作战实验演示若干基本问题研究

李苏军 战晓苏

(1.军事科学院 作战理论和条令研究部，北京100091;2.中国人民解放军73311部队，福建 晋江362200)

1 引言

随着科学技术，特别是信息技术的快速发展，作战实验成为继战争实践、演习训练、军事理论研究之后，第四种认识战争的新途径。由于作战实验是一个交叉性学科，其基本原理、方法、过程比较抽象复杂，作战实验中又存在许多未知信息和诸多不确定因素，致使作战实验的基本理论和方法在推广应用中存在一定难度。为了直观、形象地展现作战实验的基本原理、内容和过程，从而使作战实验的科学作用得到充分认识和发挥，本文紧紧围绕作战实验演示的若干基本问题，进行一些初步研究。

2 作战实验演示研究的必要性和意义

2.1 作战实验演示研究的必要性

(1)快速演示作战实验想定的客观需要。作战实验想定的设计与撰写是一个复杂而艰巨的任务，需要在军事人员与技术人员之间构建一个可视化的交流对接平台，一方面将军事人员关于作战实验的一些初步构想通过可视化形式进行快速演示，辅助军事人员丰富完善作战实验构想，快速形成作战实验想定;另一方面将制订好的作战实验想定以可视化方式快速展现给作战实验分析论证人员，以便于其准确地理解分析论证的任务、内容及要求。

(2)综合演示作战实验态势的现实需要。作战实验信息多、数量大、时空变化快，因此作战实验态势瞬息万变，如何综合采用多种形式的手段来完整、全面、准确、及时地反映作战实验的态势，就成为作战实验必须解决的核心问题之一。通过将作战实验态势数据以图形化的方式实时地显示出来，一方面使实验人员对作战实验的条件、要点、过程和结果等从整体、全局上获得一个直观形象的认知，为理解和操控作战实验提供可能;另一方面为实验人员发现新知识、洞察新规律、提出新理论提供辅助支持。

(3)实时演示作战实验细节的迫切需要。作战实验是一个复杂的巨系统，诸多作战实验指标、方案、因子水平交互影响，论证过程非常复杂，作战实验的很多理论、方法、技术也还处于发展完善之中。限于认知能力、技术水平等因素，整个作战实验的仿真、分析、评估等环节基本上在后台运行，很多实验细节处于“黑箱”之中。实验研究人员迫切需要通过直观可视的形式感知实验论证细节是否合理、可信，以及存在哪些问题，以便及时对作战实验方案、计划、模型、算法等进行修改和完善，进一步提高实验论证的质量。

2.2 作战实验演示的意义

研究作战实验演示，无论对于各级各类作战实验研究人员，还是指挥人员和参谋人员而言，都有着重要的理论意义和应用价值。

(2)完善作战实验手段。通过演示作战实验过程，可以洞察各种实验手段在实验条件设置、实验方法运用、实验工具操作、实验流程实施等方面存在的具体问题，提出有针对性的改进措施，进一步拓展和完善作战实验手段。

(3)传播作战实验理论。利用作战实验演示平台，采用图形化方式将抽象的作战实验数据、模型、方法和过程可视化，能够使不同领域和不同视角的人员站在同一平台上，学习、讨论和交流作战实验的思想、方法、技术，使作战实验理论在不同领域和不同专业的作战实验人员之间得到广泛传播。

3 作战实验演示研究的若干基本问题

3.1 作战实验演示的基本概念

作战实验演示是作战实验的核心功能之一，主要有两层含义，一是演示性实验，二是实验中演示。演示性实验，是通过文字、图、表、视频、动画等形式，把作战实验的条件、要点、方法、进程、结果等所涉及的作战实验理论和技术演示出来。同物理实验中演示杠杆原理、化学实验中演示氢气制作等相似，演示性实验的主要目的是讲清作战实验的基本原理，进行作战实验培训、教学等。实验中演示，即实验可视化，就是将实验过程以可视化方式展示出来，便于观察、分析和操作。实验中演示的目的是验证实验是否按作战实验人员所构想的方式进行，起到一个传感器和放大镜的作用，引发作战实验人员思考，辅助作战实验人员进行正确的实验。

综合上述两层含义，将作战实验演示的基本概念定义为:在虚拟可控的战场环境中，以直观形象的可视化方式，多视角展现作战实验的实验条件、实验分队、实验结果、实验过程、实验分析过程和实验结论，进一步完善作战实验新方案、验证作战实验新结论、传播作战实验新理论、推广作战实验新成果。

3.2 作战实验演示的主要内容

(1)演示作战实验构想。在作战实验前，将军事人员或实验人员的实验概略构想或初步方案，以直观、形象的可视化方式展现出来，经过直观分析判断和专家研讨，逐步将其变成实际可行的作战实验方案，缩短作战实验设计的时间和进程，提高作战实验方案的科学性。

Yuichi Hamada[20]等在空气源热泵蒸发器侧设置了1台蓄冰罐，在冷凝器侧增设了2台蓄热罐，利用夜间制冰，同时在冷凝侧利用废热进行蓄热，提高了整体机组的能源效率。

(2)演示作战实验过程。在作战实验中，从纵向视角，将作战实验中的关键要素、关键节点、关键条件和实验人员感兴趣的信息演示清楚;从横向视角，将作战实验中的全局情况、整体布势和通用信息等演示清楚;从感知视角，将实验“黑箱”演示清楚;从分析决策视角，将驱动实验结果变化的关键因素演示清楚。通过作战实验过程的演示，可以使实验人员掌控整个实验进程、感知当前实验态势、打开局部实验“黑箱”、澄清部分实验认知。

(3)演示作战实验结果。在作战实验后，将作战实验的问题、条件、流程、结果、分析过程和结论等，以可视化方式展示出来，进一步说明作战实验过程、演示作战实验结果，为将作战实验得出的新理论、新方法、新思想转变成战斗力提供辅助支持。

3.3 作战实验演示的基本要素

作战实验演示应包括6个基本要素:

(1)实验条件。即实验在什么环境条件下进行，准备采用哪些新思想、新战法、新技术等，来提高作战效能。

(2)实验分队。即执行实验任务并发生作用的单位。

(3)实验结果。即实验者最后判定的结果，它能使作战效能的某些方面发生改变。

(4)实验过程。把作战实验分队置于实验条件之下进行研究，考察实验条件是否可以产生某种实验结果，对因果关系进行判定，它包括实验执行过程中的所有内容。

(5)实验分析过程。对不同实验过程中因果关系的判定进行比较，即对不同的实验方案进行分析对比，根据不同的实验目的，确定实验结果的优劣。

(6)实验结论。在分析比较的基础上，针对提高基于信息系统的体系作战能力、打赢未来高技术条件下局部战争等客观需求，总结得出关于当前和未来作战的新思想、新战法、新技术等结论。

3.4 作战实验演示系统

作战实验演示系统是一个面向首长、机关、指挥人员、技术人员和保障人员等，综合采用文字、图表、声音等多种表现形式、二维与三维相结合、真实与虚拟相结合，从多种视角将作战实验研究的问题、构想、过程、结论等演示清楚，为理解作战实验过程、验证作战实验结论和传播作战实验理论提供支撑的系统。

研发作战实验演示系统的主要目的是为作战实验演示提供方便、快捷和实用化的通用演示工具，为作战实验提供辅助支持。其设计指导思想是:将通用数据、基础平台与功能模块相互分离，提高设计的科学性和系统的拓展性;系统应用时，根据不同的任务需要，将支撑平台与相应的基础数据和专业功能模块随机组合，提高解决具体问题的能力。

(1)通用可视数据(模型)。各种演示数据采用国标、军标规定的通用数据和可视模型格式进行存储、管理和调度，能支持各种演示系统进行调用和显示。主要包括:一是基础环境数据，如DEM、影像等;二是静态应用数据，如二维军标、武器装备三维模型等;三是动态计算数据，如参数化火力打击范围模型、参数化侦察范围模型、实时动态海面模型等;四是战场特效数据，如爆炸、飞行尾迹、船行波等。

(2)基础展现平台。应采用数字地球作为基础展现平台，在统一的框架下，将陆、海、空、天、电等多维基础环境信息进行综合集成。一方面该平台是演示系统的一个基础支撑平台，具备一些通用的展示功能，能对全局、全程、全域的基础地理信息进行多视角展现，是一个通用可视数据调度和展现窗口，既与具体应用相分离，又不带有数据;另一方面该平台为各种专业功能模块提供通用接口，各种专业应用通过该平台调用通用作战实验数据，并在该平台的窗口中进行展现。

(3)专项演示功能。将各种专业功能从逻辑上进行分离，专业功能模块作为一个独立模块或插件，采用面向对象的方法进行开发，在需要时直接与支撑平台接口连接。主要专项演示功能包括态势标绘、构想演示、态势展现、感知展现、分析演示、过程演示和结论演示等。

3.5 作战实验演示关键技术

3.5.1 作战实验演示需求分析技术

主要研究作战实验演示究竟“演什么、用什么演、如何演”等基本需求问题。要结合作战实验论证的实际需求，从作战实验设计、分析、保障等多个视角，采用会议、座谈、问卷调查、专家访谈和实验实践等多种形式，系统梳理作战实验演示的总体应用需求，重点理清“演示内容、演示方式、功能需求、应用模式”四个问题，达成一致的需求共识，为作战实验演示系统的研发和应用提供有力支持。

3.5.2 作战实验演示支撑平台设计技术

主要研究不同用户的演示需求、不同作战实验要素的演示形式需求、不同演示平台的优缺点、不同演示技术的成熟度，在此基础上择优选择合适的平台，然后进行总体设计和开发。

3.5.3 实验要素分类和抽取技术

从服务于作战实验多视角演示和态势评估相结合的角度，对实验要素的定义、特征和分类进行研究，为实验要素的提取提供技术支持;要依据专家知识、作战规则等，采用人工智能等技术，研究一种能从海量作战实验信息中实时提取出各类作战实验人员感兴趣的要素信息的方法，为作战实验参数化、组合化的控制显示策略提供支持，实现首长机关、科研团体、基层作战部队感兴趣的要素的实时自动化演示。

3.5.4 实验要素可视化建模技术

主要研究综合采用几何建模、物理建模、行为建模等多种建模技术，构建一个基础的、参数化的实验要素多分辨率可视模型。通过对这些参数化的基础可视模型的简单组合、拼装和调整，快速生成相应要素的可视化模型。

3.5.5 可视化模型聚合与解聚技术

主要研究视距、像素等作为聚合与解聚的判据，运用规则、关键实体等方法进行可视模型的聚合和解聚。通过作战实体可视模型的聚合与解聚，实现在不同分辨率的展示窗口内，用大约相同数量的作战聚合与解聚模型表示当前可视范围内的作战实验境况，使作战实验演示更加直观、准确、清晰。

3.5.6 人机交互控制技术

主要研究基于时间轴的作战事件编辑技术，将战场上错综复杂的作战事件在时间轴上进行随机拖拉、插入和删除等编排，实现作战实验事件的有序演示;研究基于作战事件的作战场景实时切换技术，能根据全景缩略图和作战事件发生地对作战场景进行快速切换;研究基于热区的作战实体控制技术，能对选定热点区域内实体的运动轨迹、作战能力、作战行为和属性信息等进行编辑、操作和控制;研究基于触摸屏技术的作战实验构想和态势实时标绘技术，实现作战实验演示的人机一体化;研究相机的推、拉、摇等控制技术，实现实验场景的多方位展现。

3.5.7 快速计算和绘制技术

主要研究协同工作、云计算、GPU计算和并行计算等快速智能算法，对作战实验中涉及的大量实体交互和复杂模型构建进行快速计算;研究视域裁剪、背景裁剪和遮挡剔除等算法，对可视范围内的可视模型进行快速渲染;研究四叉树、投影网格等LOD技术，对可视模型进行多分辨率快速绘制。

3.5.8 海量数据存储、管理和调度技术

主要研究作战实验数据采集技术，做到一数一源，提高数据可信度;研究异构作战实验统一表示和储存技术，提高数据的通用性;研究快速查询和调度技术，提高作战实验演示数据的实用性。

4 结束语

作战实验演示是当前作战实验研究的重点和难点，必须全面统筹、聚力攻关。要加强演示需求分析，牵引系统建设;选定演示支撑平台，加快系统研发;加强基础理论研究，破解关键技术;加强专用功能开发，推进系统建设。基于数字地球平台，综合采用文字、图形、动画等形式，将作战实验的条件、要点、方法、进程、结果等进行多视角可视化演示，为作战实验人员提供辅助支持。

1 江敬灼.作战实验若干问题研究［M］.北京:军事科学出版社，2010.

2 王辉青.作战实验若干基本理论问题探讨［J］.军事运筹与系统工程，2008，22(1):3-8.

3 沙基昌，毛赤龙，陈超.战争设计工程［M］.北京:科学出版社，2009.

4 胡晓峰.战争复杂系统建模与仿真［M］.北京:国防大学出版社，2005.

5 郭齐胜，杨立功，杨瑞平.计算机生成兵力导论［M］.北京:国防工业出版社，2006.

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

7 李艳，黄柯棣.分布式战场态势可视化系统研究［J］.系统仿真学报，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.