军事元宇宙中的数据：用于训练的企业地形管理

为了创建用于军事训练的高保真模拟的地形，开发人员必须找到准确的源数据，使用相同的源数据构建多种地形格式以支持多个运行时，存储数据，在客户站点之间同步数据，并根据训练场景的要求调整地形。过去，这需要复杂和定制的地形开发管道，以及较长的交付周期，但更新的解决方案正在出现。

军队和支持行业需要更易于访问、连接和可自定义的方法来利用地形数据。虽然组织现在可以访问前所未有的高保真地形数据，但实现数据的全部潜力意味着将数据与所有许多可互操作系统和应用程序混合、关联和共享。目前，大多数组织都有针对不同应用程序的单独地形数据管道，这导致每个系统中的地形看起来不同，从而对互操作性产生不利影响，并导致“公平竞争”问题。

在岩石之战通讯的一篇文章中，安全技术提供商詹妮弗·麦卡德尔（Jennifer McArdle）和凯特琳·多尔曼（Caitlin Dohrman）提出了一个可能成为训练“军事元宇宙”的愿景：即持久的模拟训练环境。这样的元宇宙可以有许多有用的应用，从训练到任务规划和实际行动的排练。这种军事元宇宙的“引擎盖下”将是模拟技术的混合，为用户提供无缝体验，无论元宇宙可能应用于何种目的。与目前通过标准互操作性协议集成不同仿真产品的方法相比，这是一个重大变化。相反，组织可以使用现代和开放的 Web 架构在“云上”运行容器化技术。

自 1980 年代以来，不同的军事计划一直致力于将“模型、模拟、人员和真实设备组合成世界的共同代表”。最近，美国陆军成立了合成训练环境（STE）跨职能团队，以创建一个“通用的合成环境”。该团队的目标是通过“通用标准、通用数据、通用地形和开放式架构”，将实时、虚拟和建设性培训融合在一起。一个世界的地形支撑着整个 STE。

无论未来的军事元宇宙采取何种形式，地形数据都将是推动其成功的关键因素。高保真地形数据将与地球提供 1：1 的数字孪生，适用于多域作战 （MDO）、任务演练、任务规划等方面的训练。然而，今天的烟囱式和缓慢的地形开发操作将无法满足这一需求。地形源数据（例如，来自按需无人机或卫星飞越的 3D 数据）必须导入、增强、存储并流式传输到需要它的应用程序，并在数小时而不是数月内完成更新。

为仿真生成地形的挑战

传统上，地形数据库由多种 （100+） 数据格式组成，根据目标应用程序的不同，保真度级别大不相同。飞行模拟器可能需要低保真度的地形（例如，简单的卫星纹理叠加），而坦克炮兵教练可能需要以高保真度渲染每棵树和灌木丛。更新地形数据可能需要数月时间，而且地形数据库很少完美关联，这可能会导致在连接/可互操作的环境中出现公平竞争问题。生成地形涉及几个关键挑战。

查找准确的源数据

自 1990 年代以来，国防组织一直在使用 COTS（商业现成）地形和地理空间数据。从多个数据源中提取可以更真实地表示真实世界的地形。通过导入高分辨率卫星图像、道路和建筑物位置、林业数据、表面定义（草、沙等）和季节性数据，模拟可以呈现更准确的“数字孪生”或更好地代表现实世界的模拟环境。显然，所有源数据都需要精确地理配准，尤其是在将自定义 3D 模型放置在地形中/地形上时。

当今的军队非常注重多域作战（MDO），这些作战可以跨越很远的距离，并包括陆地，海上，空中和太空部队。例如，美国太空部队表示，他们的优先事项包括“朝着更具弹性的在轨态势”迈进，同时常规部队将训练重点放在传统的联合武器行动上。为了支持全方位的MDO训练，地形数据库需要提供从太空到草叶和海底的地球的准确表示。获取适当的源数据来构建这样一个高保真地球“数字孪生”是一项艰巨的挑战，使用新的源数据更新地形也是另一个重要的考虑因素。

为多个运行时构建多个地形

现代军队使用许多不同的模拟，他们经常将这些模拟连接在一起进行联合武器训练。例如，美国陆军有一个完整的计划——LVC-IA——致力于提供“将陆军的实时、虚拟和建设性系统整合到综合训练环境（ITE）中的框架”。模拟引入各种格式的地形数据，为了使集成训练成功，每个模拟都需要与所有其他模拟相关的地形数据。例如，如果飞行模拟器连接到战斗模拟器或联合终端空中控制（JTAC）模拟器，则两个模拟器必须为其操作员提供完全相同的“窗外”视图。否则，综合系统的训练价值将受到不利影响。

存在许多产品，可根据源数据构建相关地形。然而，虽然地形可能是相关的，但根据渲染引擎（例如，虚幻与Unity）和场景中实际渲染的3D模型，它看起来可能并不完全相同。生成在多个渲染引擎中看起来完全相同的相关地形可能更加昂贵和/或耗时，甚至可能需要对模拟本身进行自定义修改以支持所有必要的地形要素（例如，地下洞穴、密集的城市区域或对深雪覆盖的支持）。地形通常以可接受的最低保真度构建，以确保相关性并最大程度地降低复杂性，并指出许多军事模拟无法处理现实世界的保真度（例如，高树木密度或特大城市）。

构建类似游戏的 3D 地形

地形的程序生成是一种技术，用于为基于相对低保真源数据的游戏世界增加现实世界的复杂性和保真度。例如，如果您知道森林地形的区域，则可以按程序生成填充森林的树木、灌木丛和草，使其在模拟中看起来“真实”。许多现代计算机游戏和计算机游戏引擎都支持过程生成。“坎巴拉太空计划”、“星际公民”和“精英危险”等热门娱乐游戏使用程序生成来填充整个星球，并用树木和岩石等特征填充整个星球，为玩家提供逼真的环境感。

然而，虽然程序生成技术已经存在了二十多年，但它还没有被军队用于模拟，主要是因为程序生成功能是特定于引擎的。这意味着程序生成通常发生在运行时，就在渲染场景之前，从而破坏了与不支持完全相同过程生成的模拟的相关性。处理生成的方式大大加剧了为多个运行时构建地形的问题。地形的开放标准（例如CDB标准）甚至建议根本不使用程序生成，这会导致地形低保真度，适合飞行和高级聚合构造模拟，但不适合地面训练。

管理地形分布和更新非常复杂

那些使用智能手机的人熟悉像谷歌地图这样的应用程序，这些应用程序可以将地形从基于云的服务器直接流式传输到我们的手机。在军事组织之间分配地形很少如此简单。地形文件的大小通常为数 GB，需要通过网络复制或分发在 SSD ［固态驱动器］ 上，在某些情况下，还需要分发 DVD。尽管在时间方面成本明显，但版本控制也存在一个巨大的问题。用户必须手动删除旧文件并复制新文件，可能在数百或数千台 PC 上。支持的不同模拟的数量使此问题更加复杂。在典型的仓库大小的战斗模拟中心更新地形的任务可能令人生畏。

运行时动态地形修改：一项艰巨的任务

虽然军方多年来已经成功地整合了不同的模拟，但对动态地形相关性的支持从未完全实现。显然，军事行动以多种方式影响地形，从车辆制造轨道，大炮造成陨石坑，或摧毁房屋和基础设施。理想情况下，这些变化将在所有连接的模拟中表示。JTAC模拟器中的操作员将在目标上观察到与飞行模拟器中的飞行员相同的效果，即使他们可能使用不同的渲染引擎来可视化场景。这对于军事元宇宙来说更为重要，因为所有连接技术都必须进入代表单一“真相来源”的地形。动态地形修改需要集中存储并影响所有方面——从物理模拟（如车辆驶过瓦砾）到人工智能（如逃离无法使用被毁桥梁的民用实体）再到视觉场景（例如，被毁坏的建筑物）。

通过支持云的地形管理解决地形挑战

主要得益于云计算、程序生成和数据收集（例如摄影测量）方面的创新，上述地形挑战正在迅速得到解决。这对于军事元宇宙（例如美国陆军合成训练环境 （STE））的成功至关重要，因为高保真地形必须按需提供给需要它的连接应用程序。

良好的源数据现在很容易从MASAR和LuxCarta等提供商那里获得。不到十年前，只有卫星（或空中）图像可用于纹理地形进行模拟。今天，MASAR可以提供地球上任何位置的3D数据，LuxCarta可以自动从图像中提取数据以输入程序生成算法，OpenStreetMap提供了世界上大部分的道路和建筑物足迹，从中可以生成最小的村庄到最大的特大城市，以支持模拟训练。

像Mantle ETM这样的新平台正在通过将程序生成转移到云端并将3D内容直接流式传输到支持的应用程序（如VBS4和基于虚幻游戏引擎的游戏）来解决地形校正和动态地形问题。Mantle ETM 基于经过验证的 COTS 组件，并提供开发/设计服务，用于创建用于训练、任务演练、可视化和地形分析的模拟地形。支持云的平台已经在美国陆军STE中使用，使用许多不同的地形数据输入格式，包括来自One World Terrain的3D数据。

当然，云计算将使军事元宇宙成为可能;在最近美国陆军关于STE未来的小组讨论中，美国陆军未来司令部网络跨职能团队主任Jeth Rey准将明确了他的团队的优先事项。他说：“我们希望从以网络为中心的环境转向以数据为中心的环境，以支持STE.。..。.我们必须拥有云能力、人工智能和机器学习。

通往“军事元宇宙”的道路是通过系统和大数据的互联互通。支持云的地形管理将引领潮流。

审核编辑：郭婷