黃松平 唐 姝 姜 華 鄧霓冉

1.國防科技大學信息系統(tǒng)工程重點實驗室湖南長沙 410073 2.國防科技大學教學考評中心湖南長沙 410073

元宇宙的概念是尼爾·斯蒂芬森在1992年出版的科幻小說《雪崩》中首次提到的[1],當時被認為是一種技術設想和預言,在很長時間內并沒有引起人們的關注.隨著通信網絡、人工智能等的發(fā)展和硬件性能的提升,虛擬現實和增強現實技術變得可能,虛擬世界與物理世界的融合使元宇宙這一30年前鮮為人知的概念變得炙手可熱起來.

在工業(yè)界,很多科技公司投資元宇宙配套工具的研發(fā),英偉達公司已經建立了一個名為Omniverse 的平臺,以支持工業(yè)設計和可視化中的實時虛擬協(xié)作.Facebook 收購了虛擬現實設備制造商Oculus,以進一步開發(fā)虛擬現實（virtual reality,VR）和增強現實（aug mented reality,AR）技術,并在2021年10月正式更名為“Meta”以加強其對元宇宙開發(fā)的承諾.Epic Games 聲稱他們籌集了10 億美元用于建造元宇宙,索尼也投資了2 億美元來支持Epic 的愿景.此外,國內許多巨頭（騰訊、字節(jié)）都非常重視構建與元宇宙相關的應用程序.許多學者對于元宇宙的探索做出了自己的貢獻,Lim 等通過對邊緣智能的探析進而提出實現元宇宙網絡方面的需求[2-4],Jiang 等基于分布式編碼計算引入了一種聯(lián)合計算范式用來滿足元宇宙中的計算需求[5],Lik-hang 等總結了推動元宇宙進步的先進技術,其中包括區(qū)塊鏈、人工智能和邊緣智能等,同時提出技術與實現需求之間的差距[6].Yang 等討論了如何在元宇宙的經濟體系中融合區(qū)塊鏈和人工智能技術,保障該體系的數字資產、數字貨幣能夠在數字市場中正常交易流通[7].

本文在分析元宇宙對物理域、信息域、認知域和社會域影響的基礎上,提出了元宇宙視域下態(tài)勢認知的新模型.

1 元宇宙框架下的指揮控制新變化

元宇宙框架下,指揮與控制（command and control,C2）結構保留了信息化條件下的一些特征,但也發(fā)生了新的顯著變化,元宇宙技術對指揮控制領域產生了深刻的影響.

1.1 元宇宙的結構

社會各界對元宇宙的探索仍然處在初級階段,學術界對其結構的劃分還沒有一致的定義,Beamable 創(chuàng)始人Jon Radoff 基于預期市場的價值鏈,按照行業(yè)部門將結構劃分為7 層結構,由上到下為：體驗、發(fā)現、創(chuàng)造者經濟、空間計算、去中心化、人機交互和基礎設施[8].而Duan 等按照虛擬和現實的宏觀角度化繁為簡將結構劃分為3 層,分別是物理世界（physicial world）、虛擬世界（virtual world）和交互層（interaction）[9].

參考前人對元宇宙結構的劃分經驗,根據元宇宙的組成特點將其劃分為5 層結構,分別是基礎設施、用戶、人機交互、體驗和規(guī)則.

基礎設施層包含計算能力、存儲、通信網絡和區(qū)塊鏈等物理設備及技術, 類似于指揮控制中的物理域.物理世界中的基礎設施是實現元宇宙的基礎.

將用戶單獨劃分為一個層次,因為元宇宙旨在創(chuàng)建一個平等、多樣和去中心化的虛擬世界,每個用戶都是一個獨立的個體,元宇宙也應該實現個性化定制的功能.

人機交互層是虛擬世界和物理世界連接的紐帶,類似于指揮控制中的信息域.該層主要包含沉浸式用戶體驗、數字孿生和內容創(chuàng)建工具.

體驗層是指用戶進入虛擬世界中能夠享受的服務,類似于指揮控制領域的認知域.體驗層主要包含用戶生成內容、經濟活動和非玩家角色（non-player character,NPC）.用戶生成內容是指用戶根據自己的想法,通過內容生成工具創(chuàng)建的事物.經濟活動是元宇宙中的重要因素,用戶通過經濟活動才能賺取財富和證明自己創(chuàng)作的價值.由于數字產品和市場的特性,元宇宙中的交易量遠高于物理世界中的交易量,基于區(qū)塊鏈的非同質化代幣（non-fungible token,NFT）使用戶在交易時可以使用其數字證書辨別真?zhèn)?在虛擬世界中,NPC 可以是用戶的助手、合作伙伴或者不友好的人,而隨著深度學習（deep learining,DL）[10]和強化學習（reinforement learning, RL）[11]等人工智能技術的發(fā)展,并在計算機視覺（computer vision,CV）[12]和自然語言處理（natural language prcessing,NLP）[13]方面取得突破性進展,虛擬世界中的NPC 將會更加智能和貼合用戶需求.

規(guī)則層是在虛擬世界中用戶需要遵守的規(guī)則,類似于指揮控制中的社會域.虛擬世界和物理世界交融但也是平行的兩個世界,虛擬世界的經濟、文化、科技等可以有條不紊地運行就需要創(chuàng)建合適的規(guī)則,所以規(guī)則是要確保虛擬世界正常運行的關鍵.

圖1 元宇宙結構劃分Fig.1 Metaverse structure division

1.2 元宇宙技術對指揮控制領域的影響

對元宇宙結構的劃分中,在每一層中都可以在指揮控制的各領域中找到相似的性質,而元宇宙帶來的科技創(chuàng)新對指揮控制各領域的影響或許會引發(fā)新一輪指揮控制技術的變革,下面分別介紹元宇宙對指揮控制的每個領域帶來的影響.

1.2.1 指揮控制的領域

指揮控制是當今再熟悉不過的軍事術語,在軍事領域的重要性是毋庸置疑的[14],而依據作用領域的區(qū)別,指揮控制又可以進一步分為4 個域,包含物理域、信息域、認知域和社會域,如圖2 所示.

圖2 指揮控制的領域Fig.2 Domains of C2

指揮與控制的客觀要求,驅動了物理域中的情報獲取、信息域中的信息共享與態(tài)勢融合、認知域中的作戰(zhàn)籌劃及其一致理解、社會域中的過程關系與機制的優(yōu)化,并最終體現為物理域中作戰(zhàn)行動的協(xié)調控制.可以說,指揮與控制“依賴于信息域、決勝于認知域、協(xié)同與社會域、作用于物理域”.

1.2.2 元宇宙技術對物理域的影響

物理域是覆蓋海、陸、空、天、網等傳統(tǒng)領域的多維作戰(zhàn)空間,在這里,各種軍事力量可以進行火力打擊、防護和機動,同時也伴隨著武器平臺和連接它們的通信網絡.為了使作戰(zhàn)人員能夠有實戰(zhàn)的效果,傳統(tǒng)的作戰(zhàn)演習往往需要耗費大量的成本模擬戰(zhàn)場環(huán)境.但演習過程中的不可控因素往往會導致演習的效果難以還原實戰(zhàn)場景.沉浸式的用戶體驗是元宇宙中人機交互層的一個重要組成部分,用戶通過VR/AR 技術,可穿戴特殊裝備能夠控制化身完成一系列的動作.數字孿生技術可以將現實世界中的各種場景通過3D建模的方式在系統(tǒng)中復現,讓虛擬世界和現實世界融為一體,并且針對環(huán)境和動作通過設備對作戰(zhàn)人員產生反饋,在保障作戰(zhàn)訓練效果的同時節(jié)約了訓練成本.

當前,人工智能已經成為國際競爭的新焦點.“智能技術將深刻改變未來戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)樣式,深度影響未來戰(zhàn)爭發(fā)展的走向”[15].作為元宇宙體驗層中重要組成部分的NPC 也能對訓練方式產生很大的影響,NPC 由人工智能技術驅動,可以在虛擬世界中扮演敵人、合作伙伴和任何支持性角色.與常規(guī)作戰(zhàn)訓練中的靶子不同,深度學習、強化學習和計算機視覺等人工智能技術的進步,賦予了NPC 更加智能的行動方式, NPC 在協(xié)助作戰(zhàn)人員進行作戰(zhàn)訓練的過程中不斷學習強化自身算法,最終作為助手可以幫助作戰(zhàn)人員更好地完成任務.

1.2.3 元宇宙技術對信息域的影響

信息作為各個作戰(zhàn)維度和領域之間溝通的媒介,具有聯(lián)通性和滲透性的特點.在“觀察-判斷-決策-行動”（observe-orient-decide-act,OODA）環(huán)中,信息作為回路中流通的載體,信息的質量和流通的速度決定了完成OODA 環(huán)的速度.

元宇宙時代的到來會導致數據量的激增.數據是信息的載體,數據量的激增會使信息域空間拓展,如何快速分揀出有效數據和分析數據得到有用信息,將會成為未來戰(zhàn)場制勝的關鍵.伴隨元宇宙、邊緣智能和強化學習等一系列解決數據分析和智能學習的技術增量相繼提出,B5G 等先進通信技術的發(fā)展也推動通信速度的提升,信息的流通速度和信息的處理能力將伴隨新技術的成熟提升一個新的量級,信息域作戰(zhàn)也將呈現新的形式.由于記錄數據的多樣性,需要對敏感性數據針對性地存儲和保護,例如:士兵的身體數據和防御工事模型等.同時,敵方也會通過各種手段對數據系統(tǒng)進行攻擊、破壞、竊取和滲透.另外,數據量的增多也使假數據有機會摻雜其中,因此,如何判別真假數據和保障數據系統(tǒng)的安全,也成為元宇宙時代下信息域作戰(zhàn)需要解決的問題.

1.2.4 元宇宙技術對認知域的影響

認知域作戰(zhàn)的實質則是通過物理域、信息域和認知域的共同行動,奪取人、組織、國家的意志、觀念、心理、思維等主導權,奪取認知空間的制域才能達到“不戰(zhàn)而屈人之兵”[16]的效果.

在劃分元宇宙層次時,將用戶劃分為單獨的層次也是考慮到用戶的特殊性,而用戶的思想和情感是特殊性的重要體現,在現代戰(zhàn)爭中“奪志”往往比“攻城”會取得更大的勝利.俄烏沖突中,美國雖然沒有出動一兵一卒,但美國通過意識形態(tài)領域對俄羅斯進行的打擊卻勝過千軍萬馬.元宇宙中信息共享形式會促進各種文化之間的交流和碰撞,但同樣為虛假信息、蠱惑言論的傳播創(chuàng)造了更好的條件,更多樣的方式和更逼真的虛假言論會在系統(tǒng)中發(fā)酵傳播,例如利用民族圖騰、民眾信仰和文化弱點制作的視頻、音頻會對本國民眾的思想產生極大影響,這將會給認知域作戰(zhàn)帶來更大的挑戰(zhàn).

1.2.5 元宇宙技術對社會域的影響

外銷瓷廣彩的主要消費群體為歐洲宮廷與貴族，其造型在傳統(tǒng)中式的基礎上加入外國元素，或完全采用外來造型樣式。廣彩的產品類型主要分為日用陶瓷和藝術陳設瓷兩類。日用瓷包括壺、杯、盅、碗、盤、碟等器皿，含有少量的宗教器皿、煙具、文房用具等。藝術陳設瓷主要為瓶、花盆、擺件等。

元宇宙的到來使協(xié)同的方式和速率發(fā)生了質的變化.元宇宙中的虛擬世界是交互的平臺,同一軍種內不同作戰(zhàn)力量,不同軍種間的作戰(zhàn)人員都可以在虛擬世界中聯(lián)合作戰(zhàn)[17],進而不同域之間的協(xié)同. 在虛擬世界中模擬的真實作戰(zhàn)場景和人工智能驅動的NPC,都將在訓練中幫助作戰(zhàn)人員提升作戰(zhàn)技巧和增加協(xié)同作戰(zhàn)的能力.另外在元宇宙中,信息共享也突破了各軍種、空間之間的信息壁壘,避免了因多次數據采集造成的冗余現象,同時完整的數據也能通過分析得出更真實有效的結論.

新的協(xié)作方式和作戰(zhàn)方式的變革,必然推動軍隊指揮控制和組織方式的改變.傳統(tǒng)組織形式多以中心化、集中制為主導.為有效應對和解決不確定性事件,去中心化的組織形式應運而生,邊緣作戰(zhàn)[18]也將在未來戰(zhàn)爭中發(fā)揮更大的效用.元宇宙的初衷就是利用技術實現去中心化,它給每個人提供了一個可以實現自我價值的平臺.在實戰(zhàn)模擬中,面對稍縱即逝的戰(zhàn)場環(huán)境,作戰(zhàn)人員來不及向上級請示的情況下可以自己決策行動.在作戰(zhàn)結束后,每個士兵都可以在虛擬世界中交流,而有用的作戰(zhàn)經驗和有效的作戰(zhàn)技巧可以得到廣泛的傳播.

2 元宇宙視域下新的指揮控制態(tài)勢認知模型

指揮員單純依靠經驗進行態(tài)勢認知的傳統(tǒng)方式已經難以適應當今網絡信息化條件下的戰(zhàn)爭.不少學者感受到了這一變化,并對態(tài)勢認知進行了研究,呂學志依據戰(zhàn)役態(tài)勢的組成元素和對態(tài)勢的認知過程建立了一套態(tài)勢認知框架,將態(tài)勢認知分為3 個過程：態(tài)勢感知、態(tài)勢理解和態(tài)勢預測[19]. 魚靜根據Flavell提出的“元認知”概念,對指揮控制中的認知分為外部認知[20-21]和內部認知,內部認知對外部認知有監(jiān)督和控制的作用.但兩種框架主要是立足于當下,對新興技術的考量稍欠缺.展望未來,元宇宙技術的發(fā)展使虛擬現實融合, 信息量激增并且數據可靠性難以保證,態(tài)勢的認知模型也將隨之改變.

2.1 NPC 視野下的外部態(tài)勢認知模型

作為元宇宙體驗層中重要組成部分的NPC,不但對控制領域產生重要影響,也深刻改變了C2 的外部態(tài)勢認知模型.NPC 視野下的態(tài)勢認知的任務就是借助元宇宙技術,通過模仿指揮員的認知過程,在時間和虛實空間維感知戰(zhàn)場實體、兵力編群和行為事件,基于統(tǒng)一態(tài)勢和合理假設來理解敵方意圖,根據對態(tài)勢要素的演變,預測推理敵方行動并估計其威脅程度.

NPC 影響下的外部態(tài)勢認知模型是一種虛實結合的感知模型,虛擬空間與實體空間的設施是一種協(xié)作關系,虛擬空間相當于給實體空間賦能,實體空間的態(tài)勢認知過程不可避免地映射到虛擬空間.實體空間的態(tài)勢認知分為3 個過程：態(tài)勢感知（信息收集）、態(tài)勢推理和態(tài)勢預測.加上元宇宙技術后,用戶（指揮員和一線戰(zhàn)斗員）可以在“戰(zhàn)場元宇宙”中進行訓練,操作使用各式各樣武器裝備和信息系統(tǒng),可以達成實時交互, 這一模式也深刻地影響了戰(zhàn)場環(huán)境. 因此,NPC 視野下的外部態(tài)勢認知模型分為實體空間的3個過程加“戰(zhàn)場影響”,成為4 個過程.具體而言,需要信息收集,這是態(tài)勢認知的邏輯起點.信息既來自于虛擬設施,也來自于現實的物理域.信息收集后便進行態(tài)勢分析和態(tài)勢推理,在此基礎上作出態(tài)勢預判,進而影響戰(zhàn)場環(huán)境.元宇宙的體驗層中的NPC 作為智能體在態(tài)勢認知中扮演著重要角色.這4 個過程圍繞居中的NPC 形成“ISSB”環(huán)模型.如圖3 所示.

圖3 NPC 影響下的指揮控制外部態(tài)勢認知模型Fig.3 The external situational awareness model of C2 under the influence of NPC

外環(huán)上的I 代表“信息收集”,兩個S 分別代表“態(tài)勢推理”和“態(tài)勢預判”,B 則代表“戰(zhàn)場影響”,形成一個“信息收集-態(tài)勢推理-態(tài)勢預判-戰(zhàn)場影響”的循環(huán).外環(huán)要素與居于中心的NPC 相互影響,如態(tài)勢推理（S）對NPC 進行調控,與此同時,NPC 又輔助態(tài)勢推理（S）.戰(zhàn)場環(huán)境（B）反饋到NPC,NPC 又進一步影響到戰(zhàn)場環(huán)境（B）.外環(huán)與中心之間是一種相互影響、相輔相成的關系.

態(tài)勢推理（situation assessment）：態(tài)勢推理是對戰(zhàn)場環(huán)境中收集到的信息進行歸納、整理并結合已有經驗判別敵方計劃、掌握敵方意圖.現代戰(zhàn)爭中,僅僅憑指揮員已有的經驗對復雜信息的綜合分析難免會出現紕漏,儲備了巨量歷史動態(tài)資料的NPC 則可以很好地避免此類情況.NPC 可以依據當前的信息結合歷史態(tài)勢輔助指揮員進行推理,同時指揮員也可依照自己的標準對NPC 進行設置,選取最優(yōu)的輔助信息.當前的態(tài)勢信息也可以作為歷史態(tài)勢放到NPC 的知識儲備中,形成儲備和輔助循環(huán).

態(tài)勢預判（situation prediction）：態(tài)勢推理結束后,依據推理結果將未來的某段時間內的實體將要進行的活動,以及活動產生的影響和對我方造成的威脅進行預判,指揮員依據這些預判制定計劃和部署兵力,NPC 在此過程中依照各實體的參數如打擊距離、火力配置、軍兵種比率等完成建模仿真,依照仿真結果,指揮員可以對比各個計劃之間的優(yōu)劣,進行最后的決策.同時NPC 會將指揮員最終決策作為歷史態(tài)勢中的計劃部分存儲,并訓練自身模型為將來提供更優(yōu)的方案做準備.

戰(zhàn)場影響（battlefield impact）：計劃實施后, 敵我雙方的活動對戰(zhàn)場環(huán)境的改變通過虛擬現實技術同步到虛擬世界,NPC 得到完整的反饋.NPC 依照改變情況進一步完成信息收集的工作,如此形成態(tài)勢認知的迭代升級和優(yōu)化循環(huán),從而帶來軍事資產的不斷增長,實現戰(zhàn)場環(huán)境的清晰、精準、深刻數理描述.

2.2 智能算法驅動的內部態(tài)勢認知模型

指揮控制的內部態(tài)勢認知是對外部態(tài)勢認知的控制、監(jiān)督和調整,以保證完整把握當前態(tài)勢和制定正確的作戰(zhàn)計劃,但指揮員往往陷入“當局者迷”的困境,無法對自身的決策作出有效評估,而戰(zhàn)場環(huán)境瞬息萬變,不會等待專業(yè)評估團隊作出評估后再實施.

伴隨著元宇宙及相關技術的崛起,對未來戰(zhàn)爭的場景能夠有清晰的、精準的、深刻的數理描述.如運用作戰(zhàn)仿真技術能夠以更高的逼真度虛擬戰(zhàn)場、軍隊及作戰(zhàn),從而在數字化、網絡化、智能化的作戰(zhàn)仿真環(huán)境中,依據當前態(tài)勢信息和計劃作出仿真模擬,直觀展現全域戰(zhàn)場與混合戰(zhàn)爭,進而立足于這種場景,倒逼當前的各項事務,即依據“未來所見”倒推“今日所為”,自然可以最大程度優(yōu)化工作流程,包括態(tài)勢認知流程,實現前瞻性布局、體系化設計、工程化推進,一切皆在“元宇宙”模擬之中,避免態(tài)勢認知失誤.如此,指揮員和作戰(zhàn)人員對戰(zhàn)爭復雜性的認知將發(fā)生根本性變革,他們應對未來戰(zhàn)爭的思維方式也將發(fā)生決定性重塑.

具體而言,通過將歷史態(tài)勢數據、依照數據制定的計劃和最終計劃實施產生的效果作為訓練數據的智能算法,經過迭代訓練和優(yōu)化后,可以有效地提升評估的準確率和縮短評估時間,引發(fā)戰(zhàn)斗力生成的鏈式反應.另外,算法依靠的是數據驅動,沒有人類的主觀意識,從而避免陷入“幸存者偏差”的可能性.圖4為元宇宙視域中智能算法驅動下的指揮控制內部態(tài)勢認知流程圖.

圖4 智能算法驅動下的指揮控制內部態(tài)勢認知流程圖Fig.4 Flow chart of internal situational awareness model of C2 driven by intelligent algorithms

在未來元宇宙開啟的深度場景時代,由于軍事體系的高度智能化,數據、信息、知識在虛擬與現實兩個平行軍事體系中流轉,并通過平行執(zhí)行的方式實現虛擬軍事體系與真實軍事體系之間的雙向控制、相互優(yōu)化,態(tài)勢認知真正達到了“知己知彼”.不可否認,智能算法驅動下的指揮控制內部態(tài)勢認知目前還是一種淺層次的理解,只是建立起“知其然”的關系.這種理解是“程序員的理解”,而非智能體的“理解”[22],離真正的理解還有很遠的路要走.

3 結論

科技進步是生產方式轉變的主要推動力,而取得戰(zhàn)爭的勝利往往是新興科技產生的源泉,指揮控制作為戰(zhàn)爭中不可或缺的一部分,在影響科技發(fā)展走向的同時也因科技的發(fā)展而發(fā)生改變.元宇宙作為近年來最火的科技概念之一,為各項先進技術發(fā)展樹立了發(fā)展方向,并進而影響到各個領域.元宇宙的各個層的劃分和指揮控制域的概念不謀而合,這也為此項技術引發(fā)指揮控制產生變革創(chuàng)造了條件.未來戰(zhàn)爭的走向必將是物理域打擊震懾、認知域引領為主、社會域參與其中的信息化戰(zhàn)爭,而元宇宙的影響也將滲透到各個領域.想要在未來戰(zhàn)爭中取得優(yōu)勢和主動權,對科技的創(chuàng)新和元宇宙未知的探索更應加大力度,理論與應用并行,才能取得勝利.