变革军事训练：美国陆军的综合训练环境(STE)

在不断变化的现代战争中，适应、制定战略和有效执行任务的能力至关重要。为了应对 21 世纪战场的挑战，美国陆军正在通过合成训练环境 (STE) 计划采用尖端技术。旨在彻底改变军事训练的 STE 为士兵提供了逼真、身临其境的模拟环境，以进行前所未有的多梯队、多域战斗和任务式指挥训练。

迎接现代战争的挑战：

现代战场的特点是复杂性，威胁来自不同领域的各种国家和非国家行为体。为了应对这些挑战，美国陆军认识到需要一个从单兵到集体单位的全面培训组合。STE 是这种培训模式的基石，为磨练技能和掌握关键任务提供了一个多功能平台。

在当今快速发展的全球形势下，军事准备比以往任何时候都更加重要。随着复杂威胁的增加和动态作战环境的变化，美国国防部（DoD）面临着让部队为执行各种任务做好准备的挑战。合成训练环境 (STE) 是一项开创性的计划，旨在彻底改变军事训练并提高战备状态。

创新：

随着技术的不断飞速发展，仅靠传统的训练方法已不足以让士兵做好应对复杂的现代战争的准备。认识到创新的必要性，美国陆军已开始了 STE 的变革之旅，利用模拟和虚拟现实的力量来创建反映真实世界场景的动态训练环境。

长期以来，传统的训练方法，如多路综合激光交战系统（MILES），一直用于支持部队对部队的训练。然而，这些系统有其局限性，尤其是在模拟真实作战场景方面。

MILES 无法复制弹药的弹道轨迹，无法模拟弹药的撞击效果，也无法使用火炮或迫击炮等间接火力攻击目标。因此，在实兵对抗训练中，轻步兵排配属的小武器和弹药只有一半能准确地表现出来。旅战斗队 40% 的武器效果也是如此。位于得克萨斯州阿灵顿的 L-3 哈里斯技术公司军事训练部门总裁 Lenny Genna 说：处理可部署系统已经有一段时间了，但随着计算能力的提高和新的 COTS 技术的出现，可以以更小的占地面积和更低的成本提供高保真软件。这项技术提供了做很多事情的能力，但在某些情况下，你想要的触感还没有完全实现。

STE 的目标是利用先进的仿真技术创造身临其境的训练环境，准确再现现代战争的复杂性，从而克服这些不足。通过整合现场、虚拟、建构和游戏元素，STE 提供了一种全面的军事训练方法。

逼真的模拟：

STE是一个能将现场、虚拟、建设性和游戏模拟完美融合的培训环境。它创建了一个单一、互联的系统，从班到旅的各级士兵都能在最适合特定场景的领域进行训练。

STE 的核心在于它能够高度逼真地模拟从城市环境到崎岖地形等各种作战环境。通过先进的图形、人工智能和基于场景的训练演习，士兵们可以沉浸在栩栩如生的场景中，这些场景与他们在战场上可能面临的挑战非常相似。这种逼真度使士兵能够磨练决策技能、练习任务指挥和精确执行战术。

Reddick说：“随着技术的进步，我们注意到逼真度和交互形式在不断提高，用户可以体验到与现实生活中几乎完全相同的训练，而且还可以停止、暂停和重置训练体验，VR和AR可以不断模拟和重置，用户群几乎不受限制，而且成本低廉，这正是私营和公共部门对VR和AR的需求所在。”他补充说：“能够与培训工作流程进行从头到尾的互动，并能为下一个用户即时重置该工作流程，或让一群人同时进行体验并跟踪他们的所有结果，这就是计算机培训的价值所在。可以模拟任何军事体验，利用分析技术和独特的眼动跟踪技术，甚至可以确定体验对用户的心理和生理产生了怎样的影响。”

STE 的关键部件：

STE 的核心是军事训练模式的转变，它提供了一个单一、互联的系统，支持所有指挥级别的训练。无论是单个士兵还是整个陆军勤务部件司令部（ASCC），STE 都为开展逼真的训练演习提供了一个共同的合成环境。通过结合实战、虚拟、建构和游戏元素，STE 使士兵能够参与多梯队、多领域的行动，从而通过重复和练习提高熟练程度。

STE 由几个关键部件组成，每个部件都根据特定的训练需求量身定制。通用合成环境（CSE）是 STE 的基础，可提供全面的训练和任务演练能力。其他部件包括可重构虚拟集体训练器（RVCT）和士兵/分队虚拟训练器，可为各级士兵提供身临其境的训练体验。

• 通用合成环境（CSE）： 这一统一的模拟环境提供了逼真的战场数字再现，使士兵可以跨梯队进行集体训练。
• 统一世界地形（OWT）： 想象一下整个地球的 3D 复制品！OWT 可让士兵在反映真实世界位置的虚拟环境中进行训练。
• 可重构虚拟集体训练器（RVCT）： 这种移动系统能让士兵和飞行员在虚拟空间中共同训练。
• 班组沉浸式虚拟训练器（SiVT）： 利用混合现实技术，SiVT 可让小队使用他们的有机武器集体演练战斗演习。
• 虚拟训练界面： 这些界面从基本的键盘鼠标设置到完全沉浸式虚拟现实体验，可满足不同的训练需求。

全球地形功能包括：

• 包含所有地形的数字化全球地形，包括地球上所有建筑物/结构（包括内部和地下特征）的完整二维、三维和参数信息。
• 在全球范围内提供士兵级别的地形保真度。
• 无边界训练，可将实体训练区域无缝集成到虚拟和建构训练领域的全球规模环绕演习中。
• 重复使用和整合各种数据源，从重复使用现有的模拟训练地形，如合成环境-核心（SE-CORE）主站数据库；到导入陆军标准可共享地理空间基金会（SSGF）、使用开放源码数据，再到收集和处理有机地形收集数据，如无人机拍摄的摄影测量数据。
• 能够将基于网格的三维地形输出到基于矢量和光栅的二维地形系统。全球地形能力概念通过地球的地理参考椭球表示法提供了整个三维世界的地理表示。数据保真度的目标是提供亚厘米级的地形分辨率和精度，以支持在 “公平战斗 ”环境中进行全面的实时合成实体交互。OWT 需要根据权威数据提供从地理典型到地理特定的最佳可用地形表示，同时利用程序地形生成和传感器融合方面的创新方法，不断提高可用全球地形的质量。

STE 的应用范围不仅限于让士兵做好战斗准备。它可用于：

• 任务式指挥培训： 领导者可以在逼真的模拟场景中磨练自己的决策技能，确保他们做好在任何情况下有效领导的准备。
• 熟悉装备：士兵在部署到战场之前，可以在安全的虚拟环境中学习操作新的武器系统和装备。
• 互操作性训练： STE 可促进与盟军的联合训练演习，确保不同军队之间的无缝协作。

作为美陆军未来司令部现代化战略的一部分，STE CFT 在加速开发和部署尖端训练能力以加强军事准备方面发挥着关键作用。

虚拟沉浸式用户界面和硬件

与半沉浸式系统相比，虚拟沉浸式训练器将为受训者寻求更高水平的 “外形、适合度和功能”。这些进入 CSE 的界面将取代陆军库存中的沉浸式联合武器战术训练器（CATT）。然而，与当前 CATT 训练器的巨大开销不同，STE 将需要低开销、可重新配置和可运输的训练器，以方便随时随地进行训练。为实现这一目标，STE 需要使用创新的混合现实和自然用户界面技术来提供以下功能：

• 以软件为中心的实施
• 利用快速发展的商业混合现实技术
• 低维护和并发成本
• 可扩展的界面，支持在 PoN 进行培训而不中断
• 通过软件而非硬件变化实现快速并发更新
• 支持受训人员暂缓相信的沉浸式集体培训体验
• 准确的视觉和触觉系统表现（如传感器、武器、生存能力、通信），防止负面训练转移或习惯养成
• 自然视野
• 支持地面和空中模拟的战术训练器的范围

地面： 这种可重新配置和运输的训练器可使地面平台机组人员/团队到营级特遣部队与 CSE 以及所有 WfF 的 MCIS 接口和平台的数字表示进行交互。身临其境的训练器具有运动跟踪功能，可为人员提供高保真物理平台控制。界面将刺激视觉、听觉和触觉模式。视觉为士兵提供一个自然的视野，使士兵能够从第一人称视角看到 CSE；声音使士兵能够听到并向 CSE 提供语音输入；触觉使士兵能够使用对系统、子系统、部件和任务指挥信息系统界面的物理和触觉控制与 CSE 进行交互。

地面沉浸式训练的主要考虑因素包括

• 车辆指挥官： 武器系统控制和传感器控制。
• 驾驶员能力： 驾驶员能力： 操纵车辆、换挡（如前进、后退）、加速、制动和控制/查看仪表盘。 车辆，以及控制/查看仪表盘。
• 炮手（战车）： 武器系统控制和传感器控制。
• 装载机： 装填手潜望镜、装填主武器系统、装填手武器系统、无线电。
• 炮手/空中警卫（轮式车辆）： 握枪、瞄准、射击和重新装填武器。

空中： 这种可重新配置和运输的训练器可使航空机组人员/团队通过营级特遣部队与 CSE 以及所有 WfF 的 MCIS 界面和平台的数字表示进行互动。沉浸式训练器具有运动跟踪功能，可为飞行员、副驾驶员和非等级机组人员选择高保真物理平台控制。该界面将刺激视觉、听觉和触觉模式。准确呈现机组人员的感官输入和反馈至关重要。在航空平台上，机组人员出错的危险相对增加，因此有必要在航空沉浸式训练器中实现更高的逼真度。

飞行、武器控制和非机组人员控制必须提供与飞机的数字操作飞行程序（OFP）功能相对应的高度准确的触觉控制和开关选项，并与机组人员的站立或坐姿相对应（例如，集体总是在左侧，循环在两腿之间），以防止负面的训练和习惯转移。

飞行员/副驾驶员功能包括双重飞行控制，使飞行员或副驾驶员/枪手能够安全地驾驶飞机（循环、集合、踏板）。它还包括独特的武器系统接口（例如，攻击直升机[AH]的目标捕获和显示瞄准具（TADS）电子显示和控制（TEDAC））。AH-64 的 TEDAC 仅用于副驾驶/枪手位置。非额定乘员的能力包括通用直升机（UH）和攻击直升机（AH）的独特武器接口（如门炮）。

通用直升机（UH）和货运直升机（CH）的独特武器接口（如门炮）；独特的通信系统（ICS）开关和手持式一键通功能（UH、CH）；以及独特的升降机控制（UH 和 CH）。独特的货钩视角空间（CH）提升操作必须提供最低限度的触觉和视觉反馈，以确保正确操作的意识。

无人航空器系统（UAS）能力将包括无人驾驶系统的逼真再现，包括所有动能和非动能战场效应，以及用户/操作员互动的适当能力，以促进集体训练。

信息系统是 STE 效果的核心，它是一个虚拟训练套件，利用最先进的技术创建身临其境的多领域作战环境。在三维图像和高分辨率图形的支持下，该系统为士兵提供了逼真的训练体验，再现了现代战争的复杂性。STE CFT 主任 William R. Glaser 准将强调了快速向作战人员提供地形和作战数据的重要性，这使领导者能够以前所未有的逼真度进行侦察、战争游戏和演练。此外，人工智能和机器学习程序被集成到 STE 程序中，以准确模拟作战要素、收集士兵反应数据，并为训练和作战计划提供信息。通过与现有陆军系统和实战训练演习的无缝集成，STE CFT 可确保士兵无论身处何地或作战环境，都能获得最佳的训练计划。

多梯队、多域作战：

STE 的主要优势之一是其模拟多梯队、多领域战斗的能力，在这种战斗中，士兵可以参与跨越陆地、空中、海上、太空和网络空间领域的复杂、大规模行动。无论是进行联合兵种演习，还是与盟军协调联合行动，STE 都能为士兵提供在虚拟环境中进行协作训练的机会，从而增强互操作性并为实际任务做好准备。

任务式指挥训练：

有效的任务指挥是军事成功的关键，要求领导者在压力下做出明智的决策，同时与部队进行有效的沟通和协调。STE 使各级领导者能够在现实场景中练习任务指挥，他们必须评估态势感知、发布命令并适应不断变化的战场条件。通过在模拟环境中磨练领导技能，指挥官可以更好地应对现代战争的复杂性。

STE 的益处：

STE 的优势远远超出了传统的培训方法。通过利用模拟技术，美国陆军可以进行成本效益高、可扩展的训练演习，世界各地的士兵都可以参加。此外，STE 还可以进行持续的训练和评估，使士兵能够随着时间的推移不断完善自己的技能和战术。

与传统训练方法相比，STE 具有以下几大优势：

• 前所未有的真实感： STE 可以复制各种环境，从炙热的沙漠到茂密的城市丛林。士兵们可以体验到真实世界的视觉、听觉，甚至是战斗的感觉，而不会有实弹演习带来的风险。
• 多领域训练： 现代战争超越了传统战场。STE 可以融入网络、太空和电子战元素，让士兵为可能遇到的各种威胁做好准备。
• 重复和改进： STE 允许按需设置训练场景，使士兵能够反复练习特定的技能和战术，直到熟练掌握为止。这种连贯一致的训练有助于提高战场上的熟练程度和信心。
• 成本效益： STE 减少了对昂贵的实弹演习的依赖，为训练大量人员提供了更具成本效益的方法。

此外，STE 还有助于将人工智能和虚拟现实等新兴技术融入军事训练，确保士兵始终站在技术创新的最前沿。

虚拟沙盘：军事训练的新工具

随着虚拟和混合现实（XR）环境的引入，现代技术为军事训练带来了革命性的变化。在 2023 年 I/ITSEC 大会上发布的 MVRsimulation 沙盘就是这一进步的例证。

这种协作式可视化工具允许军事人员在三维虚拟世界中规划和审查任务。用户可以使用 Varjo 混合现实头盔与 MVRsimulation 虚拟现实场景生成器（VRSG）渲染的特定地理地形模型进行交互。VRSG 广泛的地形数据库和高分辨率插图提供了逼真的培训环境。MVRsimulation 强调了这些详细图像的重要性，突出了其在任务规划和场景开发中的作用。

沙盘具有几个独特的功能。首先，它有助于任务规划和演练。在部署 DJFT 或 PTMT 等模拟器之前，受训人员可以与同事和教员合作，规划任务、可视化地形并完善策略。

其次，“沙盘 ”是一种宝贵的课堂培训工具。教员可以用它指导学生进行任务规划和决策练习。学员可以实时看到自己决策的后果，并立即得到反馈。此外，其他学员还可以通过耳机的投影视图观察场景，从而营造协作式学习环境。

最后，“沙盘 ”还能进行行动后回顾（AAR）。在联网模拟器中完成任务后，受训人员和教员可以回顾场景回放，分析关键时刻，并获得宝贵的见解。系统还能跟踪受训人员的眼动数据，让教员评估受训人员在整个任务过程中是否专注于关键线索。

除训练演习外，沙盘还可作为实际任务规划工具。它允许用户演练实际任务计划，让他们清楚地了解如何有效地执行任务。该系统还可与基于 DIS 的软件连接，以评估任务目标是否成功。

沙盘的主要功能

沙盘的主要优势之一是与 Varjo XR 耳麦的集成。这些耳机具有真实世界的穿透功能，用户无需摘下耳机即可与实物和军事装备进行交互。这最大限度地减少了干扰，增强了虚拟环境的沉浸感。

此外，耳机还采用了眼动跟踪技术。这使教员能够监控受训人员的注视数据，确保他们将注意力集中在场景的相关方面。此外，来自其他参与者的眼动跟踪数据也可以整合到 AAR 流程中，从而更全面地了解每个人在培训演习中的注意力。

每个用户都可以使用阀门索引控制器控制自己在沙盘上的视图。他们可以放大和缩小视角，检查特定实体，或自上而下地查看整个战场。控制器还提供了一个虚拟指针，用于突出显示元素并将注意力引向特定位置。

演示场景和未来潜力

在 I/ITSEC 启动仪式上，沙盘与 DJFT 和 PTMT 模拟器联网。与会者在高度精细的 2 厘米尤马地形模型中进行了任务规划练习。然后，他们观察了 JTAC 学员使用 DJFT 执行任务时的实时情况。最后，利用 VRSG 的录制和回放功能进行了一次 AAR。

演示场景包括 JTAC 向准备发射导弹的敌方车辆和发射器发出开火请求。这一场景反映了最近发生的真实事件，进一步突出了沙盘提供相关和适应性训练体验的能力。

MVRsimulation 公司计划在 2024 年第一季度之前开发出一种双头集装箱式沙盘，以提高其野战部署能力。公司相信，沙盘的轻便设计和利用真实地点和模型的能力使其成为军事人员准备应对真实世界挑战的有力工具。

未来：

随着美国陆军继续投资开发合成训练环境，军事训练的未来比以往任何时候都更加光明。通过创新和利用仿真技术的力量，士兵们将能更好地应对日益复杂多变的战场挑战。通过 STE，美国陆军正在塑造未来的军事战备状态，确保士兵做好准备，在世界任何地方执行任何任务时都能取得成功。

参考来源：IDST