周笑語(yǔ)

(華北計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100083)

現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)瞬息萬(wàn)變，牽一發(fā)而動(dòng)全身，作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)作為一種專(zhuān)用的軍事圖形語(yǔ)言，是對(duì)各方作戰(zhàn)部隊(duì)、武器平臺(tái)、指揮機(jī)構(gòu)、軍事活動(dòng)和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的抽象化表達(dá)[1]。軍事信息通過(guò)作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)進(jìn)行表述，能形象直觀地反映戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、狀態(tài)及其發(fā)展變化趨勢(shì)，提供戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息的顯示及共享。

在各國(guó)作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)中，均規(guī)定采用不同顏色的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)區(qū)分?jǐn)场⑽摇⒂训茸鲬?zhàn)角色，顏色所攜帶的視覺(jué)編碼信息為作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)增加了軍事語(yǔ)義。在目前的作戰(zhàn)體系中，數(shù)字化單兵手持終端[2]、武器裝備小型顯示器等設(shè)備大量普及，但因受功耗大的約束，許多情況下無(wú)法使用彩色顯示，經(jīng)常使用黑白顯示模式，在黑白模式下作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的顏色軍事語(yǔ)義表達(dá)失效，識(shí)別標(biāo)號(hào)十分困難；
在野外作戰(zhàn)環(huán)境下，由于外界光線的影響、電子地圖相近顏色的干擾[3]，即使能夠彩色顯示，也削弱了彩色變量帶給視覺(jué)的差異感，不易辨識(shí)帶有顏色軍事語(yǔ)義的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)；
而且，傳統(tǒng)的標(biāo)號(hào)選中矩形框沒(méi)有軍事語(yǔ)義，需要加強(qiáng)視覺(jué)編碼使標(biāo)號(hào)攜帶豐富的軍事信息，實(shí)現(xiàn)標(biāo)繪層面的人機(jī)交互。因此，僅依靠顏色表征軍事作戰(zhàn)中的各方，對(duì)于實(shí)際作戰(zhàn)應(yīng)用不利，一定程度上阻礙了裝備的信息呈現(xiàn)，需要研究顏色語(yǔ)義的視覺(jué)強(qiáng)化解決方案。

本文提出了一種對(duì)顏色軍事語(yǔ)義通過(guò)輔助幾何形狀進(jìn)行強(qiáng)化的表征方法，針對(duì)裝備及野外作戰(zhàn)環(huán)境等應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的顏色軍事語(yǔ)義給出了新型的輔助幾何對(duì)象設(shè)計(jì)，可支撐作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的信息化建設(shè)。

1.1 不同作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)體系中顏色軍事語(yǔ)義描述

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵需要復(fù)雜且精準(zhǔn)的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息作為支撐。作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)承載著重要的軍事信息，作為軍事作戰(zhàn)要圖中不可或缺的元素，作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的發(fā)展逐漸成熟，各國(guó)根據(jù)各自軍事標(biāo)圖需求規(guī)定了形制各異的軍隊(duì)標(biāo)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，相同圖形符號(hào)在不同國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)下所描述的軍事語(yǔ)義也會(huì)有所不同。其中，顏色這一屬性在不同的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)體系中均有不同描述。

我軍相關(guān)規(guī)定指出，軍隊(duì)標(biāo)號(hào)通常使用紅色、粉紅色、黑色、藍(lán)色和綠色，需要時(shí)，可以加襯黃色或其他顏色。主要規(guī)則如下：我軍情況的隊(duì)標(biāo)用紅色、隊(duì)號(hào)用黑色；
友軍情況的隊(duì)標(biāo)用粉紅色，隊(duì)號(hào)用黑色；
敵軍情況的隊(duì)標(biāo)和隊(duì)號(hào)均使用藍(lán)色；
不明國(guó)籍或中立國(guó)(地區(qū))情況的隊(duì)標(biāo)和隊(duì)號(hào)均使用綠色。美軍關(guān)于通用作戰(zhàn)符號(hào)的研究起步早，且系統(tǒng)全面。美軍的作戰(zhàn)符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)體系2014版MIL-STD-2525D[4]中，對(duì)作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)顏色進(jìn)行其它表達(dá)的說(shuō)明(矩形、棱形、梅花等)，其中主要規(guī)定敵方情況的隊(duì)標(biāo)用紅色，友方情況的隊(duì)標(biāo)用藍(lán)色，中立方的隊(duì)標(biāo)使用綠色，而未知方的隊(duì)標(biāo)使用黃色。北約[5]等基本采用的是基于美軍的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)體系。

綜合上述，我軍與外軍的顏色軍事語(yǔ)義的差異明顯，在我軍頒發(fā)的相關(guān)作戰(zhàn)標(biāo)圖標(biāo)準(zhǔn)中，沒(méi)有考慮黑白顯示模式下顏色軍事語(yǔ)義的等價(jià)顯示方法，目前研究處于空白，美軍的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)體系在幾何形狀上面已有設(shè)計(jì)，主要側(cè)重空間位置的表達(dá)，在作戰(zhàn)角色的區(qū)分上也有幾何輔助的手段，如基本圖元和簡(jiǎn)單曲線，與我軍所代表的軍事語(yǔ)義相重疊，與本文側(cè)重的幾何輔助對(duì)象設(shè)計(jì)思路有所不同。在上述各國(guó)的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)體系中，顏色具有特定的軍事語(yǔ)義表達(dá)效果，是一種表征作戰(zhàn)信息的重要視覺(jué)編碼手段，因此，顏色的視覺(jué)強(qiáng)化設(shè)計(jì)在作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)顯示中處于重要地位。

1.2 顏色軍事語(yǔ)義與輔助幾何對(duì)象的邏輯映射設(shè)計(jì)

在如今的軍事作戰(zhàn)領(lǐng)域，作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)如何能夠?yàn)闃?biāo)圖作業(yè)提供有效信息，態(tài)勢(shì)可視化效果如何呈現(xiàn)是作戰(zhàn)人員關(guān)注的核心要點(diǎn)。信息可視化表達(dá)的通道取決于視覺(jué)編碼的呈現(xiàn)手段，從視覺(jué)編碼的概念出發(fā)理解戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息呈現(xiàn)的過(guò)程，即將處理后的態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)信息映射成可視化元素，且同一數(shù)據(jù)集合映射后可能對(duì)應(yīng)多種視覺(jué)呈現(xiàn)形式[6]。最終處理的結(jié)果可以理解為一組圖形元素的組合，這些圖形元素?cái)y帶了被編碼的態(tài)勢(shì)信息，當(dāng)作戰(zhàn)人員從這些圖形元素中讀取信息時(shí)，即作戰(zhàn)人員解碼了一些態(tài)勢(shì)信息，變更好的理解與掌握了態(tài)勢(shì)情況。借鑒視覺(jué)編碼的原理，設(shè)計(jì)作戰(zhàn)符號(hào)的呈現(xiàn)形式使思路更加清晰，能更加準(zhǔn)確、高效地傳達(dá)軍事作戰(zhàn)信息。

《圖形符號(hào)學(xué)》一書(shū)中曾提出了7個(gè)圖形符號(hào)，包括位置、大小、數(shù)值、紋理、顏色、方向和形狀及其與信息的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)這些圖形符號(hào)進(jìn)行處理，映射到點(diǎn)、線、面等基本圖元之后，可以組合、演變、生成21種編碼方式可用的視覺(jué)通道[7]，這些視覺(jué)通道在一定程度上影響了用戶讀圖的視覺(jué)認(rèn)知。而在作戰(zhàn)符號(hào)的態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)中，僅僅依靠顏色區(qū)分作戰(zhàn)角色的設(shè)計(jì)顯然應(yīng)用場(chǎng)景比較受限。由此，針對(duì)我軍作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)中幾何增強(qiáng)設(shè)計(jì)較為缺乏的問(wèn)題，本文提出了一種新的設(shè)計(jì)思路，即對(duì)作戰(zhàn)符號(hào)的顏色視覺(jué)編碼，再輔助幾何形狀視覺(jué)編碼，通過(guò)增加視覺(jué)通道，利用顏色空間與幾何空間的雙重表征，實(shí)現(xiàn)輔助幾何對(duì)象強(qiáng)化標(biāo)號(hào)顏色軍事語(yǔ)義的目標(biāo)。

在我軍的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)中，已經(jīng)存在如矩形(指揮所等)、菱形(坦克等)、圓形(士兵等)等幾何形狀，所以，如果僅用單一的基礎(chǔ)圖元(圓、矩形等)作為輔助幾何元素，與我軍的多種作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)在標(biāo)繪時(shí)造成視覺(jué)混淆。因此，本文設(shè)計(jì)了“矩形+貝塞爾曲線”融合顯示樣式，基于幾何輔助的構(gòu)造方法對(duì)作戰(zhàn)角色的各方進(jìn)行標(biāo)號(hào)重塑與加強(qiáng)[8]，并對(duì)生成的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)軍事信息進(jìn)行表征，能夠很好地解決現(xiàn)有設(shè)備中單純依靠顏色軍事語(yǔ)義辨別作戰(zhàn)信息的問(wèn)題，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在3個(gè)方面。

1)差異化：視覺(jué)認(rèn)知方式是一個(gè)多維度的信息轉(zhuǎn)化過(guò)程。數(shù)據(jù)顯示信息與用戶發(fā)生視覺(jué)刺激行為時(shí)，用戶讀取的信息持續(xù)發(fā)生轉(zhuǎn)化，最終形成視覺(jué)刺激反應(yīng)[9]。貝塞爾曲線的加入，使得設(shè)計(jì)的輔助幾何形狀能較好地與已有的標(biāo)號(hào)進(jìn)行良好的視覺(jué)分離，從而影響作戰(zhàn)人員對(duì)標(biāo)號(hào)的視覺(jué)認(rèn)知；

2)視覺(jué)效果：通過(guò)位移調(diào)整曲線的控制節(jié)點(diǎn)可以任意設(shè)計(jì)貝塞爾曲線的形態(tài)，通過(guò)設(shè)置參數(shù)調(diào)整貝賽爾曲線的光滑程度，利用曲線的光滑性[10]，可保證具有較好的視覺(jué)效果；

3)軍事語(yǔ)義：在設(shè)計(jì)新的標(biāo)號(hào)時(shí)需著重考慮標(biāo)號(hào)的軍事語(yǔ)義，在原有標(biāo)號(hào)的顏色語(yǔ)義基礎(chǔ)上，將曲線形態(tài)同樣賦予軍事信息。例如作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)中的紅色標(biāo)號(hào)，幾何輔助設(shè)計(jì)為上凸曲線邊框，形狀飽滿，突出軍事作戰(zhàn)中以我方為主導(dǎo)的必勝理念；
粉色的標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)為左凸右平曲線邊框，較好地體現(xiàn)了作戰(zhàn)友方對(duì)我方友好的偏向意圖；
藍(lán)色的標(biāo)號(hào)呈現(xiàn)出尖銳突出的曲線邊框，凸顯了敵方的危險(xiǎn)性，造成視覺(jué)感官上的強(qiáng)烈沖擊；
綠色的標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)為較低的對(duì)稱(chēng)平緩曲線邊框，表達(dá)了未知方或中立方無(wú)危險(xiǎn)性及沒(méi)有偏向性的軍事語(yǔ)義。

具體設(shè)計(jì)思路和呈現(xiàn)效果如表1中所示。

表1 顏色軍事語(yǔ)義與輔助幾何對(duì)象的邏輯映射表

上面示意圖中內(nèi)部為作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)指揮所，本文的設(shè)計(jì)思路均以指揮所的設(shè)計(jì)為例，其他標(biāo)號(hào)的設(shè)計(jì)方法參照指揮所，外部黑色的封閉幾何曲線為與該顏色對(duì)應(yīng)的輔助幾何對(duì)象。

傳統(tǒng)的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)雖然具有矩形選中框，但沒(méi)有任何軍事語(yǔ)義，本文中設(shè)計(jì)的包圍曲線從軍事語(yǔ)義角度增強(qiáng)了人機(jī)交互功能。貝塞爾曲線作為一種基本的曲線繪制方法，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中有了廣泛的應(yīng)用。貝塞爾曲線插值因具有多種利于曲線設(shè)計(jì)的優(yōu)良特性而成為計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)的重要方法之一[11]。本文從作戰(zhàn)中的各參戰(zhàn)方出發(fā)，從幾何角度和算法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面對(duì)“矩形+貝賽爾曲線”的融合顯示設(shè)計(jì)進(jìn)行深入闡述，充分體現(xiàn)了貝塞爾曲線的幾何不變性、對(duì)稱(chēng)性、凸包性、變差縮減性、光滑性和保凸性等顯著優(yōu)點(diǎn)。

2.1 幾何設(shè)計(jì)方法

2.1.1 貝塞爾曲線

貝塞爾曲線(Bézier curve)是一種數(shù)學(xué)曲線，一般可應(yīng)用于二維圖形應(yīng)用程序[12]。這一曲線通常是計(jì)算機(jī)圖形圖像研究的基本工具，是經(jīng)典的曲線逼近方法。貝塞爾曲線常用的是二次貝塞爾曲線和三次貝塞爾曲線，本文曲線的繪制主要用到三次貝塞爾曲線。

三次貝塞爾曲線結(jié)合了插值和近似，在不改變多項(xiàng)式基函數(shù)類(lèi)型、不增大多項(xiàng)式基函數(shù)次數(shù)的雙項(xiàng)前提下，對(duì)貝塞爾曲線的頂點(diǎn)引入了參數(shù)，這些頂點(diǎn)控制多邊形，并將其與基函數(shù)進(jìn)行線性組合，從而構(gòu)造出新的含參數(shù)的擴(kuò)展基，各點(diǎn)前面的多項(xiàng)式是點(diǎn)的權(quán)重，也可以看成是多項(xiàng)式的基。起點(diǎn)和終點(diǎn)在曲線上，中間兩個(gè)點(diǎn)是近似的。P0處的切線過(guò)P1，P2處的切線過(guò)P3。P0、P1、P2、P3四個(gè)點(diǎn)在平面或在三維空間定義了三次貝塞爾曲線[13]。曲線起始于P0點(diǎn)，走向P3，并從P1的方向來(lái)到P2。一般不會(huì)經(jīng)過(guò)P1或P2；
這兩個(gè)點(diǎn)只是提供趨勢(shì)和方向信息。三次貝塞爾曲線的示意如圖1所示。

圖1 三次貝塞爾曲線控制點(diǎn)分布示意圖

插值曲線的參數(shù)形式：

B(t)=P0(1-t)3+3P1t(1-t)2+

3P2t2(1-t)+P3t3，t∈[0，1]

2.1.2 作戰(zhàn)各方的貝塞爾曲線設(shè)計(jì)

在幾何輔助設(shè)計(jì)下，作戰(zhàn)各方的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)均采用“矩形+貝塞爾曲線”的融合繪制方式。新的組合標(biāo)號(hào)整體分為兩個(gè)部分，包括原有顏色語(yǔ)義標(biāo)號(hào)和外層曲線包絡(luò)。其中，矩形框部分為與各個(gè)作戰(zhàn)方對(duì)應(yīng)的幾何輔助對(duì)象，取自作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的矩形包圍盒，再將標(biāo)號(hào)矩形包圍盒向外擴(kuò)大10%，然后再去掉上邊框；
標(biāo)號(hào)上方的貝塞爾曲線主要是通過(guò)不同的布局來(lái)控制處理曲線的走向，進(jìn)而調(diào)整曲線形狀。各作戰(zhàn)方標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的幾何輔助對(duì)象的詳細(xì)繪制方法如下。

1)紅色(我方)標(biāo)號(hào)貝塞爾曲線設(shè)計(jì)：

首先，我方作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)使用紅色，貝塞爾曲線的設(shè)計(jì)采用凸出、飽滿的曲線線型，繪制方法如圖2所示。過(guò)AB的水平線為H1，過(guò)中點(diǎn)O做垂直平分線OM，取OM上的C點(diǎn)，OC的長(zhǎng)度為AB長(zhǎng)度的1/2，過(guò)C點(diǎn)作與H1平行的直線H2，在C點(diǎn)左右兩側(cè)取P2、P3兩點(diǎn)，使CP2=CP3，長(zhǎng)度為AB長(zhǎng)度的1/6。在點(diǎn)A的上方取P1，在點(diǎn)B的上方取P4，使AP1=BP4=CP2=CP3。整個(gè)曲線的形狀分為兩段，曲線AC采用三次貝塞爾曲線插值，通過(guò)A、P1、P2、C四個(gè)控制點(diǎn)使曲線逼近成下圖形狀；
曲線CB同樣采用三次貝塞爾曲線插值，通過(guò)C、P3、P4、B四個(gè)控制點(diǎn)使曲線逼近成下圖形狀。

圖2 紅色(我方)貝塞爾曲線控制點(diǎn)分布示意圖

2)粉色(友方)標(biāo)號(hào)貝塞爾曲線設(shè)計(jì)：

軍事作戰(zhàn)中，友方作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)規(guī)定為粉色，在顏色語(yǔ)義的支撐下，設(shè)計(jì)幾何輔助曲線形狀為上方為左側(cè)凸起右側(cè)下滑形態(tài)，具體繪制方法如圖3所示，過(guò)AB的水平線為H1，過(guò)中點(diǎn)O做垂直平分線OM，作與H1平行的直線H2，其高度為AB長(zhǎng)度的1/2。在H2上取C點(diǎn)，點(diǎn)C的位置在與過(guò)A的垂線的距離為AB長(zhǎng)度的1/6處。沿直線CB方向，在點(diǎn)C的左右兩側(cè)取P2、P3兩點(diǎn)，使CP2=CP3，為AB長(zhǎng)度的1/6。在點(diǎn)A的上方取P1，AP1長(zhǎng)度為AB長(zhǎng)度的1/6。在點(diǎn)B的左側(cè)取P4，BP4長(zhǎng)度為AB長(zhǎng)度的1/2。整個(gè)曲線的形狀同樣分為兩段，曲線AC采用三次貝塞爾曲線插值，通過(guò)A、P1、P2、C四個(gè)控制點(diǎn)使曲線呈凸形；
曲線CB同樣采用三次貝塞爾曲線插值，通過(guò)C、P3、P4、B四個(gè)控制點(diǎn)使曲線逼近成下圖形狀。

圖3 粉色(友方)貝塞爾曲線控制點(diǎn)分布示意圖

3)藍(lán)色(敵方)貝塞爾曲線設(shè)計(jì)：

敵方的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)通常為藍(lán)色，藍(lán)色的標(biāo)號(hào)映射幾何形狀為尖銳突出的曲線，要突顯出對(duì)我方作戰(zhàn)的危險(xiǎn)性，要求視覺(jué)效果帶來(lái)的沖擊顯著，所以設(shè)計(jì)為上方曲線中間凸出，具體繪制方法如圖4所示。過(guò)AB的水平線為H1，過(guò)中點(diǎn)O做垂直平分線OM，取OM上的C點(diǎn)，OC的長(zhǎng)度為AB長(zhǎng)度的1/2，過(guò)C點(diǎn)作與H1平行的直線H2，在C點(diǎn)左右兩側(cè)取P2、P3兩點(diǎn)，使CP2=CP3，長(zhǎng)度為AB長(zhǎng)度的1/6。在點(diǎn)A的右側(cè)取P1，在點(diǎn)B的左側(cè)取P4，使AP1=BP4，為AO長(zhǎng)度的2/3。同樣，整個(gè)曲線的形狀分為兩段，曲線AC采用三次貝塞爾曲線插值，通過(guò)A、P1、P2、C四個(gè)控制點(diǎn)使控制左側(cè)曲線；
曲線CB同樣采用三次貝塞爾曲線插值，通過(guò)C、P3、P4、B四個(gè)控制點(diǎn)控制右側(cè)形狀。

圖4 藍(lán)色(敵方)貝塞爾曲線控制點(diǎn)分布示意圖

4)綠色(未知或中立方)貝塞爾曲線設(shè)計(jì)：

作戰(zhàn)中的未知方和中立方被規(guī)定為綠色的標(biāo)號(hào)，映射的幾何形狀需要針對(duì)軍事語(yǔ)義進(jìn)行設(shè)計(jì)，較低的對(duì)稱(chēng)平緩曲線邊框，體現(xiàn)了作戰(zhàn)角色的中立態(tài)度及對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的無(wú)偏向性，具體繪制方法如圖5所示，過(guò)AB的水平線為H1，過(guò)中點(diǎn)O做垂直平分線OM，取OM上的C點(diǎn)，OC的長(zhǎng)度為AB長(zhǎng)度的1/6，過(guò)C點(diǎn)作與H1平行的直線H2，在C點(diǎn)左右兩側(cè)取P2、P3兩點(diǎn)，使CP2=CP3，長(zhǎng)度為AB長(zhǎng)度的1/4。點(diǎn)A的上方取P1，在點(diǎn)B的上方取P4，使AP1=BP4，為AB長(zhǎng)度的1/6。同樣，整個(gè)曲線的形狀分為兩段，曲線AC采用三次貝塞爾曲線插值，通過(guò)A、P1、P2、C四個(gè)控制點(diǎn)使控制左側(cè)曲線；
曲線CB同樣采用三次貝塞爾曲線插值，通過(guò)C、P3、P4、B四個(gè)控制點(diǎn)控制右側(cè)形狀。

圖5 綠色(未知或中立方)貝塞爾曲線控制點(diǎn)分布示意圖

以上幾何輔助對(duì)象的曲線繪制，利用“矩形+貝賽爾曲線”的融合顯示設(shè)計(jì)方法，對(duì)于作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的幾何強(qiáng)化表達(dá)具有十分重要的意義。首先，在顏色軍事語(yǔ)義的輔助幾何對(duì)象強(qiáng)化表征設(shè)計(jì)層面，可為各類(lèi)終端設(shè)備顯示提供關(guān)鍵的顏色軍事語(yǔ)義增強(qiáng)表達(dá)，極大推進(jìn)裝備級(jí)態(tài)勢(shì)信息顯示技術(shù)；
其次，在人文設(shè)計(jì)層面，顏色語(yǔ)義的幾何增強(qiáng)表達(dá)設(shè)計(jì)思路，可為世界上的色弱人士提供顏色視覺(jué)增強(qiáng)設(shè)計(jì)[14]，具有較為廣泛的社會(huì)價(jià)值；
在人機(jī)交互方面，可以加強(qiáng)作戰(zhàn)人員讀圖與標(biāo)繪過(guò)程中的視覺(jué)感受，為指揮作戰(zhàn)領(lǐng)域提供了一種新的思路。

2.2 作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)顏色語(yǔ)義的幾何強(qiáng)化表征繪制流程

基于上述相關(guān)設(shè)計(jì)與研究，下面給出由標(biāo)號(hào)到生成輔助幾何對(duì)象的完整流程。作戰(zhàn)符號(hào)顏色語(yǔ)義的幾何強(qiáng)化表征處理流程分為七步，如圖6所示。

圖6 作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)顏色語(yǔ)義的幾何強(qiáng)化表征流程圖

圖7 標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)對(duì)比分析

1)計(jì)算標(biāo)號(hào)的矩形AABB包圍盒[15]：AABB構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)空間小，具有相交測(cè)試的簡(jiǎn)單性及較好的緊密性，因此從幾何邏輯映射角度出發(fā)確定包圍盒策略，并根據(jù)幾何特征構(gòu)造對(duì)應(yīng)的AABB包圍盒；

2)擴(kuò)展包圍盒10%：再將標(biāo)號(hào)矩形包圍盒向外擴(kuò)大10%，矩形包圍盒的外擴(kuò)可以造成良好的分離效果，與原始作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)形成幾何與視覺(jué)上的分離；

3)繪制下部折線：依據(jù)擴(kuò)展的矩形，繪制包圍盒的左、底、右三邊；

4)繪制上部貝塞爾曲線：依據(jù)擴(kuò)展的矩形，及標(biāo)號(hào)的軍事語(yǔ)義，敵、我、友等各個(gè)作戰(zhàn)角色等，基于前文所述的幾何輔助設(shè)計(jì)，通過(guò)將貝塞爾插值算法封裝，求控制點(diǎn)位置，提供接口函數(shù)，繪制與之對(duì)應(yīng)的上部貝塞爾曲線；

5)曲線優(yōu)化與生成：控制起始點(diǎn)、終止點(diǎn)和中間點(diǎn)來(lái)擬合首段曲線，以首段末點(diǎn)為起點(diǎn)保證位置和斜率一致[16]。擬合第二段曲線，需要對(duì)單段的貝塞爾曲線進(jìn)行局部有效控制，在曲線繪制過(guò)程中對(duì)曲線進(jìn)行光滑處理，實(shí)現(xiàn)繪制過(guò)程的優(yōu)化。保證下部折線及上部曲線在連接處的連貫性與吻合度，可繪制出一條完整光滑的封閉曲線；

6)視覺(jué)融合顯示：為強(qiáng)化標(biāo)號(hào)與輔助幾何對(duì)象的整體性，可將封閉的輔助幾何對(duì)象進(jìn)行顏色半透明填充，填充顏色采用標(biāo)號(hào)的顏色，透明度采用30%～50%[17]，填充色優(yōu)先繪制，標(biāo)號(hào)繪制在上面，保證不被遮擋。而且，通過(guò)填充顏色，可將標(biāo)號(hào)與背景進(jìn)行良好的視覺(jué)分離，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)號(hào)的突出顯示。

7)交互測(cè)試：繪制生成的曲線組合生成新的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)，需要設(shè)置顏色、線型、線寬、角度、是否填充等多種可更改屬性，并將其保存到相應(yīng)的容器中[18]。為了增加用戶使用的舒適度，符合用戶的讀圖習(xí)慣，需要對(duì)生成的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)進(jìn)行多次試驗(yàn)與測(cè)試，使得在繪制不同曲線的時(shí)候以達(dá)到更好的顯示效果，同時(shí)保證軍事信息的準(zhǔn)確性。

為了快速展現(xiàn)態(tài)勢(shì)信息，提高計(jì)算能力與繪制效率，可進(jìn)行繪制底層接口封裝的可視化處理。整個(gè)繪制處理流程通過(guò)對(duì)貝塞爾曲線控制點(diǎn)的不同布局，生成4種特定的光滑曲線，這些曲線形狀對(duì)應(yīng)了不同顏色的軍事語(yǔ)義，與美軍作戰(zhàn)符號(hào)顏色的幾何輔助設(shè)計(jì)相比，這些新型的幾何形狀更加適合我軍作戰(zhàn)人員的認(rèn)知習(xí)慣[19]，形象性強(qiáng)，簡(jiǎn)潔易記。

2.3 融合顯示效果圖

4種曲線設(shè)計(jì)的顯示效果采用地理信息系統(tǒng)及標(biāo)繪軟件進(jìn)行可視化處理。模擬的過(guò)程是在沒(méi)有彩色顯示模式下，以地形圖作為底部顯示圖層，以作戰(zhàn)指揮所作為引例的設(shè)計(jì)效果。幾何輔助下的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)使得標(biāo)繪人員關(guān)注態(tài)勢(shì)變化，可較好地突顯各軍事參戰(zhàn)方，傳達(dá)軍事作戰(zhàn)信息，在顏色軍事語(yǔ)義削弱的情況下，為作戰(zhàn)讀圖和戰(zhàn)場(chǎng)指揮做好了強(qiáng)化保障。各作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)的顯示效果如文末圖8所示。

本文將系統(tǒng)部署到XX基地工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)試環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在我方及敵方的各類(lèi)態(tài)勢(shì)主題下，對(duì)新設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)的顯示樣式進(jìn)行接入和管理，利用黑盒測(cè)試的方法對(duì)繪制處理效果以及態(tài)勢(shì)可視化優(yōu)化等模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了圖形繪制樣式的改善，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果，從時(shí)間、數(shù)量等兩個(gè)指標(biāo)出發(fā)，驗(yàn)證了新標(biāo)號(hào)的快速顯示、在各應(yīng)用場(chǎng)景下的應(yīng)用顯示以及軍事表達(dá)能力，如表2所示[20]。

表2 實(shí)驗(yàn)性能測(cè)試

作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的融合強(qiáng)化設(shè)計(jì)主要考慮到人類(lèi)功效學(xué)的因素進(jìn)行顯示，由簡(jiǎn)單標(biāo)號(hào)上升為攜帶軍事表達(dá)能力的作戰(zhàn)單元，在態(tài)勢(shì)可視化階段給作戰(zhàn)人員傳達(dá)的視覺(jué)效果達(dá)到了量變的層面。通過(guò)對(duì) 不同應(yīng)用場(chǎng)景的分析可以看出，基于新的標(biāo)號(hào)進(jìn)行的作戰(zhàn)任務(wù)可從視覺(jué)通道、能力表達(dá)、流程步驟的數(shù)量進(jìn)行對(duì)比，使得籌劃態(tài)勢(shì)可以有多種可視化呈現(xiàn)形式，極大地提高了作戰(zhàn)效率與信息承載能力。

融合幾何視覺(jué)編碼的作戰(zhàn)符號(hào)設(shè)計(jì)，在形狀、文字、顏色3個(gè)視覺(jué)變量的基礎(chǔ)上，增加了幾何特征、符號(hào)、線條、角度，增加了對(duì)實(shí)體、身份、級(jí)別、狀態(tài)、關(guān)系等屬性的信息傳達(dá)，表達(dá)豐富且完整，增強(qiáng)了作戰(zhàn)任務(wù)中的交互性與視覺(jué)性，同時(shí)手持終端設(shè)備的視覺(jué)沖突問(wèn)題得以解決[21]。

本文針對(duì)裝備及野外環(huán)境等作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的識(shí)別應(yīng)用場(chǎng)景，以作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)中的指揮所為例，對(duì)作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)的顏色軍事語(yǔ)義給出了新型的輔助幾何對(duì)象設(shè)計(jì)，對(duì)作戰(zhàn)指揮及訓(xùn)練系統(tǒng)的建設(shè)提供了一定的支撐。未來(lái)可借鑒該思路，進(jìn)一步優(yōu)化指揮中心等的作戰(zhàn)標(biāo)號(hào)顯示，通過(guò)多種視覺(jué)編碼方式(顏色、透明度、形狀等)，協(xié)同提升態(tài)勢(shì)顯示效果，將幾何輔助的強(qiáng)化表征設(shè)計(jì)應(yīng)用于更加廣泛的標(biāo)號(hào)類(lèi)型，不斷提升從聯(lián)合指揮中心到武器終端等的多尺度態(tài)勢(shì)顯示能力[22]。

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