打破數據孤島：合成環境 (Synthetic Environment) 的 OGC CDB 革命與地形串流技術

在分散式任務訓練（Distributed Mission Training, DMT）與 LVC（Live, Virtual, Constructive）聯合演習中，工程師面臨的最大挑戰往往不是飛機飛得像不像，而是「世界是否一致」。

試想一個場景：空中的 F-16 飛行員看到一座橋，並投彈摧毀了它；但在地面 M1 戰車模擬器的視角中，那座橋卻因為資料庫版本不同而完好無損，戰車甚至開了過去，這種「地形關聯性錯誤（Database Correlation Error）」是導致訓練負遷移（Negative Training）的主因。

傳統的解決方案是強制所有模擬器使用同一家廠商的專有格式（如 OpenFlight 或 CTDB），這導致了嚴重的廠商鎖定（Vendor Lock-in）與更新遲滯，隨著 OGC CDB (Common Database) 標準的興起，模擬產業正經歷一場從「靜態編譯」到「動態發布」的底層架構革命。

傳統地形產生的痛點：漫長的「編譯」長征

在過去三十年，建立一個高解析度的虛擬地球（Whole Earth Database）是一個極度耗時的過程。

1. 原始資料獲取：
   收集衛星影像（Sat Imagery）、高程資料（DTM/DEM）與向量特徵（Vector Features）。
2. 離線編譯（Offline Compilation）：
   使用工具將這些原始資料「產製（Bake）」成特定 IG（影像產生器）專用的二進位格式。
3. 版本僵化：
   一旦編譯完成，資料庫即定型，若要在某個座標新增一棟建築，往往需要重新編譯整個區塊（Tile）甚至整個資料庫，耗時數天至數週。

核心原理深入解析：CDB 架構與執行時（Run-time）運算

CDB (Common Database) 是一個由開放地理空間協會（OGC）維護的開放標準，它的核心理念是：模擬器應該直接讀取「原始資料」，而非「顯示格式」。

1. 儲存結構：與地理位置掛鉤的圖磚系統

CDB 不像傳統格式將幾何模型與紋理混合打包，而是採用嚴格的目錄結構，它將地球劃分為經緯度網格（Geocells），並將高程、影像、向量與材質屬性分開儲存。
技術優勢： 這種結構允許「增量更新（Incremental Update）」。要更新一個機場，只需替換該目錄下的特定檔案，無需動到周圍的 terrain skin。

2. 材質分類與物理屬性 (Material Classification)

在現代模擬中，視覺（Visual）只是其中一個頻譜，感測器（Sensor）需要知道物體的材質。

• 傳統做法： 視覺資料庫是一套，紅外線資料庫是另一套，雷達資料庫又是另一套。
• CDB 做法： CDB 在地形紋理中嵌入了材質編碼（Material Code），當 IG 軟體讀取時，它依據當前的感測器模式（如 FLIR），即時查詢材質的物理屬性（如熱容、反射率），並動態渲染出正確的圖像，這確保了可見光與紅外線視角永遠是 100% 關聯的。

3. LOD (Level of Detail) 的動態管理

CDB 支援無限層級的細節，IG 軟體必須具備強大的分頁（Paging）與串流（Streaming）演算法。

• 挑戰： 當高速戰機低空飛過城市時，系統需在毫秒級時間內，從硬碟載入高解析度貼圖並解壓縮。
• 解決方案： 現代 IG 引擎利用多執行緒與 GPU 直接記憶體存取，在背景預先載入（Pre-fetch）預測路徑上的資料，消除畫面卡頓（Stutter）。

技術實作：從數據到畫面的管線優化

要駕馭 CDB 這類海量資料庫，視覺系統（Visual System）的軟體架構必須具備以下特性：

1. 原生支援 (Native Support) vs. 轉檔

市面上許多模擬軟體聲稱支援 CDB，其實是透過中間層「即時轉檔」成舊格式，這會增加延遲，真正的原生支援（Native Support）是指渲染引擎直接讀取 CDB 的 TIFF/XML/OpenFlight 檔案結構進行渲染，完全跳過中間轉換，最大化 I/O 效率。

2. 全球地形與局部高精度的融合

理想的模擬環境是「全球覆蓋」加上「局部高精」。

• 背景層（Background）： 使用衛星圖（如 Landsat）覆蓋全球。
• 嵌入層（Insets）： 在目標區（如機場、靶場）嵌入公分級的高解析度無人機空拍圖與 3D 攝影測量模型。IG 必須能處理這些不同解析度圖層在邊緣的平滑過渡（Blending）。

應用場景：為什麼這一點對現代戰爭至關重要？

• 快速任務預演 (Mission Rehearsal)：
  當情報單位獲得敵方新陣地的衛星照片後，指揮官希望在 24 小時內讓飛行員在模擬器中飛過該區域，傳統編譯流程無法滿足此時效，CDB 架構則允許直接將新照片丟入資料庫目錄即刻生效。
• 多光譜感測器融合：
  無人機操作員需要訓練識別偽裝目標，基於物理材質的 CDB 資料庫能確保偽裝網在可見光下看不見，但在多光譜成像中無所遁形。

地形資料庫技術的演進，是將模擬器從「封閉的遊戲機」轉變為「開放的地理資訊平台」，透過採用 CDB 標準與強大的即時渲染引擎，國防客戶終於能擺脫單一供應商的資料綁架，實現跨軍種、跨平台的真實地形關聯，讓虛擬訓練的每一寸土地都具有戰術價值。

Q3D 解決方案介紹

針對合成環境的產生、管理與即時渲染，Quantum3D 提供了從資料源頭到最終畫面的完整生態系：

MANTIS 即時場景視覺模擬顯示引擎 (Native CDB Support)

Quantum3D 的旗艦級渲染軟體，其最新版本（NG Release）具備原生 CDB 支援能力，無需任何轉檔即可直接載入並渲染 CDB 格式的全球地形，這大幅縮短了任務準備時間，並確保了地形資料的絕對精確性。

• 它同時支援 OpenFlight、CTDB 等傳統格式，保障客戶舊有資產的相容性。
• 透過 ViXsen 模組，MANTIS 能讀取資料庫中的材質分類，即時產生物理級的紅外線與夜視影像。

GeoScapeSE WWDB 全球特定地理資料庫 (WWDB)

這是一套隨開即用的全球地形資料解決方案。

• 規格： 提供涵蓋全球的衛星影像背景層，並採用 CDB 格式儲存。
• 擴充性： 客戶可在此基礎上，利用 Quantum3D 的服務嵌入高解析度的局部區域（Insets），如特定機場或衝突區域。

GeoScapeSE WWDB 影像範例


GeoScapeSE 全球資料庫區域

CatalystSE DBGS 合成環境資料庫建構解決方案

專為建立與維護複雜地形資料庫設計的工具套件，它允許使用者整合衛星影像、高程數據與 3D 模型，快速產生符合 MANTIS 最佳化需求的合成環境。

CatalystSE DBGS 提供可自訂配置、基於 PC 的開放架構 COTS 資料庫解決方案，使客戶能開發、修改及維護大範圍、高解析度的地理特定合成環境；支援 ESRI ArcGIS、Quantum3D MANTIS、Adobe Photoshop 等專業工具。


模擬機場場景的 3D 資料庫建構過程，左圖顯示線框模型，中圖為無紋理 3D 幾何模型，右圖為完整渲染後的高擬真模擬環境。

Facets 即時高擬真3D 模型庫

為了填充空曠的地形，Quantum3D 提供包含數千種海陸空載具與建築的 3D 模型庫，所有模型皆已包含材質分類（Material Classification）與紅外線特徵，完全適配 CDB 與 MANTIS 的感測器模擬需求。

Quantum3D 提供 Facets 即時 3D 模型庫，內含 900+ 獨特模型，涵蓋 51 種類別，支援多種細節層級（LOD）與業界標準格式。適用於視覺/模擬應用，兼顧擬真效果與即時效能。


Quantum3D Facets 即時 3D 模型庫針對 Quantum3D Independence 系統優化，確保高效能運行、低延遲渲染，並提供極致擬真的 3D 模擬體驗，滿足各類 視覺模擬與影像產生需求；模型庫涵蓋 空中、地面、海上、建築、人員與飛彈 等場景類別。


Quantum3D Facets 即時 3D 模型庫可根據任何即時系統進行優化，確保高效能與低延遲渲染，適用於多種視覺模擬與影像產生應用，模型類別涵蓋 空中、地面、海上、太空、飛彈與其他武器，支援多層級細節（LOD）、感測器模擬、受損狀態與即時動畫，可靈活整合至各類訓練與模擬環境，提供卓越的擬真體驗。