丁 昊，張亞軍，張曉楠

（信息工程大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，河南 鄭州450052）

三維態(tài)勢(shì)圖符號(hào)以及表達(dá)的研究

丁 昊，張亞軍，張曉楠

（信息工程大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，河南 鄭州450052）

針對(duì)三維態(tài)勢(shì)圖中的符號(hào)變量研究沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以及表達(dá)方式的合理性上還沒(méi)有一致的定論。文中運(yùn)用地圖符號(hào)學(xué)中符號(hào)設(shè)計(jì)的理論，考慮到信息化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖的要求，系統(tǒng)分析美軍作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)系統(tǒng)的構(gòu)成規(guī)則，對(duì)我軍的態(tài)勢(shì)符號(hào)設(shè)計(jì)以及三維態(tài)勢(shì)表達(dá)上提供幾點(diǎn)參考建議。

三維態(tài)勢(shì)圖；作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)；態(tài)勢(shì)表達(dá)

基于三維可視化技術(shù)的三維態(tài)勢(shì)圖是通過(guò)在地形的三維可視化的條件下，在其上疊加軍隊(duì)標(biāo)號(hào)來(lái)表達(dá)戰(zhàn)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)信息，二維軍標(biāo)符號(hào)已有一套成熟的規(guī)范體系，但三維軍標(biāo)符號(hào)的設(shè)計(jì)還沒(méi)有一套成熟的指導(dǎo)原則，以及在三維場(chǎng)景下態(tài)勢(shì)表達(dá)的方式還有待進(jìn)一步的探討。

因此，本文運(yùn)用符號(hào)學(xué)中語(yǔ)言學(xué)的方法對(duì)作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討，并列舉了三維場(chǎng)景下態(tài)勢(shì)表達(dá)的幾種方式，以美軍標(biāo)號(hào)為例，系統(tǒng)分析美軍作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的構(gòu)成規(guī)則以及表達(dá)效果，希望能為我軍三維態(tài)勢(shì)圖表達(dá)以及符號(hào)設(shè)計(jì)方面起到借鑒作用。

1 三維態(tài)勢(shì)圖中態(tài)勢(shì)符號(hào)的設(shè)計(jì)

1．1 作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的設(shè)計(jì)理念

作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)基本以地圖符號(hào)語(yǔ)言學(xué)的理論為指導(dǎo)。從符號(hào)與它涉及對(duì)象（即其指向與涉及的事物或領(lǐng)域）的關(guān)聯(lián)上，符號(hào)理論研究領(lǐng)域普遍認(rèn)為可以將符號(hào)區(qū)分出以下3種不同的類型，也可以說(shuō)是符號(hào)的3個(gè)層次，如圖1所示。

圖1 符號(hào)設(shè)計(jì)的層次

1）圖像符號(hào)。圖像符號(hào)是通過(guò)模擬對(duì)象或與對(duì)象的相似而構(gòu)成的，人們對(duì)它具有直覺(jué)感知，通過(guò)形象的相似就可以辨認(rèn)出來(lái)。

2）指示符號(hào)。指示符號(hào)與所涉及對(duì)象間具有因果或時(shí)空上的關(guān)聯(lián)。

3）象征符號(hào)。象征符號(hào)與所涉及對(duì)象間無(wú)必然或是內(nèi)在聯(lián)系，它是約定俗成的結(jié)果，它所指涉及對(duì)象以及有關(guān)意義的獲得，是由長(zhǎng)時(shí)間多個(gè)人的感受所產(chǎn)生的聯(lián)想集合而來(lái)，即社會(huì)習(xí)俗。

當(dāng)前很多態(tài)勢(shì)系統(tǒng)中，對(duì)軍事力量的標(biāo)號(hào)都用逼真的三維模型來(lái)取代，采用三維模型來(lái)表達(dá)某一作戰(zhàn)單元固然很好，能給人一種很清晰的感覺(jué)，讓人一目了然，但是所含信息量太少，無(wú)法給指揮員對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)認(rèn)知提供足夠有用的信息。如圖2所示。

圖2 模型與作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的指代性

圖2左側(cè)部分中的坦克模型，除了能讓指揮員知道這是坦克外，其余信息一無(wú)所知，坦克型號(hào)、編制規(guī)模、敵軍友軍等都無(wú)法在圖上表示。而圖右側(cè)部分為美軍的坦克軍標(biāo)符號(hào)，美軍的標(biāo)號(hào)體系有著一套嚴(yán)格規(guī)范，無(wú)論從構(gòu)圖規(guī)律還是色彩搭配，從標(biāo)號(hào)中可以獲得大量的信息來(lái)方便指揮員決策。

作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖是一種專題地圖，主要突出表示與作戰(zhàn)相關(guān)的專題信息，有特定的用圖人群的限制，并不是針對(duì)普通大眾而制作的，這要求用圖人員應(yīng)該有一定專業(yè)背景。在軍標(biāo)符號(hào)的設(shè)計(jì)上應(yīng)該遵守將象形符號(hào)逐漸轉(zhuǎn)化為象征符號(hào)的過(guò)程，這樣能讓指揮員充分感知戰(zhàn)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)信息，做出正確的決策。

因此，筆者認(rèn)為單純的在三維場(chǎng)景中添加實(shí)物模型來(lái)逼真的模擬真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境并不能稱為三維態(tài)勢(shì)圖，三維態(tài)勢(shì)圖應(yīng)該有著一套嚴(yán)格的三維符號(hào)規(guī)范體系，通過(guò)在三維場(chǎng)景中疊加三維符號(hào)來(lái)表達(dá)戰(zhàn)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)信息稱為三維態(tài)勢(shì)圖。

1．2 三維作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的設(shè)計(jì)原則

1）可定位性?？臻g數(shù)據(jù)可視化需要表達(dá)現(xiàn)象的定位特征，這就要求符號(hào)本身具有可定位性，因此設(shè)計(jì)態(tài)勢(shì)符號(hào)必須有相應(yīng)的定位點(diǎn)和方向點(diǎn)。

美軍作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)二維與三維沿用的是一套符號(hào)體系標(biāo)準(zhǔn)，如圖3所示。

同樣一套符號(hào)體系，在不同的條件下可以分別用不同的方式表達(dá)，當(dāng)在三維場(chǎng)景中，符號(hào)以廣告牌的方式展現(xiàn)給用戶，不管用戶的視點(diǎn)如何變化，一直面朝用戶，符號(hào)由一條線段來(lái)指示當(dāng)前所在位置。

2）概括性。美軍的通用作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的主體輪廓就是以下表格列舉出來(lái)的幾種，大體上區(qū)分了標(biāo)號(hào)的性質(zhì)以及標(biāo)號(hào)的空間位置關(guān)系。美軍作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)上，采用外部輪廓和內(nèi)部結(jié)構(gòu)相結(jié)合方式，外部輪廓表達(dá)符號(hào)的概要信息，具體信息由內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)描述，如圖4所示，外部輪廓描述作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的通用屬性。

圖3 作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的可定位性

符號(hào)的概括性體現(xiàn)了人類心智的發(fā)展。符號(hào)的構(gòu)圖應(yīng)該簡(jiǎn)潔、易于識(shí)別和記憶，圖形形象、簡(jiǎn)單和規(guī)則。美軍標(biāo)號(hào)的圖形構(gòu)成比較簡(jiǎn)潔規(guī)則，含義比較豐富，主要通過(guò)不同的視覺(jué)變量來(lái)表達(dá)豐富的態(tài)勢(shì)信息。主要運(yùn)用了下列幾種視覺(jué)變量：

方向變量：描述目標(biāo)作戰(zhàn)維度（海，陸，空，天）；

顏色變量：描述目標(biāo)作戰(zhàn)屬性（敵，友，未知）；

形狀變量：描述目標(biāo)本身屬性（裝備，部隊(duì)，其他）。

圖5中為視覺(jué)變量在一個(gè)美軍軍隊(duì)標(biāo)號(hào)中體現(xiàn)的含義。

圖6中不同位置的藍(lán)色邊框?qū)?yīng)不同的屬性類別，配置不同的注記來(lái)表達(dá)符號(hào)的不同屬性。

圖6 美軍作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)符號(hào)注記的位置配置規(guī)則

3）組合性。態(tài)勢(shì)符號(hào)應(yīng)該充分利用符號(hào)的組合和派生，構(gòu)成新的符號(hào)系統(tǒng)，這里也以美軍作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)為例。

從圖7可以看出，美軍作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)充分利用了符號(hào)的組合性來(lái)派生新符號(hào)，這樣不但單個(gè)符號(hào)簡(jiǎn)單明了，多種類型符號(hào)之間有很強(qiáng)系統(tǒng)性和可比性［3］。

圖7 美軍作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)符號(hào)的組合性

4）邏輯性和系統(tǒng)性。美軍作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)符號(hào)在二維和三維中都共用的是一套符號(hào)體系，只是表達(dá)方式上發(fā)生了變化。構(gòu)圖不但有邏輯性，而且保持了同類符號(hào)的延續(xù)性和通用性，把符號(hào)的圖形與符號(hào)的含義建立起了有機(jī)的聯(lián)系［1］。

2 三維態(tài)勢(shì)表達(dá)的若干問(wèn)題探討

2．1 態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)的展現(xiàn)方式

當(dāng)前三維可視化系統(tǒng)中展現(xiàn)數(shù)據(jù)的方式有3種：

1）附著（Draped）：二維的特征數(shù)據(jù)附著在三維的表面上，這種展現(xiàn)方式最為常見(jiàn)，如：紋理貼圖等。

2）懸浮（Floating）：實(shí)體數(shù)據(jù)通過(guò)在地表上空懸浮顯示。

3）凸起（Extruded）：實(shí)體數(shù)據(jù)通過(guò)從地表拉伸成線狀、面狀或者體狀來(lái)顯示。那些需要高程信息以及表面信息的實(shí)體可以采用這種展現(xiàn)方式。

通過(guò)對(duì)這幾種表達(dá)方式的設(shè)計(jì)，針對(duì)不同的用戶需求對(duì)多種表達(dá)方式相結(jié)合，給用戶更大的空間實(shí)現(xiàn)自己個(gè)性化的專題圖制作功能。

2．2 三維態(tài)勢(shì)表達(dá)中幾種可視化表達(dá)方式比較

1）標(biāo)號(hào)附著與懸浮的比較。附著與地表的符號(hào)由于地形的起伏原因，很容易被拉伸變形，導(dǎo)致符號(hào)的清晰性下降，同時(shí)，由于三維態(tài)勢(shì)圖中可視化為透視投影，遠(yuǎn)處的符號(hào)容易被地形遮擋，這樣給用戶沒(méi)有一個(gè)全局的觀念。

廣告牌方式，通過(guò)設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)的高程，在這個(gè)基礎(chǔ)上，加上不同目標(biāo)的實(shí)際高度來(lái)展現(xiàn)目標(biāo)，隨著用戶視點(diǎn)的變化，目標(biāo)的符號(hào)都會(huì)隨著視點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，使其正面始終朝向用戶，用戶對(duì)全局態(tài)勢(shì)的把握一目了然。但是這種方式有一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)椴煌?hào)有著不同的定位點(diǎn)，因此，針對(duì)不同的符號(hào)間進(jìn)行一些分析量算時(shí)需要經(jīng)過(guò)一些額外的轉(zhuǎn)換。

有一種解決方案是，通過(guò)把二維符號(hào)都投影到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的立方體上（如圖8所示），這種方式不但可視化方便，而且可以沿用二維的軍標(biāo)符號(hào)，同時(shí)符號(hào)間規(guī)格一致，方便符號(hào)的量算。

2）作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的綜合方式。通常一幅態(tài)勢(shì)圖中，作戰(zhàn)單位成千上萬(wàn)，當(dāng)對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行放大縮小以及漫游的時(shí)候，免不了要發(fā)生符號(hào)間的壓蓋，當(dāng)圖面比例尺發(fā)生變化時(shí)需要對(duì)圖面進(jìn)行化簡(jiǎn)處理，讓用戶始終對(duì)整個(gè)態(tài)勢(shì)有個(gè)全局的把握。美軍作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)給了我們一些啟示：由于美軍標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)極其合理與規(guī)整，符號(hào)的化簡(jiǎn)綜合有多種不同的方式，如圖9所示。

“導(dǎo)桿”（Leader）方式?！皩?dǎo)桿”方式就是在導(dǎo)桿的一端是按直線排列的，根據(jù)一定規(guī)則分組的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)，另一端是根據(jù)被分組的各部隊(duì)要素的實(shí)際位置計(jì)算出的中心位置。在“導(dǎo)桿”分組之后，能夠?qū)σ唤M作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)進(jìn)行整體的位置移動(dòng)（指示符號(hào)組中心位置的一端固定不變）。可以按作戰(zhàn)要素歸屬、屬性或者空間距離等設(shè)置分組的規(guī)則。也可以選擇“導(dǎo)桿”的風(fēng)格。

“堆疊”（stack）方式。“堆疊”方式是把按照一定規(guī)則分組后的幾個(gè)作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)疊起來(lái)顯示在它們的中心位置。其中有按歸屬、屬性、空間距離等進(jìn)行堆疊分組的規(guī)則。

3）多種表達(dá)方式相結(jié)合。態(tài)勢(shì)圖中的進(jìn)攻路線圖，以及雙方力量分布圖、布防圖等需要凸起表達(dá)方式來(lái)達(dá)到醒目的效果，隨著用戶視點(diǎn)的變化，當(dāng)用戶視點(diǎn)處于垂直角度左右時(shí)，圖面效果與二維態(tài)勢(shì)圖相同，因此，為了節(jié)省資源，以附著表面的方式繪制效率會(huì)更好［4］，圖10中說(shuō)明了在態(tài)勢(shì)表達(dá)方式上，隨著視點(diǎn)的變化，在展現(xiàn)方式上采用了不同的表達(dá)策略。

圖10 態(tài)勢(shì)表達(dá)方式

3 結(jié)束語(yǔ)

三維中的態(tài)勢(shì)表達(dá)可以沿用二維的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)，這樣不僅保證了符號(hào)的邏輯性和系統(tǒng)性，而且，能夠提供給指揮員豐富的態(tài)勢(shì)信息。但是在表達(dá)方式上，沿用二維作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)存在的問(wèn)題是缺失了目標(biāo)的姿態(tài)和方向信息，這些缺失的信息應(yīng)該由系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者通過(guò)某種方式傳達(dá)給用戶，比如：通過(guò)一些關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)推導(dǎo)出來(lái)等。因此，本文中提出的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)理念以及態(tài)勢(shì)圖表達(dá)方式，希望能為態(tài)勢(shì)圖的發(fā)展提供一些參考意見(jiàn)。

［1］王家耀，孫群，王光霞，等．地圖學(xué)原理與方法［M］．北京：科學(xué)出版社，2006：70－80．

［2］華一新，吳升，趙軍喜．地理信息系統(tǒng)原理與技術(shù)［M］．北京：解放軍出版社，2001：40－50．

［3］APP－6－Military symbols for land based systems is a nato unclassified publication ［M］．Original Reverse Blank．

［4］江南．電子地圖多模式顯示的研究與實(shí)現(xiàn)［D］．鄭州：信息工程大學(xué)，2010．

［5］華一新，王澤根．GIS的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用［M］．北京：解放軍出版社，2004：30－50．

The research on symbols and expressions of the three－dimensional situation map

DING Hao，ZHANG Ya－jun，ZHANG Xiao－nan
（Institute of Surveying and Mapping，Information Engineering University，Zhengzhou 450052，China）

There is no uniform standard in symbolic variables for the three－dimensional situation map，and no consensus on rationality of the expressions of these maps．In the paper，the author used the theory of the symbol design in map semiotics，taking into account on the request of situation map in the information war，to systematically analyze the composition rules of U．S．combat label system，which at last provided several reference suggestions for the expression of three－dimensional situation and the design for the symbol of our military．

three－dimensional situation map；military symbol；situation expression

P208

A

1006－7949（2012）04－0045－04

2011－07－12

丁 昊（1984－），男，博士研究生．

［責(zé)任編輯張德福］