作戰(zhàn)實驗演示若干基本問題研究

李蘇軍 戰(zhàn)曉蘇

(1.軍事科學(xué)院 作戰(zhàn)理論和條令研究部，北京100091;2.中國人民解放軍73311部隊，福建 晉江362200)

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)，特別是信息技術(shù)的快速發(fā)展，作戰(zhàn)實驗成為繼戰(zhàn)爭實踐、演習(xí)訓(xùn)練、軍事理論研究之后，第四種認識戰(zhàn)爭的新途徑。由于作戰(zhàn)實驗是一個交叉性學(xué)科，其基本原理、方法、過程比較抽象復(fù)雜，作戰(zhàn)實驗中又存在許多未知信息和諸多不確定因素，致使作戰(zhàn)實驗的基本理論和方法在推廣應(yīng)用中存在一定難度。為了直觀、形象地展現(xiàn)作戰(zhàn)實驗的基本原理、內(nèi)容和過程，從而使作戰(zhàn)實驗的科學(xué)作用得到充分認識和發(fā)揮，本文緊緊圍繞作戰(zhàn)實驗演示的若干基本問題，進行一些初步研究。

2 作戰(zhàn)實驗演示研究的必要性和意義

2.1 作戰(zhàn)實驗演示研究的必要性

(1)快速演示作戰(zhàn)實驗想定的客觀需要。作戰(zhàn)實驗想定的設(shè)計與撰寫是一個復(fù)雜而艱巨的任務(wù)，需要在軍事人員與技術(shù)人員之間構(gòu)建一個可視化的交流對接平臺，一方面將軍事人員關(guān)于作戰(zhàn)實驗的一些初步構(gòu)想通過可視化形式進行快速演示，輔助軍事人員豐富完善作戰(zhàn)實驗構(gòu)想，快速形成作戰(zhàn)實驗想定;另一方面將制訂好的作戰(zhàn)實驗想定以可視化方式快速展現(xiàn)給作戰(zhàn)實驗分析論證人員，以便于其準確地理解分析論證的任務(wù)、內(nèi)容及要求。

(2)綜合演示作戰(zhàn)實驗態(tài)勢的現(xiàn)實需要。作戰(zhàn)實驗信息多、數(shù)量大、時空變化快，因此作戰(zhàn)實驗態(tài)勢瞬息萬變，如何綜合采用多種形式的手段來完整、全面、準確、及時地反映作戰(zhàn)實驗的態(tài)勢，就成為作戰(zhàn)實驗必須解決的核心問題之一。通過將作戰(zhàn)實驗態(tài)勢數(shù)據(jù)以圖形化的方式實時地顯示出來，一方面使實驗人員對作戰(zhàn)實驗的條件、要點、過程和結(jié)果等從整體、全局上獲得一個直觀形象的認知，為理解和操控作戰(zhàn)實驗提供可能;另一方面為實驗人員發(fā)現(xiàn)新知識、洞察新規(guī)律、提出新理論提供輔助支持。

(3)實時演示作戰(zhàn)實驗細節(jié)的迫切需要。作戰(zhàn)實驗是一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)，諸多作戰(zhàn)實驗指標、方案、因子水平交互影響，論證過程非常復(fù)雜，作戰(zhàn)實驗的很多理論、方法、技術(shù)也還處于發(fā)展完善之中。限于認知能力、技術(shù)水平等因素，整個作戰(zhàn)實驗的仿真、分析、評估等環(huán)節(jié)基本上在后臺運行，很多實驗細節(jié)處于“黑箱”之中。實驗研究人員迫切需要通過直觀可視的形式感知實驗論證細節(jié)是否合理、可信，以及存在哪些問題，以便及時對作戰(zhàn)實驗方案、計劃、模型、算法等進行修改和完善，進一步提高實驗論證的質(zhì)量。

2.2 作戰(zhàn)實驗演示的意義

研究作戰(zhàn)實驗演示，無論對于各級各類作戰(zhàn)實驗研究人員，還是指揮人員和參謀人員而言，都有著重要的理論意義和應(yīng)用價值。

(2)完善作戰(zhàn)實驗手段。通過演示作戰(zhàn)實驗過程，可以洞察各種實驗手段在實驗條件設(shè)置、實驗方法運用、實驗工具操作、實驗流程實施等方面存在的具體問題，提出有針對性的改進措施，進一步拓展和完善作戰(zhàn)實驗手段。

(3)傳播作戰(zhàn)實驗理論。利用作戰(zhàn)實驗演示平臺，采用圖形化方式將抽象的作戰(zhàn)實驗數(shù)據(jù)、模型、方法和過程可視化，能夠使不同領(lǐng)域和不同視角的人員站在同一平臺上，學(xué)習(xí)、討論和交流作戰(zhàn)實驗的思想、方法、技術(shù)，使作戰(zhàn)實驗理論在不同領(lǐng)域和不同專業(yè)的作戰(zhàn)實驗人員之間得到廣泛傳播。

3 作戰(zhàn)實驗演示研究的若干基本問題

3.1 作戰(zhàn)實驗演示的基本概念

作戰(zhàn)實驗演示是作戰(zhàn)實驗的核心功能之一，主要有兩層含義，一是演示性實驗，二是實驗中演示。演示性實驗，是通過文字、圖、表、視頻、動畫等形式，把作戰(zhàn)實驗的條件、要點、方法、進程、結(jié)果等所涉及的作戰(zhàn)實驗理論和技術(shù)演示出來。同物理實驗中演示杠桿原理、化學(xué)實驗中演示氫氣制作等相似，演示性實驗的主要目的是講清作戰(zhàn)實驗的基本原理，進行作戰(zhàn)實驗培訓(xùn)、教學(xué)等。實驗中演示，即實驗可視化，就是將實驗過程以可視化方式展示出來，便于觀察、分析和操作。實驗中演示的目的是驗證實驗是否按作戰(zhàn)實驗人員所構(gòu)想的方式進行，起到一個傳感器和放大鏡的作用，引發(fā)作戰(zhàn)實驗人員思考，輔助作戰(zhàn)實驗人員進行正確的實驗。

綜合上述兩層含義，將作戰(zhàn)實驗演示的基本概念定義為:在虛擬可控的戰(zhàn)場環(huán)境中，以直觀形象的可視化方式，多視角展現(xiàn)作戰(zhàn)實驗的實驗條件、實驗分隊、實驗結(jié)果、實驗過程、實驗分析過程和實驗結(jié)論，進一步完善作戰(zhàn)實驗新方案、驗證作戰(zhàn)實驗新結(jié)論、傳播作戰(zhàn)實驗新理論、推廣作戰(zhàn)實驗新成果。

3.2 作戰(zhàn)實驗演示的主要內(nèi)容

(1)演示作戰(zhàn)實驗構(gòu)想。在作戰(zhàn)實驗前，將軍事人員或?qū)嶒炄藛T的實驗概略構(gòu)想或初步方案，以直觀、形象的可視化方式展現(xiàn)出來，經(jīng)過直觀分析判斷和專家研討，逐步將其變成實際可行的作戰(zhàn)實驗方案，縮短作戰(zhàn)實驗設(shè)計的時間和進程，提高作戰(zhàn)實驗方案的科學(xué)性。

Yuichi Hamada[20]等在空氣源熱泵蒸發(fā)器側(cè)設(shè)置了1臺蓄冰罐，在冷凝器側(cè)增設(shè)了2臺蓄熱罐，利用夜間制冰，同時在冷凝側(cè)利用廢熱進行蓄熱，提高了整體機組的能源效率。

(2)演示作戰(zhàn)實驗過程。在作戰(zhàn)實驗中，從縱向視角，將作戰(zhàn)實驗中的關(guān)鍵要素、關(guān)鍵節(jié)點、關(guān)鍵條件和實驗人員感興趣的信息演示清楚;從橫向視角，將作戰(zhàn)實驗中的全局情況、整體布勢和通用信息等演示清楚;從感知視角，將實驗“黑箱”演示清楚;從分析決策視角，將驅(qū)動實驗結(jié)果變化的關(guān)鍵因素演示清楚。通過作戰(zhàn)實驗過程的演示，可以使實驗人員掌控整個實驗進程、感知當前實驗態(tài)勢、打開局部實驗“黑箱”、澄清部分實驗認知。

(3)演示作戰(zhàn)實驗結(jié)果。在作戰(zhàn)實驗后，將作戰(zhàn)實驗的問題、條件、流程、結(jié)果、分析過程和結(jié)論等，以可視化方式展示出來，進一步說明作戰(zhàn)實驗過程、演示作戰(zhàn)實驗結(jié)果，為將作戰(zhàn)實驗得出的新理論、新方法、新思想轉(zhuǎn)變成戰(zhàn)斗力提供輔助支持。

3.3 作戰(zhàn)實驗演示的基本要素

作戰(zhàn)實驗演示應(yīng)包括6個基本要素:

(1)實驗條件。即實驗在什么環(huán)境條件下進行，準備采用哪些新思想、新戰(zhàn)法、新技術(shù)等，來提高作戰(zhàn)效能。

(2)實驗分隊。即執(zhí)行實驗任務(wù)并發(fā)生作用的單位。

(3)實驗結(jié)果。即實驗者最后判定的結(jié)果，它能使作戰(zhàn)效能的某些方面發(fā)生改變。

(4)實驗過程。把作戰(zhàn)實驗分隊置于實驗條件之下進行研究，考察實驗條件是否可以產(chǎn)生某種實驗結(jié)果，對因果關(guān)系進行判定，它包括實驗執(zhí)行過程中的所有內(nèi)容。

(5)實驗分析過程。對不同實驗過程中因果關(guān)系的判定進行比較，即對不同的實驗方案進行分析對比，根據(jù)不同的實驗?zāi)康?，確定實驗結(jié)果的優(yōu)劣。

(6)實驗結(jié)論。在分析比較的基礎(chǔ)上，針對提高基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)能力、打贏未來高技術(shù)條件下局部戰(zhàn)爭等客觀需求，總結(jié)得出關(guān)于當前和未來作戰(zhàn)的新思想、新戰(zhàn)法、新技術(shù)等結(jié)論。

3.4 作戰(zhàn)實驗演示系統(tǒng)

作戰(zhàn)實驗演示系統(tǒng)是一個面向首長、機關(guān)、指揮人員、技術(shù)人員和保障人員等，綜合采用文字、圖表、聲音等多種表現(xiàn)形式、二維與三維相結(jié)合、真實與虛擬相結(jié)合，從多種視角將作戰(zhàn)實驗研究的問題、構(gòu)想、過程、結(jié)論等演示清楚，為理解作戰(zhàn)實驗過程、驗證作戰(zhàn)實驗結(jié)論和傳播作戰(zhàn)實驗理論提供支撐的系統(tǒng)。

研發(fā)作戰(zhàn)實驗演示系統(tǒng)的主要目的是為作戰(zhàn)實驗演示提供方便、快捷和實用化的通用演示工具，為作戰(zhàn)實驗提供輔助支持。其設(shè)計指導(dǎo)思想是:將通用數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)平臺與功能模塊相互分離，提高設(shè)計的科學(xué)性和系統(tǒng)的拓展性;系統(tǒng)應(yīng)用時，根據(jù)不同的任務(wù)需要，將支撐平臺與相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和專業(yè)功能模塊隨機組合，提高解決具體問題的能力。

(1)通用可視數(shù)據(jù)(模型)。各種演示數(shù)據(jù)采用國標、軍標規(guī)定的通用數(shù)據(jù)和可視模型格式進行存儲、管理和調(diào)度，能支持各種演示系統(tǒng)進行調(diào)用和顯示。主要包括:一是基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)，如DEM、影像等;二是靜態(tài)應(yīng)用數(shù)據(jù)，如二維軍標、武器裝備三維模型等;三是動態(tài)計算數(shù)據(jù)，如參數(shù)化火力打擊范圍模型、參數(shù)化偵察范圍模型、實時動態(tài)海面模型等;四是戰(zhàn)場特效數(shù)據(jù)，如爆炸、飛行尾跡、船行波等。

(2)基礎(chǔ)展現(xiàn)平臺。應(yīng)采用數(shù)字地球作為基礎(chǔ)展現(xiàn)平臺，在統(tǒng)一的框架下，將陸、海、空、天、電等多維基礎(chǔ)環(huán)境信息進行綜合集成。一方面該平臺是演示系統(tǒng)的一個基礎(chǔ)支撐平臺，具備一些通用的展示功能，能對全局、全程、全域的基礎(chǔ)地理信息進行多視角展現(xiàn)，是一個通用可視數(shù)據(jù)調(diào)度和展現(xiàn)窗口，既與具體應(yīng)用相分離，又不帶有數(shù)據(jù);另一方面該平臺為各種專業(yè)功能模塊提供通用接口，各種專業(yè)應(yīng)用通過該平臺調(diào)用通用作戰(zhàn)實驗數(shù)據(jù)，并在該平臺的窗口中進行展現(xiàn)。

(3)專項演示功能。將各種專業(yè)功能從邏輯上進行分離，專業(yè)功能模塊作為一個獨立模塊或插件，采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM行開發(fā)，在需要時直接與支撐平臺接口連接。主要專項演示功能包括態(tài)勢標繪、構(gòu)想演示、態(tài)勢展現(xiàn)、感知展現(xiàn)、分析演示、過程演示和結(jié)論演示等。

3.5 作戰(zhàn)實驗演示關(guān)鍵技術(shù)

3.5.1 作戰(zhàn)實驗演示需求分析技術(shù)

主要研究作戰(zhàn)實驗演示究竟“演什么、用什么演、如何演”等基本需求問題。要結(jié)合作戰(zhàn)實驗論證的實際需求，從作戰(zhàn)實驗設(shè)計、分析、保障等多個視角，采用會議、座談、問卷調(diào)查、專家訪談和實驗實踐等多種形式，系統(tǒng)梳理作戰(zhàn)實驗演示的總體應(yīng)用需求，重點理清“演示內(nèi)容、演示方式、功能需求、應(yīng)用模式”四個問題，達成一致的需求共識，為作戰(zhàn)實驗演示系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用提供有力支持。

3.5.2 作戰(zhàn)實驗演示支撐平臺設(shè)計技術(shù)

主要研究不同用戶的演示需求、不同作戰(zhàn)實驗要素的演示形式需求、不同演示平臺的優(yōu)缺點、不同演示技術(shù)的成熟度，在此基礎(chǔ)上擇優(yōu)選擇合適的平臺，然后進行總體設(shè)計和開發(fā)。

3.5.3 實驗要素分類和抽取技術(shù)

從服務(wù)于作戰(zhàn)實驗多視角演示和態(tài)勢評估相結(jié)合的角度，對實驗要素的定義、特征和分類進行研究，為實驗要素的提取提供技術(shù)支持;要依據(jù)專家知識、作戰(zhàn)規(guī)則等，采用人工智能等技術(shù)，研究一種能從海量作戰(zhàn)實驗信息中實時提取出各類作戰(zhàn)實驗人員感興趣的要素信息的方法，為作戰(zhàn)實驗參數(shù)化、組合化的控制顯示策略提供支持，實現(xiàn)首長機關(guān)、科研團體、基層作戰(zhàn)部隊感興趣的要素的實時自動化演示。

3.5.4 實驗要素可視化建模技術(shù)

主要研究綜合采用幾何建模、物理建模、行為建模等多種建模技術(shù)，構(gòu)建一個基礎(chǔ)的、參數(shù)化的實驗要素多分辨率可視模型。通過對這些參數(shù)化的基礎(chǔ)可視模型的簡單組合、拼裝和調(diào)整，快速生成相應(yīng)要素的可視化模型。

3.5.5 可視化模型聚合與解聚技術(shù)

主要研究視距、像素等作為聚合與解聚的判據(jù)，運用規(guī)則、關(guān)鍵實體等方法進行可視模型的聚合和解聚。通過作戰(zhàn)實體可視模型的聚合與解聚，實現(xiàn)在不同分辨率的展示窗口內(nèi)，用大約相同數(shù)量的作戰(zhàn)聚合與解聚模型表示當前可視范圍內(nèi)的作戰(zhàn)實驗境況，使作戰(zhàn)實驗演示更加直觀、準確、清晰。

3.5.6 人機交互控制技術(shù)

主要研究基于時間軸的作戰(zhàn)事件編輯技術(shù)，將戰(zhàn)場上錯綜復(fù)雜的作戰(zhàn)事件在時間軸上進行隨機拖拉、插入和刪除等編排，實現(xiàn)作戰(zhàn)實驗事件的有序演示;研究基于作戰(zhàn)事件的作戰(zhàn)場景實時切換技術(shù)，能根據(jù)全景縮略圖和作戰(zhàn)事件發(fā)生地對作戰(zhàn)場景進行快速切換;研究基于熱區(qū)的作戰(zhàn)實體控制技術(shù)，能對選定熱點區(qū)域內(nèi)實體的運動軌跡、作戰(zhàn)能力、作戰(zhàn)行為和屬性信息等進行編輯、操作和控制;研究基于觸摸屏技術(shù)的作戰(zhàn)實驗構(gòu)想和態(tài)勢實時標繪技術(shù)，實現(xiàn)作戰(zhàn)實驗演示的人機一體化;研究相機的推、拉、搖等控制技術(shù)，實現(xiàn)實驗場景的多方位展現(xiàn)。

3.5.7 快速計算和繪制技術(shù)

主要研究協(xié)同工作、云計算、GPU計算和并行計算等快速智能算法，對作戰(zhàn)實驗中涉及的大量實體交互和復(fù)雜模型構(gòu)建進行快速計算;研究視域裁剪、背景裁剪和遮擋剔除等算法，對可視范圍內(nèi)的可視模型進行快速渲染;研究四叉樹、投影網(wǎng)格等LOD技術(shù)，對可視模型進行多分辨率快速繪制。

3.5.8 海量數(shù)據(jù)存儲、管理和調(diào)度技術(shù)

主要研究作戰(zhàn)實驗數(shù)據(jù)采集技術(shù)，做到一數(shù)一源，提高數(shù)據(jù)可信度;研究異構(gòu)作戰(zhàn)實驗統(tǒng)一表示和儲存技術(shù)，提高數(shù)據(jù)的通用性;研究快速查詢和調(diào)度技術(shù)，提高作戰(zhàn)實驗演示數(shù)據(jù)的實用性。

4 結(jié)束語

作戰(zhàn)實驗演示是當前作戰(zhàn)實驗研究的重點和難點，必須全面統(tǒng)籌、聚力攻關(guān)。要加強演示需求分析，牽引系統(tǒng)建設(shè);選定演示支撐平臺，加快系統(tǒng)研發(fā);加強基礎(chǔ)理論研究，破解關(guān)鍵技術(shù);加強專用功能開發(fā)，推進系統(tǒng)建設(shè)?；跀?shù)字地球平臺，綜合采用文字、圖形、動畫等形式，將作戰(zhàn)實驗的條件、要點、方法、進程、結(jié)果等進行多視角可視化演示，為作戰(zhàn)實驗人員提供輔助支持。

1 江敬灼.作戰(zhàn)實驗若干問題研究［M］.北京:軍事科學(xué)出版社，2010.

2 王輝青.作戰(zhàn)實驗若干基本理論問題探討［J］.軍事運籌與系統(tǒng)工程，2008，22(1):3-8.

3 沙基昌，毛赤龍，陳超.戰(zhàn)爭設(shè)計工程［M］.北京:科學(xué)出版社，2009.

4 胡曉峰.戰(zhàn)爭復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真［M］.北京:國防大學(xué)出版社，2005.

5 郭齊勝，楊立功，楊瑞平.計算機生成兵力導(dǎo)論［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2006.

6 KASSR A.The logic of warfighting experiments［EB/OL］.(2006)http://www.dodccrp.org.

7 李艷，黃柯棣.分布式戰(zhàn)場態(tài)勢可視化系統(tǒng)研究［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2008，20(Sup):195-198.

8 BAKIKOYUNCU，ERKAN BOSTANC.3D battlefield modeling and simulation of war games［J］.International Journal of Computers，2010，(4):1-8.