美國陸軍認(rèn)為，隨著所面臨的各種威脅的變化，特大城市越來越與軍事行動(dòng)息息相關(guān)且變得越來越重要，必須為未來做好準(zhǔn)備。暴力極端主義團(tuán)伙不斷對其恐怖主義方法進(jìn)行創(chuàng)新，對美軍構(gòu)成新的威脅。他們在世界各地開展廣泛的活動(dòng)，包括大型城市地區(qū)和特大城市。此外，與中國、朝鮮或俄羅斯等大國間的常規(guī)戰(zhàn)爭不可避免地會(huì)涉及城市環(huán)境。必須利用建模與仿真技術(shù)來呈現(xiàn)這些特大城市，使美軍能更有效地做好準(zhǔn)備，以應(yīng)對世界上特大城市中出現(xiàn)的威脅。準(zhǔn)確表示特大城市和密集城市環(huán)境給仿真與訓(xùn)練群體帶來了特殊挑戰(zhàn)。本文從綜合自然環(huán)境（SNE）的角度探討了這些挑戰(zhàn)。

特大城市（人口超過1000萬人的城市地區(qū)）對軍隊(duì)越來越重要，因此相關(guān)訓(xùn)練也越來越重要。在空曠沙漠、街道城市及建筑物內(nèi)部等環(huán)境作戰(zhàn)的訓(xùn)練需求差別甚大。訓(xùn)練應(yīng)用應(yīng)涵蓋供總指揮官和參謀使用的構(gòu)造性訓(xùn)練系統(tǒng)，下至單兵級虛擬仿真系統(tǒng)。如何將建模與仿真（M&S）應(yīng)用于呈現(xiàn)那些本不常見或難以開展實(shí)時(shí)訓(xùn)練的各種環(huán)境和態(tài)勢，是至關(guān)重要的。例如，難以針對訓(xùn)練目的實(shí)際重建的市區(qū)環(huán)境。完全重建特大城市或進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界的城市進(jìn)行實(shí)兵訓(xùn)練不僅是不可能的，而且也是不切實(shí)際的。因此，仿真對于特大城市環(huán)境的訓(xùn)練和分析是非常重要的。例如，通過分析，可以評估特定武器系統(tǒng)或進(jìn)攻計(jì)劃的效果是否可能優(yōu)于另一武器系統(tǒng)或進(jìn)攻計(jì)劃。            

圖1 （左圖）加拿大地鐵入口，顯示了某一位置的特征和設(shè)施層次；（右圖）臺北地下商場，顯示了高級地下建模的重要性

在建模與仿真系統(tǒng)中，更高級別的模型在綜合自然環(huán)境上、周邊和內(nèi)部運(yùn)作。綜合自然環(huán)境是建模與仿真能力的基礎(chǔ)，必須設(shè)計(jì)和開發(fā)綜合自然環(huán)境以滿足新需求和遠(yuǎn)期需求。長期以來，美陸軍一直都在促進(jìn)綜合自然環(huán)境技術(shù)的發(fā)展。過去20年間，陸軍一直在作戰(zhàn)人員模擬系統(tǒng)（WARSIM）、近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)（CCTT）、半自動(dòng)化部隊(duì)仿真系統(tǒng)（OneSAF）、綜合環(huán)境核心（SE Core）等眾多模擬與訓(xùn)練系統(tǒng)上推進(jìn)綜合自然環(huán)境的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

如果綜合自然環(huán)境缺少模型運(yùn)行所需的某重要數(shù)據(jù)元素，就可能使訓(xùn)練無法順利進(jìn)行。例如，如果墻體的材料特性對于計(jì)算損壞程度、建筑物倒塌、老鼠洞或武器突穿程度等情況至關(guān)重要，則綜合自然環(huán)境必須包含該數(shù)據(jù)或其合理近似值。當(dāng)前的建模與仿真能力只能有限地展現(xiàn)特大城市的自然環(huán)境，該能力必須呈指數(shù)級增長，才能應(yīng)對2025年之后的挑戰(zhàn)。

綜合自然環(huán)境的未來需求不可避免地會(huì)受到功能需求的驅(qū)動(dòng)。例如，對于某個(gè)訓(xùn)練用例，可能認(rèn)為如果電力線損壞，則必須表示出停電情況，而對于其它訓(xùn)練用例，則可能認(rèn)為這無關(guān)緊要。但是，由于美陸軍必須要提高特大城市展現(xiàn)的保真度和逼真度，因此可以將短期內(nèi)面臨的挑戰(zhàn)歸結(jié)為數(shù)據(jù)展現(xiàn)和環(huán)境模型。

當(dāng)前的數(shù)據(jù)展現(xiàn)法無法在尺度層面滿足超密集城市環(huán)境（如特大城市）的需求，因此需要一種新方法來展現(xiàn)數(shù)據(jù)。相較于當(dāng)前的建模與仿真中使用的數(shù)據(jù)，特大城市需要范圍更廣、密度更大的數(shù)據(jù)。另外，為與不斷增加的新數(shù)據(jù)與現(xiàn)有數(shù)據(jù)的更改需求保持同步，需通過各種機(jī)制快速更新和修改數(shù)據(jù)。技術(shù)進(jìn)步實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)場上快速、連續(xù)的海量信息流，這些新信息應(yīng)與數(shù)據(jù)相集成，以完善仿真系統(tǒng)的環(huán)境展現(xiàn)。 

特大城市背景下，會(huì)遇到以下挑戰(zhàn)：

（1）更高的密度：從環(huán)境角度來看，這意味著地物干擾等非特定環(huán)境特征及長椅、垃圾、標(biāo)志等物品的增多。城市環(huán)境中存在許多高大、密集的建筑物，通常需采用內(nèi)部表示法和地下表示法。運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)將日益復(fù)雜，需表示各條道路、鐵路、水路和地鐵，其中許多經(jīng)常從地上轉(zhuǎn)至地下。

圖2 （左圖）簡單的交叉道路，模擬車輛遵守基本交通法規(guī)；（右圖）馬薩諸塞州波士頓市的復(fù)雜公路交匯，需要高級表示法和模型

（2）更高的靈活性：特大城市具有許多共同特征，但在一個(gè)城市開展的訓(xùn)練并不直接適用于在另一城市。仿真系統(tǒng)必須能表示各特大城市的關(guān)鍵特征，以便在全球范圍內(nèi)的特定地理位置開展訓(xùn)練。鑒于這種多樣性，要提高綜合自然環(huán)境數(shù)據(jù)表示法的靈活性。每項(xiàng)任務(wù)都會(huì)帶來新的陌生挑戰(zhàn)。正如軍隊(duì)必須迅速適應(yīng)以克服逆境，模擬訓(xùn)練也必須做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)以保持有效性。需采用一種可快速變化的非固定綜合自然環(huán)境規(guī)范來展現(xiàn)特大城市，從而針對未來通常不可預(yù)測的威脅開展訓(xùn)練。

（3）巨大的關(guān)系挑戰(zhàn)：城市密度的增加加劇了基礎(chǔ)設(shè)施各個(gè)組成部分之間關(guān)系的復(fù)雜性。隨著各種環(huán)境特征（道路、隧道、鐵路、交通信號等）與移動(dòng)對象（車輛、行人等）之間的交互變得越來越頻繁，會(huì)出現(xiàn)更多變量和可能的結(jié)果，運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)等重要的基礎(chǔ)設(shè)施也會(huì)變得越來越復(fù)雜。其它基礎(chǔ)設(shè)施的展現(xiàn)（例如，計(jì)算機(jī)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)）仍處于起步階段，因此必須克服各種挑戰(zhàn)才能精確地展現(xiàn)這些基礎(chǔ)設(shè)施。

（4）適當(dāng)級別的信息流：由于各種傳感器和感測平臺普遍存在，因此通?？蓪?shí)時(shí)獲取最新數(shù)據(jù)，應(yīng)利用此類數(shù)據(jù)精確地維持環(huán)境展現(xiàn)。但在建模與仿真領(lǐng)域，目前尚無法充分利用各類傳感器數(shù)據(jù)與精確展現(xiàn)特大城市。隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的興起，數(shù)據(jù)過濾變得越來越重要。

（5）多分辨率展現(xiàn)：特大城市的訓(xùn)練目標(biāo)將呈現(xiàn)廣泛性和多樣性。一些應(yīng)用程序?qū)⑿枰浅Ｔ敿?xì)的信息，而另一些應(yīng)用程序僅需要粗略的展現(xiàn)。例如，訓(xùn)練系統(tǒng)可能需要模擬城市中某個(gè)電力中斷的區(qū)域，也可能需要模擬某棟建筑物的斷電情況。城市建模的效果應(yīng)在各個(gè)層面上相互關(guān)聯(lián)。在電力中斷示例中，用各個(gè)發(fā)電廠通過電力線、變電站、變壓器和其它設(shè)備分配的電力表示電網(wǎng)。盡管此示例重點(diǎn)關(guān)注電力，但這些概念也適用于展現(xiàn)綜合自然環(huán)境中的許多其它區(qū)域，包括運(yùn)輸/供應(yīng)線（包括海運(yùn)和空運(yùn)）、飲用水、結(jié)構(gòu)材料、通信、醫(yī)療設(shè)施、掩體、天氣等。綜合自然環(huán)境必須能夠呈現(xiàn)各類要素，以便在需要時(shí)及時(shí)提供特定區(qū)域內(nèi)的高分辨率數(shù)據(jù)。

在考慮到人們之間的交互方式時(shí)，特大城市具有內(nèi)在的復(fù)雜性，包括對實(shí)體的復(fù)雜影響、二次影響（如電力線的損壞導(dǎo)致電燈熄滅）、隱性或預(yù)期行為（如行車道或平民可能聚集的區(qū)域）和多維環(huán)境（如機(jī)場、醫(yī)院/學(xué)校、警察局）。為保證訓(xùn)練的有效性和真性實(shí)，必須在模擬過程中至少捕獲其中一些復(fù)雜的影響因素。

（1）更高的保真度：為了準(zhǔn)確描繪上述與基礎(chǔ)設(shè)施、靈活性以及越來越多的可用數(shù)據(jù)有關(guān)的日益增加的復(fù)雜性，需提高環(huán)境模型的級別、能力和保真度。例如，模型必須考慮地物干擾類型之間的差異。地物干擾可能會(huì)造成障礙并改變視線，但保真度更高的模型應(yīng)區(qū)分可移動(dòng)的非阻擋型障礙物（垃圾袋）和固定的阻擋型障礙物（垃圾箱）。作為另一個(gè)示例，高級車輛模型能利用車道和交通信號數(shù)據(jù)，并遵守其所在城市的基本交通法規(guī)。

（2）級聯(lián)效應(yīng)：如今，建模與仿真中的許多環(huán)境模型都有效地模擬了通過模型設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)的單一功能。隨著仿真系統(tǒng)內(nèi)各種模型之間交互的增加，可能的結(jié)果、問題、影響等也相應(yīng)增加?？偹芷屏训然A(chǔ)設(shè)施故障就是城市環(huán)境中級聯(lián)效應(yīng)的一個(gè)示例。隨后通常會(huì)出現(xiàn)街道和地鐵淹水、局部停電、車流量增加等情況。此外，需整合政治模型、經(jīng)濟(jì)模型和社會(huì)模型，以支持為打擊恐怖主義活動(dòng)而開展的訓(xùn)練。

（3）真實(shí)天氣狀況：盡管天氣并非僅針對特大城市，但在陸軍目前的各個(gè)模擬系統(tǒng)中，僅對天氣執(zhí)行了最低限度的展現(xiàn)和建模。天氣會(huì)影響實(shí)際作戰(zhàn)，同樣會(huì)影響訓(xùn)練，但天氣尚未成為陸軍模擬的重點(diǎn)。欲在建模與仿真中模擬真實(shí)天氣狀況，需要兩個(gè)關(guān)鍵組成要素：精確且完整的天氣模型，以及模擬系統(tǒng)中的其它模型對產(chǎn)生的天氣數(shù)據(jù)的使用。目前，美陸軍已具備精確的天氣模型和氣象數(shù)據(jù)，但不常用于建模與仿真，并且其它模型很少考慮天氣狀況。天氣會(huì)影響現(xiàn)實(shí)世界中發(fā)生的許多狀況（霧、霾、煙霧、降水等都會(huì)影響行動(dòng)、能見度等），而模擬真實(shí)的天氣狀況確實(shí)是一項(xiàng)復(fù)雜的挑戰(zhàn)。由于局部天氣影響，可能需立即部署第一響應(yīng)者來幫助有需要的人并隔離不安全區(qū)域。特大城市的天氣因素通常具有獨(dú)特性，可能需要其它數(shù)據(jù)和模型（例如，2015年馬薩諸塞州波士頓市的降雪量異常高，給除雪工作帶來了新挑戰(zhàn)——從道路上清除的積雪無處堆放）。

圖3 雨水積聚在挖出的坑洞內(nèi)，改變了土壤成分。Dignitas在建筑設(shè)備虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)（CEVT）中添加了天氣建模和效果

盡管模擬與訓(xùn)練群體在與密集城市環(huán)境有關(guān)的某些領(lǐng)域內(nèi)取得了長足的進(jìn)步，但該群體目前仍不具備充分的能力來展現(xiàn)特大城市。

當(dāng)前的綜合自然環(huán)境能力存在于某些關(guān)鍵領(lǐng)域，可用于展現(xiàn)密集城市環(huán)境。例如，已實(shí)現(xiàn)了建筑物內(nèi)部的高保真度展現(xiàn)，并能夠應(yīng)用于室內(nèi)或建筑物內(nèi)的肅清或進(jìn)攻等任務(wù)的模擬訓(xùn)練。另外，可視化技術(shù)也取得了進(jìn)步，城市環(huán)境以及高密度環(huán)境的可視化不再是一個(gè)難題，并且不再需要專用的昂貴硬件。多年來，計(jì)算機(jī)變得更快、更小、更強(qiáng)大，同時(shí)隨著可視化算法得到改進(jìn)，現(xiàn)可在價(jià)格低廉的硬件上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜3D場景的可視化。在支持計(jì)算機(jī)生成兵力的同時(shí)，已實(shí)現(xiàn)了高密度特征的展現(xiàn)。半自動(dòng)部隊(duì)仿真系統(tǒng)（OneSAF）、近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)（CCTT）和聯(lián)合對抗戰(zhàn)術(shù)模擬系統(tǒng)（JCATS）等可為城市地區(qū)和建筑物內(nèi)部的有限模擬提供支持。盡管已取得了一定的進(jìn)步，但現(xiàn)代模擬系統(tǒng)中明顯缺少許多城市環(huán)境的關(guān)鍵要素。

目前，建模與仿真技術(shù)在很多方面還無法在模擬環(huán)境中精確展現(xiàn)物理環(huán)境。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，在開展有針對性的研究時(shí)必須進(jìn)行創(chuàng)新，從而使列檔項(xiàng)目能夠滿足未來需求。盡管虛擬仿真所需的各種視覺系統(tǒng)通常更適用于表示復(fù)雜城市環(huán)境，但詳細(xì)的幾何結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及提供支持服務(wù)所需的環(huán)境物理建模等方面仍有許多工作有待完成。

圖4 實(shí)兵演練、虛擬仿真、構(gòu)造仿真一體化體系（LVC-IA）和綜合環(huán)境核心（SE Core）均采用了Dignitas Veritas二維/三維查看器，這類查看器可在價(jià)格低廉的筆記本電腦或臺式計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，無需任何專用硬件

當(dāng)前的最新技術(shù)仍然存在一系列問題：

（1）特殊屬性需求：現(xiàn)代戰(zhàn)場的一大特點(diǎn)是，可通過各種各樣的方式訪問來自各種傳感器的數(shù)據(jù)。目前，可實(shí)時(shí)查看并檢測開放式環(huán)境，例如從空中或太空中看到的環(huán)境或易于從地面看到的環(huán)境，但獲取特大城市的真實(shí)數(shù)據(jù)和特定地理數(shù)據(jù)會(huì)更復(fù)雜。物理障礙（例如，建筑物或地下的可見性）以及缺乏了解人工環(huán)境復(fù)雜性（例如，材料特性、訪問點(diǎn)、移動(dòng)性信息等）的能力，都可能妨礙環(huán)境掃描技術(shù)。為精確模擬特大城市綜合環(huán)境，需訪問這些類型的信息，或者能實(shí)際推斷或得出此類數(shù)據(jù)。當(dāng)然，這些內(nèi)容要求將由訓(xùn)練與功能需求決定。如果訓(xùn)練用例需精確展現(xiàn)地下火災(zāi)或煙氣擴(kuò)散，則氣流、通風(fēng)等問題十分重要。如果結(jié)構(gòu)性坍塌或老鼠洞模擬很重要，則結(jié)構(gòu)性歸屬會(huì)變得更重要。

（2）利用商業(yè)數(shù)據(jù)和技術(shù)：在預(yù)算有限的時(shí)期，陸軍必須適應(yīng)更容易利用商業(yè)解決方案的各種系統(tǒng)和技術(shù)的開發(fā)，這一點(diǎn)至關(guān)重要。陸軍當(dāng)前的建模與仿真系統(tǒng)均為專門開發(fā)的“煙囪式”解決方案，對開放式和商業(yè)解決方案的再利用有限。盡管在許多領(lǐng)域仍可能需要進(jìn)行專業(yè)化開發(fā)，但可提高再用程度。

（3）交通和人群建模：人類活動(dòng)的密度和多樣性是城市作戰(zhàn)中的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。即使在戰(zhàn)時(shí)情況下，也可能有平民躲藏在城市中、逃離熱區(qū)或聚集在城市郊外。當(dāng)幾乎沒有發(fā)生沖突的跡象時(shí)，平民可能是作戰(zhàn)行動(dòng)中的關(guān)鍵因素?？赡苄柙趫?zhí)行軍事行動(dòng)的同時(shí)開展定期的平民活動(dòng)，就像在巴格達(dá)一樣。對平民的模擬需要綜合自然環(huán)境中的專用數(shù)據(jù)，包括交通信息（車道、停車燈）、交通擁堵區(qū)域的名稱（例如，交通樞紐或商場的人流量會(huì)超過倉庫區(qū)域）等。體育場館、公園、醫(yī)院和教堂等公眾聚集場所可能成為恐怖分子的目標(biāo)或潛在的群眾暴動(dòng)地點(diǎn)。

（4）地下和室內(nèi)：盡管陸軍最近在城市環(huán)境和建筑物肅清方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，但不同地區(qū)可能會(huì)產(chǎn)生巨大差異。高層建筑的肅清方法不同于高墻環(huán)繞的小型建筑物。同樣，由于坍塌、人員進(jìn)出甚至氣流（火災(zāi)或煙氣擴(kuò)散）等因素，地下環(huán)境也會(huì)帶來特殊風(fēng)險(xiǎn)。

（5）民用基礎(chǔ)設(shè)施：特大城市會(huì)有各種復(fù)雜的民用基礎(chǔ)設(shè)施，包括電網(wǎng)、照明、水管、專用建筑（醫(yī)院、發(fā)電廠）等。這種基礎(chǔ)設(shè)施可在物理層面（煤氣管道損壞可能會(huì)造成物理危險(xiǎn)，停電會(huì)使燈熄滅）及概念層面（對醫(yī)院、學(xué)校和警察局的影響方式會(huì)有所不同）產(chǎn)生影響。體育場館、操場和停車場等大型開闊地區(qū)可能具有重要的軍事意義，能為流離失所的平民提供庇護(hù)所，或作為被拘留者的扣押地或后勤支援地點(diǎn)。

（6）物理效應(yīng)和交互作用：復(fù)雜的物理交互作用對于城市環(huán)境的展現(xiàn)至關(guān)重要，包括結(jié)構(gòu)性坍塌、武器穿透墻體、道路坑洼、隧道塌方等。在更開放的農(nóng)村環(huán)境中，除去交通樞紐點(diǎn)外，這些影響通常能被最小化或可以避免。但是，特大城市中分布著大量的關(guān)鍵交通樞紐點(diǎn)。

（7）城市地物干擾：在陸軍的大多數(shù)模擬系統(tǒng)中，訓(xùn)練環(huán)境在很大程度上都很簡單，缺少垃圾箱、停放的汽車、街邊市場攤位、電線桿等密集的地物干擾。城市地物干擾對于高保真度訓(xùn)練尤為重要，因?yàn)槲矬w會(huì)降低能見度、提供掩蔽與隱蔽并妨礙行軍。

圖5 必須對復(fù)雜民用基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行模型并在特大城市作戰(zhàn)中考慮此類設(shè)施

美陸軍認(rèn)為，必須密切關(guān)注整個(gè)行業(yè)的各種新興技術(shù)，確保發(fā)現(xiàn)并恰當(dāng)使用可復(fù)用的候選技術(shù)。

眾包數(shù)據(jù)成為一種新興趨勢，并且通過多個(gè)來源獲得地理空間數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)的及時(shí)性也在不斷提高。例如，智能手機(jī)和GPS系統(tǒng)上的導(dǎo)航數(shù)據(jù)會(huì)頻繁利用最新的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，以表明交通是否通暢或相關(guān)數(shù)據(jù)是否已備份。一些導(dǎo)航應(yīng)用程序還包含眾包數(shù)據(jù)，用戶可以輸入事故、道路危險(xiǎn)和車輛改道等數(shù)據(jù)。但此類數(shù)據(jù)來源可能很容易使錯(cuò)誤信息進(jìn)入軍用系統(tǒng)，因此必須仔細(xì)考慮此類數(shù)據(jù)來源。通過關(guān)鍵區(qū)域和數(shù)據(jù)類別仍難以獲得值得信賴的數(shù)據(jù)來源，尤其是在國外或禁網(wǎng)區(qū)域。

圖6 谷歌地圖和GPS系統(tǒng)用彩色線條（紅色表示交通擁堵，綠色表示交通通暢）顯示實(shí)時(shí)交通狀況，并用彩色圖標(biāo)表示施工區(qū)域和事故

游戲引擎不斷發(fā)展，但其重點(diǎn)通常是在軍事應(yīng)用中不重要的領(lǐng)域。游戲引擎通常擅長提供高度逼真的視覺環(huán)境并產(chǎn)生引人注目的物理交互作用，但其重點(diǎn)通常放在視覺效果和游戲可玩性上，而非現(xiàn)實(shí)性。為避免消極訓(xùn)練，實(shí)效對軍事模擬至關(guān)重要。同樣，游戲引擎中逼真的效果通常都是美術(shù)師和場景開發(fā)人員大量人工工作的成果。如需表示較大的區(qū)域或從源頭到訓(xùn)練的周轉(zhuǎn)時(shí)間非常短，這種方法的成本非常高。

圖7 逼真的視頻游戲視效需要大量手工設(shè)計(jì)和插畫

作為一種發(fā)展趨勢，基于云計(jì)算的瘦客戶端解決方案有助于促進(jìn)必要的訓(xùn)練。云技術(shù)系統(tǒng)作為下載存儲(chǔ)庫，并不會(huì)影響綜合自然環(huán)境的展現(xiàn)，但綜合自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫的信息流概念進(jìn)一步加深了在展現(xiàn)特大城市時(shí)所需解決方案的復(fù)雜性?，F(xiàn)可利用多種技術(shù)抑制網(wǎng)絡(luò)延遲造成的延時(shí)，包括優(yōu)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、壓縮、合成（配置每項(xiàng)應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)）、預(yù)測性緩存以及綜合自然環(huán)境特征的程序生成。需通過調(diào)查和實(shí)驗(yàn)來確定哪種技術(shù)或組合式技術(shù)可實(shí)現(xiàn)最佳的效費(fèi)比。

美陸軍認(rèn)為，需集中投資政府開發(fā)項(xiàng)目來滿足軍事需求。眾包和商用技術(shù)已廣泛可用，但尚未完全滿足軍事需求，并且容易使錯(cuò)誤信息混入。還需通過各種途徑將模擬與訓(xùn)練應(yīng)用程序連接至機(jī)密數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡(luò)及作戰(zhàn)數(shù)據(jù)，以增強(qiáng)訓(xùn)練的真實(shí)性。

特大城市需要復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，因此對于配備了自動(dòng)化裝備的對手，極難自動(dòng)得出此類對手的關(guān)鍵行為特征（例如，邏輯射擊位置和掩護(hù)射擊位置）。陸軍當(dāng)前的模擬系統(tǒng)已構(gòu)造出結(jié)構(gòu)相對簡單的綜合自然環(huán)境數(shù)據(jù)作為推理依據(jù)，通常會(huì)做出廣泛的假設(shè)（例如，無需擔(dān)心凈空高度），但在大城市中，這些假設(shè)都不成立。陸軍的研究還將考慮如何綜合利用自動(dòng)化、機(jī)器學(xué)習(xí)和目標(biāo)明確的人在回路屬性（針對頻繁使用的訓(xùn)練區(qū)域）來支持行為特征。

明確特大城市模擬所需的數(shù)據(jù)類型至關(guān)重要。這不僅包括建筑物、橋梁和道路位置等明顯信息，還包括材料特性、支撐結(jié)構(gòu)（有可能倒塌的承重墻）、拓?fù)湫畔ⅲㄞD(zhuǎn)彎車道、停車燈、平民經(jīng)常步行出行的小路）等可能更復(fù)雜的數(shù)據(jù)。由于很難通過標(biāo)準(zhǔn)來源（例如，室內(nèi)和地下幾何結(jié)構(gòu)）收集此類數(shù)據(jù)元素，因此必須能以典型的地理和現(xiàn)實(shí)方式獲得此類信息。陸軍的研究重點(diǎn)將為運(yùn)行時(shí)間的功能需求，而不是考慮收集方法。

特大城市模擬將需要適合各種訓(xùn)練用例的不同數(shù)據(jù)和服務(wù)。例如，相較于戰(zhàn)略轟炸模擬，針對單兵的沉浸式模擬需要另一種不同類型的細(xì)節(jié)和信息。但為確保各次模擬之間的通信以及互操作性，可通過一種能處理多種分辨率或細(xì)節(jié)層次的通用的總體展現(xiàn)法理想地得出這些不同的展現(xiàn)法，并將二者相關(guān)聯(lián)。陸軍將研究關(guān)于如何以相關(guān)且逼真的方式展現(xiàn)不同細(xì)節(jié)層次的技術(shù)，同時(shí)還支持高度精選的數(shù)據(jù)使用，其中特定的模擬系統(tǒng)僅加載與其用例相關(guān)且有用的數(shù)據(jù)。

美陸軍認(rèn)為，未來的模擬系統(tǒng)必須能支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸以及靈活的計(jì)算平臺和環(huán)境范例，這一點(diǎn)非常重要。目前在云端運(yùn)行的模擬系統(tǒng)可能不久就會(huì)部署到禁網(wǎng)設(shè)備上運(yùn)行。此外，陸軍預(yù)計(jì)未來會(huì)頻繁更新通過各種來源獲得的地理空間數(shù)據(jù)、拓?fù)鋽?shù)據(jù)和人類行為數(shù)據(jù)。此概念要求能夠快速、一致且有選擇地分發(fā)最新數(shù)據(jù)，以便從邊緣設(shè)備的有限帶寬中獲得最大收益。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和傳輸將支持不同的數(shù)據(jù)用例，例如基于云計(jì)算的模擬，此類模擬使用數(shù)據(jù)中心或?qū)ｉT用于資源和帶寬有限的設(shè)備的精選數(shù)據(jù)集。

隨著數(shù)據(jù)來源、內(nèi)容和更新復(fù)雜性的增加，一致性、關(guān)系和相互依賴性的驗(yàn)證機(jī)制和過程也必須相應(yīng)發(fā)展。特征數(shù)據(jù)的基本幾何結(jié)構(gòu)貌似簡單的變化可能會(huì)對其它數(shù)據(jù)產(chǎn)生復(fù)雜的二次影響。例如，如果數(shù)據(jù)可用于改變建筑物的功能（例如，從辦公樓到大使館），其可能影響輔助數(shù)據(jù)，包括人群建模流程、行為線索等。由于陸軍在早期就建立了內(nèi)容需求和更新機(jī)制，因此后期的研究要協(xié)調(diào)所有這些數(shù)據(jù)并在必要時(shí)保持一致性。

即使陸軍模擬群體先前已在掩蔽物、隱蔽處或躲藏處的計(jì)算，基本運(yùn)動(dòng)計(jì)劃，視線等領(lǐng)域積累了大量的豐富經(jīng)驗(yàn)，仍需繼續(xù)開展研究工作。在復(fù)雜的特大城市環(huán)境中工作時(shí)，這些算法需要不同程度的復(fù)雜性和不同的折衷處理方法。

隨著美軍不斷適應(yīng)在特大城市中作戰(zhàn)，必須通過模擬來支持實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練，從而使作戰(zhàn)人員能夠完善并實(shí)踐作戰(zhàn)程序。無論是對于開展訓(xùn)練和豐富自身經(jīng)驗(yàn)，還是評估新武器系統(tǒng)和平臺的有效性，這都很有必要。模擬與訓(xùn)練群體在實(shí)現(xiàn)此類訓(xùn)練方面面臨著各種挑戰(zhàn)，尤其是密集城市環(huán)境的逼真展現(xiàn)。美陸軍認(rèn)為，需通過集中投資以確保模擬與訓(xùn)練群體能夠應(yīng)對技術(shù)挑戰(zhàn)，從而能在特大城市中開展分析和訓(xùn)練。

李皓昱編譯自互聯(lián)網(wǎng)

2016年2月12日

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