元宇宙（元空间），是展示国防界想象力的最新流行语，但几乎同样引起了兴奋、嘲弄和困惑。虽然没有正式的定义，但从体育和娱乐到时尚和工程等领域的技术专家们有一个越来越普遍的理解：元宇宙是"一系列相互连接的持久性和沉浸式的虚拟世界，为其用户提供一种存在感"。这种情况现在正在发生。投资正涌向那些已经在建设支持元宇宙的技术的公司。它有望彻底改变平民生活和政府，特别是国家安全和国防。借鉴Improbable公司为商业元宇宙应用开创的技术，国防业务正在探索将这些工具应用于军事建模和仿真（M&S）。本文探讨了元宇宙技术可能影响传统军事M&S工具的各种方式，包括从能力开发和采购到培训和教育、任务演练等一系列应用领域。本文还借鉴了对国防专业人员的有针对性的采访，以证明这些技术如何有可能改变北约内部的军事准备和凝聚力。

1 引言

1995年，比尔-盖茨与大卫-莱特曼坐在一起，试图描述一个新兴的现象，莱特曼称之为 "互联网"。按照比尔-盖茨的描述，互联网是一个 "人们可以发布信息的地方 "或 "发送电子信息"。莱特曼提到，他听说人们可以在互联网上观看棒球比赛，但他仍然不相信它的效用，问道："广播有印象吗？" 当盖茨说，与广播不同的是，个人可以在他们的闲暇时间听一场比赛，莱特曼打趣道："录音机有印象吗？" 盖茨试图说服莱特曼，社会正处于真正变革的风口浪尖，但他的描述仍然不够。莱特曼的最终结论是，这个 "互联网"将归于平淡，或者如他所说，"太糟糕了，[计算机和互联网]没有钱" [1].

盖茨在解释互联网方面的挣扎，与今天许多元宇宙支持者的挣扎并无二致。在当时，互联网似乎是模糊的，定义不明确的。它似乎是重复性的。商业部门普遍认为，我们正处于一个类似的拐点：今天的元宇宙就是1995年的互联网，而且，像互联网一样，元宇宙驱动的未来的经济潜力估计是巨大的。事实上，最近的研究估计，在未来十年内，元宇宙技术有望为全球GDP贡献2.8%，即3.01万亿美元[2]。为了实现这个虚拟的未来，商业行业对支持任何未来元宇宙的技术的投资已经激增，娱乐、零售、制造、旅游、房地产、教育和医疗等不同行业都看到了其未来采用的真正价值[3]。国防机构也同样注意到了这一点。英国国防部正在支持对元宇宙的研究，而美国空军已经为他们未来的SpaceVerse申请了商标[4][5]。同样，北约也已经开始通过赞助研究和会议来涉足这个虚拟未来[6]。元宇宙--无论是在商业领域还是在国防领域--已经成为时下最热门的词汇，几乎同样引起了人们的兴奋、嘲笑和疑惑。

3 元宇宙在国防中的应用

3.1 国防M&S领域中的元宇宙应用

我们不可能准确地预测元宇宙将如何发展，更不用说确定它将如何影响国防建模和仿真。然而，通过研究其他行业的相似之处并预测它们如何影响国防，提出可信的假设是可能的。本节探讨了元宇宙技术如何影响北约建模与仿真总体规划[27]中规定的传统M&S应用领域中的国防M&S工具。然后，它考虑这些技术如何通过在北约成员国和更广泛的联盟内实现快速适应和人员管理实践来更广泛地改变国防活动。

下图3-1显示了北约建模与仿真总体规划[27]中概述的建模与仿真的应用领域，并以两根轴线示意，这两根轴线代表了使M&S在应用中最具挑战性的因素：被建模或仿真的主题的复杂性，以及需要建立和使用模型或仿真的紧迫性。

主题的复杂性在这里用Cynefin概念的四个层次来定义[28]：简单的、复杂的、复杂的和混乱的。主题越复杂，M&S就越需要复杂和灵活。简单的任务可以利用更简单、可重复的合成环境，而复杂的任务则需要由多个模型和多个数据源组成的合成环境。复杂的任务需要M&S来适应人类对复杂未知现象的探索和思考，而混乱的任务则处于或超越了分析工作的极限。

需要建立和使用模型或模拟的紧迫性被显示为一个非常粗略的对数时间尺度，从几十年到几毫秒。迫切性决定了可能需要自动化的程度，因此对M&S的简化和有效性都有要求。那些不那么紧急的挑战则需要更多的实验性方法，需要更多的人参与来处理不确定性。

这两个因素结合起来，描绘出一个可以使用M&S的空间。然而，并非所有的空间都同样可行。M&S的现状（特别是我们为合成环境组成和收集数据的能力）意味着有足够的时间可以有把握地使用M&S来支持图3-1左下方的应用，但没有足够的时间可以有把握地使用M&S来支持右上方的应用。这里的信心是由M&S的严谨性和稳健性、它对挑战的所有重要部分的覆盖、以及用户能够理解和利用M&S输出的程度等因素共同造成的。

每个M&S的应用领域在图3-1中显示为一个连续体，跨越了不同的复杂程度和紧迫性。例如，对人员进行简单的可重复任务的培训可能在几小时、几天甚至几周内就能完成，但培训领导人在面对复杂行动时的适应性和反应能力可能需要几年甚至几十年。

图 3-1：建模和仿真应用领域

3.2 能力开发

能力开发（制定政策、战略、部队结构和作战概念）显示在图3-1的左上方。支持能力发展的活动是复杂的，而且可能是高度不确定的。因此，M&S的结果可能需要几年或几十年才能体现出来。目标是让政策制定者、战略家和规划者评估武装部队在未来可能被使用的方式。当对未来进行预测时，从能力发展的角度来看，存在着巨大的不确定性。我们不可能完全清楚需要什么样的能力来实现，在哪里，为什么，与谁，如何，以及最后针对谁。这种复杂性进一步加剧，因为每一种能力都必须与可能处于类似或甚至相邻和竞争领域的其他潜在能力进行评判。支持关于发展哪些能力的决定，需要M&S来比较在广泛的潜在未来中运作的不同力量，这往往需要多年的时间，由大型团队使用广泛的模型和模拟来研究这个问题的不同方面。即使已经做出了重大的能力决定，也必须对其进行更详细的完善，这就需要应用更多的模型和模拟来帮助能力规划者发展、测试和完善他们的概念。

为了将这些问题的复杂性限制在可管理的范围内，大部分的M&S工作都是在北约成员国内部孤立进行的，而且往往是由各个部门或这些部门的能力部门单独进行。模型和模拟往往是为它们所设计的筒仓而专门设计的，往往有类似现象的定制表示--如视线或探测算法--并有共同信息的定制数据集，如地形。由于能力发展的定制性质，几乎没有能力对属于不同筒仓或领域的系统之间的相互作用进行建模和理解，模型和数据往往在各部门、各成员国的机构间进程以及整个联盟中以巨大的代价重复。

第2节中所描述的元宇宙组件的组合，可以使一些能力发展的孤岛被打破--进一步加强北约内部各部门和各成员国之间的互操作性。虽然不太可能存在一个单一的、可预测的、详细的北约元宇宙"万物模型"，并在每个领域产生连带效应，但元宇宙技术有可能为联盟提供快速开发元宇宙的能力，以 "模拟最重要的东西 "给特定客户。由于内容的重复使用，这些 "元宇宙"将在每个元宇宙中大体上保持一致，但可能在其复杂性方面保持相对的限制，以通过可解释性来加强理解，同时也通过其运行时间来确保组成的速度。这种针对不同客户的模型之间的一致性应该给这些客户以及他们的工作带来更大的一致性。因此，一个国家的海军能力的规划可以被另一个国家的空中能力的持续规划所充分告知，反之亦然。这种方法的另一个主要好处是在整个能力发展过程中的一致性--从早期的概念性兵棋推演到更严格的模拟和大规模实验。事实上，一个为北约服务的元宇宙，如果它真的是一系列无缝连接的元宇宙，就可以实现现代兵棋推演教父彼得-佩拉所说的 "研究循环"--一个通过反复的兵棋推演、模拟、实验、分析和其他方法来寻求理解问题及其解决方案的循环[29][9]。

表 3-1：国防元宇宙为能力开发带来的机遇

元宇宙组件	对能力开发的机遇
用户界面	更直观的可视化界面可实现更快的探索和增强的理解，并推动更快的决策。
网络物理接口	使用实时数据对M&S进行更新和校准，这促使决策更加真实、有效、更有信心。
运行时间	更快的内容构成推动了更快的分析，因此也推动了更快的决策。可解释的内容构成促使人们对决策更有信心。模型、数据和输出的更大整合使得决策的可审计性更强，从而推动决策的更大信心。更快的运行时间允许对问题空间进行更多的探索，从而推动对决策的更大信心。更快的运行时间允许使用模拟更复杂的模型，使多领域的能力发展更加一体化。
内容生态系统	一个小型供应商的市场能够实现内容的重复使用，并鼓励内容的持续改进。这推动了更便宜的M&S开发和更快的M&S开发，从而实现更快的决策。
计算	分布式计算推动了更快的运行时间，因此也推动了更快的分析，从而实现更快的决策。更快的运行时间允许对问题空间进行更多的探索，使决策更有信心。更快的运行时间允许使用模拟更复杂的模型，使更多的综合多领域能力发展。
网络	多个用户能够查看相同的M&S，从而实现共同理解。大众化的分析：多个用户能够共同和平行地进行实验，这增加了能力规划者之间的合作和交叉引用。这使得更多的综合（多领域）能力发展，对决策更有信心，对决策更有共识。
分布式账本	分布式账本带来了更高的安全性，允许对模型和数据出处有更大的信任，从而对产出的有效性有更大的信任，导致对决策的更大信心。

表3-1显示了国防元宇宙为能力开发带来的一些机会。关键主题是：

通过以下方式加快能力开发决策
- 加快开发、重用、合成、运行和理解M&S输出的过程
通过以下方式提高对能力开发决策的信心
- 安全的真实世界数据实时更新和校验M&S
- 更安全、可审计、可解释的数据路径，从内容到组成再到产出
- 更快的运行时间，允许对问题空间进行更大的探索
- 网络和接口允许用户一起查看、协作和探索模型
更加复杂和综合的能力开发决策，通过
- 联网和接口，允许用户一起查看、协作和探索模型，实现共享理解和大众化分析
- 更快的运行时间，允许使用更复杂的模型
通过以下方式降低M&S的成本
- 丰富的内容生态系统，允许对模型和数据进行更多的重复使用
3.3 采办

一旦决定需要什么能力，作为采购过程的一部分，建模和仿真被广泛用于选择、设计、测试和建造军事装备。图3-1中左图所示的采购决策是相对复杂和缓慢的。这些决定从需要数年的复杂决定（例如，选择或设计复杂的系统，如潜艇）到需要数天或数周的复杂决定（例如，选择一个小型的商业现货零件或完善一个小部件的设计）。与能力发展一样，许多工作由于简单的原因而受到限制，这意味着系统是在相对狭窄的情况下设计和测试的。设计通常是手工完成的，测试则是通过虚拟和实际测试和评估的混合方式进行。这个过程可能需要数年才能完成。

一些与元宇宙相关的技术已经被采用来加速采购。尤其是一种数字工程方法，基于模型的系统工程，已经帮助提高了主要武器系统的设计和开发速度[30]。例如，美国空军的地基战略威慑大项目正在采用基于模型的系统工程，迅速评估数十亿种情况，帮助采购专业人员确定核发射井中弹药的精确设计和位置，因为他们正在努力取代美国核三系统中的陆基部分[31]。该项目为数字工程提供了一个强有力的成功案例，现在已经成为美国空军所有大型项目的标准做法[32]。然而，这些复杂的武器系统的数字版本却没有相互之间的互动。它们也很少被整合到复制未来竞争和冲突的复杂性的模拟中。国防元宇宙提供了将用于采购的虚拟环境与用于能力开发或培训的虚拟环境相连接的可能性，使采购专业人员能够在模拟未来操作环境的虚拟世界中快速测试和评估他们的设计，同时提供实战环境可能无法提供的一定程度的操作安全性[33]。这应该支持进一步的设计和安全改进，同时缩短需求开发、架构设计和测试的迭代周期[8] [34]。

也许最令人激动的是有机会取代标准的客户-供应商采购模式，即要求各公司通过开发孤立的解决方案来竞争需求，并采用灵活的软件开发实践。国防元宇宙可以通过解决方案设计和开发的互动过程促进共同创造。政府客户可以以模拟场景的形式提出挑战，用户可以对其进行迭代。这种方法可以帮助凝聚和加速纵向的采购过程（允许客户与供应商快速探索创新的想法，同样，也让供应商更好地了解客户的需求）。它还可以从横向上加快进程（使供应商能够合作并在彼此的设计基础上发展）。因此，这可以极大地加快新系统的设计过程，并帮助政府从孤立地采购单个系统，以适应部队结构中的特定位置，转向同时采购系统中的系统，同时开发多个系统的设计。

表 3-2：国防元宇宙为采办带来的机遇

元宇宙组件	对采办的机遇
用户界面	更加直观的视觉界面使人们能够更快地探索和加强理解，从而推动更快的决策。
网络物理接口	设计数字孪生，使用来自原型子系统的实时数据进行更新和校准，这推动了更大的真实性、有效性和对决策的更大信心。这提供了一个更便宜和更快的测试和评估过程，以测试设计和发现设计缺陷，然后再在实际范围内建立和试用系统。生产用的数字孪生体能够对生产过程进行实时监控和优化，从而推动更便宜、更快速的生产。
运行时间	更快的内容构成推动了更快的分析，因此也推动了更快的决策。可解释的内容构成促使人们对决策更有信心。模型、数据和输出的更大整合使得决策的可审计性更强，从而推动决策的更大信心。更快的运行时间允许对问题空间进行更多的探索，从而推动对决策的更大信心。更快的运行时间允许使用模拟更复杂的模型，这使得更多的多领域系统集成采购成为可能。
内容生态系统	一个小型供应商的市场能够实现内容的重复使用，并鼓励内容的持续改进。这推动了更便宜的M&S开发和更快的M&S开发，从而实现更快的决策。
计算	分布式计算推动了更快的运行时间，因此也推动了更快的分析，从而实现更快的决策。更快的运行时间允许对问题空间进行更多的探索，这促使人们对决策更有信心。更快的运行时间允许使用模拟更复杂的模型，这使得更多的多领域设备开发得以整合。
网络	多个用户能够查看同一个M&S，这使得客户和供应商之间能够共享理解和更大的合作，并导致更快地解决需求，以及对决策的更大信心。大众化的分析：多个供应商之间的共享实验能够同时开发多个系统，并导致更快地设计出更多的集成系统的系统。
分布式账本	分布式账本带来了更高的安全性，允许对模型和数据出处有更大的信任，从而对输出的有效性有更大的信任，这导致了对决策的更大信心。增强的安全性使得通常是竞争对手的公司之间能够进行更多的合作，而不需要分享其数字孪生的所有工作原理，这导致了更多的系统集成系统的发展。

表3-2显示了国防元宇宙为采购带来的一些机会。除了能力开发的关键主题外，还出现了两个新的主题：

通过以下方式更便宜、更快速地设计、测试和评估以及生产国防设备
- 在建造和在实战范围内试用系统之前，采用合成程序测试设计和发现设计缺陷
- 网络物理接口，将生产的数字孪生体与真实的系统及其生产设施连接起来，实现对生产过程的实时监控和优化。
- 网络和接口允许客户和供应商同时查看相同的M&S，从而更快地解决需求。
通过以下方式开发更加复杂和综合的系统的系统
- 加强安全性，使通常是竞争对手的公司之间能够加强合作，同时设计连接的系统，而不共享其数字双胞胎的所有工作原理

3.4 训练与教育

尽管在装备采购方面花费了巨大的努力，但人在军事能力的产生方面也发挥着同样重要的作用。人员的发展是通过招募、培训、教育、管理和领导来实现的，所有这些都在一定程度上得到了M&S的支持。然而，培训是迄今为止M&S的最大消费者。培训人们发展技能以承担从简单到复杂的任务可能需要几个小时、几天甚至几周的时间，而教育则可能需要几个月或几年的时间，以确保人们能够有效地承担复杂的挑战。因此，培训和教育在图3-1的左中部显示。

可以说，武装部门多年来一直在采用各种培训元器，尽管是笨重和孤立的元器[18]。自20世纪80年代，军方首次创建SIMNET（"模拟器网络 "的简称）以来，一直在为训练目的而拼接虚拟世界，这是为集体训练和任务演练的广泛模拟器网络的首次展示[35]。在过去的二十年里，像DIS和HLA这样的标准促进了不同训练模拟的整合，使作战人员能够在一个合成空间内体验战斗的 "雾和摩擦"[15]。虽然这种训练无可否认是有用的，但不同类型的虚拟和建设性训练的整合长期以来并不完善--许多这些应用被设计成单体，模块化或互操作性是事后才想到的[18] [36]。然而，即使是在目前的互操作性挑战下，训练界的很大一部分人仍然渴望一个遥远的未来，让人想起《安德的游戏》，在那里，作战人员可以在一个真实的沉浸式世界中进行无缝训练。在某些方面，这反映了目前对元宇宙的概念化，因此，从虚拟训练到国防元宇宙的自然飞跃并不奇怪[37] [9]。

在商业世界中，教育被认为是一个已经成熟的领域，可以通过元宇宙进行颠覆。教育家和商业创新者们设想了一些体验式的机会，在这些机会中，国防部的学生不是通过传统的教学方法来学习军事历史，而是亲身见证或参与战斗[38]。北约也不能幸免于这一思路，而且确实可以从元宇宙技术的整合中受益。北约目前有七个 "实体 "教育设施--位于意大利罗马的北约防御学院、位于德国上阿默高的北约学校、位于希腊苏达湾的北约海上拦截行动训练中心、位于葡萄牙埃拉斯的北约通信和信息学院、位于挪威斯塔万格的联合作战中心、位于波兰比得哥什的联合部队训练中心以及位于葡萄牙里斯本的联合分析总结中心[39]。虽然很有价值，但正如Covid-19恐慌事件所揭示的那样，实体机构将无法满足整个联盟的学习需求。教育机构需要增加分布式学习的机会，让作战人员和指挥官在他们需要的地方获得宝贵的教育机会。除了通过实时培训系统获得的经验外，还可以通过允许人员在探索中学习，使用为能力发展和采购开发的兵棋推演和比实时更快的工具来扩展。经验机会已被证明具有特殊的价值，因为它们可以提高学习者的表现[40]。Metaverse技术可以增加整个联盟的这些经验选择，同时也为个人提供量身定做的反馈。此外，跨联盟的学习数据可以提供有价值的指标，以迭代课程大纲、兵棋推演和模拟，确保学习机会满足教育目标。

表 3-3：国防元宇宙为训练与教育带来的机遇

元宇宙组件	对训练与教育的机遇
用户界面	更加直观的视觉界面使人们能够更快地探索和加强理解，从而推动更强的学习保持力，从而提高培训的信心。更加逼真的沉浸式界面弥合了模拟与现实之间的差距，给受训者灌输了信念，从而推动了学习的速度。
网络物理接口	将数字孪生与真实系统连接起来，增加了对工程师和用户的教育的有效性，让他们了解军事系统是如何工作、失效以及如何操作和维修的，这推动了对培训的更大信心。这为工程师提供了更便宜和可重复的培训过程。
运行时间	更快的内容构成使得快速定制培训成为可能。更快的运行时间使更多的探索（边做边学），从而使学习更有深度。更快的运行时间允许使用模拟更复杂的模型，这允许对多领域的操作进行更综合的训练。
内容生态系统	一个小型供应商的市场能够实现内容的重复使用，并鼓励内容的持续改进。这推动了更便宜的M&S开发和更快的M&S开发，从而实现更快的培训开发。弥合战争游戏和模拟之间的差距的内容，使得通过探索和在实践中学习的学习更加深入。
计算	更快的运行时间允许对问题空间进行更多的探索，从而推动更深入的学习。更快的运行时间允许采用模拟更复杂的模型，这就允许对多领域的操作进行更综合的训练。
网络	多个用户能够查看相同的M&S，实现了共同理解，加强了合作，增强了集体培训，即使是在远程操作的情况下。联网可以通过实验和探索实现自学。在多个团队之间共享，这使战术和技能的发展同时进行，从而使团队的发展更加一体化。
分布式账本	分布式账本能够安全地跟踪个人一生的表现，允许根据个人需求进行定制培训，从而提高学习深度。

表3-3显示了国防元宇宙为培训和教育带来的一些机会。除了之前应用领域的关键主题外，还有三个新的主题正在出现：

更便宜、更快速的培训
- 通过更逼真的沉浸式界面，缩小模拟与现实的差距，向受训者灌输信念
- 通过更快的内容构成实现快速的定制培训
更高的学习深度和培训信心
- 通过直观的视觉界面，弥合兵棋推演和模拟之间的差距的内容，以及更快的运行时间，所有这些都使人员能够通过比实时更快的挑战探索来加强理解，推动更强的学习保持力
- 通过网络物理接口将数字孪生与真实系统连接起来，提高了对工程师和用户的教育的有效性，使其了解军事系统的工作、故障以及操作和维修的方式。
- 通过分布式账本，能够安全地跟踪个人一生的表现，允许根据个人需求进行定制培训。
开发更加一体化的团队
- 通过更快的运行时间，允许使用模拟更复杂的模型，允许对多领域的操作进行更综合的培训
- 通过网络和界面，允许用户一起查看、协作和探索模型，即使在远程操作时，也能共享理解和加强集体训练。

3.5 军事行动支持

模型和模拟用于支持军事行动，帮助情报分析员理解情报系统提供的数据，帮助规划人员在规划系统中制定和测试计划，然后通过指挥和控制系统进行沟通，并帮助操作人员通过作战系统实现其目标。

在行动中做出的决定可能和其他应用领域（如能力发展）的决定一样复杂，指挥官在高度流动的情况下面临巨大的不确定性。从建模和仿真的角度来看，这些是迄今为止最具挑战性的支持领域，因为它们比其他类似复杂性的决策要迫切得多。对行动的支持应用领域在图3-1中显示为一条线，从右下方的战术决策到图中上方的战略决策。

尽管战术决策通常是复杂问题，意味着它们可以用现有分析方法的变体以相当高的信心来解决，但它们也是最紧急的，有时需要在几分钟或几秒钟内做出。因此，人类很少有时间去建立、运行和解释M&S来帮助这些决策。相反，M&S主要是在行动前用来提供数据集和简单的规则或启发式方法，这些都可以包含在作战系统中或通过培训教给人员。有时，M&S被用作作战系统本身的一部分，例如，用于改进武器目标选择。
有更多的时间来支持复杂的作战层面的决策，可能是几天或几周，但即使在这个时间范围内，人类也很少有时间来开发和迭代能够捕捉作战问题复杂性的模型。相反，规划者有时会得到情报分析员和作战研究人员的支持，他们受过专门训练，可以在巨大的时间压力和不确定性下操作，充分利用简单的工具，并尽可能地将它们应用于手头的问题。
需要在几周或几个月内做出的战略决策很少得到M&S的支持，因为它们所应对的挑战具有混沌、多变和定性的特点，因此很难建立和保持对解决这些问题所需模型的信心。

在所有这些情况下，成功或失败的后果都很严重，促使人们对所使用的M&S的有效性和高信心的要求。这通常是通过提前锁定（测试和评估）可预测的性能来实现的，而不是使用实时反馈来支持自我修正的行为。

元宇宙技术提供了大幅提高M&S在该应用领域的适用性的机会。通过网络物理接口连接的实时数据管道提供来自情报源和蓝色（即友好）系统中众多传感器的反馈，可以实现模型的不断完善、校准和验证。这将极大地提高M&S的质量，以及用户对其适用性的信心。

英国的机器人增长伙伴关系[11]已经提出建立一个 "网络物理基础设施"，使许多民用系统和它们的数字孪生体直接连接。一个北约范围内的版本可以使20年前的北约网络能力概念得以实现，这可以说是领先于实现它所需的技术[41]。

其他元宇宙技术，特别是用户界面和网络，可以通过促进多个远程用户的实时协作，而不是用户孤立地操作和定期合并他们的工作，来大大增强人类对情报、规划和行动的参与。这可以通过每个人从自己的角度对相同的信息进行可视化和注释来加强团队合作，创造共同的理解，并促进不同心智模式和计划的交流。与这些类似的能力已经被开发用于一系列民用应用，包括商业、游戏和娱乐部门，而作者的公司已经证明，这些好处可以很好地转化为军事规划人员的作战决策支持工具[42]。同样的技术也可以使规划者从对手的角度来看待局势。然后，综合兵棋推演和模拟可以被用来测试计划，并确保其对这些已确定的威胁的稳健性。最后，人工智能、数据科学和模拟的融合可以使人工智能作为决策者的智能顾问发挥更有用的作用，使他们能够形成真正的认知优势[43]。

表 3-4：国防元宇宙为军事行动支持带来的机遇

元宇宙组件	对军事行动支持的机遇
用户界面	更加直观的视觉界面使人们能够更快地探索风险和替代情况，这促使人们对计划更加有信心。更加逼真的沉浸式界面弥合了模拟与现实之间的差距，给用户灌输了信念，推动了更快的计划。
网络物理接口	将M&S与指挥、控制和情报系统连接起来，使计划更有效，更有信心。战术计划直接转移到自主系统，推动了更快的计划。
运行时间	更快的内容构成使计划的测试更有针对性，这使人们对计划更有信心。更快的运行时间使人们能够更多地探索风险和替代情况，这促使人们对计划更有信心。更快的运行时间允许使用模拟更复杂的模型，这使得多领域操作的计划更加综合。
内容生态系统	小型供应商的市场使内容得到重复使用，并鼓励内容的持续改进。这推动了更便宜的M&S开发和更快的M&S开发，这使更多的最新M&S来测试计划，这推动了对计划的更大信心。弥合战争游戏和模拟之间差距的内容通过探索使计划更有信心。处于人工智能、数据科学和模拟的汇合点的内容使人工智能顾问能够为计划者提供服务，从而带来对计划的更大信心。
计算	分布式计算推动了更快的运行时间，因此，对问题空间的探索更多，推动了对决策的信心。更快的运行时间允许使用模拟更复杂的模型，从而为多领域的操作制定更综合的计划。
网络	多个用户能够查看相同的M&S，使他们对计划有共同的理解和更大的信心，以及制定更多的综合计划。
分布式账本	分布式账本导致在攻击下更加稳健，对模型和数据的出处更加信任，从而对输出的有效性更加信任，导致对计划更加信任。

表3-4显示了国防元宇宙为支持行动所带来的一些机会。除了之前应用领域的关键主题外，还出现了两个新的主题：

通过以下方式更快地将情报转化为计划和行动
- M&S通过网络物理接口与指挥、控制和情报系统相连，使情报直接转化为计划，计划直接转化为自主系统
通过以下方式提高对计划的信心
- 将M&S与指挥、控制和情报系统连接起来，使其具有更大的有效性
- 通过人工智能、数据科学和模拟内容的融合提供人工智能顾问服务

3.6 任务演练

任务演练可以被看作是培训和教育的一个特例，用户接受的是针对特定任务的紧急准备，而不是不那么紧急的、旨在为一系列未来任务集做准备的更通用的培训和教育。因此，影响训练的许多问题同样适用于任务演练。然而，任务演练的时间敏感性和局限性意味着它被显示在图3-1的中下部。对于任务演练，已经制定了一个计划，可能没有足够的时间来探索其他的选择。

元宇宙技术，如更快的运行时间、计算和合成环境组成的工具，可以使任务演练的情景和模型的开发更快。这可能会增加演练的时间，或者提高准确性，从而使演练所用的M&S有信心。此外，演练过程的部分自动化可以使参与者专注于那些被认为需要大部分时间的场景（也许是那些具有最高风险的场景），同时允许人工智能运行建设性的模拟（即在模拟运行中没有人类输入，因此能够比实时运行快得多），然后向用户强调关键的经验教训。

表 3-5：国防元宇宙为任务演练带来的机遇

元宇宙组件	对任务演练的机遇
用户界面	更加直观的视觉界面使人们能够更快地探索风险和替代情况，这促使人们对准备工作更加自信。更加真实的沉浸式界面弥合了模拟与现实之间的差距，并向用户灌输了信念，推动了更快的准备工作，并有可能提供更大的准备信心，以提供更好的免疫力来对抗来自任务的压力。
网络物理接口	将M&S与指挥、控制和情报系统连接起来，推动了更大的有效性，以及对准备工作的更大信心。
运行时间	更快的内容构成使得更有针对性的任务演练成为可能，这使人们对准备工作更有信心。更快的运行时间使人们能够更多地探索风险和替代情况，这促使人们对准备工作更有信心。更快的运行时间允许使用模拟更复杂的模型，这使得多领域行动的准备工作更加综合。
内容生态系统	一个小型供应商的市场能够使内容得到重复使用，并鼓励内容的持续改进。这推动了更便宜的M&S开发和更快的M&S开发，这使得任务演练中的M&S更加及时，这推动了准备工作的信心。弥合战争游戏和模拟之间的差距的内容通过探索使准备工作更有信心。
计算	分布式计算推动了更快的运行时间，因此，对问题空间的探索更多，推动了准备工作的信心。更快的运行时间允许使用模拟更复杂的模型，使多领域操作的准备工作更加一体化。
网络	多个用户能够查看相同的M&S，使人们对准备工作有共同的理解和更大的信心，即使是在远程操作时，也能开发出更多的综合团队。
分布式账本	分布式账本导致在攻击下更加稳健，对模型和数据出处更加信任，从而对产出的有效性更加信任，导致对准备工作更加信任。

表3-5显示了国防元宇宙为任务演练带来的一些机会。与之前的应用领域相比，出现了一个额外的关键主题：

通过以下方式增强准备工作的信心
- 更加逼真的沉浸式界面，为对抗任务中的压力提供更好的预防措施。

3.7 未来军事 M&S 应用：超越传统 M&S 领域

正如任务演练可以被看作是培训和教育的一个特例，培训和教育为人们提供了对未来任务的一般准备，但任务演练通过针对具体和紧急的要求进行补充，图3-2显示了三个类似的特例，即紧急、定制、能力发展、采购和支持行动。在下面强调的每个案例中，随着元技术的发展，M&S将越来越多地支持北约成员。

快速适应能力（M&S可用于调整现役部队的使用和配置方式）。
在役支持（M&S可用于管理和优化在役军事系统的使用和配置方式）。
自主性（M&S是单个系统和系统组控制系统的重要组成部分，控制它们的使用和配置方式）。

图 3-2：其他建模和仿真应用领域

3.7.1 快速适应能力

长期以来，部队的快速适应一直是军队的一个目标，但由于能力发展速度缓慢，所以它极具挑战性。元宇宙技术不会克服与能力发展相关的所有挑战，但它们可以通过快速调整使用概念或战术来实现发展（或增强）能力的新方式。迅速改变军事系统的使用、配置和整合方式提供了一个让对手吃惊的机会，而且可以很容易地通过战争游戏和模拟进行试验。向许多国防专业人士、公司和学术界（甚至可能是公众）开放国防元宇宙，创造了能力分析大众化的可能性，理论上将成千上万的人带入支持北约的创新生态系统。根据最好的想法来调整武装部队的任务仍将具有挑战性，但开发更好和更令人惊讶的操作方式的机会可能会大大增加。

3.7.2 在役支持

今天的军事开支大部分是用于维持能力。M&S已经被广泛用于支持在役系统，例如在物流、优化供应链和维护计划，或预测舰队的未来作战能力。通过广泛使用数字孪生来预测这些系统的性能，并通过网络物理接口将其与来自传感器网络的现实世界的系统性能数据联系起来，这种能力正处于大幅提升的边缘。通过网络物理基础设施[39]进一步扩展这个网络，可以实现整个系统网络的优化，例如，通过优化系统之间的任务分配，最大限度地减少特定部件或系统的故障导致整体任务失败的风险。

3.7.3 自主性

"对行动的支持"的应用领域主要集中在由专家分析用户支持人类决策者运行的M&S。如上所述，元宇宙技术可以提高这个企业的速度和复杂性，通过联网、共享信息和使用边缘计算的分布式规划工具，从而实现镶嵌式战争或多领域整合的概念，使北约部队更加强大和适应。元宇宙技术也有可能降低目前被认为可以安全地委托给机器的决策门槛。详细的模型已经被嵌入到许多军事系统中，作为其实时自动控制系统的一部分。例如，预测射弹轨迹的算法被用来瞄准武器系统。然而，验证和测试这些算法的过程是非常缓慢的。

提高M&S的构成和发展速度，再加上对这些具有实时数据管道的模拟的持续验证（从而持续改进），可以大大加快对控制系统中使用的算法的验证和接受服务的过程。此外，更强的计算能力和更快的运行时间使分析更加稳健，也应导致对这些M&S结果的更大信心。尽管改进算法的能力增强了，但释放不断 "改进 "自己的自主系统所带来的伦理挑战仍将是一个主要的政策问题。

3.7.4 人事管理

招募、保留和管理国防人员是国防部队开展的一些最重要的活动。但今天使用的许多方法与几个世纪以来使用的方法相同。例如，将人员分配到岗位上主要是人的努力，人员本身的参与有限，并且基于人事记录，这些记录被批评为不充分--缺乏关于个人技能和潜在才能的复杂性和广度的信息。国防元宇宙可以将人事记录与元宇宙中其他地方发生的活动--从培训到实验和教育--进行整合并自动更新。元宇宙还可以提供替代性的途径，以确定未来的军事领导人（或特立独行者），他们是唯一适合未来战斗的人。事实上，随着大型多人在线角色扮演游戏的出现，企业注意到，游戏环境往往能培养出拥有适用于企业环境的技能类型的领导者：对风险的舒适感、接受失败的意愿、出色的人际交往能力，以及对迭代和敏捷改进的渴望[44,45]。

由于元宇宙从根本上说是一种社会建设[46]，北约军队也可以利用它为其成员提供新的互动机会，让人们建立新的关系，最好能增强他们生活的社会元素。就像军事基地提供社交和建立社区的机会一样，元宇宙也可以提供社会活动，从士气、福利和娱乐项目到医疗保健和财务指导。例如，《堡垒之夜》的玩家有机会出去玩或交朋友[47]，现在美国空军游戏社区[48]已经迈出了第一步，通过视频游戏在数字环境中连接分布式空军，为领导力发展、团队合作、士气建设以及支持军人的心理健康提供机会，特别是那些在18至30岁之间长大的狂热游戏玩家。军事元宇宙可以作为这个社区的延伸，带来其他非游戏活动和连接。

虽然国防元宇宙的某些方面可能会与商业元宇宙隔绝（就像北约有自己的机密网络一样），但互操作性可能会带来额外的好处。传统上，军人每两到四年就会更换工作地点--这不仅给军人带来压力，也给他们的家庭带来压力。配偶往往必须找到新的就业机会，孩子必须在陌生的学区入学并适应。商业或民用元宇宙可以让平民配偶在与军事伙伴改变地点时保持他们的就业，职业活动几乎没有中断。将国防元宇宙与商业元宇宙相互连接可以简化这一过程，使北约军队能够迅速向平民专业组织提供资源和指导，以缓解任何必要的过渡。军人的子女也可以通过沉浸式的混合学习机会与他们以前的学术机构保持联系，使他们能够过渡到一个新的地方，而不必切断以前的教育联系或友谊。

3.8 打破传统和未来M&S领域的壁垒

元宇宙技术为每一个传统的M&S应用领域提供了巨大利益的可能性，如上所述，它将开辟几个新的应用领域。但是，如果从一开始就在这些虚拟环境的设计中优先考虑互操作性，也许最大的好处将通过各种国防虚拟世界的相互连接而出现。整合整个北约的虚拟活动应该创造一个反复的反馈回路，确保从训练、任务演练或行动支持中获得的经验可以在能力开发和采购中得到利用，反之亦然。随着越来越多的人能够接触到国防元宇宙的信息，实验、分析和规划就有可能变得越来越大众化，从而更容易在整个国防界征求意见和反馈。甚至国防元宇宙的社会层面也可以产生战场上的改进，因为它有可能聚合信息，使人们深入了解诸如士气等因素，从而为部队设计或训练提供信息。

在某些方面，这反映了亚马逊、YouTube和Pinterest等平台所提供的好处[49]。通过促进互补性产品和服务的发展，平台产生网络效应[50]。一个平台内的互补元素越多，网络就越有创新性和力量。就企业而言，这促进了巨大的经济利益，创造了创造和交换巨大价值的生态系统。国防元宇宙与许多平台一样，也应促进M&S、数据和解决方案的重复使用，帮助降低每个应用领域的虚拟环境成本。例如，用于能力开发的部队模型理论上可以在采购、培训和模拟或行动支持等应用中重复使用。目前，这些模型往往是单独购买的，而且M&S和数据的重复使用往往被表述为一种要求，但很少实现。其他部门的平台已经证明，信息、产品、软件工具和服务有可能在平台生态系统中被广泛分享和重用，就像GitHub已经成为开源软件程序的存储库，或者虚幻引擎有一个内容市场和游戏商店一样。

3.9 风险

上面的大部分章节都集中在元宇宙技术所带来的机遇上。但是，每一种新的技术进步都伴随着机会和风险。元宇宙技术也不例外。元宇宙的一些优势也有其必然结果，可以被看作是风险。表3-6显示了这些风险，但主要的风险是与安全和安保有关。

充分挖掘国防元宇宙的潜力将意味着把大量有价值的信息集中在一个地方，让大量的人有意识地接触到这些信息，并直接连接到一个影响深远的物理资产网络。这将使它成为最吸引人的间谍活动、欺骗和虚假信息的目标。网络威胁将非常高，而这种威胁很可能因为易变的人类用户而变得更加复杂，他们很可能在一个陌生的环境中异常容易受到欺骗。最后，元宇宙和互联网一样，可能会浮现并放大人类的弱点。在过去的几年里，一些社交媒体平台所带来的负面效应使政治极化和社会分裂、放大虚假信息和促进骚扰，已经成为大量讨论的主题[51]。国防元宇宙如果结构合理，能够促进整个军队的互动，可以获得巨大的作战回报，但前提是它必须保护其虚拟用户不受一些在物理领域困扰军队的有毒行为的影响[52, 53]。

所有这些都意味着，防御、保护和确保国防元宇宙的安全将是一项艰巨的任务，但考虑到潜在的利益，这一努力可能是值得的。北约应该为元宇宙中的行动做好准备，不仅要确保由北约运营的国防元宇宙的安全，而且要在他们自己的民用元宇宙中保护北约公民。这本身就会带来具有挑战性的法律问题，即对公民的保护是否延伸到他们在元宇宙中的活动和财产。最后，北约军队可能会找到机会，通过在其他国家控制的元宇宙内开展进攻行动，来达到对付对手的效果。

表 3-6：国防元宇宙带来的风险

元宇宙组件	风险
用户界面	视觉化的界面，期望与化身打交道，而不是面对面，这可能使人们更容易被冒充者愚弄。长时间使用视觉界面可能会导致疲劳或晕动症等问题，对用户产生负面影响。其他感官界面的使用，比如触觉，可能会导致需要考虑的道德或健康和安全风险。
网络物理接口	从军事元宇宙直接进入军事装备的指挥和控制系统、情报系统和控制系统，可能在这些系统中引入新的网络漏洞。使用故意不正确的数据进行欺骗。
运行时间	运行时间的更大能力和探索多种情况的能力可以创造出对我们的对手和我们都更有价值的信息。
内容生态系统	更多的信息集中在一个地方可以访问和修改，这将造成网络的脆弱性。任何内置的偏见、假设或不准确都会扭曲结果并影响信任。
计算	针对服务器的网络攻击面更大，有能力运行更多的计算攻击。
网络	直接接触每个用户创造了更大的机会，可以同时影响许多人。有毒行为的机会增加，可追溯性变得更加复杂。
分布式账本	账本与每个人共享，并可供每个人查阅 - 难以修改，但易于阅读。

4 结论与未来方向

支持元宇宙的技术正在快速发展，用于多种民用领域。将这些技术应用于创建国防元宇宙（或多个国防元宇宙）有可能带来巨大的利益。

增加紧迫性，改造M&S，改善国防成果。M&S将被改造，变得更便宜、更快、更有效，从而改善那些依赖M&S的国防进程和活动的速度和严格程度，如：规划和决策、设计、测试和评估、生产、学习和准备。此外，元宇宙将有助于跨越这些活动中的传统壁垒，并可能开辟新的流程，使北约更具适应性。

从上到下的好处。在个人层面上，在缩小模拟与现实的差距和快速配置培训项目方面的进展，将使学习经验的定制得到改善，从而提高学习成果。在集体和组织层面，M&S速度、能力和可配置性的改进将改善作战计划，提高适应性，加速能力发展，改善集体训练的交付和有效性。

信心增加，风险增加。尽管元宇宙技术将为决策、训练和准备提供更大的信心，但也存在风险，特别是对安全和安保的风险。元宇宙技术有可能使用户对M&S结果的信心比以前更强，从而使培训、能力发展和采购更有成效，而且还能提高战场上的成功率。但是，与此同时，间谍、欺骗和虚假信息的风险也在增加。将这么多有价值的信息集中在一个地方，让这么多人有意识地接触到这些信息，并直接与这么多实物资产相连，将使军事元宇宙成为最具吸引力的目标。网络威胁将很高，而人类用户在一个陌生的环境中可能更容易受到欺骗，这可能会使网络威胁更加严重。最后，像任何其他人类操作的环境一样，元宇宙也容易受到人类缺陷的影响。这些风险从一开始就需要被识别和管理，以保持对系统的信任。

复杂度更高的M&S的机会，以增加合作与整合。元宇宙技术有可能通过使支持多种应用的M&S大众化，大大增加北约各国、各领域和整个国防企业之间的整合。防御、保护和确保国防元宇宙的安全将是一项艰巨的任务，但考虑到它的好处，这一努力可能是值得的。这也意味着北约应该为元宇宙的行动做好准备，不仅要确保由北约运营的国防元宇宙的安全，还要在他们自己的民用元宇宙中保护北约公民，并通过在他人控制的元宇宙中开展进攻行动来达到打击对手的目的。

元宇宙技术在造福北约M&S方面有很大的潜力，有大量的利用途径和发展机会。现在是采取结构化方法进一步发展这一概念的时候了，通过各种技术选项进行导航，根据预期结果制定路线图，并识别和规划风险和问题。

成为VIP会员查看完整内容