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(gè)運(yùn)行時(shí)，存儲(chǔ)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(duì)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(gè)系統(tǒng)中的地形看起來不同，從而對(duì)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(gè)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(dòng)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(gè)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(jì)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(gè)“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(shí)、虛擬和建設(shè)性培訓(xùn)融合在一起。一個(gè)世界的地形支撐著整個(gè) 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(dòng)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(chǔ)并流式傳輸?shù)叫枰膽?yīng)用程序，并在數(shù)小時(shí)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(jí)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(shí)間，而且地形數(shù)據(jù)庫很少完美關(guān)聯(lián)，這可能會(huì)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(gè)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(gè)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(shí)。

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(shì)”邁進(jìn)，同時(shí)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(dòng)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(gè)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(gè)重要的考慮因素。

為多個(gè)運(yùn)行時(shí)構(gòu)建多個(gè)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(gè)完整的計(jì)劃——LVC-IA——致力于提供“將陸軍的實(shí)時(shí)、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(gè)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(gè)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(jià)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(gè)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(shí)，甚至可能需要對(duì)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(duì)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(jì)算機(jī)游戲和計(jì)算機(jī)游戲引擎都支持過程生成?！翱舶屠沼?jì)劃”、“星際公民”和“精英危險(xiǎn)”等熱門娛樂游戲使用程序生成來填充整個(gè)星球，并用樹木和巖石等特征填充整個(gè)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(shí)，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(gè)運(yùn)行時(shí)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(huì)導(dǎo)致地形低保真度，適合飛行和高級(jí)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(dòng)器］ 上，在某些情況下，還需要分發(fā) DVD。盡管在時(shí)間方面成本明顯，但版本控制也存在一個(gè)巨大的問題。用戶必須手動(dòng)刪除舊文件并復(fù)制新文件，可能在數(shù)百或數(shù)千臺(tái) 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(shí)動(dòng)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(duì)動(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)態(tài)地形修改需要集中存儲(chǔ)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(jì)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(duì)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(dòng)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(tái)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(dòng)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(jì)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(tái)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(jì)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