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

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:嵌入式計算設(shè)計 ? 作者: PETE MORRISON ? 2022-11-14 14:46 ? 次閱讀
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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(yùn)行時,存儲數(shù)據(jù),在客戶站點(diǎn)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(duì)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(shí)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(dú)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(shí)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(yàn),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(yùn)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(shí)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(tuán)隊(duì),以創(chuàng)建一個“通用的合成環(huán)境”。該團(tuán)隊(duì)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(shí)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(jī)或衛(wèi)星飛越的 3D 數(shù)據(jù))必須導(dǎo)入、增強(qiáng)、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(shí)地表示真實(shí)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(shí)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(duì)非常注重多域作戰(zhàn)(MDO),這些作戰(zhàn)可以跨越很遠(yuǎn)的距離,并包括陸地,海上,空中和太空部隊(duì)。例如,美國太空部隊(duì)表示,他們的優(yōu)先事項(xiàng)包括“朝著更具彈性的在軌態(tài)勢”邁進(jìn),同時常規(guī)部隊(duì)將訓(xùn)練重點(diǎn)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(xiàng)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(yùn)行時構(gòu)建多個地形

現(xiàn)代軍隊(duì)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(jìn)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(shí)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(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)”。許多現(xiàn)代計算機(jī)游戲和計算機(jī)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(duì)用于模擬,主要是因?yàn)槌绦蛏晒δ苁翘囟ㄓ谝娴?。這意味著程序生成通常發(fā)生在運(yùn)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(yùn)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(jī)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://www.brongaenegriffin.com/v/tag/107/" target="_blank">手機(jī)。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(yùn)行時動態(tài)地形修改:一項(xiàng)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(shí)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?yàn)樗羞B接技術(shù)都必須進(jìn)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(shí)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?yàn)楦弑U娴匦伪仨毎葱杼峁┙o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(jìn)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(yàn)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(tuán)隊(duì)主任Jeth Rey準(zhǔn)將明確了他的團(tuán)隊(duì)的優(yōu)先事項(xiàng)。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(jī)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

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