面向軍事群體的聚合及解聚可視化控制模型

楊 帆，王家潤(rùn)，曹占廣

(1.華北計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100083；2.國(guó)防大學(xué) 聯(lián)合作戰(zhàn)學(xué)院，北京 100091)

0 引言

作戰(zhàn)編隊(duì)是軍事上特有的一類軍事群體組織方式。最初源于生物界中的雁群空中飛行的人字隊(duì)形或一字隊(duì)形，該隊(duì)形符合氣流動(dòng)力學(xué)原理，可極大減輕整個(gè)群體的體力消耗。上述仿生學(xué)原理已在軍事上應(yīng)用廣泛，例如空戰(zhàn)作戰(zhàn)編隊(duì)常采用：楔隊(duì)、梯隊(duì)、縱隊(duì)、橫隊(duì)等，具有增加命中率、減少氣流阻礙、減少雷達(dá)反射等優(yōu)勢(shì)，可極大提升作戰(zhàn)群體的作戰(zhàn)能力。無人/有人機(jī)(船、艇等)集群在軍事領(lǐng)域中也已開始大規(guī)模應(yīng)用，面向群體的相關(guān)研究引起了各方的高度關(guān)注[1]。

作戰(zhàn)編隊(duì)可視化的基礎(chǔ)是圖可視化。圖是表達(dá)群體內(nèi)部邏輯關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的圖可視化采用圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表達(dá)，2012年谷歌提出了知識(shí)圖譜的概念后，以圖為基礎(chǔ)的知識(shí)圖譜成為大規(guī)模圖的研究方向。圖或知識(shí)圖譜的可視化是顯示群體復(fù)雜關(guān)系的關(guān)鍵[3-5]，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)[6]、深度學(xué)習(xí)[7]、社交網(wǎng)絡(luò)[8-9]等。

針對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)，王家潤(rùn)等提出了基于視覺感知拓?fù)潢P(guān)系模型的作戰(zhàn)編隊(duì)可視化[10]，在作戰(zhàn)編隊(duì)的隊(duì)形上，通過附加輔助連線等，對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)群體的內(nèi)部及外部進(jìn)行了顯示增強(qiáng)，但是對(duì)聚合顯示沒有給出相關(guān)的研究。袁德平等采用約束條件下的chameleon算法對(duì)敵目標(biāo)進(jìn)行空間群聚類并構(gòu)建進(jìn)攻矩陣，實(shí)現(xiàn)了對(duì)敵目標(biāo)群的劃分[11]。張森等針對(duì)多機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)編隊(duì)隊(duì)形控制，提出了基于幾何約束的三角形、菱形、主從式等典型樹形編隊(duì)的控制模型[12]。李鳳霞等從多分辨率作戰(zhàn)編隊(duì)隊(duì)形屬性出發(fā)，利用位置、狀態(tài)、戰(zhàn)損3種常用屬性和隊(duì)形在聚合解聚過程中的依賴關(guān)系及附加存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，利用標(biāo)準(zhǔn)隊(duì)形數(shù)據(jù)庫(kù)的方法減少了模型失真[13]。黃亞鋒等基于Delaunay三角網(wǎng)模型，給出了點(diǎn)軍標(biāo)群的聚合顯示中標(biāo)號(hào)重疊等問題的解決策略[14]。上述這些研究，從不同角度對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)進(jìn)行了一定的研究，但是總體來看面向作戰(zhàn)編隊(duì)的聚合及解聚可視化的體系化研究還較薄弱，特別是聚合后的作戰(zhàn)編隊(duì)顯示增強(qiáng)方面。

作戰(zhàn)決策OODA(Observation、Orientation、Decision、Action)循環(huán)理論中，觀察是基礎(chǔ)，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)可視化的核心作用是增強(qiáng)作戰(zhàn)指揮人員的觀察能力。戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)中敵我雙方的各種作戰(zhàn)編隊(duì)可明顯體現(xiàn)出作戰(zhàn)意圖，因此，作戰(zhàn)編隊(duì)成為重點(diǎn)關(guān)注的軍事群體，作戰(zhàn)編隊(duì)可視化也成為了戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)綜合顯示中的重要組成部分。但是，美軍的作戰(zhàn)符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)體系MIL-STD-2525X系列[2]，僅對(duì)軍隊(duì)標(biāo)號(hào)個(gè)體顯示進(jìn)行了描述，缺乏對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)群體的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。另外，隨著戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)中目標(biāo)顯示數(shù)量的大規(guī)模增加，戰(zhàn)場(chǎng)綜合態(tài)勢(shì)顯示出現(xiàn)擁擠、疊加等視覺混亂問題，而且顯示窗口屏幕范圍是有限的，減緩了指揮人員對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的認(rèn)知速度。因此需要探索作戰(zhàn)編隊(duì)的聚合簡(jiǎn)化技術(shù)，減少非關(guān)鍵目標(biāo)的干擾，增強(qiáng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的認(rèn)知。

本文主要開展面向作戰(zhàn)編隊(duì)聚合/解聚的體系化可視化研究，期望推進(jìn)軍事群體可視化的相關(guān)理論及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。

1 作戰(zhàn)編隊(duì)聚合/解聚可視化控制建模

本節(jié)首先給出作戰(zhàn)編隊(duì)聚合/解聚可視化控制模型的總體設(shè)計(jì)，然后對(duì)其中關(guān)鍵環(huán)節(jié)給出具體的實(shí)現(xiàn)。

1.1 作戰(zhàn)編隊(duì)聚合/解聚可視化控制模型總體設(shè)計(jì)

MVC是經(jīng)典的軟件設(shè)計(jì)模式，主要包含三部分：Model：模型(M)，View：視圖(V)，Controller：控制器(C)，從數(shù)據(jù)邏輯層、表示層、控制層等給出軟件的設(shè)計(jì)。MVC模式中，用戶向控制器發(fā)出請(qǐng)求，控制器調(diào)用合適的模型，模型對(duì)用戶的請(qǐng)求進(jìn)行處理，并返回?cái)?shù)據(jù)給控制器，控制器再根據(jù)返回的數(shù)據(jù)切換顯示視圖，呈現(xiàn)給用戶。該模式具有結(jié)構(gòu)清晰，各模塊相對(duì)獨(dú)立，可復(fù)用性強(qiáng)，易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)?；贛VC，提出作戰(zhàn)編隊(duì)基于知識(shí)圖譜及MVC的聚合/解聚可視化控制模型，主要包括：作戰(zhàn)編隊(duì)基于知識(shí)圖譜的語義建模(M)、作戰(zhàn)編隊(duì)聚合布局建模(V)、作戰(zhàn)編隊(duì)解聚布局建模(V)、作戰(zhàn)編隊(duì)顯示切換(C)等，如圖1所示。

圖1 作戰(zhàn)編隊(duì)聚合/解聚可視化控制模型組成及MVC邏輯映射圖

整個(gè)處理流程如下：首先，對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)進(jìn)行語義建模；其次，依據(jù)當(dāng)前地圖比例尺，對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)進(jìn)行聚合及解聚顯示切換判斷；最后，根據(jù)判斷結(jié)果，進(jìn)行解聚布局顯示或聚合布局顯示，如圖2所示。

圖2 作戰(zhàn)編隊(duì)聚合/解聚可視化的控制流程

1.2 作戰(zhàn)編隊(duì)基于知識(shí)圖譜的語義模型構(gòu)建

作戰(zhàn)編隊(duì)中的每個(gè)個(gè)體，稱之為軍事實(shí)體(Entity)，包含屬性-屬性值，重要屬性包含ID識(shí)別號(hào)、中文名稱、地理位置(經(jīng)、緯、高)、對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)編碼、敵我類別等。作戰(zhàn)編隊(duì)中的關(guān)系含有簡(jiǎn)短的文字描述說明，主要有指揮、通訊、隸屬、火力支援等關(guān)系。

作戰(zhàn)編隊(duì)可用圖可視化進(jìn)行表達(dá)。圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：G=(V，E)是圖可視化的重要方法，其中V是節(jié)點(diǎn)集合，E是邊集合。作戰(zhàn)編隊(duì)可用圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表達(dá)，結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)表示軍事實(shí)體，邊表示實(shí)體間的關(guān)系。針對(duì)復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，因?yàn)榘嗟淖鲬?zhàn)編隊(duì)，簡(jiǎn)單的圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)已不能滿足實(shí)際需求，可采用基于圖的知識(shí)圖譜進(jìn)行管理。用知識(shí)圖譜三元組：實(shí)體(Entity)-關(guān)系(Relationship)-實(shí)體(Entity)記錄作戰(zhàn)編隊(duì)內(nèi)各實(shí)體之間的關(guān)系[15]。作戰(zhàn)編隊(duì)基本的知識(shí)圖譜三元組表示可采用：下屬實(shí)體-隸屬-指揮者實(shí)體進(jìn)行描述。作戰(zhàn)編隊(duì)中特殊的關(guān)系可參考上述三元組進(jìn)行描述，如：實(shí)體A-支援-實(shí)體B。由于作戰(zhàn)編隊(duì)中關(guān)系較為簡(jiǎn)單，進(jìn)行知識(shí)圖譜構(gòu)建時(shí)可嘗試采用自頂向下(Top-Down)的構(gòu)建方式。采用自底向上(Bottom-Up)的構(gòu)建方式，采集半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，在關(guān)系抽取時(shí)可采用預(yù)先設(shè)置實(shí)體關(guān)系的方法，對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)中的實(shí)體關(guān)系進(jìn)行抽取，該方法具有較高的準(zhǔn)確度。針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)中所有作戰(zhàn)編隊(duì)的知識(shí)圖譜，可采用圖數(shù)據(jù)庫(kù)(RDF數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)3store、RDF三元組庫(kù)Jena、原生圖數(shù)據(jù)庫(kù)Neo4j、原生圖數(shù)據(jù)庫(kù)Cayley等)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，采用圖查詢語言(SPARQL、Cypher、GraphQL等)進(jìn)行查詢處理，圖查詢語言要注意與圖數(shù)據(jù)庫(kù)相對(duì)應(yīng)。對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)的實(shí)體及實(shí)體關(guān)系的知識(shí)圖譜建模是進(jìn)行后續(xù)作戰(zhàn)編隊(duì)可視化的基礎(chǔ)。

復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)綜合態(tài)勢(shì)中實(shí)體數(shù)量多，關(guān)系(含作戰(zhàn)編隊(duì))錯(cuò)綜復(fù)雜，傳統(tǒng)基于圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無法解決查詢慢及關(guān)系數(shù)量較大的問題，而知識(shí)圖譜有專用的高效的圖數(shù)據(jù)庫(kù)、高效的圖查詢接口以及標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)體關(guān)系描述，這是傳統(tǒng)的圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所不具備的。此外，傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在存儲(chǔ)實(shí)體關(guān)系方面具有數(shù)據(jù)冗余的可能，在關(guān)系查詢方面也存在一定的技術(shù)瓶頸，而圖數(shù)據(jù)庫(kù)不僅能夠減少數(shù)據(jù)冗余的可能，在關(guān)系查詢方面，相比關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)也更加高效，同時(shí)其存在易擴(kuò)展，方便動(dòng)態(tài)更新，可存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的特性，更適合存儲(chǔ)知識(shí)圖譜[15]。因此，圖數(shù)據(jù)庫(kù)及圖查詢成為知識(shí)圖譜的核心技術(shù)。此處對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)中復(fù)雜關(guān)系采用知識(shí)圖譜進(jìn)行建模，可較好地應(yīng)對(duì)未來戰(zhàn)場(chǎng)綜合態(tài)勢(shì)中的大規(guī)模關(guān)系存儲(chǔ)及高效關(guān)系查詢等軍事需求。

1.3 作戰(zhàn)編隊(duì)解聚/聚合顯示切換控制

層級(jí)顯示LOD(Levels of Detail)技術(shù)是高性能渲染的常用技術(shù)，通常是指根據(jù)物體模型的節(jié)點(diǎn)在顯示環(huán)境中所處的位置和重要度，決定渲染的資源分配，降低非重要物體的面數(shù)和細(xì)節(jié)度，從而獲得高效率的渲染運(yùn)算。即可根據(jù)物體是否在視點(diǎn)觀察范圍、物體的重要度、物體各節(jié)點(diǎn)是否可視、物體距離視點(diǎn)遠(yuǎn)近等不同屬性，對(duì)物體進(jìn)行顯隱操作、顯示精細(xì)度切換，或?qū)ξ矬w部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行剔除操作，以加快渲染速度。

LOD技術(shù)可分為離散LOD、連續(xù)LOD和多分辨率LOD三類[16]。離散LOD技術(shù)最先出現(xiàn)，技術(shù)相對(duì)成熟，具有渲染時(shí)計(jì)算量小的優(yōu)勢(shì)，但需要較大的存儲(chǔ)空間，存儲(chǔ)空間大小與所分層級(jí)數(shù)有關(guān)。另外，離散LOD在進(jìn)行層級(jí)轉(zhuǎn)換時(shí)，視覺上會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)的跳躍感。連續(xù)LOD技術(shù)的出現(xiàn)解決了不同層級(jí)轉(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)的視覺上有跳躍感的問題，但在渲染時(shí)計(jì)算量大，渲染相對(duì)耗時(shí)，不適用于大規(guī)模場(chǎng)景。多分辨率LOD技術(shù)可將模型分塊，根據(jù)重要度等屬性的不同，分區(qū)減少細(xì)節(jié)信息，但該技術(shù)同樣具有計(jì)算量大，渲染耗時(shí)的問題。

地圖中常采用不同的比例尺來實(shí)現(xiàn)LOD思想，不同比例尺下所顯示的內(nèi)容不同。同樣，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)中作戰(zhàn)編隊(duì)的顯示也采用LOD渲染策略，將作戰(zhàn)編隊(duì)看作整體，編隊(duì)中的實(shí)體可采用兩級(jí)顯示：粗略顯示(聚合過程)及精細(xì)顯示(解聚過程)，簡(jiǎn)稱為聚合/解聚LOD，即ADLOD (Aggregation/ Disaggregation LOD)。采用地圖比例尺1：5萬、1：25萬、1：100萬、1：400萬等作為解聚/聚合顯示切換的控制依據(jù)。當(dāng)用戶選定1：25萬作為顯示切換控制依據(jù)時(shí)，當(dāng)前地圖顯示窗口中的地圖比例尺如果大于該值，則對(duì)顯示窗口中的作戰(zhàn)編隊(duì)進(jìn)行解聚顯示，否則，則對(duì)其進(jìn)行聚合顯示。在實(shí)際應(yīng)用中，用戶也可根據(jù)當(dāng)前的作戰(zhàn)任務(wù)需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整解聚/聚合顯示切換規(guī)則。默認(rèn)選擇以1：25萬作為解聚/聚合顯示切換控制依據(jù)。

作戰(zhàn)編隊(duì)解聚/聚合顯示切換控制中可運(yùn)用LOD思想。由于作戰(zhàn)編隊(duì)在聚合布局顯示和解聚布局顯示時(shí)，差異較大(參見1.4節(jié)及1.5節(jié))，因此不需考慮視覺上是否有跳躍感，選擇采用離散LOD技術(shù)。在作戰(zhàn)編隊(duì)中使用LOD技術(shù)進(jìn)行聚合計(jì)算，不僅能夠提升渲染效率，更能有效地解決復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)中標(biāo)號(hào)顯示疊加、混亂導(dǎo)致的難點(diǎn)。

1.4 作戰(zhàn)編隊(duì)的聚合布局設(shè)計(jì)

作戰(zhàn)編隊(duì)識(shí)別是作戰(zhàn)編隊(duì)聚合顯示的基礎(chǔ)。同一作戰(zhàn)編隊(duì)擁有以下特性：(1)空間位置相近；(2)運(yùn)動(dòng)方向一致。聚合操作通常使用聚類算法。簡(jiǎn)單地使用一般聚類算法，直接將空間地理位置相近的實(shí)體判定為同一作戰(zhàn)編隊(duì)，不能滿足實(shí)際作戰(zhàn)編隊(duì)判別的需要。通過作戰(zhàn)隊(duì)形識(shí)別作戰(zhàn)編隊(duì)，是一種常用的作戰(zhàn)編隊(duì)識(shí)別方法[13]，深度學(xué)習(xí)的出現(xiàn)使得智能化識(shí)別作戰(zhàn)隊(duì)形得以實(shí)現(xiàn)，但直接匹配作戰(zhàn)隊(duì)形更適用于空中作戰(zhàn)編隊(duì)這類作戰(zhàn)隊(duì)形更為固定的場(chǎng)景[17]。使用規(guī)則對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)進(jìn)行建模，以實(shí)現(xiàn)對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)的識(shí)別，是另一種常用的識(shí)別方法，但該方法建模步驟較為繁瑣，實(shí)現(xiàn)較為困難[18，19]。作戰(zhàn)編隊(duì)的識(shí)別，可為作戰(zhàn)編隊(duì)可視化提供一定的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

當(dāng)作戰(zhàn)編隊(duì)處于聚合顯示狀態(tài)，隱藏非關(guān)鍵實(shí)體是聚合顯示的核心操作，因此，在作戰(zhàn)編隊(duì)能夠被識(shí)別的同時(shí)，還需對(duì)各實(shí)體的類型加以區(qū)分。整個(gè)的聚合過程包括如下的各個(gè)階段。

預(yù)備階段：作戰(zhàn)編隊(duì)隸屬實(shí)體檢索

在作戰(zhàn)編隊(duì)圖數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出該作戰(zhàn)編隊(duì)中的實(shí)體集合(參見1.2節(jié))。

階段A：作戰(zhàn)編隊(duì)實(shí)體隱藏

對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)實(shí)體集合中的各個(gè)實(shí)體(參見圖3中左圖中的紅點(diǎn))，進(jìn)行隱藏。

圖3 作戰(zhàn)編隊(duì)的區(qū)域幾何輔助對(duì)象：橢圓，移動(dòng)方向：箭頭

階段B：作戰(zhàn)編隊(duì)區(qū)域幾何輔助對(duì)象構(gòu)建

作戰(zhàn)編隊(duì)涉及多個(gè)實(shí)體，具有一定的空間分布，構(gòu)建一個(gè)較簡(jiǎn)易的區(qū)域幾何輔助對(duì)象，用于表征整個(gè)編隊(duì)的空間分布區(qū)域(如圖3中橢圓所示)。構(gòu)建步驟如下：

步驟1：將作戰(zhàn)編隊(duì)實(shí)體集合中的每個(gè)實(shí)體的定位點(diǎn)地理位置轉(zhuǎn)換為屏幕坐標(biāo)；

步驟2：計(jì)算作戰(zhàn)編隊(duì)實(shí)體集合的主軸方向。采用主成分分析PCA(Principal Components Analysis)[20]，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)集主軸的特征向量，作為方向包圍盒OBB(Oriented Bounding Box)的主軸，參見圖3左圖中的過中心方塊的虛線，然后計(jì)算該主軸上的幾何中心點(diǎn)，參見圖3左圖中的中心方塊；

步驟3：平移到中心點(diǎn)并旋轉(zhuǎn)主軸線到新的XY坐標(biāo)系下的X軸；

步驟4：在新坐標(biāo)系下，計(jì)算出整個(gè)作戰(zhàn)編隊(duì)實(shí)體集合的幾何包圍盒矩形的4個(gè)角點(diǎn)；

步驟5：構(gòu)建經(jīng)過上述4個(gè)角點(diǎn)的橢圓方程；

步驟6：對(duì)該橢圓進(jìn)行均勻采樣，離散成點(diǎn)列，進(jìn)行反平移及反旋轉(zhuǎn)，在屏幕坐標(biāo)下依次連接，繪制出整個(gè)橢圓，以地理經(jīng)緯高描述方式保存這些橢圓上的點(diǎn)。圖3中的橢圓即為最后生成的區(qū)域幾何輔助對(duì)象。

階段C：作戰(zhàn)編隊(duì)指揮者實(shí)體的增強(qiáng)顯示

作戰(zhàn)編隊(duì)中的指揮者(如：空中編隊(duì)中的長(zhǎng)機(jī)、海上編隊(duì)中的航母、陸上編隊(duì)中的指揮車等)在作戰(zhàn)編隊(duì)中非常重要，可對(duì)該指揮者實(shí)體不隱藏，作為該作戰(zhàn)編隊(duì)的重要代表。采用圓點(diǎn)或標(biāo)號(hào)表示該指揮者實(shí)體，顏色采用標(biāo)號(hào)的顏色，如圖4中的圓點(diǎn)或標(biāo)號(hào)所示。由于作戰(zhàn)編隊(duì)中，運(yùn)動(dòng)方向?qū)τ谡麄€(gè)作戰(zhàn)編隊(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的研判很重要，因此，在前述作戰(zhàn)編隊(duì)的區(qū)域幾何輔助對(duì)象中附加箭頭，表達(dá)作戰(zhàn)編隊(duì)的整體移動(dòng)方向，箭頭長(zhǎng)度設(shè)為橢圓半長(zhǎng)軸長(zhǎng)度，如圖3右圖中的實(shí)線箭頭所示。

圖4 作戰(zhàn)編隊(duì)包含數(shù)量的點(diǎn)方式(左圖)、標(biāo)號(hào)樣式(右圖)聚合顯示示意圖

階段D：作戰(zhàn)編隊(duì)組成數(shù)量的標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)

作戰(zhàn)編隊(duì)聚合顯示時(shí)，作戰(zhàn)編隊(duì)中的實(shí)體數(shù)量未能感知，采用“#+數(shù)量”的文字標(biāo)注方式突出顯示，參見圖4，文字標(biāo)注參考美軍作戰(zhàn)符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)體系中標(biāo)號(hào)的顯示，帶有邊框及背景色填充，可減輕地圖中遙感影像等對(duì)視覺的干擾，突出文字標(biāo)注信息。圖4中右圖為避免標(biāo)號(hào)與主要移動(dòng)方向重疊，可將標(biāo)號(hào)調(diào)整為指向正北方向。

綜合上述各階段，構(gòu)建作戰(zhàn)編隊(duì)聚合布局顯示過程的描述向量A=(指揮者，區(qū)域幾何輔助對(duì)象，移動(dòng)方向，組成數(shù)量標(biāo)識(shí)，顯示樣式)。其中顯示樣式為點(diǎn)或標(biāo)號(hào)，該向量對(duì)聚合過程中設(shè)計(jì)的可視化要素進(jìn)行了概括。對(duì)比圖3的左圖與聚合后的圖4可看出，聚合后屏幕顯示的實(shí)體減少，可較好地減輕態(tài)勢(shì)顯示中的疊加混亂現(xiàn)象，加快態(tài)勢(shì)認(rèn)知速度，提高顯示流暢度，優(yōu)化用戶體驗(yàn)。而且，聚合后對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)的關(guān)鍵信息：空間分布范圍、編隊(duì)中實(shí)體數(shù)量、運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)、指揮者等都進(jìn)行了突出顯示，軍事語義的表達(dá)也更加豐富，可極大增強(qiáng)作戰(zhàn)指揮人員對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)中“勢(shì)”的認(rèn)知深度。

1.5 作戰(zhàn)編隊(duì)的解聚布局設(shè)計(jì)

當(dāng)作戰(zhàn)編隊(duì)處于解聚顯示時(shí)，主要采用如下兩種布局模式：

1)邏輯拓?fù)洳季帜Ｊ?/p>

邏輯拓?fù)洳季譄o需考慮實(shí)際地理位置等，側(cè)重作戰(zhàn)編隊(duì)內(nèi)部拓?fù)潢P(guān)系的顯示，采用圖可視化(節(jié)點(diǎn)-連接)表達(dá)，可采用半圓形布局、拉桿型布局、樹形布局等。為表征作戰(zhàn)編隊(duì)的視覺整體感，借鑒王家潤(rùn)等提出的基于視覺感知拓?fù)潢P(guān)系模型的作戰(zhàn)編隊(duì)可視化思路，在個(gè)體之間增加輔助視覺顯示增強(qiáng)虛線進(jìn)行連接，虛線顏色與標(biāo)號(hào)顏色保持一致。指揮機(jī)(艦、車等)放置于視覺上重要幾何位置：半圓形中心點(diǎn)；拉桿型頂部點(diǎn)；樹形左側(cè)點(diǎn)(根節(jié)點(diǎn))。其中，拉桿型布局的設(shè)計(jì)思路也借鑒了ArcGIS中的軍事制圖編輯模塊MOLE(Military Overlay Editor)中標(biāo)號(hào)集的拉桿顯示[2]。概括上述，作戰(zhàn)編隊(duì)解聚邏輯拓?fù)洳季值拿枋鱿蛄縇=(編隊(duì)實(shí)體集合，布局樣式，輔助視覺顯示增強(qiáng)虛線，顯示樣式)，其中布局樣式為半圓形布局、拉桿型布局、樹形布局等，顯示樣式為點(diǎn)或標(biāo)號(hào)。該邏輯拓?fù)洳季帜Ｊ街饕獞?yīng)用于突出作戰(zhàn)編隊(duì)邏輯組成的應(yīng)用場(chǎng)景，如圖5、圖6所示。

圖5 作戰(zhàn)編隊(duì)邏輯拓?fù)洳季帜Ｊ剑狐c(diǎn)方式顯示樣式示意圖

圖6 作戰(zhàn)編隊(duì)邏輯拓?fù)洳季帜Ｊ剑簶?biāo)號(hào)顯示樣式效果圖

2)地理布局模式

地理布局需考慮作戰(zhàn)編隊(duì)中每個(gè)實(shí)體真實(shí)的地理位置，編隊(duì)中所有實(shí)體都在其真實(shí)地理位置顯示，采用圓點(diǎn)或標(biāo)號(hào)顯示樣式。采用標(biāo)號(hào)顯示樣式時(shí)，標(biāo)號(hào)的方向與原來的方向保持一致，作戰(zhàn)編隊(duì)此時(shí)將會(huì)顯示編隊(duì)的隊(duì)形，編隊(duì)內(nèi)部實(shí)體之間的距離、間隔、高度差等符合隊(duì)形的規(guī)定要求。該地理布局主要應(yīng)用于突出顯示地理位置的應(yīng)用場(chǎng)景中，如圖7中飛行編隊(duì)楔形隊(duì)形所示。為表達(dá)對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)的整體感，可借鑒王家潤(rùn)等提出的基于視覺感知拓?fù)潢P(guān)系模型的作戰(zhàn)編隊(duì)可視化中的凸包理念，構(gòu)建作戰(zhàn)編隊(duì)的二維凸包虛線，進(jìn)行視覺增強(qiáng)顯示，如圖8所示。在有些特殊情況下，例如一字形的梯隊(duì)、縱隊(duì)、橫隊(duì)時(shí)，凸包可簡(jiǎn)化為首尾不封閉的虛線，參見圖5中間圖的拉桿型布局顯示。概括上述，作戰(zhàn)編隊(duì)解聚地理布局的描述向量G=(編隊(duì)實(shí)體集合，輔助視覺顯示增強(qiáng)虛線，顯示樣式)，其中顯示樣式為點(diǎn)或標(biāo)號(hào)。

1.6 作戰(zhàn)編隊(duì)特殊軍事語義顯示增強(qiáng)

作戰(zhàn)編隊(duì)內(nèi)部實(shí)體之間還可能包含復(fù)雜的深層次軍事語義關(guān)系。如帶有方向性的上下級(jí)指揮或支援保障關(guān)系等(參見基于知識(shí)圖譜的語義描述模型部分)，此時(shí)可附加有向箭頭加文字說明的方式進(jìn)行突出顯示，如圖9所示。該可視化手段可進(jìn)一步把作戰(zhàn)編隊(duì)內(nèi)部特殊不可見的關(guān)系進(jìn)行視覺呈現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)的勢(shì)的洞察。從上述也可看出，作戰(zhàn)編隊(duì)基于知識(shí)圖譜的語義描述模型具有良好的關(guān)系擴(kuò)展描述能力，為作戰(zhàn)編隊(duì)內(nèi)部實(shí)體關(guān)系的表達(dá)提供了通用技術(shù)手段。概括上述，作戰(zhàn)編隊(duì)特殊語義顯示增強(qiáng)的描述向量E=(實(shí)體-關(guān)系-實(shí)體，顯示樣式)，其中顯示樣式為左箭頭、右箭頭、雙向箭頭等。

1.7 作戰(zhàn)編隊(duì)聚合/解聚可視化控制模型向量形式表征

匯總上述各部分中的描述向量，作戰(zhàn)編隊(duì)聚合/解聚可視化控制模型的向量形式可表征為V=(K，L，G，E，R)。其中，K標(biāo)識(shí)作戰(zhàn)編隊(duì)的知識(shí)圖譜語義模型，L為作戰(zhàn)編隊(duì)解聚邏輯拓?fù)洳季值拿枋鱿蛄?，G為作戰(zhàn)編隊(duì)解聚地理布局的描述向量，E為作戰(zhàn)編隊(duì)特殊語義顯示增強(qiáng)的描述向量，R標(biāo)識(shí)作戰(zhàn)編隊(duì)聚合/解聚顯示切換規(guī)則。向量V對(duì)作戰(zhàn)編隊(duì)聚合/解聚可視化控制模型給出了概念上的整體描述。

2 結(jié)束語

本文針對(duì)軍事群體，特別是作戰(zhàn)編隊(duì)，給出了基于知識(shí)圖譜三元組的內(nèi)部實(shí)體之間的邏輯關(guān)系建模，及解聚/聚合布局的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法及顯示切換控制，并基于經(jīng)典的MVC軟件設(shè)計(jì)模型，構(gòu)建了一個(gè)面向作戰(zhàn)編隊(duì)的聚合/解聚可視化控制模型，實(shí)際效果良好。下一步可基于作戰(zhàn)編隊(duì)知識(shí)圖譜，采用圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，研究作戰(zhàn)編隊(duì)的智能挖掘及預(yù)測(cè)，也可深入開展對(duì)作戰(zhàn)體系的重心分析等[21]，抽取軍事群體的特征并進(jìn)行表意性特征可視化。另外，可進(jìn)一步補(bǔ)充作戰(zhàn)編隊(duì)知識(shí)圖譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)中各實(shí)體的作戰(zhàn)能力等屬性，開展面向作戰(zhàn)編隊(duì)的作戰(zhàn)能力可視化研究[22]。