三维态势图符号以及表达的研究

丁 昊，张亚军，张晓楠

（信息工程大学 测绘学院，河南 郑州450052）

三维态势图符号以及表达的研究

丁 昊，张亚军，张晓楠

（信息工程大学 测绘学院，河南 郑州450052）

针对三维态势图中的符号变量研究没有统一标准，以及表达方式的合理性上还没有一致的定论。文中运用地图符号学中符号设计的理论，考虑到信息化战争对战场态势图的要求，系统分析美军作战标号系统的构成规则，对我军的态势符号设计以及三维态势表达上提供几点参考建议。

三维态势图；作战标号；态势表达

基于三维可视化技术的三维态势图是通过在地形的三维可视化的条件下，在其上叠加军队标号来表达战场的态势信息，二维军标符号已有一套成熟的规范体系，但三维军标符号的设计还没有一套成熟的指导原则，以及在三维场景下态势表达的方式还有待进一步的探讨。

因此，本文运用符号学中语言学的方法对作战标号设计的相关问题进行探讨，并列举了三维场景下态势表达的几种方式，以美军标号为例，系统分析美军作战标号的构成规则以及表达效果，希望能为我军三维态势图表达以及符号设计方面起到借鉴作用。

1 三维态势图中态势符号的设计

1．1 作战标号的设计理念

作战标号基本以地图符号语言学的理论为指导。从符号与它涉及对象（即其指向与涉及的事物或领域）的关联上，符号理论研究领域普遍认为可以将符号区分出以下3种不同的类型，也可以说是符号的3个层次，如图1所示。

图1 符号设计的层次

1）图像符号。图像符号是通过模拟对象或与对象的相似而构成的，人们对它具有直觉感知，通过形象的相似就可以辨认出来。

2）指示符号。指示符号与所涉及对象间具有因果或时空上的关联。

3）象征符号。象征符号与所涉及对象间无必然或是内在联系，它是约定俗成的结果，它所指涉及对象以及有关意义的获得，是由长时间多个人的感受所产生的联想集合而来，即社会习俗。

当前很多态势系统中，对军事力量的标号都用逼真的三维模型来取代，采用三维模型来表达某一作战单元固然很好，能给人一种很清晰的感觉，让人一目了然，但是所含信息量太少，无法给指挥员对战场态势认知提供足够有用的信息。如图2所示。

图2 模型与作战标号的指代性

图2左侧部分中的坦克模型，除了能让指挥员知道这是坦克外，其余信息一无所知，坦克型号、编制规模、敌军友军等都无法在图上表示。而图右侧部分为美军的坦克军标符号，美军的标号体系有着一套严格规范，无论从构图规律还是色彩搭配，从标号中可以获得大量的信息来方便指挥员决策。

作战态势图是一种专题地图，主要突出表示与作战相关的专题信息，有特定的用图人群的限制，并不是针对普通大众而制作的，这要求用图人员应该有一定专业背景。在军标符号的设计上应该遵守将象形符号逐渐转化为象征符号的过程，这样能让指挥员充分感知战场的态势信息，做出正确的决策。

因此，笔者认为单纯的在三维场景中添加实物模型来逼真的模拟真实战场环境并不能称为三维态势图，三维态势图应该有着一套严格的三维符号规范体系，通过在三维场景中叠加三维符号来表达战场的态势信息称为三维态势图。

1．2 三维作战标号的设计原则

1）可定位性。空间数据可视化需要表达现象的定位特征，这就要求符号本身具有可定位性，因此设计态势符号必须有相应的定位点和方向点。

美军作战标号二维与三维沿用的是一套符号体系标准，如图3所示。

同样一套符号体系，在不同的条件下可以分别用不同的方式表达，当在三维场景中，符号以广告牌的方式展现给用户，不管用户的视点如何变化，一直面朝用户，符号由一条线段来指示当前所在位置。

2）概括性。美军的通用作战标号的主体轮廓就是以下表格列举出来的几种，大体上区分了标号的性质以及标号的空间位置关系。美军作战标号设计上，采用外部轮廓和内部结构相结合方式，外部轮廓表达符号的概要信息，具体信息由内部结构来描述，如图4所示，外部轮廓描述作战标号的通用属性。

图3 作战标号的可定位性

符号的概括性体现了人类心智的发展。符号的构图应该简洁、易于识别和记忆，图形形象、简单和规则。美军标号的图形构成比较简洁规则，含义比较丰富，主要通过不同的视觉变量来表达丰富的态势信息。主要运用了下列几种视觉变量：

方向变量：描述目标作战维度（海，陆，空，天）；

颜色变量：描述目标作战属性（敌，友，未知）；

形状变量：描述目标本身属性（装备，部队，其他）。

图5中为视觉变量在一个美军军队标号中体现的含义。

图6中不同位置的蓝色边框对应不同的属性类别，配置不同的注记来表达符号的不同属性。

图6 美军作战标号符号注记的位置配置规则

3）组合性。态势符号应该充分利用符号的组合和派生，构成新的符号系统，这里也以美军作战标号为例。

从图7可以看出，美军作战标号充分利用了符号的组合性来派生新符号，这样不但单个符号简单明了，多种类型符号之间有很强系统性和可比性［3］。

图7 美军作战标号符号的组合性

4）逻辑性和系统性。美军作战标号符号在二维和三维中都共用的是一套符号体系，只是表达方式上发生了变化。构图不但有逻辑性，而且保持了同类符号的延续性和通用性，把符号的图形与符号的含义建立起了有机的联系［1］。

2 三维态势表达的若干问题探讨

2．1 态势数据的展现方式

当前三维可视化系统中展现数据的方式有3种：

1）附着（Draped）：二维的特征数据附着在三维的表面上，这种展现方式最为常见，如：纹理贴图等。

2）悬浮（Floating）：实体数据通过在地表上空悬浮显示。

3）凸起（Extruded）：实体数据通过从地表拉伸成线状、面状或者体状来显示。那些需要高程信息以及表面信息的实体可以采用这种展现方式。

通过对这几种表达方式的设计，针对不同的用户需求对多种表达方式相结合，给用户更大的空间实现自己个性化的专题图制作功能。

2．2 三维态势表达中几种可视化表达方式比较

1）标号附着与悬浮的比较。附着与地表的符号由于地形的起伏原因，很容易被拉伸变形，导致符号的清晰性下降，同时，由于三维态势图中可视化为透视投影，远处的符号容易被地形遮挡，这样给用户没有一个全局的观念。

广告牌方式，通过设置一个基准的高程，在这个基础上，加上不同目标的实际高度来展现目标，随着用户视点的变化，目标的符号都会随着视点旋转，使其正面始终朝向用户，用户对全局态势的把握一目了然。但是这种方式有一个缺点，因为不同符号有着不同的定位点，因此，针对不同的符号间进行一些分析量算时需要经过一些额外的转换。

有一种解决方案是，通过把二维符号都投影到一个标准的立方体上（如图8所示），这种方式不但可视化方便，而且可以沿用二维的军标符号，同时符号间规格一致，方便符号的量算。

2）作战标号的综合方式。通常一幅态势图中，作战单位成千上万，当对场景进行放大缩小以及漫游的时候，免不了要发生符号间的压盖，当图面比例尺发生变化时需要对图面进行化简处理，让用户始终对整个态势有个全局的把握。美军作战标号给了我们一些启示：由于美军标号设计极其合理与规整，符号的化简综合有多种不同的方式，如图9所示。

“导杆”（Leader）方式。“导杆”方式就是在导杆的一端是按直线排列的，根据一定规则分组的作战标号，另一端是根据被分组的各部队要素的实际位置计算出的中心位置。在“导杆”分组之后，能够对一组作战标号进行整体的位置移动（指示符号组中心位置的一端固定不变）。可以按作战要素归属、属性或者空间距离等设置分组的规则。也可以选择“导杆”的风格。

“堆叠”（stack）方式。“堆叠”方式是把按照一定规则分组后的几个作战标号叠起来显示在它们的中心位置。其中有按归属、属性、空间距离等进行堆叠分组的规则。

3）多种表达方式相结合。态势图中的进攻路线图，以及双方力量分布图、布防图等需要凸起表达方式来达到醒目的效果，随着用户视点的变化，当用户视点处于垂直角度左右时，图面效果与二维态势图相同，因此，为了节省资源，以附着表面的方式绘制效率会更好［4］，图10中说明了在态势表达方式上，随着视点的变化，在展现方式上采用了不同的表达策略。

图10 态势表达方式

3 结束语

三维中的态势表达可以沿用二维的作战标号，这样不仅保证了符号的逻辑性和系统性，而且，能够提供给指挥员丰富的态势信息。但是在表达方式上，沿用二维作战标号存在的问题是缺失了目标的姿态和方向信息，这些缺失的信息应该由系统的设计者通过某种方式传达给用户，比如：通过一些关联的数据推导出来等。因此，本文中提出的作战标号设计理念以及态势图表达方式，希望能为态势图的发展提供一些参考意见。

［1］王家耀，孙群，王光霞，等．地图学原理与方法［M］．北京：科学出版社，2006：70－80．

［2］华一新，吴升，赵军喜．地理信息系统原理与技术［M］．北京：解放军出版社，2001：40－50．

［3］APP－6－Military symbols for land based systems is a nato unclassified publication ［M］．Original Reverse Blank．

［4］江南．电子地图多模式显示的研究与实现［D］．郑州：信息工程大学，2010．

［5］华一新，王泽根．GIS的设计开发与应用［M］．北京：解放军出版社，2004：30－50．

The research on symbols and expressions of the three－dimensional situation map

DING Hao，ZHANG Ya－jun，ZHANG Xiao－nan
（Institute of Surveying and Mapping，Information Engineering University，Zhengzhou 450052，China）

There is no uniform standard in symbolic variables for the three－dimensional situation map，and no consensus on rationality of the expressions of these maps．In the paper，the author used the theory of the symbol design in map semiotics，taking into account on the request of situation map in the information war，to systematically analyze the composition rules of U．S．combat label system，which at last provided several reference suggestions for the expression of three－dimensional situation and the design for the symbol of our military．

three－dimensional situation map；military symbol；situation expression

P208

A

1006－7949（2012）04－0045－04

2011－07－12

丁 昊（1984－），男，博士研究生．

［责任编辑张德福］