三維態(tài)勢圖符號以及表達(dá)的研究

丁 昊，張亞軍，張曉楠

（信息工程大學(xué) 測繪學(xué)院，河南 鄭州450052）

三維態(tài)勢圖符號以及表達(dá)的研究

丁 昊，張亞軍，張曉楠

（信息工程大學(xué) 測繪學(xué)院，河南 鄭州450052）

針對三維態(tài)勢圖中的符號變量研究沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以及表達(dá)方式的合理性上還沒有一致的定論。文中運(yùn)用地圖符號學(xué)中符號設(shè)計(jì)的理論，考慮到信息化戰(zhàn)爭對戰(zhàn)場態(tài)勢圖的要求，系統(tǒng)分析美軍作戰(zhàn)標(biāo)號系統(tǒng)的構(gòu)成規(guī)則，對我軍的態(tài)勢符號設(shè)計(jì)以及三維態(tài)勢表達(dá)上提供幾點(diǎn)參考建議。

三維態(tài)勢圖；作戰(zhàn)標(biāo)號；態(tài)勢表達(dá)

基于三維可視化技術(shù)的三維態(tài)勢圖是通過在地形的三維可視化的條件下，在其上疊加軍隊(duì)標(biāo)號來表達(dá)戰(zhàn)場的態(tài)勢信息，二維軍標(biāo)符號已有一套成熟的規(guī)范體系，但三維軍標(biāo)符號的設(shè)計(jì)還沒有一套成熟的指導(dǎo)原則，以及在三維場景下態(tài)勢表達(dá)的方式還有待進(jìn)一步的探討。

因此，本文運(yùn)用符號學(xué)中語言學(xué)的方法對作戰(zhàn)標(biāo)號設(shè)計(jì)的相關(guān)問題進(jìn)行探討，并列舉了三維場景下態(tài)勢表達(dá)的幾種方式，以美軍標(biāo)號為例，系統(tǒng)分析美軍作戰(zhàn)標(biāo)號的構(gòu)成規(guī)則以及表達(dá)效果，希望能為我軍三維態(tài)勢圖表達(dá)以及符號設(shè)計(jì)方面起到借鑒作用。

1 三維態(tài)勢圖中態(tài)勢符號的設(shè)計(jì)

1．1 作戰(zhàn)標(biāo)號的設(shè)計(jì)理念

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

圖1 符號設(shè)計(jì)的層次

1）圖像符號。圖像符號是通過模擬對象或與對象的相似而構(gòu)成的，人們對它具有直覺感知，通過形象的相似就可以辨認(rèn)出來。

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

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

當(dāng)前很多態(tài)勢系統(tǒng)中，對軍事力量的標(biāo)號都用逼真的三維模型來取代，采用三維模型來表達(dá)某一作戰(zhàn)單元固然很好，能給人一種很清晰的感覺，讓人一目了然，但是所含信息量太少，無法給指揮員對戰(zhàn)場態(tài)勢認(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，其余信息一無所知，坦克型號、編制規(guī)模、敵軍友軍等都無法在圖上表示。而圖右側(cè)部分為美軍的坦克軍標(biāo)符號，美軍的標(biāo)號體系有著一套嚴(yán)格規(guī)范，無論從構(gòu)圖規(guī)律還是色彩搭配，從標(biāo)號中可以獲得大量的信息來方便指揮員決策。

作戰(zhàn)態(tài)勢圖是一種專題地圖，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)符號的設(shè)計(jì)上應(yīng)該遵守將象形符號逐漸轉(zhuǎn)化為象征符號的過程，這樣能讓指揮員充分感知戰(zhàn)場的態(tài)勢信息，做出正確的決策。

因此，筆者認(rèn)為單純的在三維場景中添加實(shí)物模型來逼真的模擬真實(shí)戰(zhàn)場環(huán)境并不能稱為三維態(tài)勢圖，三維態(tài)勢圖應(yīng)該有著一套嚴(yán)格的三維符號規(guī)范體系，通過在三維場景中疊加三維符號來表達(dá)戰(zhàn)場的態(tài)勢信息稱為三維態(tài)勢圖。

1．2 三維作戰(zhàn)標(biāo)號的設(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，這就要求符號本身具有可定位性，因此設(shè)計(jì)態(tài)勢符號必須有相應(yīng)的定位點(diǎn)和方向點(diǎn)。

美軍作戰(zhàn)標(biāo)號二維與三維沿用的是一套符號體系標(biāo)準(zhǔn)，如圖3所示。

同樣一套符號體系，在不同的條件下可以分別用不同的方式表達(dá)，當(dāng)在三維場景中，符號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，符號由一條線段來指示當(dāng)前所在位置。

2）概括性。美軍的通用作戰(zhàn)標(biāo)號的主體輪廓就是以下表格列舉出來的幾種，大體上區(qū)分了標(biāo)號的性質(zhì)以及標(biāo)號的空間位置關(guān)系。美軍作戰(zhàn)標(biāo)號設(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)符號的概要信息，具體信息由內(nèi)部結(jié)構(gòu)來描述，如圖4所示，外部輪廓描述作戰(zhàn)標(biāo)號的通用屬性。

圖3 作戰(zhàn)標(biāo)號的可定位性

符號的概括性體現(xiàn)了人類心智的發(fā)展。符號的構(gòu)圖應(yīng)該簡潔、易于識別和記憶，圖形形象、簡單和規(guī)則。美軍標(biāo)號的圖形構(gòu)成比較簡潔規(guī)則，含義比較豐富，主要通過不同的視覺變量來表達(dá)豐富的態(tài)勢信息。主要運(yùn)用了下列幾種視覺變量：

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中為視覺變量在一個(gè)美軍軍隊(duì)標(biāo)號中體現(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，配置不同的注記來表達(dá)符號的不同屬性。

圖6 美軍作戰(zhàn)標(biāo)號符號注記的位置配置規(guī)則

3）組合性。態(tài)勢符號應(yīng)該充分利用符號的組合和派生，構(gòu)成新的符號系統(tǒng)，這里也以美軍作戰(zhàn)標(biāo)號為例。

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

圖7 美軍作戰(zhàn)標(biāo)號符號的組合性

4）邏輯性和系統(tǒng)性。美軍作戰(zhàn)標(biāo)號符號在二維和三維中都共用的是一套符號體系，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的延續(xù)性和通用性，把符號的圖形與符號的含義建立起了有機(jī)的聯(lián)系［1］。

2 三維態(tài)勢表達(dá)的若干問題探討

2．1 態(tài)勢數(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，如：紋理貼圖等。

2）懸?。‵loating）：實(shí)體數(shù)據(jù)通過在地表上空懸浮顯示。

3）凸起（Extruded）：實(shí)體數(shù)據(jù)通過從地表拉伸成線狀、面狀或者體狀來顯示。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。

通過對這幾種表達(dá)方式的設(shè)計(jì)，針對不同的用戶需求對多種表達(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)勢表達(dá)中幾種可視化表達(dá)方式比較

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

廣告牌方式，通過設(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)際高度來展現(xiàn)目標(biāo)，隨著用戶視點(diǎn)的變化，目標(biāo)的符號都會隨著視點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，使其正面始終朝向用戶，用戶對全局態(tài)勢的把握一目了然。但是這種方式有一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)椴煌栍兄煌亩ㄎ稽c(diǎn)，因此，針對不同的符號間進(jìn)行一些分析量算時(shí)需要經(jīng)過一些額外的轉(zhuǎn)換。

有一種解決方案是，通過把二維符號都投影到一個(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，同時(shí)符號間規(guī)格一致，方便符號的量算。

2）作戰(zhàn)標(biāo)號的綜合方式。通常一幅態(tài)勢圖中，作戰(zhàn)單位成千上萬，當(dāng)對場景進(jìn)行放大縮小以及漫游的時(shí)候，免不了要發(fā)生符號間的壓蓋，當(dāng)圖面比例尺發(fā)生變化時(shí)需要對圖面進(jìn)行化簡處理，讓用戶始終對整個(gè)態(tài)勢有個(gè)全局的把握。美軍作戰(zhàn)標(biāo)號給了我們一些啟示：由于美軍標(biāo)號設(shè)計(jì)極其合理與規(guī)整，符號的化簡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，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)號進(jìn)行整體的位置移動（指示符號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?！岸询B”方式是把按照一定規(guī)則分組后的幾個(gè)作戰(zhàn)標(biāo)號疊起來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更好［4］，圖10中說明了在態(tài)勢表達(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)勢表達(dá)方式

3 結(jié)束語

三維中的態(tài)勢表達(dá)可以沿用二維的作戰(zhàn)標(biāo)號，這樣不僅保證了符號的邏輯性和系統(tǒng)性，而且，能夠提供給指揮員豐富的態(tài)勢信息。但是在表達(dá)方式上，沿用二維作戰(zhàn)標(biāo)號存在的問題是缺失了目標(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)者通過某種方式傳達(dá)給用戶，比如：通過一些關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)推導(dǎo)出來等。因此，本文中提出的作戰(zhàn)標(biāo)號設(shè)計(jì)理念以及態(tài)勢圖表達(dá)方式，希望能為態(tài)勢圖的發(fā)展提供一些參考意見。

［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］