宋衛(wèi)東, 馬 寧, 孟慶良, 潘 越, 李云鑫

(上海無線電設(shè)備研究所,上海 201109)

0 引言

元宇宙(metaverse)概念起源于科幻小說《雪崩》,metaverse由meta和verse兩個單詞組成,meta表示超越,verse代表宇宙,合起來即為“超越宇宙”,即人通過設(shè)備能夠以虛擬分身的方式進(jìn)入由計算機(jī)模擬、與真實世界平行的虛擬世界。

清華大學(xué)沈陽教授給出了元宇宙的基本定義和特征:“元宇宙是整合多種新技術(shù)產(chǎn)生的下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和社會形態(tài),它基于擴(kuò)展現(xiàn)實和數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)時空拓展,基于人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)人機(jī)虛實共生,基于web3.0及其區(qū)塊鏈等技術(shù)實現(xiàn)身份認(rèn)證確權(quán),并將虛擬世界和現(xiàn)實世界的社交系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)密切融合,使得每個用戶可以對內(nèi)容進(jìn)行生產(chǎn)或更改,對資產(chǎn)實現(xiàn)所有和增值?！盵1]

元宇宙是繼計算機(jī)時代、移動互聯(lián)網(wǎng)時代之后的全息平臺時代,是下一代的移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),在游戲、社交、教育等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

隨著元宇宙概念的發(fā)展,元宇宙在國防軍事領(lǐng)域的應(yīng)用也開始受到關(guān)注。

1 元宇宙技術(shù)特征

Roblox公司在招股書中列出了平臺應(yīng)具有的通向元宇宙的8個關(guān)鍵特征:身份(identity)、朋友 (friends)、沉浸感 (immersive)、隨地(anywhere)、多樣性 (variety)、低延遲 (low friction)、經(jīng)濟(jì)(economy)、文明(civility)。該8個特征成為元宇宙特征已形成共識。

元宇宙將是集科技大成者,支撐元宇宙的6大技術(shù)支柱“BIGANT”包括:區(qū)塊鏈技術(shù)(block chain)、交互技術(shù)(interactivity)、電子游戲技術(shù)(game)、人工智能技術(shù)(AI)、網(wǎng)絡(luò)及運算技術(shù)(network)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(internet of things)[2]。

元宇宙由多種技術(shù)綜合而成,依托于電子信息行業(yè)各類技術(shù)的集成式應(yīng)用,尚處于初級發(fā)展階段。

2 元宇宙發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 元宇宙科技產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀

2021年被認(rèn)為是元宇宙元年,Roblox、Facebook、微軟、Snapchat等科技企業(yè)紛紛布局元宇宙。

國內(nèi)緊跟元宇宙熱潮,產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界積極布局研究元宇宙,一些地方政府已將元宇宙列入地方規(guī)劃。騰訊、字節(jié)跳動等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)紛紛布局投資元宇宙產(chǎn)業(yè)?！渡虾Ｊ须娮有畔⒅圃鞓I(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》中前瞻部署了第三代半導(dǎo)體、6G通信和元宇宙等領(lǐng)域。清華等高校發(fā)布了《元宇宙發(fā)展研究報告2.0版》。

2.2 元宇宙軍工領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀

元宇宙在科技產(chǎn)業(yè)界發(fā)端,逐漸蔓延至軍工領(lǐng)域。

在國外軍工領(lǐng)域,微軟公司獲得了美陸軍218.8億美元合同,生產(chǎn)12萬套Holo Lens混合現(xiàn)實頭戴式顯示設(shè)備;美國國防高級研究計劃局(DARPA)開展了“面向目標(biāo)支持的自主多模態(tài)吸收”項目研究,通過人工智能和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)為美軍機(jī)械工程師和醫(yī)護(hù)人員實時生成軍事培訓(xùn)指導(dǎo)材料。2019年開始,基于元宇宙技術(shù)研制的DEIMOS軍事訓(xùn)練系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于韓國武裝部隊[3]。

在國內(nèi)軍工領(lǐng)域,2021年12月14日,航天科工二院北京電子工程總體所發(fā)布“虛擬孿生-元宇宙協(xié)同建模仿真方法研究”公告。公告指出需針對元宇宙、虛擬孿生等新型虛擬環(huán)境交互理念對作戰(zhàn)訓(xùn)練帶來的新理念新啟示,開展支撐虛擬孿生復(fù)雜性/動態(tài)性的元宇宙體系描述方法、物理引擎等技術(shù)預(yù)研。2021年12月29日,《指揮與控制學(xué)報》發(fā)布“元宇宙軍事運用潛力探索”?？魑耐ㄖ?。元宇宙在軍工領(lǐng)域已經(jīng)開始受到相關(guān)軍工單位的關(guān)注。

綜上,當(dāng)前我國在元宇宙領(lǐng)域也已開始布局,但主要是地方規(guī)劃和科技產(chǎn)業(yè)界投資,元宇宙在國防軍事領(lǐng)域剛剛進(jìn)入各方視野。

3 元宇宙衍生出的軍事元宇宙

軍事元宇宙是元宇宙的一種特殊類型,即在軍事領(lǐng)域建立的元宇宙,表示元宇宙在軍事領(lǐng)域應(yīng)用的概念。元宇宙的出現(xiàn)將給軍事應(yīng)用帶來一系列創(chuàng)新。

第一,元宇宙可以構(gòu)建統(tǒng)一的虛擬時空訪問架構(gòu)?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議規(guī)范了互聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一訪問形式,元宇宙將在此基礎(chǔ)上,統(tǒng)一規(guī)范虛擬時空(元宇宙)訪問協(xié)議和體系架構(gòu),使人們能夠自由訪問和共享整個元宇宙世界[4]。軍事元宇宙的設(shè)施部署將因此變得簡便,不同的仿真模擬系統(tǒng)將統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)接口,采用統(tǒng)一元宇宙架構(gòu)下的基礎(chǔ)設(shè)施,而且可以隨時隨地接入,空間互聯(lián)共享,并迭代更新。

第二,元宇宙可以實現(xiàn)跨時空交流、群體性協(xié)作。元宇宙將過去各自獨立運行的虛擬設(shè)施建立起協(xié)作關(guān)系,通過人機(jī)接口,實現(xiàn)與不同空間中的人、物、環(huán)境自由交互,建立起跨時空的關(guān)系。在軍事元宇宙中,虛、實不同空間的部隊可以協(xié)同作戰(zhàn),在現(xiàn)實戰(zhàn)場上消滅敵人,在虛擬時空中影響社會。由于元宇宙“不同空間”和“面對面”等特點,不同時空人員間的協(xié)作,將完全不同于過去的遠(yuǎn)程交互方式[5]。

第三,元宇宙可以促進(jìn)軍事資產(chǎn)增長、激發(fā)軍事人員和科研人員的創(chuàng)新能力。過去,軍事活動屬于純消耗領(lǐng)域,很難通過市場變現(xiàn)去創(chuàng)造價值,也無法鼓勵人們共享創(chuàng)新成果。訓(xùn)練數(shù)據(jù)、分析算法、模擬程序等都屬于各家單位的知識產(chǎn)權(quán)和技術(shù)秘密,難以共享。元宇宙基于Web3.0和區(qū)塊鏈技術(shù)建立的確權(quán)架構(gòu),和更合理的安全保密體系,有望改變當(dāng)前不能共享知識產(chǎn)權(quán)的局面[6]。在軍事元宇宙中,當(dāng)他人應(yīng)用你創(chuàng)造的資產(chǎn)時,也會為你提供價值,這將大大激發(fā)大家創(chuàng)造的熱情和活力,從而帶來軍事資產(chǎn)的不斷增長。比如軍事訓(xùn)練,可以由各部隊或個人給出創(chuàng)意和獨立建造,并在軍事元宇宙中被統(tǒng)一起來,供各軍兵種部隊獨立或者聯(lián)合使用。軍事元宇宙中各種創(chuàng)意發(fā)明者和建造者則可以在后續(xù)他人的使用中不斷獲益,成為激發(fā)他們進(jìn)一步創(chuàng)造的動力。

綜上,元宇宙的特性非常適配軍事領(lǐng)域,在軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。元宇宙是一種虛實結(jié)合的技術(shù),采用大量仿真技術(shù)構(gòu)建映射真實世界的虛擬世界,契合軍事仿真應(yīng)用。

4 元宇宙軍事仿真應(yīng)用探索

4.1 導(dǎo)彈武器裝備試驗方面

在導(dǎo)彈武器裝備試驗方面,軍事元宇宙技術(shù)能提供實戰(zhàn)化背景或大規(guī)模試驗場景,將虛實裝備納入一個對等的環(huán)境中共同運行,并全面掌握裝備的各種狀態(tài)和參數(shù)的變化情況。

基于元宇宙此特征,可以將元宇宙技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)引頭半實物仿真試驗。在設(shè)計論證階段,可將導(dǎo)引頭數(shù)字模型接入到軍事元宇宙中,驗證其在實戰(zhàn)化場景中的表現(xiàn),輔助設(shè)計師發(fā)現(xiàn)問題,改進(jìn)設(shè)計。在導(dǎo)彈武器裝備性能驗證階段,可將導(dǎo)引頭實物接入到軍事元宇宙中,驗證導(dǎo)引頭性能。在導(dǎo)彈武器系統(tǒng)體系作戰(zhàn)效能驗證階段,可將導(dǎo)引頭和整個導(dǎo)彈武器系統(tǒng)統(tǒng)一接入軍事元宇宙中,其中每個分系統(tǒng)可以是數(shù)字模型,也可以是實物,通過虛實結(jié)合的方式,將不同分系統(tǒng)結(jié)合到一起,在軍事元宇宙構(gòu)建的實戰(zhàn)化環(huán)境中進(jìn)行體系作戰(zhàn)性能驗證。

在導(dǎo)彈武器裝備試驗驗證方面,軍事元宇宙能夠有效降低試驗成本,減少氣候環(huán)境等因素對試驗的制約,實現(xiàn)原先難以完成的復(fù)雜試驗以及大規(guī)模作戰(zhàn)體系的構(gòu)建等。在導(dǎo)彈武器裝備數(shù)字仿真方面,軍事元宇宙帶來的數(shù)字虛擬世界的無限發(fā)展,同樣也是仿真專業(yè)的未來潛力之一。其未來持久化、去中心化、與現(xiàn)實相連的三大發(fā)展內(nèi)核與仿真技術(shù)融合共生。

4.2 導(dǎo)彈作戰(zhàn)推演驗證方面

軍事元宇宙能為新型裝備運用和戰(zhàn)法創(chuàng)新等作戰(zhàn)推演提供驗證平臺。軍事元宇宙可以協(xié)調(diào)各地專家資源,集中調(diào)用不同地區(qū)、不同單位的仿真算力,利用虛擬人工智能扮演各方作戰(zhàn)力量,進(jìn)行不間斷的推演計算,得出海量數(shù)據(jù)樣本,并通過人工智能學(xué)習(xí)分析大量數(shù)據(jù)樣本。在推演過程中,不同地域的專家和研究人員可以共同交流協(xié)作,實時完善推演要素,以確保推演成果經(jīng)得起實戰(zhàn)檢驗。

基于元宇宙此特征,可以將元宇宙技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)推演?；谲娛略钪鎸崿F(xiàn)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)推演,可以預(yù)測導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在實戰(zhàn)環(huán)境中面臨的各種問題,破解敵方采取的反制策略。比如,在元宇宙中推演導(dǎo)彈面臨的戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境、敵方目標(biāo)采取的干擾策略,將這些因素在導(dǎo)彈設(shè)計階段考慮進(jìn)來,設(shè)計抗干擾手段,并進(jìn)行推演驗證。元宇宙作戰(zhàn)推演示意如圖1所示。在元宇宙中還可推演導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在實戰(zhàn)環(huán)境下的作戰(zhàn)過程,輔助部隊鑒定驗收導(dǎo)彈武器裝備,對武器作戰(zhàn)能力做到心中有數(shù),輔助制定作戰(zhàn)計劃,預(yù)測戰(zhàn)役結(jié)果。

圖1 元宇宙作戰(zhàn)推演示意圖

4.3 軍工科研生產(chǎn)方面

元宇宙技術(shù)的應(yīng)用將會改善復(fù)雜產(chǎn)品研制生產(chǎn)模式,優(yōu)化科研生產(chǎn)流程。隨著數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展以及5G移動通信連接性的增強(qiáng),在元宇宙中,可以形象地展示驗證大型工程機(jī)械的原理、復(fù)雜精密零件的工藝流程,還原現(xiàn)實車間的生產(chǎn)環(huán)節(jié),幫助科研生產(chǎn)人員及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

基于元宇宙此特征,可將元宇宙技術(shù)應(yīng)用于軍工科研生產(chǎn)中。在產(chǎn)品科研生產(chǎn)方面,元宇宙可提前呈現(xiàn)新成果的科研設(shè)計、制造裝配和后期維護(hù)的圖景,加快產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程、特點發(fā)現(xiàn)和優(yōu)勢路徑升級。軍事元宇宙還能提供零物理風(fēng)險的真實研發(fā)環(huán)境,減少不可行的研發(fā)生產(chǎn)項目,避免產(chǎn)生高昂的費用,加強(qiáng)裝備服務(wù)和安全保障的競爭能力,提升國防工業(yè)現(xiàn)代化高質(zhì)量發(fā)展效益,從而有力推動國防工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型[7]。

4.4 軍事訓(xùn)練方面

元宇宙集成了大量的仿真技術(shù),基于仿真技術(shù)已實現(xiàn)了不同場景、不同專業(yè)、不同層級的軍事訓(xùn)練,如裝備使用、體系對抗訓(xùn)練等。在軍事元宇宙中,不同用戶可以共享高度定制化的軍事訓(xùn)練場景,契合了軍事訓(xùn)練對多人、多單元、多平臺協(xié)同以及快速定制作戰(zhàn)想定的要求。軍事元宇宙提供了新一代人機(jī)交互方式,為實戰(zhàn)化演訓(xùn)提供了新手段。軍事元宇宙系統(tǒng)與士兵交互迭代,通過人工智能大量復(fù)盤模擬,不斷完善策略,有利于提升士兵和指揮官的作戰(zhàn)應(yīng)變能力和實戰(zhàn)效果[8]。元宇宙軍事訓(xùn)練示意如圖2所示。

圖2 元宇宙軍事訓(xùn)練示意圖

基于元宇宙此特征,可將元宇宙應(yīng)用于導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的軍事訓(xùn)練中。對作戰(zhàn)部隊而言,導(dǎo)彈打靶或軍事演習(xí)耗資巨大,且容易被偵察,難以做到嚴(yán)格保密。通過軍事元宇宙,可以將導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的軍事訓(xùn)練轉(zhuǎn)移到虛擬世界,通過虛實結(jié)合的方式,模擬真實戰(zhàn)場,對導(dǎo)彈武器系統(tǒng)操作人員進(jìn)行軍事訓(xùn)練,磨練操作人員與武器系統(tǒng)的融合度,達(dá)到更好的訓(xùn)練效果[9]。

4.5 作戰(zhàn)指揮方面

在作戰(zhàn)指揮過程中,敵我雙方的兵力布置,作戰(zhàn)區(qū)域的地形地貌、電磁環(huán)境等特征,都可以在元宇宙中充分構(gòu)建,并根據(jù)情報進(jìn)行實時更新。分布在各地不同兵種的指揮官,可以從“上帝視角”觀察戰(zhàn)場態(tài)勢,“面對面”共同探討決策部署,開展指揮和控制。最終多個指揮官可以快速形成跨軍種的集體決策,進(jìn)行有效作戰(zhàn)。軍事元宇宙能夠輔助軍事指揮官掌握全面、真實、及時、直觀的作戰(zhàn)態(tài)勢,為指揮官做出有效決策提供依據(jù)。元宇宙作戰(zhàn)指揮示意如圖3所示。

圖3 元宇宙作戰(zhàn)指揮示意圖

5 發(fā)展建議

5.1 頂層布局元宇宙軍事應(yīng)用發(fā)展

在管理層面,建議國防科工局等國家相關(guān)部門頂層布局,引導(dǎo)軍工科研院所關(guān)注元宇宙發(fā)展動向及技術(shù)趨勢,探索構(gòu)建多方認(rèn)同的發(fā)展機(jī)制,試點發(fā)展元宇宙。國防科技工業(yè)的相對獨立性和軍工產(chǎn)品的特殊屬性提供了元宇宙特殊應(yīng)用場景。在技術(shù)層面,建議頂層布局半導(dǎo)體芯片、算法引擎、網(wǎng)絡(luò)通信、視頻編解碼等基礎(chǔ)軟硬件技術(shù)研究,強(qiáng)化增強(qiáng)現(xiàn)實、人工智能、區(qū)塊鏈等核心技術(shù)的研發(fā)能力,布局6G通信、腦科學(xué)、數(shù)字孿生等前瞻領(lǐng)域[10]。

5.2 關(guān)注元宇宙民用技術(shù)的軍用轉(zhuǎn)化

當(dāng)前,元宇宙技術(shù)在民用領(lǐng)域快速發(fā)展,我國在元宇宙民用領(lǐng)域投資力度較大。因此,元宇宙軍事應(yīng)用可以搭乘元宇宙民用技術(shù)發(fā)展的順風(fēng)車。建議軍工單位積極關(guān)注元宇宙民用技術(shù)發(fā)展,探索嘗試將元宇宙民用技術(shù)轉(zhuǎn)化到軍事應(yīng)用場景中。發(fā)展元宇宙實戰(zhàn)化的研發(fā)能力和虛擬數(shù)字場,試點軍事元宇宙場景設(shè)計和典型技術(shù)在武器裝備領(lǐng)域的應(yīng)用,促進(jìn)傳統(tǒng)行業(yè)與新興技術(shù)的有機(jī)融合,推進(jìn)元宇宙產(chǎn)品研發(fā)和生態(tài)建設(shè)。

5.3 警惕軍事元宇宙發(fā)展帶來的安全隱患

元宇宙集成了多種信息技術(shù),因而存在更加多元的內(nèi)生安全隱患。軍事元宇宙面臨網(wǎng)絡(luò)攻擊、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施故障、信息泄漏等風(fēng)險。在催生新崗位、推動企業(yè)技術(shù)變革發(fā)展的同時,帶來了就業(yè)替代和管理結(jié)構(gòu)的變化,對傳統(tǒng)行業(yè)造成了一定沖擊。軍工數(shù)字產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型面臨競爭形勢,一些數(shù)字化轉(zhuǎn)型不成功的企業(yè)面臨淘汰風(fēng)險。此外,與以往的數(shù)字技術(shù)生態(tài)類似,軍事元宇宙在各國的發(fā)展和國防軍事應(yīng)用將呈現(xiàn)不均衡狀態(tài),有些國家現(xiàn)有技術(shù)水平、用戶群體、供應(yīng)鏈環(huán)境會更適應(yīng)元宇宙發(fā)展。我國在數(shù)字化方面具有一定優(yōu)勢,但在部分硬件和軟件研發(fā)方面落后,如不積極發(fā)展,可能面臨歧視性的準(zhǔn)入門檻,導(dǎo)致對他國技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的依賴。

6 結(jié)論

基于元宇宙的特征,元宇宙在軍事仿真領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。未來,元宇宙技術(shù)可能在導(dǎo)彈武器裝備試驗、作戰(zhàn)推演、科研生產(chǎn)、軍事訓(xùn)練、作戰(zhàn)指揮等領(lǐng)域帶來重大變革,改變原有的運行方式,提升各類軍事活動的綜合效益,有效激發(fā)軍事人員和科研人員的創(chuàng)新能力,有力推動我國防工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。在國防軍事領(lǐng)域應(yīng)高度重視元宇宙相關(guān)概念演進(jìn)及其帶來的潛在影響。

建議我國科技工業(yè)管理部門重視頂層布局元宇宙軍事應(yīng)用發(fā)展,關(guān)注元宇宙民用技術(shù)軍用轉(zhuǎn)化,警惕軍事元宇宙發(fā)展可能帶來的安全隱患。

地球資源是有限的,人類未來發(fā)展可能存在兩大方向:一是探索廣闊的星辰大海,二是進(jìn)入消耗很少的虛擬世界。元宇宙將不可避免地成為第二個方向的必爭之地。在發(fā)展星辰大海的同時,也應(yīng)關(guān)注虛實結(jié)合的元宇宙的發(fā)展。