于 祥 夏 青 包騏豪 朱善勝 瞿崇曉

1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十二研究所浙江杭州 311100

隨著信息化、無(wú)人化、智能化等技術(shù)發(fā)展,戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗強(qiáng)度急劇提升[1].指揮信息系統(tǒng)需要具備強(qiáng)大和全面的輔助決策能力, 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)流程、科學(xué)方法、專業(yè)團(tuán)隊(duì)、系統(tǒng)工具,設(shè)計(jì)戰(zhàn)爭(zhēng)、組織打仗、管理戰(zhàn)場(chǎng)[2-3].在作戰(zhàn)節(jié)奏大幅提速的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中,輔助決策技術(shù)應(yīng)對(duì)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)整理、規(guī)則知識(shí)建立、軍事模型構(gòu)建、戰(zhàn)場(chǎng)信息展現(xiàn)、場(chǎng)景分析判斷等多項(xiàng)功能進(jìn)行有機(jī)整合,使指揮人員能夠從高強(qiáng)度腦力勞動(dòng)及繁瑣手工作業(yè)中解放出來(lái),以精煉的內(nèi)容、直觀的形式,提供真正有價(jià)值的決策支持,輔助作戰(zhàn)人員更加科學(xué)、高效地研判戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)、定下決心、規(guī)劃資源、調(diào)整方案[4].然而,當(dāng)前傳統(tǒng)輔助決策技術(shù)存在如下問(wèn)題：1）輔助功能單一,缺乏及時(shí)應(yīng)變能力；2）建模不真不像,虛實(shí)脫節(jié)；3）人機(jī)交互困難,缺乏沉浸式體驗(yàn).針對(duì)上述問(wèn)題,將任務(wù)規(guī)劃、輔助指揮、仿真推演等環(huán)節(jié)向著虛擬化、沉浸式轉(zhuǎn)變勢(shì)在必行.

虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生、人工智能、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、5G 等技術(shù)的發(fā)展及終端設(shè)備的迭代,使得元宇宙建設(shè)和演變遠(yuǎn)超人們的預(yù)期,多維度、全感官、沉浸式的人機(jī)交互新形態(tài)有望成為現(xiàn)實(shí)[5].在元宇宙中,強(qiáng)大的計(jì)算能力、沉浸式的虛擬技術(shù)、精準(zhǔn)的數(shù)字孿生,提供了理解和發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)行行為、狀態(tài)和規(guī)律的全新思維方式[6],為規(guī)模更為龐大和復(fù)雜的真實(shí)作戰(zhàn)和軍事訓(xùn)練提供強(qiáng)大的助力.元宇宙最核心的特征在于高逼真環(huán)境和沉浸式體驗(yàn), 在任務(wù)規(guī)劃、作戰(zhàn)指揮、模擬訓(xùn)練、復(fù)盤(pán)推演等軍事領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景[7].美軍對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)元宇宙高度重視,與微軟合作研制了集成視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng), 將單兵數(shù)據(jù)共享到作戰(zhàn)局域網(wǎng)中,通過(guò)智能頭盔設(shè)備使士兵在組織籌劃、指揮控制、態(tài)勢(shì)感知、信息共享、戰(zhàn)斗技能等方面得到全方位的賦能,為士兵帶來(lái)前所未有的作戰(zhàn)環(huán)境交互能力,顛覆性地改變了傳統(tǒng)戰(zhàn)斗模式.我軍雖在智能輔助決策技術(shù)方面有廣泛和深入的研究,但相較于美軍,仍有較大的差距,虛實(shí)結(jié)合的沉浸式輔助決策技術(shù)更是十分少見(jiàn).為有效支撐未來(lái)智能化戰(zhàn)爭(zhēng),我軍需及早布局,深入探索元宇宙軍事運(yùn)用潛力[8].

本文圍繞元宇宙的典型軍事應(yīng)用場(chǎng)景——沉浸式輔助決策,研究元宇宙視域下的沉浸式輔助決策技術(shù)架構(gòu),一方面改變我軍現(xiàn)有的智能程度低、攜帶困難、難以沉浸的沉浸式輔助決策模式；另一方面為未來(lái)打造戰(zhàn)場(chǎng)元宇宙探索潛在路徑[9-10].

1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

圍繞全時(shí)、全天候、沉浸式、高逼真、高可信、去中心的元宇宙概念下的沉浸式輔助決策需求,基于元宇宙基礎(chǔ)體系能力支撐,提出“3+1”總體架構(gòu), 即物理層、應(yīng)用層、元宇宙引擎層和作為底層支撐的元宇宙基礎(chǔ)體系層,如圖1 所示.

圖1 元宇宙視域下的沉浸式輔助決策技術(shù)總體架構(gòu)Fig.1 The overall architecture of immersive aid decision-making technology from the perspective of metaverse

元宇宙基礎(chǔ)體系層：元宇宙基礎(chǔ)體系層集成現(xiàn)有傳輸、計(jì)算、存儲(chǔ)計(jì)算基礎(chǔ),提供孿生戰(zhàn)場(chǎng)可擴(kuò)展能力支撐、泛在計(jì)算能力支撐及高可信能力支撐.

1）戰(zhàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)建主要集成四大能力：一是集成高可靠低延時(shí)分發(fā)平臺(tái),解決分布式感知單元、作戰(zhàn)單元間信息傳輸延遲高、可靠性低等問(wèn)題[11]；二是集成高數(shù)據(jù)吞吐量傳輸網(wǎng)絡(luò),解決視頻等實(shí)際傳輸過(guò)程中帶寬、數(shù)據(jù)吞吐瓶頸導(dǎo)致關(guān)鍵態(tài)勢(shì)丟失的問(wèn)題；三是集成跨平臺(tái)跨設(shè)備信息拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),解決分布式設(shè)備如何合理分層組網(wǎng)的問(wèn)題；四是集成易攜帶低能耗終端設(shè)備,解決硬件沉重、目標(biāo)大、功耗高,指揮員難以隨身攜帶、隨身使用的問(wèn)題.

2）基于邊緣智能的安全計(jì)算體系構(gòu)建主要集成四大能力：一是集成邊緣智能認(rèn)知決策模型訓(xùn)練,解決無(wú)人機(jī)、攝像頭等邊緣設(shè)備算力難以利用,不能進(jìn)行認(rèn)知決策模型訓(xùn)練的問(wèn)題[12]；二是集成異構(gòu)加速算法支持和模型優(yōu)化,解決低算力、低能耗的邊緣異構(gòu)設(shè)備難以支持快速模型訓(xùn)練的問(wèn)題[13]；三是基于區(qū)塊鏈的隱私計(jì)算和安全服務(wù),解決分布式信息傳輸過(guò)程中,信息易被截取、易被篡改導(dǎo)致的安全問(wèn)題；四是智能輔助服務(wù)生成和分發(fā),解決計(jì)算資源調(diào)度不合理、計(jì)算負(fù)載不均衡導(dǎo)致的資源浪費(fèi)、響應(yīng)阻塞的問(wèn)題[14].

3）跨域分布式存儲(chǔ)技術(shù)體系構(gòu)建主要集成四大能力：一是面向宏基站和微基站的數(shù)據(jù)快速緩存,解決傳統(tǒng)中心節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)方式造成的網(wǎng)絡(luò)資源、I/O 資源浪費(fèi)的問(wèn)題；二是多設(shè)備節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)共享和存儲(chǔ),解決熱點(diǎn)內(nèi)容訪問(wèn)量大導(dǎo)致的數(shù)據(jù)讀取排隊(duì)、延遲大、阻塞等問(wèn)題；三是邊緣AI 模型存儲(chǔ)和管理,解決預(yù)訓(xùn)練模型加載慢導(dǎo)致的輸出延遲、反饋滯后等問(wèn)題；四是抗極端情況數(shù)據(jù)備份和容災(zāi)處置,解決毀傷、斷電、干擾等極端情況關(guān)鍵存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)無(wú)法運(yùn)作導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題.

元宇宙引擎層：提供驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的核心功能,包括沉浸式智能交互, 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)接入, 孿生環(huán)境構(gòu)建, 任務(wù)研判規(guī)劃.

1）沉浸式智能交互通過(guò)將孿生環(huán)境數(shù)據(jù)映射疊加至實(shí)景影像,將指揮員意圖通過(guò)多模態(tài)手段導(dǎo)入沉浸式智能交互終端,解決指揮員和終端設(shè)備之間存在隔閡、人機(jī)之間互相不能理解、信息只是呈現(xiàn)但難以消化的問(wèn)題,提高關(guān)鍵態(tài)勢(shì)和決策信息可視化呈現(xiàn)能力,擴(kuò)充展示信息維度,增強(qiáng)內(nèi)容的易理解性[15].

2）戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)接入將多源感知數(shù)據(jù)進(jìn)行快速識(shí)別、表征和融合,同時(shí)完成自主安全接入,解決戰(zhàn)場(chǎng)多元異構(gòu)感知設(shè)備間不能共享信息、快速融合并安全接入系統(tǒng)的問(wèn)題,有效保障數(shù)據(jù)一致性、有效性和傳輸安全性.

3）孿生環(huán)境構(gòu)建完成地形、天候、氣象等高精度環(huán)境模型構(gòu)建,和物理過(guò)程、作戰(zhàn)對(duì)抗效果模擬,解決對(duì)抗環(huán)境仿真不真、不細(xì)、不徹底的問(wèn)題,從物理層模擬、同步實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境變化細(xì)節(jié),使指揮員運(yùn)籌帷幄,決勝千里,即在任何地點(diǎn)、任何視角近距離觀察戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,制定作戰(zhàn)方略,決定戰(zhàn)斗走向.同時(shí),孿生環(huán)境構(gòu)建完成陸、海、空等多種作戰(zhàn)裝備模型孿生仿射,解決裝備模型粒度粗、精度低、狀態(tài)更新慢等問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)對(duì)作戰(zhàn)裝備、對(duì)抗行為、毀傷效果的多分辨率高逼真度快速建模、生成和實(shí)時(shí)渲染.

4）任務(wù)研判規(guī)劃實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)抽象、信息補(bǔ)全、走勢(shì)預(yù)測(cè)、任務(wù)規(guī)劃等智能輔助功能,有效調(diào)動(dòng)、引導(dǎo)和發(fā)揮指揮員的指揮藝術(shù),提高決策精度,規(guī)劃方案全面度,縮短規(guī)劃時(shí)長(zhǎng).

應(yīng)用層：應(yīng)用層主要通過(guò)集成和調(diào)用功能,形成智能助手、孿生戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、深度分析和任務(wù)規(guī)劃、任務(wù)和指令分發(fā)四大應(yīng)用.

1）智能助手包含作戰(zhàn)情報(bào)簡(jiǎn)報(bào)、關(guān)鍵威脅告警、意圖預(yù)測(cè)等實(shí)用功能,可以通過(guò)終端顯示、語(yǔ)音播報(bào)、觸感交互等形式,方便指揮員進(jìn)行消息問(wèn)詢或者主動(dòng)告警,作為緊急情況下快速響應(yīng)的可靠幫手.

2）孿生戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境應(yīng)用包含多分辨率沉浸式戰(zhàn)場(chǎng)全景展示和作戰(zhàn)單元能力查看功能, 可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間讓指揮員置身一線場(chǎng)景,利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)獲得比實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)中更全面、更深入的視角,近距離觀察實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài),掌握全局戰(zhàn)情.

3）深度分析和任務(wù)規(guī)劃應(yīng)用包含不完整態(tài)勢(shì)補(bǔ)全、敵方行動(dòng)預(yù)測(cè)、任務(wù)協(xié)同網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、戰(zhàn)斗行動(dòng)快捷優(yōu)化等主要功能[16],提供作戰(zhàn)單位編成、行動(dòng)時(shí)間編排,火力分配規(guī)劃等詳細(xì)決策編輯能力,并且基于沉浸式戰(zhàn)場(chǎng)全景展示信息要素,補(bǔ)充態(tài)勢(shì)深度分析結(jié)果和任務(wù)規(guī)劃方案建議,有別于智能助手的快捷決策,主要實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)過(guò)程中周密、細(xì)粒度的分析決策.

4）任務(wù)和指令分發(fā)應(yīng)用包含任務(wù)分解、指令格式轉(zhuǎn)換、指令下達(dá)、執(zhí)行狀況監(jiān)控等主要功能,提供將孿生戰(zhàn)場(chǎng)的規(guī)劃方案和指令轉(zhuǎn)換成指揮控制系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式,并實(shí)現(xiàn)命令分發(fā)、執(zhí)行狀態(tài)監(jiān)控.

物理層：物理層主要包含元宇宙對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的物理節(jié)點(diǎn),是虛擬世界功能的具體作用點(diǎn).物理層包含四大組成部分.

1）態(tài)勢(shì)信息的接入點(diǎn),即物理感知設(shè)備連接真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,從信息接入角度實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)和元宇宙的虛實(shí)同步；

2）同元宇宙的交互點(diǎn),即沉浸式智能交互設(shè)備,連接用戶實(shí)體和元宇宙,通過(guò)虛擬智能應(yīng)用輔助指揮員主導(dǎo)實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)；

3）同現(xiàn)有信息系統(tǒng)的連接點(diǎn),即現(xiàn)有指揮控制系統(tǒng),連接元宇宙、指揮員到其他作戰(zhàn)單元；

4）用戶本身,作為需求發(fā)布者和系統(tǒng)的使用者,利用沉浸式智能交互設(shè)備提供的智能服務(wù)解決實(shí)際作戰(zhàn)問(wèn)題.

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 細(xì)粒度立體戰(zhàn)場(chǎng)孿生環(huán)境構(gòu)建技術(shù)

針對(duì)元宇宙孿生戰(zhàn)場(chǎng)基礎(chǔ)地理環(huán)境高逼真重建、孿生戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)變化更新及兵力裝備建模復(fù)雜的問(wèn)題,構(gòu)建從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)再到多要素（地理、氣象、電磁等）集成的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境孿生體,通過(guò)孿生兵力裝備實(shí)體建模,實(shí)現(xiàn)仿真作戰(zhàn)層面數(shù)據(jù)和模型服務(wù)體系構(gòu)建,提供真實(shí)可信的孿生兵力裝備模型,為沉浸式輔助決策提供虛實(shí)結(jié)合的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境.

1）高逼真實(shí)景環(huán)境生成

基于結(jié)構(gòu)特征的多模態(tài)數(shù)據(jù)的精確配準(zhǔn)方法,解決空天多源數(shù)據(jù)間的地理基準(zhǔn)一致性問(wèn)題,通過(guò)基于視覺(jué)注意力機(jī)制的數(shù)據(jù)語(yǔ)義分割方法,提取三維重建所需的場(chǎng)景語(yǔ)義信息,通過(guò)面向精細(xì)場(chǎng)景重建的泊松定向精準(zhǔn)編輯方法,顧及水域、道路等語(yǔ)義信息約束,提高三維重建的細(xì)節(jié)保留能力.

2）裝備實(shí)體建模

利用作戰(zhàn)實(shí)體屬性參數(shù)建立公用仿真模型模板,結(jié)合戰(zhàn)爭(zhēng)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立一套戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)體仿真模型描述規(guī)范體系,采用基于圖譜聚合的信息實(shí)體識(shí)別機(jī)制,識(shí)別實(shí)體信息數(shù)據(jù),將仿真對(duì)象的圖譜聚合數(shù)據(jù)配置于實(shí)體模型模板,完成仿真模型的快速構(gòu)建.

3）兵力行為仿真

通過(guò)面向兵力行為動(dòng)態(tài)復(fù)雜性的多智能體兵力行為模型集成技術(shù), 利用知識(shí)聚合生成軍事概念模型,構(gòu)建個(gè)體智能行為模型,通過(guò)作戰(zhàn)行動(dòng)數(shù)據(jù),驅(qū)動(dòng)兵力實(shí)體的感知行為、機(jī)動(dòng)行為、火力行為的訓(xùn)練,形成群體智能行為模型.基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能行為定制具有高度智能行為的自主兵力行為模型.

4）對(duì)抗過(guò)程仿真

通過(guò)跨時(shí)空、多粒度、多態(tài)勢(shì)的時(shí)空多粒度平行作戰(zhàn)推演技術(shù),突破戰(zhàn)場(chǎng)時(shí)空信息融合展示和平行推演一致性的難題,通過(guò)本地孿生作戰(zhàn)決策與執(zhí)行動(dòng)作的自治,實(shí)現(xiàn)對(duì)兵力部署、動(dòng)向等戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息的多分支推演,提高作戰(zhàn)人員指揮決策的能力和效率.

2.2 基于視景融合的全向態(tài)勢(shì)接入技術(shù)

針對(duì)各武器平臺(tái)、作戰(zhàn)環(huán)境中多模態(tài)異構(gòu)視覺(jué)感知信息安全接入及多源異構(gòu)匯聚融合的問(wèn)題,基于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和不同軍事態(tài)勢(shì)感知設(shè)備,做到設(shè)備感知信息的統(tǒng)一接入、數(shù)據(jù)的分析融合處理,并提供智能化的目標(biāo)識(shí)別與分析服務(wù)的異構(gòu)接入方案,實(shí)現(xiàn)視景融合的全向態(tài)勢(shì)接入能力,為沉浸式輔助決策提供底層數(shù)據(jù)支撐.

1）設(shè)備自主安全接入

通過(guò)感知設(shè)備自主安全接入實(shí)現(xiàn)對(duì)軍事場(chǎng)景存在異構(gòu)感知設(shè)備,如:雷達(dá)設(shè)備、光電探測(cè)設(shè)備、無(wú)線電偵測(cè)設(shè)備、電子干擾設(shè)備、激光干擾攔截設(shè)備、高功率微波設(shè)備等進(jìn)行統(tǒng)一自主安全接入.將各異構(gòu)感知設(shè)備對(duì)軍事目標(biāo)、軍事建筑、軍事裝備等感知產(chǎn)生的視頻、圖片、二進(jìn)制報(bào)文、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等多元異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的接入及管理.

2）設(shè)備智能協(xié)同管控

通過(guò)設(shè)備智能協(xié)同管控技術(shù),在不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)和不同的業(yè)務(wù)平臺(tái)之間,既可以保證各系統(tǒng)平臺(tái)完成獨(dú)立功能,又可以實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速適配,針對(duì)同一種軍事業(yè)務(wù)目標(biāo)要求,達(dá)到感知設(shè)備在業(yè)務(wù)級(jí)的協(xié)同管控.

3）數(shù)據(jù)自主智能服務(wù)

通過(guò)感知數(shù)據(jù)自主智能服務(wù)技術(shù)處理數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)資源庫(kù). 其中, 數(shù)據(jù)資源庫(kù)處理技術(shù)包括對(duì)基礎(chǔ)庫(kù)、業(yè)務(wù)庫(kù)、主題庫(kù)、專題庫(kù)、檢索庫(kù)的分類存儲(chǔ)數(shù)據(jù)使用；數(shù)據(jù)處理技術(shù)包括: 物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚技術(shù)、物聯(lián)數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)、物聯(lián)數(shù)據(jù)管理技術(shù)和物聯(lián)數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù).

4）智能識(shí)別與多源融合

通過(guò)目標(biāo)識(shí)別級(jí)信息融合技術(shù)對(duì)來(lái)自多個(gè)傳感器的目標(biāo)身份識(shí)別信息進(jìn)行綜合,以得到對(duì)目標(biāo)身份的聯(lián)合估計(jì).目標(biāo)級(jí)信息融合的傳感器可以獨(dú)立識(shí)別出目標(biāo)可能的身份,比如光電、雷達(dá)、紅外等,然后用多個(gè)傳感器平臺(tái)之間達(dá)成一致的目標(biāo)身份判斷,得到高質(zhì)量的目標(biāo)識(shí)別結(jié)果.

2.3 態(tài)勢(shì)研判和行動(dòng)智能規(guī)劃技術(shù)

針對(duì)部隊(duì)作戰(zhàn)籌劃及戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)研判需求,研究戰(zhàn)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)感知、態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)、態(tài)勢(shì)融合、態(tài)勢(shì)更新技術(shù),通過(guò)提取出的態(tài)勢(shì)要素信息,探究行動(dòng)規(guī)劃的機(jī)理和框架以及分層規(guī)劃作戰(zhàn)任務(wù),進(jìn)而深入分析作戰(zhàn)任務(wù)分配和路徑航線規(guī)劃、作戰(zhàn)方案策劃,并對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息作出全面分析與利用.通過(guò)態(tài)勢(shì)分析作出合理決策,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)下作戰(zhàn)行動(dòng)的智能規(guī)劃.

1）不完整態(tài)勢(shì)信息補(bǔ)全

基于元宇宙數(shù)字孿生產(chǎn)生的不完整虛擬態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)和真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)接入的不完整真實(shí)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù),通過(guò)不確定理論獲取不確定性表達(dá)特征,結(jié)合基于表示學(xué)習(xí)的模型構(gòu)建技術(shù),完成完整戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的知識(shí)構(gòu)建,實(shí)現(xiàn)基于不確定性理論的不完整態(tài)勢(shì)信息補(bǔ)全.

2）作戰(zhàn)行動(dòng)預(yù)測(cè)

通過(guò)對(duì)完整態(tài)勢(shì)中作戰(zhàn)單元、作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)關(guān)系、典型目標(biāo)等元素的圖譜構(gòu)建,生成戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)可解釋圖,結(jié)合基于圖網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖處理算法,提取隱含特征向量,應(yīng)用基于注意力的行動(dòng)預(yù)測(cè)技術(shù)[17],實(shí)現(xiàn)對(duì)作戰(zhàn)單元作戰(zhàn)行動(dòng)的有效預(yù)測(cè),為指揮員制定制敵決策減少認(rèn)知負(fù)載.

3）任務(wù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

針對(duì)元宇宙虛景孿生中提供的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息以及上級(jí)指揮部所給出的任務(wù),研究“任務(wù)智能生成-任務(wù)自主分解-任務(wù)網(wǎng)絡(luò)生成”的技術(shù)路徑,通過(guò)將戰(zhàn)場(chǎng)核心態(tài)勢(shì)特征與任務(wù)知識(shí)庫(kù)中信息加以匹配生成戰(zhàn)場(chǎng)任務(wù),將任務(wù)分解為原子任務(wù),最終通過(guò)動(dòng)態(tài)博弈,將原子任務(wù)構(gòu)建為任務(wù)網(wǎng)絡(luò).

4）作戰(zhàn)行動(dòng)優(yōu)化

為解決行動(dòng)序列決策優(yōu)化過(guò)程中全局最優(yōu)問(wèn)題,基于“全局統(tǒng)籌-局部調(diào)優(yōu)”的行動(dòng)決策策略優(yōu)化,通過(guò)全局策略和局部策略的價(jià)值傳遞,使得全局統(tǒng)籌與局部調(diào)優(yōu)策略在保證當(dāng)前行動(dòng)序列的最優(yōu)前提下,滿足多個(gè)任務(wù)的多個(gè)行動(dòng)的全局最優(yōu).

2.4 沉浸式智能交互技術(shù)

針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)元宇宙可視化效率低,呈現(xiàn)結(jié)果難于直觀理解,人與人工智能難于高效交互協(xié)同的問(wèn)題,研究基于虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸式交互技術(shù),將數(shù)字孿生引擎中得到的復(fù)雜時(shí)空態(tài)勢(shì)、危險(xiǎn)態(tài)勢(shì)預(yù)警結(jié)果、敵方意圖預(yù)測(cè)結(jié)論、人工智能決策建議等,在沉浸式智能交互設(shè)備中進(jìn)行高效直觀地協(xié)同展現(xiàn)[18],緩解指揮人員態(tài)勢(shì)認(rèn)知決策負(fù)擔(dān),為沉浸式輔助決策提供智能交互手段.

1）增強(qiáng)虛擬標(biāo)注

利用增強(qiáng)虛擬算法,將沉浸式智能交互設(shè)備中展現(xiàn)出的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)中提供元宇宙引擎計(jì)算出的實(shí)體信息、戰(zhàn)場(chǎng)信息以及不確定性信息等增強(qiáng)信息,以動(dòng)態(tài)泛光、線框繪制、半透明繪制等形式給予可視化標(biāo)注,以提高使用者的感知效率.

2）物理效果計(jì)算

物理效果計(jì)算為沉浸式智能交互設(shè)備展示功能的底座,實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)元宇宙實(shí)體要素以及環(huán)境要素的基礎(chǔ)物理特性的計(jì)算,支撐沉浸式智能交互設(shè)備的推進(jìn)模擬.

3）動(dòng)態(tài)過(guò)程渲染

動(dòng)態(tài)過(guò)程渲染是沉浸式智能交互設(shè)備動(dòng)態(tài)顯示的核心基礎(chǔ)模塊,實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)元宇宙實(shí)體與環(huán)境在引擎中的可視化多面構(gòu)建以及貼圖渲染功能,并且提供實(shí)體行為控制接口,根據(jù)實(shí)體受到的行為指令完成實(shí)體的運(yùn)動(dòng)渲染.

4）多模態(tài)交互

多模態(tài)交互是沉浸式智能交互設(shè)備的最終顯示支撐模塊,實(shí)現(xiàn)構(gòu)建出的全息影像,以音頻、視頻、VR影像等多種形式,輸出到沉浸式智能交互設(shè)備中,并接受來(lái)自使用者通過(guò)語(yǔ)音、手勢(shì)、肢體動(dòng)作等多種形態(tài)的輸入,根據(jù)其進(jìn)行合理響應(yīng)與處置.

3 元宇宙架構(gòu)的對(duì)比分析

清華大學(xué)發(fā)布的元宇宙白皮書(shū)給出了元宇宙的定義：“元宇宙是整合多種新技術(shù)而產(chǎn)生的新型虛實(shí)相融的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和社會(huì)生態(tài),它基于擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供沉浸式體驗(yàn),基于數(shù)字孿生技術(shù)生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)世界的鏡像,基于區(qū)塊鏈技術(shù)搭建經(jīng)濟(jì)體系,將虛擬時(shí)間與現(xiàn)實(shí)世界在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社交體系、身份系統(tǒng)上密切融合,并且允許每個(gè)用戶進(jìn)行內(nèi)容生產(chǎn)和世界編輯”[9].目前,教育是元宇宙的主要應(yīng)用領(lǐng)域.聚焦教育應(yīng)用領(lǐng)域,元宇宙能夠整合多種技術(shù)手段,推動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)方式、評(píng)價(jià)方式的改革與創(chuàng)新.因此,學(xué)習(xí)元宇宙作為一種新的學(xué)習(xí)形態(tài)應(yīng)運(yùn)而生.

學(xué)習(xí)元宇宙是在元宇宙虛實(shí)融合一體化理念之基礎(chǔ)上,面向?qū)W習(xí)者所營(yíng)造的、多技術(shù)集成的沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境[19]. 學(xué)習(xí)元宇宙聚焦學(xué)習(xí)主體, 關(guān)注在元宇宙場(chǎng)域中沉浸式環(huán)境的設(shè)計(jì)、交互式學(xué)習(xí)方式呈現(xiàn)和學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià).學(xué)習(xí)元宇宙的機(jī)理體現(xiàn)在“共同在場(chǎng)”、“心流狀態(tài)”、“虛擬化身”,其主要特點(diǎn)在于學(xué)習(xí)過(guò)程的沉浸性、化身性、特殊性；同時(shí),學(xué)習(xí)元宇宙具有“技術(shù)端、應(yīng)用端、分析端”,以及三端之下所包含的物理層、軟件層、規(guī)則層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、分析層這樣一個(gè)三端六層架構(gòu).

相較于教育領(lǐng)域的學(xué)習(xí)元宇宙,本文嘗試構(gòu)建軍事應(yīng)用領(lǐng)域的戰(zhàn)場(chǎng)元宇宙,研究元宇宙視域下的沉浸式輔助決策技術(shù)架構(gòu), 提出“3+1”總體架構(gòu), 即物理層、應(yīng)用層、元宇宙引擎層和元宇宙基礎(chǔ)體系層.對(duì)于元宇宙引擎層,分別引入了細(xì)粒度立體戰(zhàn)場(chǎng)孿生環(huán)境構(gòu)建、基于視景融合的全向態(tài)勢(shì)接入、態(tài)勢(shì)研判和行動(dòng)智能規(guī)劃、沉浸式智能交互等技術(shù),使得該架構(gòu)既體現(xiàn)出技術(shù)的前瞻性,又具有實(shí)踐的指導(dǎo)性.無(wú)論是學(xué)習(xí)元宇宙,還是戰(zhàn)場(chǎng)元宇宙,當(dāng)前支撐元宇宙運(yùn)行的計(jì)算體系均包括區(qū)塊鏈技術(shù)、交互技術(shù)、人工智能技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等,虛實(shí)相融、沉浸式體驗(yàn)也都是構(gòu)建元宇宙形態(tài)的核心要素.

4 結(jié)論

針對(duì)軍事輔助決策技術(shù)難以做到虛實(shí)結(jié)合、完全沉浸式體驗(yàn)交互的現(xiàn)狀,迎合戰(zhàn)場(chǎng)元宇宙的概念設(shè)想,本文做了大量探索性研究,提出了元宇宙視域下的沉浸式輔助決策技術(shù)架構(gòu)設(shè)想.基于孿生現(xiàn)實(shí)、智算賦能、共生交互的戰(zhàn)場(chǎng)元宇宙構(gòu)建理念,提出元宇宙視域下的沉浸式輔助決策技術(shù)架構(gòu),通過(guò)多域數(shù)據(jù)接入、孿生立體建模、快速虛實(shí)校準(zhǔn),為指揮任務(wù)決策提供高逼真態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)、沉浸式指令交互、作戰(zhàn)行動(dòng)輔助規(guī)劃等核心能力,并探索戰(zhàn)場(chǎng)元宇宙的潛在實(shí)現(xiàn)可能.