對接真實系統：透過 CIGI 與 DIS/HLA 協議打造聯合無人機演訓環境

 

孤島式訓練的侷限與網路中心戰的模擬需求

在當前全球航太國防與先進軍事訓練的發展軌跡中，無人飛行載具（UAV）的應用已跨越了單一平台偵蒐的範疇，深度融入為多維度「網路中心戰」的核心感測與打擊節點，現代戰術的成功，往往建立在無人機與地面裝甲部隊、砲兵前線觀測單位、以及空中打擊機群之間的高效協同之上，在這樣的產業背景下，針對無人機操作員（包含飛行員與酬載操作員）的模擬訓練，若僅侷限於單機的飛行動力學與相機操作，將難以滿足複雜聯合作戰的實務需求。

從現有測試與訓練技術的邊界來看，傳統的「孤島式（Standalone）」無人機模擬器面臨著顯著的瓶頸，當酬載操作員在虛擬環境中熟練掌握了紅外線（IR）與微光夜視鏡（NVG）的操作後，他們必須進一步學習如何將這些感測器所獲得的關鍵戰場資訊，在充滿通訊干擾與時間壓力的情況下，即時傳遞給網路中的其他友軍單位；要在實驗室或訓練中心內重現這種跨單位的資訊流動，必須解決一個核心工程難題：如何讓來自不同製造商、運行不同底層邏輯的海、陸、空模擬系統，在同一個虛擬時空中進行無延遲的「對話」，並確保無人機的高精度夜視鏡頭能夠即時渲染出其他系統所觸發的動態事件（例如遠處火砲的爆炸熱源）。

為了解決這個跨系統整合的產業痛點，標準化通訊協定與開放式架構成為了建構大型聯合演訓環境的基石，在目前的技術架構中，Quantum3D 所提供的無人機訓練系統，透過深度整合 CIGI（通用影像產生介面，Common Image Generator Interface） 標準，以及 DIS（分散式互動模擬，Distributed Interactive Simulation） 與 HLA（高層次架構，High-Level Architecture） 等國際軍事網路協議，為解決此難題提供了極具可行性的路徑。

UAV 無人機訓練系統結合高擬真飛行模擬、任務規劃與感測器模擬功能，支援多機型操作與團隊任務訓練。可攜式 IP67 結構，適用於教室與野外訓練環境。

透過這些底層通訊協議的橋接，無人機模擬系統能夠被解構並重新定義為一個「網路節點」，CIGI 協定負責在無人機飛控主機（Host）與 MANTIS 影像產生器（IG） 之間，以極低延遲傳輸視線查詢與感測器控制指令；而 DIS 與 HLA 協定則作為宏觀的戰術廣播網路，讓無人機系統得以與「砲兵前線觀測員訓練模擬器（AFOS）」、「SM500 全動態飛行模擬器」，甚至真實的軍事作戰指揮系統無縫互連。

這種從「單機視覺模擬」向「全域聯網數據共享」的技術轉移，不僅極大地豐富了無人機夜視與感測器訓練的情境複雜度，更使得軍事指揮官與系統開發人員能夠在高度可控且安全的合成環境中，進行大規模的戰術預演（Mission Rehearsal）與硬體迴路（HIL）通訊驗證，在合理評估網路延遲與資料庫同步前提下，基於 CIGI 與 DIS/HLA 的整合架構，確立了其在現代多領域聯合演訓系統中不可或缺的核心地位。

解決方案特色：構建高擬真聯合戰術環境的通訊與渲染機制

要將無人機的夜間偵蒐能力無縫融入多單位的聯合演訓環境，不僅需要穩定的網路頻寬，更仰賴精密的軟體通訊架構與底層物理渲染引擎的協同運作，Quantum3D 解決方案在整合 CIGI 與 DIS/HLA 協議上，展現了以下幾項關鍵技術特色：

深度相容 CIGI 3.x/4.0 介面，確保主機與影像產生器的完美同步

在無人機模擬的內部架構中，飛行控制與任務邏輯通常由主機（Host PC）運算，而複雜的視覺與紅外線渲染則交由影像產生器（Image Generator, 如 IDX 8000）執行，系統深度支援由美國國防部與視覺模擬業界共同開發的 CIGI（Common Image Generator Interface）2.0、3.x 與 4.0 標準；CIGI 作為專用的資料封包協定，能透過專屬的 Gigabit 乙太網路，將主機計算出的無人機六自由度（6DOF）姿態、相機雲台的俯仰/滾轉角度，以極高的頻率傳遞給 MANTIS 影像軟體，更重要的是，在夜視（NVG）或紅外線（IR）任務中，CIGI 協定能高速處理「視線交叉測試（Line-of-Sight Intersection Testing）」與「地形高度計算（HAT/HOT）」，當酬載操作員透過雷射測距儀鎖定目標時，CIGI 確保了雷射光束與 3D 地形模型之間的物理碰撞計算達到零延遲，是感測器精確模擬的首要底層保障。

DIS/HLA 分散式互動模擬架構，打破單一軍種訓練壁壘

當無人機系統需要與外部環境互動時，DIS（分散式互動模擬）與 HLA（高層次架構） 發揮了關鍵作用，DIS 是一種基於廣播封包（PDUs, Protocol Data Units）的即時網路標準，適用於快速傳遞戰場實體（如戰機、車輛、飛彈）的空間狀態與動態事件，透過 DIS 介面，無人機模擬系統能夠實時接收到遠端「砲兵模擬器」發射砲彈的事件封包，並將其轉化為虛擬環境中的動態目標；另一方面，HLA 配合 RPR FOM（即時平台參考聯邦物件模型），提供了一個更具彈性且適合大規模複雜演練的架構，在 HLA 聯邦（Federation）中，無人機模擬器作為一個成員（Federate），可以與海軍艦艇模擬器或電子戰（EW）模擬系統共享極度複雜的戰術規則與感測器狀態，實現跨軍種的深度情報交融。

跨節點 CDB（通用資料庫）確保地形幾何與熱屬性的一致性

在網路聯合演練中，一個常見的致命錯誤是各個模擬節點使用了微小差異的地形檔案，導致無人機在空中看到的目標位置，與地面戰車感知的位置產生偏差，Quantum3D 解決方案原生支援 CDB（Common Database，通用資料庫） 格式；CDB 是一種開放式的航空與軍事模擬標準化資料庫格式，透過 CDB，無人機模擬系統、地面控制站、以及其他連網的第三方模擬器，都能夠在執行時間（Run-time）讀取絕對一致的地形幾何、建築物配置與材質編碼（Material Coded Data），這確保了當敵方車輛隱蔽於特定樹林時，不論是透過無人機的長波紅外線（LWIR）俯視，或是地面步兵的夜視鏡平視，該樹林提供的物理遮蔽與熱輻射遮擋效果是完全精確且同步的。

MANTIS 為 Quantum3D 研發的即時影像產生軟體，支援 CDB、感測器模擬、環境特效、飛行與車輛模擬等應用，提供高擬真 3D 圖形，適用於訓練與模擬市場。

FIVE 戰術環境系統的動態實體生成與規則注入

聯合演訓環境不能僅有受訓者，還需要具備挑戰性的敵方與中立單位，透過整合 FIVE（Forces In Virtual Environment）戰術環境模擬系統，教官可以在網路中注入由電腦生成部隊（CGF）驅動的動態實體，FIVE 系統完全相容於 HLA 與 DIS 協議，並能產生具備「基於規則之自主行為（Rule-Based Autonomous Behavior）」的敵方防空飛彈陣地（SAM）或裝甲巡邏車隊，當無人機的夜視模擬系統連入網路後，操作員將面臨 FIVE 系統所生成的敵方雷達掃描或電子干擾。這種基於網路層級的威脅注入，極大地豐富了無人機操作員在虛擬戰場中的認知負荷與決策深度。

FIVE（Forces In Virtual Environment）戰術環境模擬系統提供逼真的戰術環境模擬，適用於戰術訓練、戰爭推演、決策支援與電子戰演習。

網路事件與 ViXsen 物理熱成像的即時連動

網路通訊的最終目的是為了視覺與感測器的擬真呈現，當 DIS/HLA 網路傳來一個「敵方戰車引擎啟動」或「發射熱焰彈（Flare）」的資料封包時，無人機端的影像產生器必須能即時解譯並渲染，結合 ViXsen 物理感測器模擬模組，系統並非只是簡單地在畫面上貼上一張圖片，而是根據網路傳來的事件狀態，結合 1D 熱傳導運算，即時增加該戰車引擎部位的熱容量與發射率（Emittance），因此，無人機酬載操作員在黑熱（Black Hot）或白熱（White Hot）監控畫面上，會看到引擎隨時間推移而逐漸變亮的真實物理漸變過程，這種將網路資料封包轉化為物理級光電（EO）與紅外線（IR）像素渲染的技術，是Quantum3D在高階感測器模擬中最具區別性的優勢。

圖中展示了 Quantum3D 的訓練模擬技術，透過紅外線（IR）影像模擬呈現戰場環境，並清楚顯示坦克與周圍場景的熱對比效果。此技術適用於軍事訓練、戰術模擬與感測器測試，能夠精確模擬紅外線設備的視覺效果，以提升夜間作戰與偵查能力。

解決方案應用：建構跨域協同與無邊界的實戰推演場景

將無人機的夜間偵蒐與感測器模擬系統透過 CIGI 與 DIS/HLA 協議對接至更廣闊的軍事網路，開啟了眾多高價值的應用場景，這使得各軍種與培訓機構能夠在實驗室的控制下，重現過去只能在實彈軍演中才能測試的複雜戰術邏輯。

偵蒐至打擊（Sensor-to-Shooter）的完整戰術迴路演練

在現代砲兵與空中打擊任務中，無人機是最關鍵的「前線眼睛」，透過 DIS 網路，UAV 模擬訓練系統 可與 砲兵前線觀測員訓練模擬器（AFOS） 進行無縫整合，在一個虛擬的夜間山區場景（由 GeoScapeSE 提供地形庫）中，無人機酬載操作員使用 Quest2 模組的微光夜視（NVG）功能搜索敵方補給車隊，發現目標後，操作員使用模擬雷射測距儀標定座標，並透過通訊系統將數據回傳給網路中的 AFOS 系統操作員，AFOS 操作員隨即引導虛擬榴彈砲進行射擊，砲彈的彈道與爆炸落點透過 DIS 網路同步傳回無人機系統，無人機操作員則利用中波紅外線（MWIR）穿透爆炸產生的煙塵（See Through Smoke），評估戰果並進行後續火力修正；這種跨系統的聯網演練，對於縮短「發現即摧毀」的時間差具有極高的訓練價值。

UAV 無人機訓練系統結合高擬真飛行模擬、任務規劃與感測器模擬功能，支援多機型操作與團隊任務訓練。可攜式 IP67 結構，適用於教室與野外訓練環境。


Quantum3D 砲兵前線觀測員訓練模擬器（AFOS）為前線觀測員與火力指揮中心提供沉浸式 3D 戰場模擬訓練，涵蓋目標偵測、火力請求與彈道模擬，並支援 NATO 砲兵技術。


GeoScapeSE WWDB 是全球首款無縫整合的特定地理資料庫，提供 15M 或 10M 高解析度影像，支援 OTW、NVG、IR、EO 及雷達感測等應用，並針對 Quantum3D 影像產生器進行最佳化。

無人機與無人地面車（UGV）的空地無人蜂群（Swarm）協作

未來的戰場將大量部署無人系統，透過通用的網路協定，無人機模擬器可以與 BARKAN 無人地面載具（UGV） 的控制系統建立聯合演訓環境，在一個佈滿敵方干擾的複雜任務中，UAV 作為空中中繼站與廣域監視平台，利用高解析度 EO 鏡頭掃描前方路徑，並將潛在的伏擊點透過資料鏈（Data Link）標示給地面的 BARKAN 系統；同時，教官可透過 FIVE 系統在網路中注入 GPS 訊號遺失或敵方電子戰（EW）干擾事件。操作團隊必須練習在此類網路降級的環境下，如何透過備用的視覺導航與自主行為規則（Rule-based autonomy），維持 UAV 與 UGV 之間的戰術協同與編隊推進。

城市戰術環境（MOUT）下的防空對抗與規避

對於執行低空情報蒐集的雲下自主無人機（如 QUAV），敵方攜帶式防空系統（MANPADS）是最大的威脅之一，在分散式模擬網路中，一組學員可以操作 UAV 模擬器，而另一組學員則配備 刺針飛彈模擬器（Stinger Simulator） 扮演敵對防空單位，當 UAV 進入城市作戰區域時，刺針飛彈模擬器操作員試圖透過紅外線尋標器鎖定無人機的引擎熱源。此鎖定訊號透過網路傳遞給 UAV 系統，觸發 UAV 的飛彈警告接收器（MWR），UAV 飛行員必須迅速做出戰術決策，如進行極端的規避機動，或釋放虛擬誘餌彈（Flare）以干擾刺針飛彈的紅外線追蹤；這種由真人操控雙方節點的「紅藍軍對抗（Red vs. Blue）」，能產生遠比對抗預設 AI 更真實的操作壓力與學習效益。

 

Quantum3D 刺針飛彈模擬器（Stinger Simulator）是一款 VR高擬真訓練系統，支援個人與團隊訓練，提供環境設定、敵我識別、規避動作等功能，並內建訓後回顧與教官操作站，全面提升訓練效能。
 

航太工程研發的硬體迴路（HIL）感測器通訊驗證

在新型無人機光電塔（EO/IR Gimbal）或飛控電腦的研發階段，工程團隊需要確保這些硬體設備能與標準的軍用資料鏈（如 Link 16 概念）正確通訊。透過將真實的硬體設備連接至支援 CIGI 介面的 Independence IDX 影像產生器，並接入 HLA 模擬網路，工程師可以建構一個強大的 硬體迴路（HIL, Hardware-in-the-Loop） 測試平台，在此環境中，真實的相機感測器軟體處理的是由 ViXsen 即時渲染的物理熱成像數據，而其輸出的追蹤指令則透過網路回饋給虛擬載具，這使得開發團隊能在無實機墜毀風險的條件下，反覆驗證目標辨識演算法與網路通訊協定的穩定性。

Quest2 與 ViXsen 提供即時感測器模擬，支援電光（EO）、紅外線（IR）、夜視（NVG）影像處理與物理模擬，MANTIS 方案助您實現精確的感測器影像與後處理效果。

大型軍事演習的網路中心戰（Network-Centric）預演

對於軍事指揮層級而言，理解全域戰場態勢是核心能力，透過將無人機模擬系統整合至包含戰機（如連接 SM500 全動態模擬器）、海軍艦艇與地面雷達站的大型 HLA 聯邦中，可以進行複雜的 網路中心作戰演習（Network-Centric Operation Exercises），教官操作站（IOS）的指揮官能透過 MANTIS Commander 軟體監控高達 64 個以上的網路通道狀態，並利用隱形視角（Stealth View）或 2D 戰術地圖，綜觀無人機如何在充滿敵我識別（IFF）挑戰與多層次電子對抗（ECM）的網路環境中，執行遠程目標標定與情報分發，此類大規模推演為高階將領的戰術推演（War Gaming）提供了極具分析價值的數據支援。

MANTIS Commander 提供高效的多通道影像產生（Image Generator, IG） 解決方案，支援 NVIDIA Quadro Sync，適用於 Windows 及 Linux，可管理 64+ 通道，提升影像系統的靈活性與穩定性。

產業應用與客製化矩陣

網路通訊協議的價值在於其普遍的適應性，為了確保不同領域的使用者都能將無人機模擬系統精確對接至其現有的作業網路中，本解決方案提供了高度模組化的架構，以下矩陣詳細展示了 CIGI 與 DIS/HLA 整合技術在不同產業領域的核心應用維度與客製化方向：

此矩陣清楚表明，基於國際標準的通訊協議，使得無人機訓練系統不再受限於單一的硬體框架，而是能夠根據任務需求，彈性地作為情報提供者、目標標定者或戰術打擊者，無縫嵌入各類機構的現有或未來測試網路中。
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其他解決方案

建構一個支援 DIS/HLA 與 CIGI 協議、且具備極高擬真度的聯合無人機演訓環境，仰賴於 Quantum3D 旗下多項專業軟硬體系統的深度整合。以下解決方案共同支撐了這個龐大的網路中心模擬生態系：

MANTIS 即時場景管理軟體

作為處理所有視覺渲染與感測器模擬的核心引擎，MANTIS 原生支援 CIGI 2.0 至 4.0 介面，能以極低的延遲與主機通訊，並支援直接載入 CDB 通用資料庫格式，是確保網路中無人機視覺與物理事件同步的關鍵軟體平台。

MANTIS 為 Quantum3D 研發的即時影像產生軟體，支援 CDB、感測器模擬、環境特效、飛行與車輛模擬等應用，提供高擬真 3D 圖形，適用於訓練與模擬市場。

FIVE 戰術環境模擬系統

專為複雜軍事應用設計的戰術層級軟體。它完全符合 HLA 與 DIS 標準，具備強大的「戰術場景產生模組（TSGM）」，能夠在無人機聯網演訓中，配置敵方與友軍的交戰規則（ROE）、行動路徑，並提供事後行動回顧（AAR），是網路演訓的大腦。

FIVE（Forces In Virtual Environment）戰術環境模擬系統提供逼真的戰術環境模擬，適用於戰術訓練、戰爭推演、決策支援與電子戰演習。

Independence IDX 系列影像產生器

支援網路通訊與複雜物理渲染的算力基礎，從精巧的 4U 機箱 IDX 80 到支援高達 50+ 通道的機櫃型 IDX 9000，這些基於 COTS 架構的設備具備高密度 GPU 運算能力，確保在處理龐大的網路動態實體與 ViXsen 感測器 像素級運算時，畫面更新率仍能穩定維持在 60Hz 甚至 90Hz 以上，避免網路延遲導致的視覺卡頓。

IDX 9000 提供最強大的即時圖像產生技術，具備4U 高密度計算架構，支援4 張 NVIDIA RTX GPU、Intel Xeon 可擴充處理器，並相容CIGI 4.0、OpenFlight、CDB 等標準；內建 15m 全球範圍地形資料庫，可插入高解析度影像資料，支援夜視、紅外線、電光模擬

砲兵前線觀測員訓練模擬器（AFOS） 與 刺針飛彈模擬器（Stinger Simulator）

作為網路中與無人機系統進行深度互動的陸基節點，AFOS 提供精確的彈道模型與目標鎖定訓練；而 Stinger 模擬器則透過 VR 技術與真實武器操作手感，提供防空飛彈的威脅模擬，兩者皆可透過網路與無人機分享同一片虛擬戰區。

Quantum3D 開發了一款高度擬真的 刺針飛彈模擬器，用於訓練使用者；這是一款 虛擬實境訓練模擬系統，支援可攜式訓練設備，適用於個人及聯合Stinger團隊訓練；訓練模式可分為 射手專屬訓練、隊長專屬訓練，或 射手與隊長綜合訓練。


Quantum3D 砲兵前線觀測員訓練模擬器（AFOS）為前線觀測員與火力指揮中心提供沉浸式 3D 戰場模擬訓練，涵蓋目標偵測、火力請求與彈道模擬，並支援 NATO 砲兵技術。

MANTIS Commander 影像產生軟體平台

針對包含多個無人機、戰鬥機與地面控制站的大型聯網訓練中心所設計的系統級管理工具，它能自動偵測並配置網路中高達 64 個以上的 MANTIS 伺服器節點，並監控 NVIDIA Quadro Sync 的硬體同步狀態，確保整個聯合演訓系統的影像與資料輸出達到絕對的時間一致性。

MANTIS Commander 提供高效的多通道影像產生（Image Generator, IG） 解決方案，支援 NVIDIA Quadro Sync，適用於 Windows 及 Linux，可管理 64+ 通道，提升影像系統的靈活性與穩定性。

專屬訓練環境建置與技術支援

實際的系統配置將因應您的測試應用、規範、場地限制及待測物特性而有所不同。如需深入規劃與系統或軟硬體選配搭配建議，請聯繫「奧創團隊」，我們擁有豐富的系統整合經驗，隨時準備為您提供最專業的配置建議與技術支援。