軍事元宇宙中的數(shù)據(jù)：用于訓(xùn)練的企業(yè)地形管理

為了創(chuàng)建用于軍事訓(xùn)練的高保真模擬的地形，開發(fā)人員必須找到準(zhǔn)確的源數(shù)據(jù)，使用相同的源數(shù)據(jù)構(gòu)建多種地形格式以支持多個運行時，存儲數(shù)據(jù)，在客戶站點之間同步數(shù)據(jù)，并根據(jù)訓(xùn)練場景的要求調(diào)整地形。過去，這需要復(fù)雜和定制的地形開發(fā)管道，以及較長的交付周期，但更新的解決方案正在出現(xiàn)。

軍隊和支持行業(yè)需要更易于訪問、連接和可自定義的方法來利用地形數(shù)據(jù)。雖然組織現(xiàn)在可以訪問前所未有的高保真地形數(shù)據(jù)，但實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全部潛力意味著將數(shù)據(jù)與所有許多可互操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序混合、關(guān)聯(lián)和共享。目前，大多數(shù)組織都有針對不同應(yīng)用程序的單獨地形數(shù)據(jù)管道，這導(dǎo)致每個系統(tǒng)中的地形看起來不同，從而對互操作性產(chǎn)生不利影響，并導(dǎo)致“公平競爭”問題。

在巖石之戰(zhàn)通訊的一篇文章中，安全技術(shù)提供商詹妮弗·麥卡德爾（Jennifer McArdle）和凱特琳·多爾曼（Caitlin Dohrman）提出了一個可能成為訓(xùn)練“軍事元宇宙”的愿景：即持久的模擬訓(xùn)練環(huán)境。這樣的元宇宙可以有許多有用的應(yīng)用，從訓(xùn)練到任務(wù)規(guī)劃和實際行動的排練。這種軍事元宇宙的“引擎蓋下”將是模擬技術(shù)的混合，為用戶提供無縫體驗，無論元宇宙可能應(yīng)用于何種目的。與目前通過標(biāo)準(zhǔn)互操作性協(xié)議集成不同仿真產(chǎn)品的方法相比，這是一個重大變化。相反，組織可以使用現(xiàn)代和開放的 Web 架構(gòu)在“云上”運行容器化技術(shù)。

自 1980 年代以來，不同的軍事計劃一直致力于將“模型、模擬、人員和真實設(shè)備組合成世界的共同代表”。最近，美國陸軍成立了合成訓(xùn)練環(huán)境（STE）跨職能團隊，以創(chuàng)建一個“通用的合成環(huán)境”。該團隊的目標(biāo)是通過“通用標(biāo)準(zhǔn)、通用數(shù)據(jù)、通用地形和開放式架構(gòu)”，將實時、虛擬和建設(shè)性培訓(xùn)融合在一起。一個世界的地形支撐著整個 STE。

無論未來的軍事元宇宙采取何種形式，地形數(shù)據(jù)都將是推動其成功的關(guān)鍵因素。高保真地形數(shù)據(jù)將與地球提供 1：1 的數(shù)字孿生，適用于多域作戰(zhàn) （MDO）、任務(wù)演練、任務(wù)規(guī)劃等方面的訓(xùn)練。然而，今天的煙囪式和緩慢的地形開發(fā)操作將無法滿足這一需求。地形源數(shù)據(jù)（例如，來自按需無人機或衛(wèi)星飛越的 3D 數(shù)據(jù)）必須導(dǎo)入、增強、存儲并流式傳輸?shù)叫枰膽?yīng)用程序，并在數(shù)小時而不是數(shù)月內(nèi)完成更新。

為仿真生成地形的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)上，地形數(shù)據(jù)庫由多種 （100+） 數(shù)據(jù)格式組成，根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用程序的不同，保真度級別大不相同。飛行模擬器可能需要低保真度的地形（例如，簡單的衛(wèi)星紋理疊加），而坦克炮兵教練可能需要以高保真度渲染每棵樹和灌木叢。更新地形數(shù)據(jù)可能需要數(shù)月時間，而且地形數(shù)據(jù)庫很少完美關(guān)聯(lián)，這可能會導(dǎo)致在連接/可互操作的環(huán)境中出現(xiàn)公平競爭問題。生成地形涉及幾個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

查找準(zhǔn)確的源數(shù)據(jù)

自 1990 年代以來，國防組織一直在使用 COTS（商業(yè)現(xiàn)成）地形和地理空間數(shù)據(jù)。從多個數(shù)據(jù)源中提取可以更真實地表示真實世界的地形。通過導(dǎo)入高分辨率衛(wèi)星圖像、道路和建筑物位置、林業(yè)數(shù)據(jù)、表面定義（草、沙等）和季節(jié)性數(shù)據(jù)，模擬可以呈現(xiàn)更準(zhǔn)確的“數(shù)字孿生”或更好地代表現(xiàn)實世界的模擬環(huán)境。顯然，所有源數(shù)據(jù)都需要精確地理配準(zhǔn)，尤其是在將自定義 3D 模型放置在地形中/地形上時。

當(dāng)今的軍隊非常注重多域作戰(zhàn)（MDO），這些作戰(zhàn)可以跨越很遠的距離，并包括陸地，海上，空中和太空部隊。例如，美國太空部隊表示，他們的優(yōu)先事項包括“朝著更具彈性的在軌態(tài)勢”邁進，同時常規(guī)部隊將訓(xùn)練重點放在傳統(tǒng)的聯(lián)合武器行動上。為了支持全方位的MDO訓(xùn)練，地形數(shù)據(jù)庫需要提供從太空到草葉和海底的地球的準(zhǔn)確表示。獲取適當(dāng)?shù)脑磾?shù)據(jù)來構(gòu)建這樣一個高保真地球“數(shù)字孿生”是一項艱巨的挑戰(zhàn)，使用新的源數(shù)據(jù)更新地形也是另一個重要的考慮因素。

為多個運行時構(gòu)建多個地形

現(xiàn)代軍隊使用許多不同的模擬，他們經(jīng)常將這些模擬連接在一起進行聯(lián)合武器訓(xùn)練。例如，美國陸軍有一個完整的計劃——LVC-IA——致力于提供“將陸軍的實時、虛擬和建設(shè)性系統(tǒng)整合到綜合訓(xùn)練環(huán)境（ITE）中的框架”。模擬引入各種格式的地形數(shù)據(jù)，為了使集成訓(xùn)練成功，每個模擬都需要與所有其他模擬相關(guān)的地形數(shù)據(jù)。例如，如果飛行模擬器連接到戰(zhàn)斗模擬器或聯(lián)合終端空中控制（JTAC）模擬器，則兩個模擬器必須為其操作員提供完全相同的“窗外”視圖。否則，綜合系統(tǒng)的訓(xùn)練價值將受到不利影響。

存在許多產(chǎn)品，可根據(jù)源數(shù)據(jù)構(gòu)建相關(guān)地形。然而，雖然地形可能是相關(guān)的，但根據(jù)渲染引擎（例如，虛幻與Unity）和場景中實際渲染的3D模型，它看起來可能并不完全相同。生成在多個渲染引擎中看起來完全相同的相關(guān)地形可能更加昂貴和/或耗時，甚至可能需要對模擬本身進行自定義修改以支持所有必要的地形要素（例如，地下洞穴、密集的城市區(qū)域或?qū)ι钛└采w的支持）。地形通常以可接受的最低保真度構(gòu)建，以確保相關(guān)性并最大程度地降低復(fù)雜性，并指出許多軍事模擬無法處理現(xiàn)實世界的保真度（例如，高樹木密度或特大城市）。

構(gòu)建類似游戲的 3D 地形

地形的程序生成是一種技術(shù)，用于為基于相對低保真源數(shù)據(jù)的游戲世界增加現(xiàn)實世界的復(fù)雜性和保真度。例如，如果您知道森林地形的區(qū)域，則可以按程序生成填充森林的樹木、灌木叢和草，使其在模擬中看起來“真實”。許多現(xiàn)代計算機游戲和計算機游戲引擎都支持過程生成?！翱舶屠沼媱潯?、“星際公民”和“精英危險”等熱門娛樂游戲使用程序生成來填充整個星球，并用樹木和巖石等特征填充整個星球，為玩家提供逼真的環(huán)境感。

然而，雖然程序生成技術(shù)已經(jīng)存在了二十多年，但它還沒有被軍隊用于模擬，主要是因為程序生成功能是特定于引擎的。這意味著程序生成通常發(fā)生在運行時，就在渲染場景之前，從而破壞了與不支持完全相同過程生成的模擬的相關(guān)性。處理生成的方式大大加劇了為多個運行時構(gòu)建地形的問題。地形的開放標(biāo)準(zhǔn)（例如CDB標(biāo)準(zhǔn)）甚至建議根本不使用程序生成，這會導(dǎo)致地形低保真度，適合飛行和高級聚合構(gòu)造模擬，但不適合地面訓(xùn)練。

管理地形分布和更新非常復(fù)雜

那些使用智能手機的人熟悉像谷歌地圖這樣的應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序可以將地形從基于云的服務(wù)器直接流式傳輸?shù)轿覀兊?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/107/" target="_blank">手機。在軍事組織之間分配地形很少如此簡單。地形文件的大小通常為數(shù) GB，需要通過網(wǎng)絡(luò)復(fù)制或分發(fā)在 SSD ［固態(tài)驅(qū)動器］ 上，在某些情況下，還需要分發(fā) DVD。盡管在時間方面成本明顯，但版本控制也存在一個巨大的問題。用戶必須手動刪除舊文件并復(fù)制新文件，可能在數(shù)百或數(shù)千臺 PC 上。支持的不同模擬的數(shù)量使此問題更加復(fù)雜。在典型的倉庫大小的戰(zhàn)斗模擬中心更新地形的任務(wù)可能令人生畏。

運行時動態(tài)地形修改：一項艱巨的任務(wù)

雖然軍方多年來已經(jīng)成功地整合了不同的模擬，但對動態(tài)地形相關(guān)性的支持從未完全實現(xiàn)。顯然，軍事行動以多種方式影響地形，從車輛制造軌道，大炮造成隕石坑，或摧毀房屋和基礎(chǔ)設(shè)施。理想情況下，這些變化將在所有連接的模擬中表示。JTAC模擬器中的操作員將在目標(biāo)上觀察到與飛行模擬器中的飛行員相同的效果，即使他們可能使用不同的渲染引擎來可視化場景。這對于軍事元宇宙來說更為重要，因為所有連接技術(shù)都必須進入代表單一“真相來源”的地形。動態(tài)地形修改需要集中存儲并影響所有方面——從物理模擬（如車輛駛過瓦礫）到人工智能（如逃離無法使用被毀橋梁的民用實體）再到視覺場景（例如，被毀壞的建筑物）。

通過支持云的地形管理解決地形挑戰(zhàn)

主要得益于云計算、程序生成和數(shù)據(jù)收集（例如攝影測量）方面的創(chuàng)新，上述地形挑戰(zhàn)正在迅速得到解決。這對于軍事元宇宙（例如美國陸軍合成訓(xùn)練環(huán)境 （STE））的成功至關(guān)重要，因為高保真地形必須按需提供給需要它的連接應(yīng)用程序。

良好的源數(shù)據(jù)現(xiàn)在很容易從MASAR和LuxCarta等提供商那里獲得。不到十年前，只有衛(wèi)星（或空中）圖像可用于紋理地形進行模擬。今天，MASAR可以提供地球上任何位置的3D數(shù)據(jù)，LuxCarta可以自動從圖像中提取數(shù)據(jù)以輸入程序生成算法，OpenStreetMap提供了世界上大部分的道路和建筑物足跡，從中可以生成最小的村莊到最大的特大城市，以支持模擬訓(xùn)練。

像Mantle ETM這樣的新平臺正在通過將程序生成轉(zhuǎn)移到云端并將3D內(nèi)容直接流式傳輸?shù)街С值膽?yīng)用程序（如VBS4和基于虛幻游戲引擎的游戲）來解決地形校正和動態(tài)地形問題。Mantle ETM 基于經(jīng)過驗證的 COTS 組件，并提供開發(fā)/設(shè)計服務(wù)，用于創(chuàng)建用于訓(xùn)練、任務(wù)演練、可視化和地形分析的模擬地形。支持云的平臺已經(jīng)在美國陸軍STE中使用，使用許多不同的地形數(shù)據(jù)輸入格式，包括來自O(shè)ne World Terrain的3D數(shù)據(jù)。

當(dāng)然，云計算將使軍事元宇宙成為可能;在最近美國陸軍關(guān)于STE未來的小組討論中，美國陸軍未來司令部網(wǎng)絡(luò)跨職能團隊主任Jeth Rey準(zhǔn)將明確了他的團隊的優(yōu)先事項。他說：“我們希望從以網(wǎng)絡(luò)為中心的環(huán)境轉(zhuǎn)向以數(shù)據(jù)為中心的環(huán)境，以支持STE.。..。.我們必須擁有云能力、人工智能和機器學(xué)習(xí)。

通往“軍事元宇宙”的道路是通過系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。支持云的地形管理將引領(lǐng)潮流。

審核編輯：郭婷