝置，其特征在于，包括主控計算機、平板電腦、交互控制觸摸屏、3D投影儀、背投幕布、3D眼鏡；其中所述主控計算機與所述平板電腦通過無線方式傳輸數(shù)據(jù)，所述背投幕布通過無線或有線的方式與所述主控計算機進行數(shù)據(jù)傳輸，操作者對平板電腦或背投幕布進行觸控操作時，將數(shù)據(jù)實時回傳給主控計算機，從而控制改變顯示內(nèi)容；主控計算機、平板電腦和背投幕布，三者同時輸出顯示內(nèi)容；所述交互控制觸摸屏安裝在平板電腦上，并通過無線裝置與主控計算機相連，主控計算機與3D投影儀連接。
2.如權(quán)利要求I所述三維電子沙盤裝置，其特征在于，所述三維電子沙盤裝置還包括與主控計算機連接的音頻播放裝置。
3.如權(quán)利要求I所述三維電子沙盤裝置，其特征在于，所述3D投影儀具有120Hz以上的刷新頻率并且是IXD或LCOS或DLP模式。
4.如權(quán)利要求I所述三維電子沙盤裝置，其特征在于，所述背投幕布采用聚合物分散液晶薄膜。
5.如權(quán)利要求I所述三維電子沙盤裝置，其特征在于，所述3D眼鏡為3D光閥眼鏡，采用TN或STN或OCB模式。
6.如權(quán)利要求I所述三維電子沙盤裝置，其特征在于，所述3D眼鏡是將壓貼膜近視鏡片貼合到3D眼鏡上而成的。
7.如權(quán)利要求4所述三維電子沙盤，其特征于，所述聚合物分散液晶薄膜以PET為基材。
8.如權(quán)利要求I所述三維電子沙盤，其特征于，所述平板電腦為手持式平板電腦。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維電子沙盤裝置，包括主控計算機、平板電腦、交互控制觸摸屏、3D投影儀、背投幕布、3D眼鏡；其中所述主控計算機與所述平板電腦通過無線方式傳輸數(shù)據(jù)，所述背投幕布通過無線或有線的方式與所述主控計算機進行數(shù)據(jù)傳輸，操作者對平板電腦或背投幕布進行觸控操作時，將數(shù)據(jù)實時回傳給主控計算機，從而控制改變顯示內(nèi)容；主控計算機、平板電腦和背投幕布，三者同時輸出顯示內(nèi)容；所述交互控制觸摸屏安裝在平板電腦上，并通過無線裝置與主控計算機相連，主控計算機與3D投影儀連接。本發(fā)明的三維電子沙盤裝置可輕松展現(xiàn)立體地理信息、展示樓盤多媒體信息或按輸入的程序模擬戰(zhàn)爭進程，逼真顯示模擬效果。
文檔編號G02B27/22GK102929384SQ20121018021
公開日2013年2月13日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者陳海光, 梁現(xiàn)麗, 杭德余, 姜天孟, 王廣濤, 田會強 申請人:北京八億時空液晶科技股份有限公司