數字媒體設計在元宇宙戰場中的展望

謝佳穎

摘 要 元宇宙已成為時代布局新方向，虛擬技術、元宇宙戰場等視覺呈現需要數字媒體作為基礎。深入研究數字媒體將成為未來虛擬戰場構建中必不可少的前提條件。虛擬現實與數字媒體技術相結合的方式可運用在各類軍事訓練中，借助數字媒體三維建模成像技術，將坦克、戰斗機等高成本作戰武器進行虛擬呈現，搭建虛擬還原真實的作戰場景，可對現實戰爭里的環境進行增強模擬，在很大程度上提升軍事演練效率、減少演練成本。

關鍵詞 數字媒體 元宇宙 虛擬現實 增強現實 虛擬戰場

中圖分類號：TG142.71 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）07-0121-04

元宇宙與虛擬現實技術在疫情時代中加速發展，已從娛樂領域拓展到國防軍事范疇。建設軍事強國構建元宇宙戰場已逐漸成為各國軍事戰備中重要的研究領域。元宇宙戰場的呈現不僅依托人工智能區塊鏈等技術，還與數字媒體的蓬勃發展密不可分。數字媒體設計在元宇宙與虛擬戰場的視覺呈現中起到了決定性作用。

1 元宇宙戰場的形成及其發展趨勢

1.1 元宇宙戰場的形成

近年來，元宇宙已成為無數專家學者熱衷研究探討的熱點話題[1]，元宇宙由增強現實、虛擬現實和互聯網所構成。在清華大學公布的《2020-2021年元宇宙發展研究報告》中，經濟學家類比1995年時互聯網所經歷的“群聚效應”，將2021年間元宇宙所呈現超出想象的爆發力，歸結為元宇宙相關要素的“群聚效應”指認為元宇宙元年的到來。清華大學2022年1月22日公布的《元宇宙發展研究報告2.0版》中，將元宇宙定義為：“融合多種新技術產生的下一代互聯網運用和社會構成?！痹钪媸蔷W絡與現實的全面打通，是三維化的互聯網。報告總結將元宇宙的屬性總結為三點：時空拓展性、人機融生性、經濟增值性，分別指向當下人類面臨的三大共同困境：全球化浪潮下的時空局限、虛實日益交融后的認知矛盾、資源逐步枯竭前的經濟增長放緩。全球暴發的新冠疫情將上述困境激化，歷史把人類往前再推一步，虛實共生的構想浮現出來。被困住的這一代人類，選擇用元宇宙破局。

“元宇宙戰場”，是“元宇宙”在軍事領域的表現形態，具有更嚴格的安全保密標準、更強大的仿真計算能力、更實時的精細交互要求，更突出戰時統一致性、虛實一體性、邊界安全性、決策智能性、效能逼真性。

1.2 元宇宙戰場在軍事領域的發展

虛擬技術在軍事上早已得到了廣泛應用，數字孿生、AR/VR[2]、仿真建模等技術早已應用到軍工領域?！皯饒鲈钪妗睂Σ筷牭慕逃?、訓練、試驗、研究等應用領域帶來巨大影響，極大地改變了原有的活動組織實施方式，顯著提升了各類軍事活動的綜合效益，有效激發了軍事人員和科研人員的創新能力。

在軍事訓練領域，“戰場元宇宙”能充分滿足大規模作戰背景下的實戰化訓練要求，各級參訓對象可通過扮演現任崗位或擬任崗位的角色，在更大規模、更具對抗性、更長持續時間的環境中，反復接受訓練與考核，在錘煉戰斗技巧、磨合戰術配合、鍛造戰斗意志的同時，將積累的模擬作戰經驗應用到實際作戰行動中，訓練效果的考評也將更加量化直觀。

在軍事裝備領域，“戰場元宇宙”能為新型武器裝備設計論證、武器裝備性能試驗、武器裝備兼容性試驗、武器系統體系作戰效能檢驗等，提供具備等效仿真能力的實戰化背景和大規模試驗場景，將虛實裝備納入一個對等的環境中共同運行，并全面掌握裝備的各種狀態和參數的變化情況，從而有效解決試驗次數受限、試驗環節簡單、試驗背景復雜度低、作戰體系構建困難等現實問題。

1.3 以其他國家為例在元宇宙戰場的探索

1980年，美國軍方開發了“模擬網絡技術”（SIMNET）并將其用于大規模訓練與演習，這是模擬技術首次在國防工業領域的應用。SIMNET旨在基于網絡互聯實現包括虛擬仿真、構建仿真、實物仿真、真實平臺、指揮控制在內的多源異構節點在任意仿真場景、任意戰場環境、任意作戰條件下的軍事仿真，以達到推演、訓練、評估的效果。80年代末，SIMNET項目最終落地形成了200多個基于局域網和廣域網的仿真互聯坦克和飛機模擬器，這些模擬器遍布美國，橫跨歐洲。SIMNET項目直接或間接地推動了時下用于元宇宙的諸多關鍵技術的發展。

1999年，英國國防部將虛擬世界與現實世界相融合，提出合成環境，將合成環境定義為將“模型、仿真、人員和真實裝備的組合連接到世界的通用表述中，在以前離散的活動中提供一致性和并發性”。

韓國的軍事訓練仿真器研發和供應商OPTIMUSSY STEM，基于元宇宙技術研制的DEIMOS軍事訓練系統自2019開始已經成功地用于韓國武裝部隊中，能夠為包括精準射擊訓練、戰術行為訓練和觀察訓練在內的不同類型專業訓練構建多樣環境。

2 數字媒體在元宇宙戰場中的應用

2.1 數字媒體虛擬現實在軍事訓練中的應用方向

數字媒體虛擬現實[3]是仿真方向的技術延伸，涵蓋了虛擬環境、態勢感知、自然技能和設備感知等方面。虛擬現實技術將計算機圖形技術融入人類的各項感知中，從視覺、聽覺、觸覺運動力覺等多方面入手，調動用戶的感官，讓體驗者沉浸在虛擬世界當中實時交互。

虛擬現實還可以廣泛運用在軍事指揮、虛擬戰場、航空探測、水下探測、部隊演習演練等軍用領域，促進各個領域進一步融入元宇宙的未來發展布局之中。在軍事演習動作教學中，打破演習訓練時空中的局限性，參與訓練的人能夠在不同的位置區域中執行各項高難度的集中訓練預演。無論參與訓練的同志是否在同一地區，僅需運用專業虛擬現實操作就能夠進入統一的虛擬預演場所參與實時跟進的集中化訓練預演場景。在一些特殊的演習演練中，發揮著不可替代的作用。參訓人員在虛擬的環境場所里訓練不僅比現實訓練中更加安全，而且能更大幅度地節約場地器械的經濟成本，在前期可將訓練成本降到最低且不會造成軍事設備損壞。參與訓練人員能夠在虛擬世界中選擇嘗試各種訓練場景并高效找到正確學習方法，在保證參與訓練人員的人身安全得到充分保護的前提下，參加訓練者可以放心除去危險隱患的心理包袱，竭盡全力地參加演習訓練。從而進一步地增強自己的技能水準，保證在所有實訓作戰時的人身與事故安全。

虛擬現實與數字媒體技術相結合的方式可運用在各類軍事訓練中，借助數字媒體三維建模成像技術，將坦克、戰斗機等高成本作戰武器進行虛擬呈現，搭建虛擬卻還原真實的作戰場景。還可將各個軍旅的訓練情況實時反饋給各戰區指揮員，打破地理位置和空間局限，實現隨時匯報與檢測。運用數字媒體方法快速搭建元宇宙跨地域作戰體系。

2.2 數字媒體增強現實在軍事訓練中的應用

數字媒體增強現實是一種將現實環境與虛擬信息無縫銜接的智能技術，充分應用了數字媒體、仿真技術、隨時追蹤和智能沉浸式交互、體感、傳感等多樣化的高科技手段，將智能應用生成的虛擬信息匯總仿真模擬后，與現實世界相結合，多種元素相互融合，利用前沿技術手段實現對現實空間的“增強”。增強現實運用視覺可視化、計算機圖形、數字媒體設計等技術研發了真實空間里不可能出現的虛擬場景和物品，然后將虛擬物品或場景準確“安放”在現實世界里，通過演示機器把虛擬物品和現實環境結合成統一的整體，然后展現給參與者一個體感交互效果真實的全新場景。所以增強現實系統具有實時交互、虛實創新等優質特點。

未來戰場是“海、陸、空、天、電、網”等多位一體的數字化戰場，增強現實技術虛實融合、人機交互等特點，恰好在軍事應用中具有優勢顯著的特征。在戰場中，參戰者戴上增強現實眼鏡之后，所看到的視覺信息不僅包含真實作戰場景信息，還包含了其他信息，如：戰爭空間增強顯示信息，這些信息能夠輔助參戰者隨時判斷敵方信息并高效作出戰爭策略調整，迅速對抗各種形式下的戰爭環境。指揮官能佩戴軍用增強現實智能眼鏡實時匯報作戰地形、戰爭狀況、最新命令等信息并迅速傳達給參戰隊友，讓所有士兵們在第一時間高效接收到最新的戰爭情報，提高作戰指揮效率。

提高模擬演練效率。在虛擬戰場中創建應用增強現實技術，并對現實戰爭里的環境進行增強模擬，可以在很大程度上提升軍事演練效率、減少演練成本。在還原度高的模擬戰爭環境里進行演練，讓參訓者在下達命令前就能對戰爭地形有所熟悉，相當于提前進行“不犧牲”的演習。美國海軍陸戰隊曾經在加州建造了一個混合現實的軍事作戰訓練營。此訓練營的負責人表示，借助增強現實技術開展演練、模擬戰爭和數據評估，能進一步提高軍隊的戰爭實力。

提高裝備維修效率。應用增強現實技術，能夠為戰斗設備制造同比例的數字化形象，使設備的所有配件可以用三維方式呈現在電腦屏幕里，同時能放置在相對應的虛擬空間中。不管設備有多大的體量，維修工人都可以及時檢修裝備的每一個零件，后臺科研人員能夠通過此項技術教會現場工作人員實施檢修操作。近年，在美國國防部帶頭領導下，某公司應用增強現實技術組織的F-35機身數字制造項目，能夠為軍用飛機維修提供全部方案。戰時設備工作人員能運用增強現實技術快速找出設備的故障原因，然后制作合適的修理辦法，進一步提高設備檢修效率。

現階段人與世界的互動方式早已被移動互聯網和社交媒體顛覆，未來的交互新方式很有可能被增強現實技術所代替。很多經濟大國都在軍事領域中加大力度引入增強現實技術，用于提升本國在新型智能戰場里的優勢。增強現實技術將會高度融入軍用設備的研發、生產、維修、戰爭演練等眾多領域，對虛擬戰場產生顛覆式的影響。

2.3 數字媒體與虛擬現實、增強現實之間的關系

數字媒體為虛擬現實、增強現實提供技術條件，數字媒體包含場景設計、人物設計、劇情編創和多媒體后期處理在內的視覺聽覺設計，數字媒體設計運用了視覺成像與通信程序計算等技術，融合處理文字、聲音、圖形、圖像等信息，使抽象的信息轉換為可感知、可管理和可交互的一種與時俱進的新技術。例如虛擬現實中的動畫制作，數字媒體技術搭建三維場景和人物等虛擬環境讓人身臨其境。虛擬現實、增強現實的效果實現需要依靠數字媒體技術來實現。

2.4 數字媒體在戰場環境仿真平臺中的運用架構

數字媒體戰場環境仿真平臺可以為模擬訓練提供三維立體的可視化空間，再現真實戰場實況。而戰術級訓練平臺以人工智能技術和高性能軍事仿真云平臺為基礎，可以對智能體和人員進行雙向訓練，同步提升指戰員和智能體的能力。一方面提升作戰策略的戰術布局能力，另一方面仿真實際訓練操作。全球戰場環境仿真平臺如圖1所示，網絡空間作戰仿真平臺在網絡和電子空間仿真信息空間戰的實景操作，復現元宇宙虛擬戰場作戰架構。將全球戰場環境仿真平臺一共分為九大模塊，分別是：全球三維仿真、傾斜攝影實景模型、城市規劃數據、矢量數據、智能感知數據（專題數據）、氣象數據、地質數據（植被數據）、衛星/航拍無人機遙感數據、數字高程模型（DEM）。數字媒體可將九大內容運用在數據可視化領域直觀呈現。

元宇宙虛擬戰場作戰環境使用數字媒體三維建模和渲染技術實現場景的視覺還原，并將人工智能應用到仿真中，通過深度和強化學習的智能模型，提高模型仿真度。仿真世界的裝備模型除三維模型視覺逼真外，其運動特性、武器裝備性能、作戰指揮等內在規律同樣有著嚴苛逼真度的要求，對數字媒體技術的要求更加嚴格。

2.5 數字媒體在軍事元宇宙領域的應用

軍事領域跟隨著時代的發展而進步，數字媒體廣泛應用在軟件設計、作戰指揮動畫視頻等方向。大到軍事模型構建，小到軍事成果匯報，都能看到數字媒體的身影。數字媒體技術三維模型在元宇宙作戰環境中發揮著重要作用，軍事元宇宙的構成要素如圖2所示：

正如圖2所示元宇宙作戰環境中的各項要素、平臺武器裝備都運用數字媒體技術來呈現?！皯饒鲈钪妗?，則是“元宇宙”在軍事領域的表現形態，具有更嚴格的安全保密標準、更強大的仿真計算能力、更實時的精細交互要求，更突出的戰場時一致性、虛實一體性、邊界安全性、決策智能性、效能逼真性?！皯饒鲈钪妗毙枰谲娪镁W絡實際拓撲結構和各類軍用信息系統的建設成果上展開，對關鍵技術指標上的要求更高。終端設備在具備基本的沉浸式交互功能和時統功能基礎上，需要通過數字媒體技術來強化操作自由度和靈敏度，以便于用戶在“戰場元宇宙”中操作使用各式各樣的武器裝備和信息系統。

數字媒體在“元宇宙戰場”的搭建任務中發揮著不可替代的作用，從整體布局構想到各項視覺呈現都依托數字媒體基礎。

2.6 數字媒體等新興技術在軍事領域中的重要性

隨著科技進步，未來作戰方式正發生著變化，很多前沿關鍵技術已成為各國軍事領域不可或缺的必備資源?？萍寂c軍事發展正步入跨界融合、多效并舉、飛速創新和引領發展的新道路。雖然，數字媒體、區塊鏈、元宇宙戰場等技術在軍事領域里的運用尚處于萌芽階段，所有項目還未完全落地，但所有科學技術的發展都要經歷一個漸變累積的過程。未來新技術如果能夠成功運用在軍方作戰設備與軍隊網絡安全管理等領域，一定能超越傳統軍事管理體系，引領部隊建設和作戰方式的革命性變化。

目前數字媒體已經運用在軍事領域，但元宇宙戰場還是“一座未挖掘探索存量的金礦”，以美國為代表的世界主要軍事大國早已捕捉到了高科技發展的新趨勢，努力追尋創新科技在軍事領域的應用，想在新一輪軍事革命中占領優勢地位。目前軍事科技的新一輪創新發展正在萌芽發展時期，我們既需要運用自主創新積極投入到進步的軍事科技中，也需要融入世界創新軍事科技革新的浪潮中，緊握先進技術帶來的機遇，努力掌握軍事戰斗的主動權，占領世界軍事制高點，打贏未來虛擬戰場的科技信息化戰爭。

3 結語

科學技術的進步必將帶來技術革新，加快研究元宇宙等新領域才能在未來各行業保持領先態勢，尤其在軍事領域元宇宙戰場的布局是重點。元宇宙和各項先進技術的視覺呈現將以數字媒體作為基礎。所以研究和拓展數字媒體領域將會成為未來虛擬世界構建中必不可少的前提條件。數字媒體與元宇宙、虛擬現實、增強現實等技術相結合，將在軍事國防領域有所突破。

參考文獻：

[1] 劉巢，柏江竹.虛實相融的“元宇宙+心理學”發展新趨勢[J].心理技術與應用，2022，10（01）：58-64.

[2] 張進，板俊榮，汪浩文.活態互動聲樂表演教學虛擬仿真實驗平臺的建構與思考[J].藝術百家，2021，182 （05）：145-152.

[3] 殷秀芝.虛擬現實技術在高校公共美術教育中的應用研究[J].藝術科技，2021，34（15）：170-171.