《利用增强现实（AR）技术支持联合作战军事决策过程》2023最新160页论文

军事决策过程（MDMP）包括分析地形以确保任务成功的关键任务。然而，传统的地形分析方法，如二维（2D）模拟地图、PowerPoint 演示文稿和任务式指挥系统，资源密集、耗时长，而且会使决策者无所适从。因此，本研究侧重于使用移动头戴式增强现实（AR）显示技术进行三维（3D）地形可视化，以应对这些挑战。AR 技术可让用户观察到叠加在物理环境上的虚拟物体，从而增强身临其境的体验。该工具允许用户查看和操作三维地形，添加军事资源的表示，检查由此产生的配置，并参与 MDMP。可用性研究评估了界面的有效性、效率和用户满意度，重点是三维可视化任务、衍生地形信息提取以及在有争议的潮湿空隙穿越场景中的部队部署。结果表明，AR 地形可视化原型为决策者提供了更全面、更准确的信息，使任务规划和执行取得了成功。这项研究凸显了三维地形可视化和 AR 技术在改进 MDMP、让决策者更好地了解环境并做出更明智决策方面的潜力。

A. 研究领域

本研究侧重于利用增强现实（AR）技术来支持军事决策过程（MDMP），这是任务规划的一个重要方面。该工具可使用户与描述地形的本地三维（3D）数据集进行交互，并允许使用一套 3D工具。因此，该工具具有增强决策过程和提高 MDMP 会议效率的潜力。

传统上，美国陆军在规划任务时依赖于二维（2D）图形信息。然而，获取更详细的地形信息需要大量的时间和资源，例如创建额外的二维图形表示法。相比之下，如果地形已被捕获并表示为三维数据集，工作人员就能获得所有必要信息，从而参与 MDMP 并做出更明智的决策。

论文研究包括设计和开发一种增强现实（AR）可视化工具，该工具可与三维虚拟地形一起操作，并支持 MDMP，尤其强调湿间隙穿越（WGC）的任务规划。本论文旨在通过提供虚拟地形的精确数据、允许使用三维工具和更好地做出决策，改善 MDMP 期间的人员协作。此外，这项研究还有助于理解在 MDMP 中促进小团队合作所需的技术前提条件。

B. 问题与动机

技术进步往往会超越其采用和融入现有系统和流程的速度，这是一种常见现象。例如，在军事任务中使用 AR 和虚拟现实（VR）技术进行信息共享，可以显著改善复杂多变行动的规划和执行。然而，将这些技术纳入现有的任务式指挥系统和程序可能具有挑战性且耗时较长，这主要是由于军事行动对安全性和可靠性的要求。此外，用户可能会抵制引入他们不熟悉的新解决方案和技术。因此，尽管信息共享技术进展迅速，但其融入军事部门的速度却慢得多。因此，复杂多变的军事行动仍在使用过时的协议进行规划和执行，任务式指挥系统长期以来也只是略有改进。

美国陆军在 MDMP 期间使用各种方法提取信息和分析地形。主要是陆军的每个作战职能部门使用二维地图提取地形信息；参谋部门通过情报地形科请求获得更详细的信息。然后，参谋部门将从二维地图上收集的信息和情报科提供的信息制作成 PowerPoint 演示文稿。指挥官利用这套演示文稿做出最终决定。然而，由于二维地图的固有局限性及其表现形式（在 PowerPoint 幻灯片中展示静态二维地图），参谋部无法始终从地形中提取衍生信息，从而做出明智的决策。如果能以本地三维数据格式显示地形，并使用一系列合适的三维工具，工作人员就能从地形中提取衍生信息，加强协作，并更好地理解共同行动图（COP）。

增强现实技术在军事领域并不新鲜，但在 MDMP 期间尚未得到广泛应用。通过在 MDMP 期间使用 AR 可视化工具，工作人员可以获得以前无法用于工作和协作的系统功能。通过 AR 显示三维虚拟地形并与之互动，每个 WWF 都可以使用简单的手势在地形周围导航，操作这些数据集，操纵和放大缩小地形，并提取决策所需的衍生信息。因此，WWF 可以通过对地形具体情况的透彻了解来证实他们的决策，并更好地阐明他们向指挥官推荐特定行动方案的原因。此外，因误解二维数据集而可能产生的错误也会减少，甚至消除。

关注 WGC 是部署 AR 技术和使用 3D 数据表示的沃土，这是有充分理由的。对于美国陆军人员来说，WGC 是最具挑战性的联合武器任务之一；由于需要投入大量资源和人力资本，这类任务的规划非常复杂（美国陆军联合武器中心，2019 年）。美国陆军中的六个 WFF 必须紧密配合，以确保 WGC 的安全进行。在 MDMP 开始时，美国陆军的每个 WFF 都要听取情报部门关于地形分析的简报；这一阶段称为战场情报准备（IPB）。IPB 代表了对部队行动区（AO）内地形的高层次审视，并提供了有关地形预期的历史数据（陆军部总部，2019 年）；他们的大部分决策都是基于二维地图做出的。进行 IPB 后，WFF 根据情报科提供的信息制定行动方案 (COA)。然而，依赖二维地图有许多固有的局限性。例如，无法从任何给定点查看地形（数据集没有三维记录），因此缺少富有成效的 MDMP 所需的丰富地形信息。因此，使用卓越的数据表示，最大限度地减少出错的可能性，并投入时间有效地研究替代方案和决策，有可能为此类复杂的军事行动带来急需的改进和战略优势。

C. 研究问题

本论文探讨以下研究问题：

1.有可能为联合武器 MDMP 提供最有效支持的技术框架是什么？

2.AR 支持的 MDMP 工具能否通过提供有关地形分析的衍生信息来增强作战职能部门对地形的理解？

3.AR 支持的 MDMP 工具能否有效协助资源管理？

4.AR 支持的 MDMP 工具能否有效协助军事参谋人员在联合作战场景中开展协作？

D. 研究范围

本论文仅限于开发一种 AR 可视化工具和虚拟环境，以支持 "湿间隙穿越 "和提取 MDMP 期间每个 WWF 所需的地形衍生信息。此外，同一工具还可实现军事参谋部门之间的人员协作和信息交流。

E. 研究方法

用于解决所有研究问题的方法包括以下步骤：

1.文献综述：进行文献综述，提供论文中使用的基本构造的背景信息。

2.任务分析：对当前开展 MDMP 的实践进行分析，以跨越湿间隙。这包括但不限于详细分析行动方案制定过程中不同作战功能之间的报告和互动、当前地形可视化实践以及团队协作。

3.设计 AR 可视化工具： 为工具和用户界面设计支持系统架构。此外，选择一套支持用户任务所需的三维对象和地形。

4.可用性研究：开展可用性研究，重点关注支持 AR 的 MDMP 工具的功能和性能。

5.数据分析：分析在可用性研究中收集的综合数据集。

6.得出结论并提出未来工作建议。

F. 论文结构

第一章：导言。本章介绍研究空间的最关键要素：领域、问题、研究问题、范围以及用于解决所有研究问题的方法。

第二章：背景和文献综述。本章讨论美国陆军如何开展 ADM 和 MDMP 以规划军事行动。本章还讨论了 VR 和 AR 过去和当前的使用情况，以及在 MDMP 过程中军事人员合作时 AR 的潜在用途。

第三章：任务分析： 当前 MDMP 实践。本章分析了当前陆军参谋人员在 MDMP 期间分析地形时使用的方法和工具，以及如何向指挥官推荐 COA。此外，本章还讨论了向指挥官提供 2D 信息时存在的知识差距。

第四章：原型系统设计与实施。本章讨论了 AR 可视化工具、系统架构、用户界面和模拟环境的设计与开发。文中还描述了 WGC 场景和为可用性研究所需的虚拟环境而构建的 3D 模型。

第五章： 可用性研究。本章讨论了使用 AR 可视化工具进行可用性研究的方法，包括制定完整的机构审查委员会文件。此外，文中还讨论了虚拟环境、技术要求以及在可用性研究中收集的客观和主观数据集。最后，本章分析了可用性研究的结果。

第六章：结论和未来工作。本章概述了研究的要点，并对今后的工作提出了建议。