元宇宙的定義與發(fā)展 構(gòu)建軍事元宇宙的必要性

摘 要：?元宇宙是2021年以來在商業(yè)界和學術(shù)界大火的用于描述虛實融合與互動的概念。為研究這一概念可能的軍事應(yīng)用，梳理了元宇宙的定義、特征及發(fā)展脈絡(luò)，從軍事元宇宙對建模仿真技術(shù)和傳統(tǒng)實況-虛擬-構(gòu)造仿真拓展的角度分析了構(gòu)建軍事元宇宙的必要性，從訓練、作戰(zhàn)、數(shù)據(jù)信息資源管理的現(xiàn)實需求角度研究了軍事元宇宙可能帶來的改進，分析了目前宣稱正在開發(fā)的軍事元宇宙雛形產(chǎn)品及其典型開發(fā)方式。

引言

元宇宙(Metaverse)是一種描述虛實互動一體化的概念。2021年被稱作“元宇宙元年”，國際頂尖的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，如蘋果、微軟、臉書、騰訊、網(wǎng)易等，均開始重視并紛紛布局元宇宙賽道。臉書態(tài)度尤為積極，將公司名稱直接修改為Meta Platforms，顯示了其進軍元宇宙的強烈姿態(tài)。

近兩年來，對元宇宙概念、發(fā)展與應(yīng)用的研究也逐漸成為學術(shù)研究中的一個熱點。一些典型的綜合類研究包括：對元宇宙的戰(zhàn)略、技術(shù)和哲學基礎(chǔ)進行了詳細描述，將其描繪為“下一代互聯(lián)網(wǎng)”；清華大學新媒沈陽團隊在2021-2022年先后發(fā)布了3篇關(guān)于元宇宙發(fā)展的研究報告，分別對元宇宙進行了概念梳理、行業(yè)分析、發(fā)展預(yù)測，結(jié)合中國本土文化描述了元宇宙的屬性、拓展及其應(yīng)用場景、風險治理，研究了元宇宙與其他學科的結(jié)合、元宇宙產(chǎn)業(yè)及中國式元宇宙等內(nèi)容；從理論概念、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用場景和政策治理四方面，對元宇宙研究與應(yīng)用的現(xiàn)狀和未來進行了綜述。

一些研究則專注于垂直分類的元宇宙研究，希望拓展新的研究內(nèi)容和研究思路，如教育元宇宙、建筑元宇宙、圖書檔案元宇宙等。作為擴展現(xiàn)實(extended reality, XR)、數(shù)字孿生、人工智能、3D互聯(lián)網(wǎng)、5G等多種技術(shù)綜合涌現(xiàn)的新概念，元宇宙天然具有一定的技術(shù)引領(lǐng)性。隨著元宇宙研究成為熱點，其可能具有的軍事意義和軍事運用潛能也得到了關(guān)注。發(fā)展軍事元宇宙概念，將戰(zhàn)場空間拓展到元宇宙，可能成為未來軍事競爭新的角力點；軍事元宇宙的全新思維方式可以豐富和促進認知域作戰(zhàn)的理論，其底層技術(shù)可以促進軍事建模仿真領(lǐng)域的新發(fā)展。

本文圍繞元宇宙及其軍事運用，主要開展了以下工作：①描述了元宇宙的已有定義和特征，按照文學影視、游戲娛樂和概念投入3條脈絡(luò)整理了元宇宙的概念發(fā)展；②分析了軍事元宇宙構(gòu)建的必要性，研究了其對于建模仿真技術(shù)的拓展及其對傳統(tǒng)LVC(live-virtual-constructive)仿真的拓展；③從需求角度出發(fā)，論述了軍事元宇宙對訓練、作戰(zhàn)、數(shù)據(jù)信息資源管理現(xiàn)實需求的解決方法；④整理了目前已有的軍事元宇宙雛形產(chǎn)品，重點分析了產(chǎn)品開發(fā)中多點同步擴展現(xiàn)實這一典型開發(fā)路徑。

1、元宇宙的定義與發(fā)展

1.1 元宇宙的定義

Metaverse一詞于1992年在尼爾·史蒂芬森的科幻小說《Snow Crash》中出現(xiàn)，中譯本《雪崩》中將其譯作“超元域”。這部小說中描繪元宇宙是“計算機生成的宇宙，他們的計算機在他們的護目鏡上繪制并注入他們的耳機……一個被稱為元宇宙的虛構(gòu)地方”，這里的元宇宙是對人類居住的未來數(shù)字模擬世界的科幻幻想，同時可以對現(xiàn)實世界產(chǎn)生影響，但是史蒂芬森并未給出元宇宙的標準定義。從字面看，“meta”是“本原，在……之上”的意思，因此元宇宙指向的是更高層的宇宙，是一種“宇宙的宇宙”，也就是很多“宇宙”組成的更大的“宇宙”。由于元宇宙是還沒有實現(xiàn)的未來概念，如同21世紀初的“賽博空間”和近些年的“新零售”概念一樣，其含義也會隨著理論發(fā)展和認知理解而不斷變化；目前來看，業(yè)界、學界對元宇宙概念的定義尚未統(tǒng)一，表1從不同側(cè)面例舉了幾種典型的元宇宙定義。

表1 元宇宙的典型定義Table 1 Typical definitions of the metaverse

馬修·鮑爾認為可以用如圖所示的8個元素表示元宇宙的特征。在元宇宙中，用戶可以體驗到與現(xiàn)實世界相同的逼真感，同時創(chuàng)造出永久保存的數(shù)字資產(chǎn)，例如虛擬地產(chǎn)和虛擬藝術(shù)品等。除此之外，用戶之間可以進行高度互動的交流、社群參與、商業(yè)交易等活動，并且該環(huán)境和現(xiàn)實世界有著緊密的聯(lián)系，是一個自主的、可訪問的虛擬世界，并對所有人開放。

圖 “元宇宙”的8個特征要素Fig. 1 Eight characteristic elements of the metaverse

綜合以上論述，本文認為，元宇宙是一個聚焦于實現(xiàn)多虛擬世界間互操作的去中心化網(wǎng)絡(luò)，用戶通過拓展現(xiàn)實設(shè)備進入虛擬世界并接受虛擬世界的反饋，實現(xiàn)虛實相融；通過數(shù)字孿生技術(shù)建立現(xiàn)實鏡像與逼真世界，通過區(qū)塊鏈技術(shù)建立可信的經(jīng)濟、身份和社交體系，可以為用戶提供持續(xù)的真實感、沉浸感和存在感，并允許用戶對虛擬世界中的內(nèi)容進行專有的創(chuàng)作、編輯與轉(zhuǎn)移。

1.2 元宇宙概念的發(fā)展

對元宇宙概念的理解和發(fā)展有比較明晰的3條脈絡(luò)，即文學影視、游戲娛樂和概念投入。

(1) 文學影視脈絡(luò)主要是文學藝術(shù)創(chuàng)作者的科學幻想。史蒂芬森的小說《雪崩》提出了“元宇宙”的概念，而類似創(chuàng)意則可以追溯到更早。如1950年雷·布拉德伯里的小說《天鵝絨》講述了父母將子女送入虛擬現(xiàn)實托兒所，子女沉迷不愿意離開的故事；1953年菲利普·迪克的小說《泡沫的煩惱》講述了人類在外太空未找到新生命，為了與新世界的生命體建立聯(lián)系，構(gòu)造了“Worldcraft”，在其中可以建立和擁有自己的世界；1984—1988年威廉·吉普森的“矩陣三部曲”描述了人類生活在AI統(tǒng)治的賽博空間中，類似的概念直接影響了熱門科幻電影系列《黑客帝國》的創(chuàng)作；近年來，也涌現(xiàn)出了如《阿凡達》《頭號玩家》《失控玩家》等電影作品。創(chuàng)作者進行的此類創(chuàng)作，得益于虛擬現(xiàn)實、人工智能等技術(shù)發(fā)展帶來的科幻靈感，是對元宇宙概念的浪漫描述。

(2) 游戲娛樂脈絡(luò)基本對應(yīng)大型多人在線(massive multiplayer online, MMO)游戲的發(fā)展脈絡(luò)。如圖所示，在20世紀70年代就有玩家創(chuàng)作了《多用戶迷宮游戲》(multiple user domain, MUD)，是基于計算機文本構(gòu)建的虛擬世界；1986年在線游戲《棲息地》(Habitat)發(fā)布，游戲場景是2D圖形化的多人參與的在線虛擬世界，玩家在游戲中有較強自主權(quán)，還首次使用了“化身”(avatar)一詞表示玩家在游戲中的虛擬替身；2003年推出的《第二人生》(Second Life)則被認為首次描繪了可行的虛擬世界的愿景，玩家可以使用化身、進行創(chuàng)作和互動；隨后2006年的《機器磚塊》(Roblox)和2009年的《我的世界》(Minecraft)則瞄準青少年群體，使游戲更易上手，經(jīng)過十幾年發(fā)展兩個游戲月活用戶在2021年已分別超過2.2億和1.2億；傳統(tǒng)游戲《堡壘之夜》(Fortnite)也進行了類似改造，在2018年推出創(chuàng)意模式，允許玩家創(chuàng)建自己的游戲，自由地創(chuàng)作和社交。此類游戲的典型特征是：游戲不預(yù)設(shè)目標，允許玩家自由進行探索、創(chuàng)造、交流；玩家創(chuàng)造物可以進行確權(quán)、交易，所得收益甚至可以兌換現(xiàn)實貨幣，如《第二人生》中的林登幣；與現(xiàn)實世界連接，并可反作用于現(xiàn)實，如線上虛擬組織直接指揮線下活動

(3) 概念投入脈絡(luò)則是伴隨2021年臉書改名Meta前后的“元宇宙”熱潮。比如在美國證券交易委員會的文件中，2020年及以前僅提及5次元宇宙，而在2021年則超過260次；微軟此前已開發(fā)的包括Minecraft游戲和增強現(xiàn)實(AR)設(shè)備hololens2在內(nèi)的協(xié)作平臺Mesh，在熱潮中更名為Mesh for Teams，宣稱要打造元宇宙平臺；韓國首爾市在Meta更名后跟進宣布要建設(shè)“元宇宙首爾”并推出五年建設(shè)計劃等。然而，各家的元宇宙建設(shè)離建成顯然相去甚遠，一是建設(shè)本身未完成，二是遠不能連接為“宇宙的宇宙”。因此更多值得關(guān)注的是“原型元宇宙”(Proto-Metaverse)，即元宇宙的早期形式，此處選取了部分有代表性的原型元宇宙進行描述，如表2所示。

表2 部分原型元宇宙Table 2 Part of proto-metaverse

2、軍事元宇宙與建模仿真

2.1 軍事元宇宙

如同在其他領(lǐng)域構(gòu)造的領(lǐng)域元宇宙，如教育元宇宙、圖書情報元宇宙等，元宇宙的軍事運用可以被統(tǒng)合為“軍事元宇宙”概念，即包括作戰(zhàn)過程模擬、戰(zhàn)略分析模擬、人員訓練模擬、裝備采辦模擬、數(shù)字孿生戰(zhàn)場等在內(nèi)的具有各類戰(zhàn)爭模擬功能的元宇宙。考慮到構(gòu)建軍事元宇宙高昂的經(jīng)濟和時間成本，需要對其必要性做出討論。

從研究熱度看，如同對元宇宙概念一樣，一些學者近年對軍事元宇宙概念也抱有極大的期望和熱情。審視了近兩年中國及中國軍隊內(nèi)部的“元宇宙熱”，認為元宇宙思維模式被應(yīng)用于中國軍隊，以建立一個“戰(zhàn)場元宇宙”，將增強解放軍在教育、訓練、測試、研究和備用通信方面的能力，從而形成顯著的軍事優(yōu)勢；更好的訓練、研究和教育將帶來更有效和致命的戰(zhàn)斗力。

從技術(shù)角度看，元宇宙的支柱技術(shù)常被歸結(jié)為BIGANT(區(qū)塊鏈、交互、游戲、人工智能、組網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng))，這些底層技術(shù)都不是新提出的，是舊技術(shù)的集成和融合推進了元宇宙的發(fā)展，也就是說元宇宙是在這些技術(shù)之上的綜合與涌現(xiàn)。元宇宙的本質(zhì)在于不同世界(包括現(xiàn)實世界和理論上無限多的虛擬世界)間的連接與互操作，判斷是否構(gòu)成元宇宙的基本標準是能否實現(xiàn)化身和數(shù)字資產(chǎn)在不同世界間的移動。因此，單一的軍事應(yīng)用場景如VR沉浸式演習、AR交互式訓練、裝備制造數(shù)字孿生等，均無法單獨構(gòu)成元宇宙，軍事元宇宙一定是多個不同仿真平臺或虛擬世界間無縫連接的綜合集成。

然而，兩方面的問題直接影響了軍事元宇宙構(gòu)建的連接性和互操作性：①考慮到各類現(xiàn)存軍事仿真平臺在模型定義、模擬方法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、技術(shù)標準等多方面的顯著差異，嘗試將其連接起來并實現(xiàn)互操作，將消耗巨大而收效甚微；②出于安全考慮，未來如果建成了軍事元宇宙，極可能是封閉的，托管在專有網(wǎng)絡(luò)中，非必要不會與更廣泛的元宇宙連接。

根據(jù)虛擬現(xiàn)實補償理論，現(xiàn)實是唯一的，但意義需要在比較中得出，因此需要借助虛擬世界發(fā)掘多種可能性。文獻曾提出，模擬環(huán)境是連接虛擬與現(xiàn)實時空的橋梁，構(gòu)建軍事仿真模擬系統(tǒng)的目的在于試圖改變未來將要發(fā)生的“歷史”，從而打贏未來的戰(zhàn)爭；建立軍事元宇宙的概念，恰好契合這一需求。文獻[30]指出，軍事元宇宙的本質(zhì)是超大規(guī)模的分布交互仿真(distributed interactive simulations, DIS)系統(tǒng)。依照奧卡姆剃刀定律，構(gòu)建軍事元宇宙的概念，相較于作戰(zhàn)模擬、兵棋推演、武器仿真等傳統(tǒng)軍事建模與仿真(M&S)領(lǐng)域，還應(yīng)有新的變化，滿足新的需求，增強或取代部分建模仿真功能。

2.2 軍事元宇宙對建模仿真技術(shù)的拓展

認為，軍事元宇宙涉及的技術(shù)可以被劃分為7個技術(shù)棧：用戶交互界面(user interface, UI)、賽博-物理交互、運行支撐環(huán)境(run-time interface, RTI)、內(nèi)容生態(tài)、計算、組網(wǎng)、區(qū)塊鏈。而這7個技術(shù)棧均可以與軍事建模仿真技術(shù)形成映射關(guān)系，通過改進軍事元宇宙技術(shù)，可以進一步增強建模仿真的有效性。參考這一劃分方式，如圖所示，研究軍事元宇宙對建模仿真技術(shù)的拓展有以下幾方面：

(1) UI的沉浸式和交互式改進。UI是聯(lián)結(jié)虛擬世界與真實世界中用戶的接口，用戶可以通過多種途徑如傳統(tǒng)方式或更新的XR方式如VR、AR等“進入”虛擬世界。XR技術(shù)通過傳感器帶動用戶全身感官的反應(yīng)，從而帶來了更強的沉浸感和交互式體驗，使得用戶獲得更直觀也更深入的認識。典型應(yīng)用如2018年起美國陸軍花費220億美元從微軟分批購入12萬套HoloLens設(shè)備用于構(gòu)建集成視覺增強系統(tǒng) (integrated visual augmentation system, IVAS)；UI的沉浸式改進，除視覺之外也可以營造其他體感，如采用觸覺接口設(shè)備，通過微機電系統(tǒng)的聯(lián)機網(wǎng)絡(luò)發(fā)出超聲波構(gòu)造受力感。

(2) 基于數(shù)字孿生的賽博-物理交互。賽博物理系統(tǒng)(cyber physical systems, CPS)通過數(shù)字映射實現(xiàn)物理系統(tǒng)在賽博空間中的集成并反饋驅(qū)動物理系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成各類CPS可以推動元宇宙的實現(xiàn)，這樣構(gòu)建的元宇宙可以用數(shù)字孿生多物理、多尺度、多學科的屬性描述。借助數(shù)字孿生實時同步、忠實映射、高保真度的特性，可以依據(jù)原真實系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)對數(shù)字孿生進行更新和校準；因此可以在實際構(gòu)建或應(yīng)用前進行高可信度試驗，實現(xiàn)軍備采購評估測試、軍工復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計等方面向快速化、低成本化方向的轉(zhuǎn)變。依照類似思路，可以引入數(shù)字孿生戰(zhàn)場[38]的概念，利用與真實戰(zhàn)場連接的數(shù)字孿生戰(zhàn)場，在訓練中可以增強訓練結(jié)果的可信度；在作戰(zhàn)建模仿真中連接真實系統(tǒng)如情報、指控(command and control, C2)等，也可以改進計劃的效。

(3) 更通用的標準帶來更廣泛的連接。通過網(wǎng)絡(luò)將多個仿真系統(tǒng)互聯(lián)，使多個用戶連接到共享的虛擬空間中，這一思想由來已久：從1983年美軍的模擬器組網(wǎng)(SIMNET)計劃，到20世紀90年代的聚合級仿真協(xié)議(aggregate level simulation protocol, ALSP)和高層體系結(jié)構(gòu)(high level architecture, HLA)等，仿真系統(tǒng)連接實現(xiàn)了從異地分布的同構(gòu)模擬器互聯(lián)，到高層次聚合級仿真，再到異構(gòu)系統(tǒng)大范圍互聯(lián)的轉(zhuǎn)變，核心在于互操作性的不斷提高。RTI規(guī)定了HLA中成員間的信息交互規(guī)范并提供支持成員間互操作的服務(wù)函數(shù)，從而實現(xiàn)不同仿真模塊的快速組合并提供服務(wù)。在軍事元宇宙中實現(xiàn)廣泛的互操作性需要更通用的標準，美軍已經(jīng)在進行這方面的探索，如使用標準協(xié)作工具、通用模型庫、可重用環(huán)境發(fā)生器等處理JLVC( joint live, virtual, constructive)聯(lián)邦互操作問題。

(4) 用非同質(zhì)化代幣(non-fungible token, NFT)促進軍事元宇宙內(nèi)容生態(tài)發(fā)展。隨著馬賽克戰(zhàn)、決策中心戰(zhàn)概念的興起，集中式、大批量、長周期的裝備采購流程正逐漸被靈活的模塊化采購取代，小型的定制化服務(wù)將成為提供軍事能力的主流。這要求建立模塊化的建模仿真集合，提供相應(yīng)的接口規(guī)范，以實現(xiàn)模塊化系統(tǒng)中更高性能、更具適應(yīng)性的模型替換落后版本。元宇宙的NFT[44]使用了去中心化技術(shù)，由于非同質(zhì)化特征使每個NFT都是唯一的且不能更改，因此具有了一定的價值屬性和收藏屬性。如果將模塊化服務(wù)內(nèi)容按照NFT管理，則可以激發(fā)建模仿真開發(fā)人員熱情，轉(zhuǎn)向進行模塊化服務(wù)內(nèi)容的開發(fā)，從而促成軍事服務(wù)資產(chǎn)的創(chuàng)新與增加。

(5) 軍事元宇宙建設(shè)改進建模仿真的效果。認為元宇宙的構(gòu)建需要建立在高效計算、低延遲聯(lián)網(wǎng)和分布式記錄(區(qū)塊鏈)的基礎(chǔ)之上。對于建模仿真，高效計算可以加快分析決策速度，允許仿真更復(fù)雜的模型；低延遲組網(wǎng)使得多個用戶可以面向同一模型，從而形成共同理解，協(xié)作改進模型可信度；通過分布式記錄可以實現(xiàn)仿真全程全角度記錄，從可信、可追溯的細節(jié)對建模仿真做出改進。

2.3 軍事元宇宙視角的LVC

軍事建模仿真按照虛實結(jié)合的不同可以劃分為實況(Live)仿真、虛擬(Virtual)仿真、構(gòu)造(Constructive)仿真，可簡單理解為分別對應(yīng)“真實人操作真實系統(tǒng)”“真實人操作虛擬系統(tǒng)”“虛擬人操作虛擬系統(tǒng)”。在模擬中3種類型各有側(cè)重，如實況仿真多用于技戰(zhàn)術(shù)訓練，虛擬仿真用于支持技戰(zhàn)術(shù)流程改進，構(gòu)造仿真適于定義作戰(zhàn)概念或獲取系統(tǒng)頂層需求。

如圖所示，使用軍事元宇宙概念可以對3種分類進行統(tǒng)合并拓展。從軍事元宇宙的視角看，不同虛實程度的仿真對應(yīng)的其實是不同的世界或世界間的交互：實況仿真對應(yīng)完全在現(xiàn)實世界中的模擬；構(gòu)造仿真對應(yīng)完全在虛擬世界中的模擬，真實世界的人可以對虛擬世界進行影響，但僅可以作為新的環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)，虛擬世界系統(tǒng)是自治的，其中的Agents會根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)律進行交互和演變；虛擬仿真對應(yīng)從真實世界向虛擬世界進行的控制，利用各類接口如拓展現(xiàn)實、客戶端、網(wǎng)頁等對虛擬世界中的實體進行操作，可以采用具身交互或上帝視角；LVC劃分并不包括虛擬人對真實系統(tǒng)的操作，而在軍事元宇宙中則可以通過構(gòu)建虛擬世界中AI在現(xiàn)實世界中的“代理”，實現(xiàn)對現(xiàn)實世界的反作用，如將經(jīng)過虛擬場景訓練獲得的作戰(zhàn)算法應(yīng)用于現(xiàn)實，并由虛擬AI控制其在現(xiàn)實中的作戰(zhàn)。

圖 基于軍事元宇宙的LVC劃分與拓展Fig. 4 Division and expansion of LVC based on military Metaversem

將實況仿真、虛擬仿真和構(gòu)造仿真技術(shù)全部或部分綜合使用的技術(shù)被稱作LVC方法，這一方法采用虛實結(jié)合，既能發(fā)揮虛擬系統(tǒng)對功能進行模擬和迭代開發(fā)的能力，也能對接真實設(shè)備以保證全面可靠，具有實戰(zhàn)逼真、保證安全、定制場景、經(jīng)濟節(jié)約等優(yōu)勢，但也在數(shù)據(jù)互識別、時空一致性、邏輯合理性、可擴展性、可組合性等方面提出了挑戰(zhàn)。美軍正著力從L、LVC、VC三個方面開展LVC訓練項目建設(shè)，以實現(xiàn)不同層次能力的均衡發(fā)展。LVC方法是貫通不同層次建模仿真較為有效卻能夠?qū)崿F(xiàn)較高保真度的方法，但結(jié)合圖5可以看出，該方法仍有兩方面的不足，一是隨著抽象程度提高，該方法對更高層次模擬能力的缺失；二是LVC方法通過3種技術(shù)的綜合應(yīng)用僅實現(xiàn)了部分層次間的關(guān)聯(lián)，仍缺乏全局一致的綜合性和可解釋性。文獻[51]認為元宇宙最大的優(yōu)勢即在于其綜合性，實現(xiàn)了虛擬時空構(gòu)建和訪問的統(tǒng)一性和跨時空群體性體驗的協(xié)作性。利用軍事元宇宙擴展LVC方法，則可以在覆蓋LVC高保真建模仿真能力的同時，實現(xiàn)在更抽象層面的一致性和可信性。

圖 模擬分層與LVC方法Fig. 5 Simulation layers and LVC method

雖然沒有使用“元宇宙”的概念，但是想用來彌合兵棋與仿真間差距的“虛擬世界”概念則與其類似。兵棋推演是一種注重雙方策略而更加抽象的仿真，通常采用較簡單刻畫，以降低仿真資源占用、減少認知混亂，這帶來了兵棋推演的靈活性；而越偏向于實操層面對保真度要求越高，這提出了精細化仿真的需要。從軍事元宇宙的視角，可以進行如圖所示的虛擬世界的劃分。為實現(xiàn)可信的、一致的兵棋推演，高保真的LVC仿真并不是必須的，經(jīng)兵棋與仿真專家雙方審查，低層次模擬能滿足需求即可。但在雙方意見不一致時(如戰(zhàn)役結(jié)果存疑、作戰(zhàn)效果未知等)，則需要暫停或減慢高層次模擬，在低層次虛擬世界中進行額外模擬，當分歧仍存在時可以下沉到更低層次。這一思路一方面能夠在指揮決策等抽象建模中減少仿真限制，另一方面也可以用仿真或現(xiàn)實結(jié)果實時校正兵棋推演的數(shù)據(jù)。這要求建立上下層一致的互操作標準，以實現(xiàn)在不同世界間的仿真與遷移。在此基礎(chǔ)上，從任何一個層次進入虛擬世界，均可以進行可信的仿真，可以由下到上不斷校準整個軍事元宇宙的數(shù)據(jù)和模型，也可以通過聚合涌現(xiàn)支持更高層次的效果模擬。

圖 軍事元宇宙虛擬世界劃分Fig. 6 Division of the virtual world by military metaverse

3、軍事元宇宙應(yīng)用需求

提出元宇宙用于軍事的三大優(yōu)勢是：連接不同地點的更多的人、高保真度仿真帶來對現(xiàn)實的新認識以及身臨其境的沉浸感。北約近期提出了軍事元宇宙作戰(zhàn)概念，認為元宇宙技術(shù)的進步，在軍事上可以加強集成、協(xié)調(diào)和共享，相關(guān)數(shù)據(jù)將被視作戰(zhàn)略資產(chǎn)并具有持續(xù)性，從而在各類軍事活動中發(fā)揮潛力，其益處包括：增強軍事準備能力、改進對多域集成的支持、獲得更經(jīng)濟高效的協(xié)作能力、降低地理距離帶來的影響、減低對周邊環(huán)境的影響等。通過各類文獻報告梳理認為，軍事元宇宙“連接性+高保真+沉浸感”的特征可用于滿足改進訓練、改進作戰(zhàn)、改進信息能力等多種需求。

3.1 改進訓練

軍事訓練通過對受訓對象進行知識教育、技能教練等活動使其獲得相應(yīng)軍事能力，加快訓練周期、實現(xiàn)人機協(xié)同訓練、擴展訓練空間，都對軍事元宇宙應(yīng)用于訓練提出了需求。

從訓練方法角度看，課堂式教學正逐步被交互式訓練所逐漸取代，這一轉(zhuǎn)變得益于使用沉浸式UI交互帶來的體驗學習方式，論述了體驗學習方式相較于傳統(tǒng)訓練能快速且顯著地增強士兵能力。分析軍事元宇宙帶給提升訓練效果的影響，認為主要來自4個方面：

(1) 真實復(fù)雜廣闊的戰(zhàn)場環(huán)境。通過元宇宙技術(shù)，可以模擬出各種作戰(zhàn)環(huán)境和情況，包括不同地形、氣候、武器和裝備等；實現(xiàn)由作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)到后勤管理的全流程全環(huán)境模擬，實現(xiàn)各個仿真層(如地形、衛(wèi)星網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人)的全連接，同步不同區(qū)域的訓練。這樣的模擬可以為軍隊提供更多樣的訓練和更深入的思考。

(2) 更低的成本和傷亡風險。通過虛擬仿真技術(shù)，軍隊可以以更低的成本和風險進行聯(lián)合作戰(zhàn)和協(xié)同行動訓練，從而強化備戰(zhàn)能力。元宇宙作戰(zhàn)環(huán)境的持續(xù)保留與重復(fù)使用，可以以極低的成本改造以獲得所需場景，進行多樣化訓練。在元宇宙訓練中可以創(chuàng)建極端的危險的情景，允許受訓人員操作危險設(shè)備，而無須考慮其帶來的人身危險。

(3) 更多更個性化的訓練。由于元宇宙訓練的交互式特點，可以為每個受訓人員提供量身定制的反饋，通過個性化設(shè)計和隨時可用的額外培訓，可以確保對每個受訓人員訓練到位。通過區(qū)塊鏈使能的精準數(shù)據(jù)記錄，可以持續(xù)跟蹤人員不足和改進情況，并幫助受訓人員快速進入其擅長的領(lǐng)域。

(4) 連續(xù)的沉浸感。元宇宙不會重置或暫停，軍事元宇宙將因此可以提供軍事人員全天候的訓練和實驗效果。通過擴展現(xiàn)實可以模擬出持續(xù)的高壓環(huán)境，挑戰(zhàn)受訓人員的心理和生理極限，用作戰(zhàn)、對抗的方式模擬訓練，從而塑造更能適應(yīng)真實戰(zhàn)場的軍隊。

隨著人工智能技術(shù)的進步，受訓對象也可以從人員擴大到智能設(shè)備范疇。數(shù)字孿生不僅可以應(yīng)用于現(xiàn)實人員裝備到虛擬化身的投射，虛擬化身本身在不同世界中也可以有相應(yīng)孿生，乃至于以物理機器人的形式出現(xiàn)在現(xiàn)實中。由于軍事元宇宙中不同世界間的互操作性，同一智能設(shè)備的算法在一個世界中訓練時積累的經(jīng)驗知識是可以應(yīng)用于另一個世界的，在各類極端、新奇、人員協(xié)作等大量不同場景中的訓練將實現(xiàn)智能設(shè)備算法更全面的知識與技能掌握，使得應(yīng)用該算法的現(xiàn)實設(shè)備將具有更高水平的智能。

此外，在一些特殊需求中，使用軍事元宇宙技術(shù)進行訓練也確有必要。文獻指出韓國本國國土狹小、快速城市化導致訓練場地不足，需要借助元宇宙建立科學訓練體系以使得分散的士兵接受系統(tǒng)科學的訓練。在極端環(huán)境如高原、深海、太空或不易開設(shè)演訓場的環(huán)境如城市，可以借助元宇宙概念拓展訓練空間。對于一些難以仿真或仿真成本高昂的場景，軍事元宇宙技術(shù)可能能夠提供更真實完備的仿真以實現(xiàn)更好的訓練。如對于電子戰(zhàn)的仿真，電磁的破壞和復(fù)雜電磁環(huán)境的仿真始終難以逼真。認為通過元宇宙技術(shù)可以構(gòu)建電磁環(huán)境由簡單到復(fù)雜的過渡，實現(xiàn)對電子戰(zhàn)的仿真，在此基礎(chǔ)上允許用戶按照自身能力水平調(diào)整電磁環(huán)境，以實現(xiàn)按需訓練。

3.2 改進作戰(zhàn)

在作戰(zhàn)指揮控制中引入軍事元宇宙具有一定的客觀需求性。從20世紀末起，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)概念一直扮演著指控中的關(guān)鍵角色，其核心在于通過龐大的指揮所、集中的人員和技術(shù)來引接各類情報信息或數(shù)字信號以生成通用作戰(zhàn)圖，用于協(xié)助指揮員做出及時有效的決策。然而作戰(zhàn)日益復(fù)雜、數(shù)據(jù)量過載，繼續(xù)維持這一通用作戰(zhàn)圖變得愈發(fā)艱難，指揮所龐大的體量和頻繁的電磁交互極易被偵察發(fā)現(xiàn)，并成為對手高精度武器的打擊目標。

認為，構(gòu)建合理的軍事元宇宙模型可以解決這一問題。借助軍事元宇宙，通過必要的人員和設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，可以實現(xiàn)指揮所人員設(shè)備物理世界分離而在虛擬世界中聚集的效果；通過軍事元宇宙實現(xiàn)虛擬世界的中心化指控而無需擔心指揮所生存問題，同時通過軍事元宇宙的信息分發(fā)可以支持多點分布式的同步作戰(zhàn)，即實現(xiàn)了指揮控制的物理去中心化和效果中心化。也提出，軍事元宇宙可以使分布在各地的指揮官“面對面”探討決策部署，快速形成集體決策，并進行有效作戰(zhàn)。

軍事元宇宙還為作戰(zhàn)指揮控制提供了仿真推演驗證的能力。以導彈作戰(zhàn)為例論述了軍事元宇宙對推演裝備運用和戰(zhàn)法創(chuàng)新的支撐能力，認為軍事元宇宙可以匯聚不同地域?qū)＜夜餐瑓⑴c同一仿真推演過程，過程中隨時提出問題并實時完善推演要素，從而可以達到更高的保真度和完備性，用于預(yù)測作戰(zhàn)系統(tǒng)或作戰(zhàn)方案在實戰(zhàn)環(huán)境中的各種問題，尋求應(yīng)對措施。

軍事元宇宙另一個被用于改進作戰(zhàn)的方面是其能夠改進和擴展信息收集傳遞的方式。元宇宙的一大優(yōu)勢在于其全連接性，建成軍事元宇宙即相當于建成了一個全連接的信息網(wǎng)絡(luò)。大量的數(shù)據(jù)和信息被融合到軍事元宇宙中，使用者可以更好地了解和協(xié)調(diào)各類信息，這給元宇宙在信息傳遞和情報收集方面提供了更多的可能性。提出了一種戰(zhàn)場元宇宙概念，認為可以作為戰(zhàn)時指揮通信網(wǎng)絡(luò)的備份手段，在指揮通信網(wǎng)絡(luò)遭遇毀癱后，通過元宇宙的通信鏈路維持基本通信。相類似的，也提出在通信受限情況下，通過共享的虛擬環(huán)境可以使部隊上下級、友鄰部隊間的交流保持暢通；此外，他還認為通過軍事元宇宙可以實現(xiàn)部隊之間全新的溝通和協(xié)作方式，在軍事行動過程中收集和分析信息將更加高效，使得指揮官和士兵更好地了解戰(zhàn)場情況。值得注意的是，軍事元宇宙的全連接性本質(zhì)上仍然是通信網(wǎng)絡(luò)，其仍具有易受打擊、帶寬限制、網(wǎng)絡(luò)延遲、數(shù)據(jù)失真等多種問題，而為保持軍事元宇宙的異地實時一致，對基礎(chǔ)通信設(shè)施要求將會更高，這將成為軍事元宇宙構(gòu)建和技術(shù)發(fā)展的一個挑戰(zhàn)。

3.3 改進信息能力

軍事元宇宙對于軍事信息能力的改進主要來自其對數(shù)據(jù)信息資源的統(tǒng)合，并能建立有效共享交流機制。無論美軍或是我軍，由于數(shù)據(jù)信息資源建設(shè)問題本身的復(fù)雜性和起初認識的局限性，都經(jīng)歷了由各軍種各單位分散建設(shè)到尋求統(tǒng)一標準框架以實現(xiàn)逐步集成的過程，目前仍然都存在“煙囪林立”“信息孤島”的情況，這導致數(shù)據(jù)信息資產(chǎn)建設(shè)缺乏統(tǒng)一標準、數(shù)據(jù)信息資源交流不暢、數(shù)據(jù)信息資源質(zhì)量較差等問題。而軍事元宇宙概念可能為這些問題的改進提供較全面的解決方案。

不同數(shù)據(jù)資源池在建立之初使用的技術(shù)標準差異，將導致其互相間無法連接。而軍事元宇宙的全連接性和互操作性要求其內(nèi)在具有數(shù)據(jù)標準的統(tǒng)一性。各種類型的數(shù)據(jù)資源想要接入元宇宙，必須建立在統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準之上，或開發(fā)能夠自動按元宇宙數(shù)據(jù)標準轉(zhuǎn)化的接口。這一工作并非易事，但在設(shè)計之初即優(yōu)先考慮互操作性，則眾多數(shù)據(jù)信息資源與眾多軍事虛擬環(huán)境的連接將可能揭示出一體化軍事虛擬世界的真實價值?；诮y(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準構(gòu)建仿真內(nèi)容也會更加經(jīng)濟快捷，基礎(chǔ)的仿真內(nèi)容可以被重用，避免重復(fù)建設(shè)的同時，增強模型的一致性；在各個細化場景中，只需要對變更部分和關(guān)鍵內(nèi)容進行快速開發(fā)即可。軍事元宇宙技術(shù)的應(yīng)用，也將使不同用戶間的模型更加協(xié)調(diào)一致，這有望促成不同用戶的合作。

數(shù)據(jù)信息資源建設(shè)的統(tǒng)一標準，將在一定程度上緩解數(shù)據(jù)信息孤島的現(xiàn)象，而為了數(shù)據(jù)信息資源的更順暢交流，則可以借助區(qū)塊鏈技術(shù)。數(shù)據(jù)不共享很大程度原因在于數(shù)據(jù)產(chǎn)出方的付出與收獲不對等，數(shù)據(jù)工作多是幕后工作，共享給他人的同時也常被認為將分析和應(yīng)用成果送給他人，因此數(shù)據(jù)產(chǎn)出方多會希望數(shù)據(jù)信息資源自產(chǎn)自用，降低共享意愿，甚至不愿共享資源底數(shù)，導致數(shù)據(jù)資源重復(fù)建設(shè)、數(shù)據(jù)冗余問題嚴重。在軍事元宇宙中對數(shù)據(jù)信息資源進行資產(chǎn)化管理，引接各類數(shù)據(jù)信息資源的同時即采用分布式記賬方式記錄資產(chǎn)歸屬。由于區(qū)塊鏈采取了分布式共識機制、非對稱加密，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的去中心化、可溯源，數(shù)據(jù)產(chǎn)出方將傾向于共享記名數(shù)據(jù)資產(chǎn)以獲得獎勵與影響力，也可以將數(shù)據(jù)資產(chǎn)按照NFT管理，通過合理的市場機制調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)產(chǎn)出與使用的關(guān)系。

數(shù)據(jù)信息資源的統(tǒng)一標準和快速流通本身將在一定程度上緩解數(shù)據(jù)質(zhì)量差的問題。在此基礎(chǔ)上，軍事元宇宙為數(shù)據(jù)質(zhì)量改進提供了2個便捷通道：①數(shù)字孿生帶來的實時修正。軍事元宇宙通過數(shù)字孿生連接了現(xiàn)實系統(tǒng)與虛擬系統(tǒng)，數(shù)字孿生與仿真模型的差異反映的是建模仿真數(shù)據(jù)中可能存在的問題。②建模仿真一致性的修正。數(shù)據(jù)在軍事元宇宙中直接體現(xiàn)在建模仿真和可視化上，在虛擬世界的實體行為與交互中出現(xiàn)的錯誤缺位和反邏輯等均可以反映出數(shù)據(jù)的問題。軍事元宇宙中模型與交互不斷完善的過程，也是底層數(shù)據(jù)質(zhì)量不斷提高的過程。

4、軍事元宇宙應(yīng)用探索

目前來看，無論中美歐，各國家地區(qū)對于軍事元宇宙的構(gòu)建尚處于起步階段[69]，但已經(jīng)引起了商業(yè)公司和科研機構(gòu)的興趣，其基本出發(fā)點是借助軍事元宇宙概念融合擴展現(xiàn)實、人工智能、數(shù)字孿生、游戲引擎等多項技術(shù)，開發(fā)更高效率、更低成本、強化真實感互動感的模擬平臺，尋求在真實復(fù)雜環(huán)境仿真、萬人級異地同步表示等方面有所突破。表3列舉了宣稱已經(jīng)在進行軍事元宇宙探索的幾家公司或機構(gòu)的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品多數(shù)在構(gòu)想或研發(fā)起步階段，僅可以被看作軍事元宇宙的雛形。

表3 軍事元宇宙產(chǎn)品簡介Table 3 Introduction to military metaverse outcomes

這些產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的典型方式是“擴展現(xiàn)實+多點組網(wǎng)+實時同步”?；诟咝У男畔⑼ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)分散用戶的快速無延遲同步連接，用戶通過客戶端設(shè)備即可接入元宇宙網(wǎng)絡(luò)，同時設(shè)備的拓展現(xiàn)實設(shè)定為用戶提供沉浸式參與感，實現(xiàn)現(xiàn)實世界中分離的用戶在同一虛擬空間中共同模擬軍事訓練或作戰(zhàn)演練。

這些產(chǎn)品中完成度較高的是Red 6公司的產(chǎn)品ATARS和CARBON。Red 6是美國先進的AR空戰(zhàn)訓練服務(wù)提供商，能夠提供動態(tài)戶外寬視野、全彩、可演示的AR服務(wù)。其產(chǎn)品ATARS全稱“機載戰(zhàn)術(shù)增強現(xiàn)實系統(tǒng)”，為頭戴式設(shè)備，設(shè)備的AR投影具有動態(tài)性，將在不同的位置或時間觸發(fā)不同的內(nèi)容；真實的飛行員駕駛真實的飛機，與AR合成的對手進行交戰(zhàn)，這使得美軍無需擁有對手實體飛機即可達到對抗訓練的目的。

ATARS本身僅是一款A(yù)R訓練設(shè)備，需要與Red 6公司的另一款產(chǎn)品CARBON結(jié)合來完成多人訓練。CARBON全稱“聯(lián)合增強現(xiàn)實戰(zhàn)場作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)”，其功能是將戶外或在空的多架實體飛機連接到同一AR環(huán)境中，實現(xiàn)多機在虛擬環(huán)境中的信息通信、作戰(zhàn)態(tài)勢共有，并能夠開展多機協(xié)同作戰(zhàn)演練，這可以看作是一個軍事訓練元宇宙的初步形態(tài)。這一突破帶來了2個好處：①相較于美軍紅隊傳統(tǒng)上利用落后版本美軍飛機作為假想敵，AR投影敵機可以實現(xiàn)對手從外形到性能的全定制化，按需定制包括對手最先進戰(zhàn)機的一系列具體想定，增強飛行員作戰(zhàn)真實感和沉浸感；②無需使用實體對抗飛機，將降低訓練實施成本，同時降低了飛行員在對抗中因誤操作帶來的傷亡風險。

另一個典型案例是美國陸軍的合成訓練環(huán)境(synthetic training environment, STE)。這一項目起源于2016年，當時并未采用“元宇宙”的叫法，其構(gòu)設(shè)的目標是刻畫多域環(huán)境的復(fù)雜性，為士兵創(chuàng)立具有沉浸感和挑戰(zhàn)性的戰(zhàn)場，實現(xiàn)訓練能力和作戰(zhàn)能力的結(jié)合；融合游戲、云計算、AI、VR和AR等多種技術(shù)，實現(xiàn)陸軍士兵在實戰(zhàn)中殺傷能力的快速提升。

這一項目包括三個部分：“同一世界地形”(one world terrain, OWT)提供3D地形數(shù)據(jù)集；訓練仿真軟件作為訓練引擎；訓練仿真管理工具進行有效的訓練設(shè)置。其中最突出的是OWT，這是一個正在建設(shè)的真實、通用、可訪問和自動化的3D地形數(shù)據(jù)集，可用于戰(zhàn)場上的模擬訓練、任務(wù)演練。在OWT中，美軍摒棄了“煙囪式”解決方案，將過往57種地形格式數(shù)據(jù)歸并為一種，可以為多種系統(tǒng)使用，建立了一次構(gòu)建重復(fù)使用的模式。值得注意的是，在2021年的匯聚工程演練(PC2021)中，自動駕駛汽車使用了OWT來協(xié)助導航和定位試驗場的機器人系統(tǒng)，這可以看作是前文中提到的虛擬世界AI借助物理機器人操作真實世界事物的一個案例。

美國陸軍將訓練仿真的建設(shè)重點放在地形上，是出于初級戰(zhàn)術(shù)演練模擬中對快速精確生成作戰(zhàn)環(huán)境能力的需求，OWT可以為班排連訓練提供逼真的偵察、機動、掩護和射擊效果。OWT的未來建設(shè)目標是建立高保真數(shù)字孿生地球，為受訓人員在世界任何地方的訓練創(chuàng)建高保真仿真，通過擴展現(xiàn)實和數(shù)字孿生的結(jié)合，實現(xiàn)精準訓練向虛擬世界平移。

5、結(jié)束語

本文梳理了目前尚不統(tǒng)一的元宇宙定義，從3個不同脈絡(luò)論述了元宇宙的概念發(fā)展；論述了軍事元宇宙的建模仿真本質(zhì)，從拓展建模仿真技術(shù)和提升LVC仿真能力兩方面論述了構(gòu)建軍事元宇宙的必要性；從訓練、作戰(zhàn)、數(shù)據(jù)信息資源管理的實際需要出發(fā)，討論了軍事元宇宙帶來的改進；整理了宣稱正在進行軍事元宇宙開發(fā)的熱門產(chǎn)品并進行了有重點的分析。

總體來看，在過去兩年中，元宇宙經(jīng)歷了追捧熱炒，也遭遇過質(zhì)疑冷遇；元宇宙的概念興起于新的科技革新的催化之中，同時也可能作為核心概念牽引未來社會形態(tài)或戰(zhàn)爭形態(tài)的演變。馬修·鮑爾認為，技術(shù)經(jīng)常會帶來意想不到的驚喜，但規(guī)模最大、最讓人驚嘆的發(fā)展往往是人們在幾十年前就預(yù)料到的。對于方興未艾的元宇宙及其軍事應(yīng)用，應(yīng)保持開放、積極的態(tài)度。雖然元宇宙概念處在起步階段，存在技術(shù)成熟度低、脫實向虛、缺乏治理等問題[77]，其未來發(fā)展仍不可限量。目前軍事元宇宙的建立也處在構(gòu)想和研發(fā)初期，結(jié)合本文論述的必要性和需求，可以預(yù)見，隨著支撐技術(shù)發(fā)展和潛在應(yīng)用場景開發(fā)，軍事元宇宙在未來軍事建設(shè)和戰(zhàn)爭準備中可能扮演更重要的角色。

審核編輯：湯梓紅