記憶體元件對電腦模擬系統之重要性
舉足輕重的軍事模擬系統
廿世紀末葉以降,運用模擬訓練系統,強化部隊訓練成效,始終是全球軍事領域極為重視的議題,事實上,有效運用模擬訓練,在安全、課目實施成效、經濟,乃至保密、不擾民等各方面,都有極為明顯的效益。近年來全球對於各種大型武器系統研發經費,均朝向削減的趨勢,而美國國防部在模擬訓練方面編列的經費,近年卻呈現穩定成長的趨勢,平均每年均達卅至四十億美金,此種既有利戰備、成本又較其他訓練方式來得低廉的訓練方式,前景樂觀其成。
中山科學研究院對軍事訓練模擬器的分類,依模擬訓練的目標及參與學員的數量,分成四大類:
(一)基礎技能類:主在有效養成個人基本技能或建立相關知識,諸如桌上型電腦輔助模擬器、座艙程序訓模器或維修技勤模擬器等,都屬於此一範圍。
(二)戰技模擬類:該型訓模器的系統功能,主在養成個人或小團隊「戰鬥」技能,如戰機基礎模擬機、M48H勇虎式戰車車長射手組合訓練模擬器等。
(三)戰術模擬類:以個人或小團隊的「戰術」技能為主要訓練標的,如戰機戰術模擬機、分散交互式指揮系統等,其中戰技、戰術類模擬器,又是分散互動式模擬系統的構成單元。
(四)兵推模擬類:該系統主要功能在有效養成指揮官階層、指揮團隊的兵推能力或兵力需求分析,如北約之STOW–E大型分散互動式模擬系統等。
在應用複雜度的面向,訓模器從基本知識、作戰技能、操作程序等基礎領域,到戰術運用、聯合兵種作戰、高階領導訓練等,均可有效運用;而一個完整的訓練模擬器,應該包括哪些組成單元呢 ? 綜合歸納各界專家之評析,主要包括八個部份,分別是即時模式模擬、教官監控台、武器裝備本體、輸出/入界面系統、音效/圖像系統、視效系統、動感平台系統,以及操控力感系統等各式總成。
運用模擬訓練器推動軍事訓練工作,在安全效益方面,模擬器可以提供安全的訓練環境,過程中沒有失事的顧慮,且允許學員有充分時間思考學習,可嘗試錯誤,並獲致改正的機會;另外,訓練模擬器亦可供演練各項緊急操作程序,建立學員的信心,並實施危險行程或任務的預演,同時具有極佳的武器系統構型變更追隨能力;在課目實施成效方面,使用模擬訓練者,可有效縮短一半的訓練時間,並可反覆練習,同時,逼真的訓模器可製造特殊複雜、多假想敵目標的虛擬作戰環境,及難以遭遇的天候地形,並翔實記錄參演者的訓練結果;再者,模擬器連網提供的聯合作戰模擬演訓環境,也可實現協同作戰訓練,並將「學科訓練」、「模擬訓練」、「術科訓練」結合成完整的訓練作法;另在經濟效益方面,則將大幅減少支援訓練的人力,降低操作成本,可訓時數充裕度亦較大,相對提升了武器裝備的實際操作成效。
其他優勢諸如保密性較佳,且不擾民、可減少軍民糾紛(可免除實彈爆震與流彈誤射等困擾),並可協助策進作戰需求暨戰術戰法等,亦是訓練模擬器獨一無二的特點;在台灣地小人稠,經濟高度發展、土地密集開發的環境下,可供部隊實兵訓練的場地著實有限,如何深植運用模擬訓練系統之觀念、強化部隊訓練工作,確為值得思考的方向之一。
記憶體元件大放異彩
自積體電路問世後促成了科技的大躍進,電子計算機系統的體積亦漸趨微縮,許多以往在科幻小說中的事物,因技術的進步而一一躍入現實世界;電子元件發明的突飛猛進,讓武器與戰爭的概念及型態有很大的突破,廿十世紀前葉,指揮官以簡陋原始的方式進行沙盤推演、紙上作業,前線官兵以星象、經驗、直覺及運氣在戰場上拼纏;時序邁入到廿一世紀的今天,現代化的武器具備精密的電子儀器進行高速計算、標定、決策支援等作業,決勝於千里之外,戰略的思考與應用已不可同日而語。
近三十年來,軍事上對電腦設備的依賴程度漸漸加深,亦因微電腦效能的長足精進,軍事工業也越來越重視開發相關的輔助系統,電腦模擬系統的引進,有效增進模擬訓練的成果,例如美軍開發了一套新兵訓練系統來訓練基層官士兵(排長、班長、新兵),也證實了該訓練的方式的確獲得實質效益,模擬的真實度越高,所達到的效果相對也提高;要達到高度的擬真效果,我們以簡化的概念來說明之,它所需的基本要件即是要有高速的運算能力來處理無以計數的運算與執行,除此之外,還需要有足夠的「空間」來存放這些龐大的數位化資料,而這數位化「空間」的觀念,即是記憶體空間;我們以近二十年來蓬勃興起的微電腦效能為例,我們逐步來觀察電腦模擬效果的演進序列,由以下各式圖片中我們可以很容易感受到其中差異程度,記憶體的容量越高所能表現的模擬效果越是幾可亂真,而除了畫面效果需耗用大量記憶體,其他如聲效、火砲作動與彈道計算、環境物理引擎計算、幾何維度計算等等,均需要高流量的數位資料儲存媒介,記憶體元件角色之輕重由是可見。
(一)萌芽期
1985~1990年左右為萌芽期,早期的模擬效果,除了因計算處理器效能不彰,再者就是容量少的可憐的記憶體空間,除了平面構圖可輔以網點視覺效果來彌補色差感,讓畫面可以「遠觀」而不能「近看」,其他如模擬戰場之3D構型,我們可以看到均僅能以向量簡單構圖方式描繪,如要再加以精細化,將面臨計算不及與容量超載之窘境。
(二)起飛期
由於1990~1999年期間模擬能力處於摸索開發階段,因處理器效能和記憶容量的瓶頸,故表現僅比萌芽期稍好些,我們姑且跳過該階段,直接來看2000年起以後的發展;上4圖我們看到的是2000~2002年突破性的里程碑,在本階段因可運用之微處理器與記憶體硬體能力方面大幅提昇,我們可以觀察到可模擬出較廣大的地形幅員以及較精細的物體模型,但在人物動作與物理性模擬方面仍有待加強,同時間可模擬於戰場上的物體數量亦受限制,地形地貌亦僅能以模糊化效果來減輕計算上的負擔及不足的記憶空間;然此階段呈現的成果,軍方開始重視並結合民間力量加強共同開發的專案推動。
(三)深耕期
2003~2004年期間,我們由上4張照片可以更清楚的注意到,技術進步至可以描繪更細緻的戰場環境,躍入到可模擬出城市住民地作戰環境之階段(上一階段停留在開闊地之模擬,因可用相同物件如樹木、岩塊等簡略帶過),這些圖例是摘自美國陸軍訓練用以訓練基層部隊的幹部與士兵偕同作戰的軟體(該版本乃經簡化之PC版,以免軍事機密過曝),除了畫面的進步,程式已經可以納入更多的人工智慧,敵我交戰的變數亦大幅增加,讓模擬的效果更為逼真,美國陸軍並分析發現,先行以該軟體模擬訓練官兵,而後再進行實兵演練,效果卓著,,軟體模擬訓練能提供的是戰術、命令的下達,步戰協同教範等概念性建構,當然基本的個人體能戰技仍要靠「實際操練」方可獲實質效果。
(四)多元發展期
再來我們進入到2005年,以下多禎照片分別說明許多模擬成效之重大突破,全拜現今高效處理器&高速高容量記憶體之賜,方能將程式技術盡量加以發揮。

美軍UH60黑鷹戰鬥直昇機正盤旋於核子動力航空母艦甲板上方,我們可以發現,抬頭顯示器(HUD)亦模擬得唯妙唯肖,海面及雲彩天候的擬真亦考慮了進去,艦橋上的雷達系統約略加以勾勒出來,甲板上我們可看到停放一架F18艦載機,可惜尚未將甲板上之地勤人員與器械設備模擬出來,未來記憶體容量再倍增,或許即可如願以償。

美軍主力戰車M1A2與遊騎兵部隊進行步戰協同城市搜敵威力掃蕩任務,注意觀察細節部分,民房、電線、戰車、人員等物件精細度極高,特別注意畫面中的招牌,上面的文字是道地的阿拉伯文唷,可見美軍在模擬作戰環境的訓練系統上所下功夫之深,令人佩服。

載運三名美軍三角洲部隊之悍馬偵蒐車馳騁沙漠中,揚起的沙塵風遵照精密的物理引擎呈現真實的旋動,三名隊員全身上下的裝備均按實兵編制狀況完整呈現,膚色與表情也忠實加以模擬,車尾那名隊員正在警戒狀態,中間那名隊員我們可見他攜帶的是龍式反裝甲飛彈系統,車頭那名隊員正以車載五○機槍掃蕩敵人。

眼鏡蛇直昇機正遭導引飛彈追擊,我們可看到,直昇機螺旋槳作動情況也模擬出來,機體細部甚至座艙強化玻璃及駕駛員都能忠實表現出來,追熱飛彈之飛行軌跡也清楚呈現。

能深入淺川細流的突擊小艇正穿梭在窪地湖泊沼澤的地形,模擬小溪潟湖地區之叢林作戰,我們可見到快艇激起的水花亦忠實地將它模擬出來,茂密的竹林也非一般簡易背景貼圖,而是獨立的3D物件。

美軍遊騎兵機槍手於制高點以M249班用機槍執行火力壓制,仔細看我們發現連拋出的空彈殼也依物理性掉落,進一步觀察到除了浩瀚遼闊的戰場範圍,建築也很精細地加以模擬出來,該場景用來訓練突擊&火力支援小組執行據點佔領&防禦任務。

陸空立體作戰的成功模擬,讓步兵、戰車成員&空中打擊火力得以進行戰術戰鬥演習,我們看到小至步兵單位,大至戰車直昇機,每一物件的性能參數都考量到,使模擬訓練得以更加紮實。

武裝直昇機近視照,我們可看到直昇機上載運著數名士兵,飛行員控制著直昇機,而每一單兵均能自由移動與開火,擬真程度之高令人嘆為觀止,而背景描繪得亦不含糊,彷彿置身現實之中。

以斜角俯瞰戰場,海平面遠方我們依稀可見一艘戰鬥艦,她並非陪襯的背景,而是可操控的3D單位,顯示除了陸空協同作戰的擬真外,連海上武力亦漸嘗試納入模擬的行列,試圖模擬更高層次的戰術兵期推演。

戰鬥轟炸機執行陸空密接火力支援,此鳥瞰圖我們清楚地觀察到模擬出的戰場地形地貌與建物,其複雜程度之高令人瞠目結舌,可呈現出高低差與立體感,此航空器運作的同時,下方戰場中的小型單位亦同時執行著個別任務,模擬能力之強令人激賞。
參考資料(Reference):
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