年训20000 + 小时,覆盖主流机型:游戏科技为8万飞行员打造“数字陪练”

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GameLook报道/这两年,随着全球每日起降航班数突破10万架的里程碑,密集的空域流量与激增的运营需求,正推动民航飞行员能力标准迈入全新高度,更加严苛、拟真和系统化的训练要求成为民航安全的核心防线。

实际飞行中,飞行员接收到的信息70%来自视觉。为了应对各类突发状况,飞行员每年都会在「模拟机」中通过模拟真实飞行进行大量预演练习。

在民航工业领域,模拟机是一种标准极为严格、极度追求稳定性的工业产品,全球高等级商用模拟机数量也不过千架,因此过去几十年迭代整体较慢,绝大部分市场份额由全球老牌的模拟机制造商CAE掌握。

随着呈像技术的快速发展,全世界开始追求提升模拟机的视觉表现力。去年,CAE宣布将虚幻引擎无缝集成到全动飞行模拟机视景系统中,成为获得 D 级资质(最高资质级别)的领先航空模拟和培训机构——游戏引擎在模拟现实方面的优势正在被民航工业领域所重视。

事实上,国内更早进行游戏技术在航空领域、飞行员训练的跨界探索。

据GameLook观察:从2022年起,腾讯游戏同南航启动联合项目,共同研发「全动飞行模拟机(FFS)视景系统」——腾讯自研游戏引擎正是其底层技术之一。2023年,该项目获得中国航空科学技术领域最高级别奖项之一的「中国航空学会科技进步奖一等奖」。

去年年底,该视景系统成功适配与运行于我国首台国产「飞行与导航程序训练器(FNTP)」,进一步拓展应用场景,再获省部级科技类奖项「中国交通运输协会科技进步奖一等奖」;今年7月,搭载于A320的FFS通过了中国民航局最高D级鉴定。截至目前,FFS与FNPT累计完成飞行训练时长6000+小时。

相比于此前,视景系统实现从高等级全动模拟机到“降维”覆盖低等级飞行训练模拟器的广泛兼容;应用机型明显更广,囊括国内运营最主流的商业机型A320系列。根据媒体统计:2024年在册运营的A320系列有2046架,占中国客运飞机近五成;另据2024民航驾驶员年度报告:我国拥有A320执照的飞行员共有24909名,占运输航空公司飞行员数近4成,占所有执照飞行员数近3成。

视景系统数据覆盖面也变得更广,支持的机场数量从50个扩展到将近200,基本覆盖全球主要的航空国家和地区;连带着训练科目愈发丰富,覆盖国际航线、跨区域飞行等复杂场景训练,任务类型也越来越多;训练时长供应也随之增加:到今年年底,视景系统预计能提供将近2万小时/每年的飞行训练任务。

模拟机视景系统的代际升级,推动中国民航实现关键技术突破。而这,本质上是游戏引擎带来的跨界技术革新。

游戏引擎,正在孕育下一代「中国机长」

自从2023年该视景系统率先在A320模拟机上试飞成功后,已经获得民航工业界的密切关注,先后拿到两个省部级科技进步奖一等奖。

备受民航工业界关注的背后,该项目正是游戏产业多年技术积累、应用外溢的最直接体现。相比目前市场成熟的视景产品,基于腾讯游戏引擎技术的自研视景系统,拟真效果更好、生成效率更高……能够立竿见影地带来模拟训练效果进步。

现实飞行训练中,为了满足飞行员的飞行直觉,对「真实性」有着极高标准,要求高度「精准」、绝对「稳定」:大到现实的地日系统、经纬度、山川地形,小到机场跑道灯光的亮起和熄灭,都要尽可能地1:1复刻。

换句话说,模拟机视景系统画面越「真」,带来的训练效率也就越高。

但海外主流视景产品多是在Prepar3D、OpenSceneGraph等工业3D软件基础上研发,技术更新迭代缓慢,视景系统的仿真程度、画面清晰度及训练场景的丰富度等都有待提升,导致飞行员的日常训练场景与现实飞行环境存在较大脱节。

OpenSceneGraph系统界面

但对于擅长渲染高精度3D画面的游戏引擎来说,补齐「拟真」这块短板并不难。腾讯游戏视景引擎技术负责人Carter介绍,海外视景领域老牌大厂CAE近年来也意识到:游戏引擎在高效率建模、高精度渲染维度的优势,民航工业领域开始同UE等商用引擎进行研发合作。

《三角洲行动》基于游戏引擎的高精度写实画面

相比之下,腾讯与南航合作项目更早面世,并正式进入民航飞行训练。而这,得益于腾讯自研游戏引擎轻量化、模块化的技术构建,能够更灵活地针对民航工业的具体需求进行适应性开发。

伴随着腾讯自研游戏引擎的全面升级,新一代视景系统在在写实渲染效果、地图规模与性能等关键环节有了更大的进步。比如现在地图能覆盖到 5000 平方公里,可同时加载和渲染超200万棵树木。同时显著提升动态昼夜、动态天气、灯光系统、精细城市地景等模拟效果,创造了一个更真实的虚拟世界。

民航业人士透露,传统视景系统在训练中还面临一大痛点:国内外机场往往在不断扩建变化,但用以演练的建模普遍需要人工雕刻。因此,模拟机的机场模型数据库往往相隔较长时间才会得到刷新。

但如今,腾讯自研游戏引擎首次将AI全面应用到航空领域的大规模数据资产生成,给视景系统训练带来的增益效果显著。

比如基于AI的3D城市建筑重建算法,提升重建丰富度与精度的同时降低对高精度卫星图的依赖,解决了过往工作流处理原始卫星图数据流程的准确度不足、检测信息丰富度不够等难题;同时结合AI识别算法和公开数据,可以获得清晰的城市卫星地图,助力快速重建城市水体、道路系统等大尺度的城市地貌框架。

另据Carter透露,中国还拥有独特的机场地形:全球超50%以上的高高原机场都在中国。因此相应的准确地形生成相当关键,这有利于飞行员进行“进近航线”的针对性训练。

目前,新一代视景系统已完成全球200余座机场的精细重建,包括北京大兴国际机场、九寨沟黄龙机场、贵阳龙洞堡机场等国内复杂场景,其中航站楼、航道等都做到了1:1还原,为新一代中国飞行员的针对性训练提供足够拟真的环境。

游戏引擎跨界,从来都不是容易事儿

一直以来,民航工业领域的技术发展始终受制于专业性壁垒。该领域不仅业务逻辑高度垂直,更存在大规模数据资产生成、严苛的行业规范、高拟真需求等诸多堵点,导致外来技术力量大多只能望而却步。

反观腾讯在民航领域仅用一年便实现了商用落地的突破,恰恰印证了游戏产业深厚技术积累和外溢效应的关键价值。

这并非简单的技术堆砌,而是游戏产业多年来在模拟现实、图形实时渲染、大规模资产生成等方面的精准沉淀。如腾讯从2019年开始对自研游戏引擎开发和持续技术迭代,为民航工业模拟真实环境的需求提供了更具效率的解决方案。

但客观地说,游戏引擎跨界应用从来都不是一件简单的事。

根据Carter介绍,研发团队对民航领域需求的持续拆解中,探索到大量「本土化需求」,即需要根据工业的场景做功能适配和调整。“先要对行业有理解,其次需要改写、移植,甚至是重写中间的很多软件,这些很难在游戏中找到直接的替代品,需要自己开发。”

这不仅需要长周期的跨领域学习、开发,更离不开大量人员、资本的持续投入——整个过程并不轻松。但让外界不理解的是,腾讯为什么花费如此大的力气,加码自研引擎技术在民航工业领域的跨界应用。

用Carter的话说,自研引擎做出来只是第一步,只有业务可以驱动引擎的不断发展,不断用起来,引擎才能有价值。

第一,视景系统是一种“要求较高的虚拟现实项目,对于我们打磨引擎的方方面面都有好处”。正是在基于项目需求进行技术升级后,精细地图快速重建的范围提高了5倍以上:从原来的1000平方公里,升级为支持5000平方公里范围的精细地景生成和渲染。

第二,游戏中渲染超大规模复杂城市的需求,包括飞行员对动态天气、光照、材质等真实性的要求,都是远高于一款游戏产品的需求。

第三,这种领域交叉可以“推动技术进步、引擎升级”。根据Carter介绍,视景系统对画面渲染的高精度、高帧率要求,进一步倒逼腾讯自研游戏引擎开发分布式渲染技术——这是商业引擎也没有的技术能力,反而意外带来了腾讯自研引擎在大型虚拟现实项目上的独特优势。

而这,正是Carter口中的“差异化打法”的成果:“我们自研引擎做得比较小巧,模块化能力也比较收敛。不会加入很多通用模块,而是更聚焦引擎本身。”

因此相比其他商业引擎,腾讯自研引擎可以更快发掘新型硬件的能力、应用场景也更多,能够更快适配跨领域的学习和应用。在此过程中,腾讯已经研发出很多基于自研引擎的专业工具或者产品模块,比如AI+引擎、PCG+引擎……这些工具又可以反哺到游戏研发过程中。

是游戏引擎,更是「万物引擎」

回顾行业历史,3D游戏引擎已经引发多次跨领域技术变革。影视圈基于虚幻引擎打造虚拟制片(Virtual production)技术,彻底改变后期特效工作流;游戏引擎也在改变港口和工厂的运转方式,如深圳妈湾港通过数字孪生建立起实时、准确、高效的智慧港口。

GameLook有过报道,腾讯曾基于自研引擎和云游戏等技术,推出「云游长城」数字文旅项目;与北京市文物局合作推出「数字中轴」项目,助力北京中轴线申遗;或是同敦煌研究院联手打造「数字藏经洞」,用游戏化的方式创新演绎藏经洞前世今生。

本质上,3D游戏引擎是物质世界在虚拟世界中进行投射的「中介」。某种意义上,任何存在仿真需求的领域,都有望通过游戏引擎推动技术革新,游戏引擎未来极有可能成为更多行业领域的核心技术——重要性并不亚于AI大模型。

归根结底,游戏引擎的发展离不开游戏产品。或者说,是游戏产业的持续繁荣促使3D引擎进化为「万物引擎」。

《荒野大镖客2》展现的真实物理世界,《GTA 5》构建的拟真城市环境,《极限竞速:地平线》系列对真实驾驶感受的复刻……这些开放世界大作、拟真类游戏持续发展的需求,让动态光照、实时天气系统、真实物理引擎、资产生成等引擎的模块能力,得以一点一滴的积累起来。

拟真度极高的《暗区突围:无限》

这些被当前玩家习以为常的游戏技术,是整个行业过去二十几年持续发展、积累的结果,最终才有了技术「外溢」的可能性。

但自2010年开始,开源、自研引擎数量逐年减少。模块更加完善、使用也更便捷的商业引擎,正在一步步主导全球市场。据数据分析平台Gamalytic统计,目前Steam上使用Unity、UE两大主流商业引擎开发的中小型游戏,占比达到四分之三。

图源:Gamalytics

国内同样如此,从《黑神话:悟空》《影之刃零》等国产3A大作,到米哈游、深蓝互动等二游公司的下一款开放世界旗舰产品,都是基于UE5打造。根据Epic官方数据,中国已经成为全球最大且增长最快的虚幻引擎开发者社区。

与之相对,3A大厂更倾向于使用内部引擎。考虑到开发和维护成本较高,通常只有大型游戏公司才有足够资源开发自研引擎。GameLook注意到,以腾讯为代表的国内游戏大厂也在加大对自研引擎技术方案的投入。

今年上半年,《三角洲行动》《暗区突围:无限》等高规格国产游戏在全球屡放光彩;GDC上腾讯游戏的技术分享座无虚席;科隆游戏展期间,TOB展区中国厂商展位挤满海外开发者……折射出中国游戏产业繁荣背后的技术创新,正在向全球领先水平进发。

游戏始终是文化与科技结合的产物,科技创新决定着游戏产业的发展水平,游戏产业繁荣同样可以倒逼技术迭代发展。这种共振发展效应不仅仅是覆盖AI、XR等前沿技术领域,也在向外辐射航天航空、数字公益、孪生工厂、自动驾驶等更多行业,为整个社会的数实融合提供成熟的技术支持。

目前,游戏技术在越来越多行业的应用外溢如火如荼地进行中。海外科技公司直接选择收购游戏团队,旨在促进相关行业技术发展,甚至马斯克还亲自下场成立游戏工作室,以探索AI技术发展。幸运的是,中国的游戏厂商已经走在了最前面。

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