作者｜Matthew S. Smith 來源｜https://spectrum.ieee.org/microsoft-flight-simulator#toggle-gdpr 原標(biāo)題：FLIGHT SIMULATOR GAVE BIRTH TO 3D VIDEO-GAME GRAPHICS 編譯 | 美漪 編輯 | 靖宇 1999 年，比爾·蓋茨寫了一篇對萊特兄弟（Wright brothers）的感人贊譽(yù)，他認(rèn)為他們的機(jī)翼發(fā)明是「那個時代的萬維網(wǎng)」，給予了人們?nèi)蛞曇啊＿@也為微軟后來收購《模擬飛行（Flight Simulator）》埋下了伏筆。 而且，就像萊特兄弟最初的飛行器一樣，《飛行模擬器》這款游戲的意義早已不止是「飛行」本身，更是「飛行」所帶來的視角的轉(zhuǎn)變。《飛行模擬器》許諾將整個世界裝進(jìn)你的電腦，并兌現(xiàn)了這個承諾。這也是為什么它成為了世界上最暢銷的飛行模擬系列游戲。它最新的版本已經(jīng)售出了超過 200 萬份。 盡管 2022 年是《微軟模擬飛行（Microsoft Flight Simulator）》上市的 40 周年，但實(shí)際上，它的歷史要比 1982 年的正式發(fā)布還要久遠(yuǎn)，而且目前仍在積極開發(fā)中。它也因此成為了第二古老的電子游戲。(第一古老的是《俄勒岡之旅》（The Oregon Trail）在 1971 年問世，至今仍與我們同在。） 《飛行模擬器》系列游戲的核心不在于「游戲化」，而在于它用來模擬飛行體驗(yàn)和你腳下地面的「技術(shù)魔法」。它對「真實(shí)描述」的關(guān)注，則反映了游戲開發(fā)者的背景。 01 對飛行的熱情布魯斯·阿特威克（Bruce Artwick）在伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校，學(xué)習(xí)電氣工程，但他仍擠出時間去追求一個許多青少年都想過、但很少有人實(shí)現(xiàn)的夢想：他學(xué)會了開飛機(jī)。也正是在大學(xué)的飛行培訓(xùn)項(xiàng)目中，他遇到了后來成為他商業(yè)伙伴的斯圖·莫門特（Stu Moment）。 1976 年，阿特威克寫了他的碩士論文，內(nèi)容是他設(shè)計的飛行模擬器在數(shù)字設(shè)備公司（Digital Equipment Cooperation）的 PDP-11 微型計算機(jī)上運(yùn)行。它的三維演示可以達(dá)到每秒 9 幀，這在那個時代是非常出色的。 隨后，阿特威克在加利福尼亞州的休斯航空公司 (Hughes Aviation) 找到了一份工作，同時在空閑時間繼續(xù)從事 3D 圖形的研究。
《飛行模擬器》的兩位創(chuàng)始人 Stu Moment 和 Bruce Artwick ｜Stu Moment 1977 年，他為 Kilobaud 寫了一篇文章描述了他所創(chuàng)造的「sunLogic 三維微圖形軟件包」，該軟件包將三維技術(shù)與裝有流行的摩托羅拉 6800 微處理器的微型計算機(jī)相結(jié)合。鑒于非常多的讀者對它非常感興趣，阿特威克想尋求幫助，把這個軟件變成一門生意。于是，他與斯圖·莫門特重新聯(lián)系起來，并一起成立了 sunLogic。 戴夫·丹哈特是 sunLogic 的第二位雇員。根據(jù)他的回憶，公司早期是由阿特威克的 3D 軟件推動發(fā)展的，而該軟件又因?yàn)槲⑿陀嬎銠C(jī)的興起而更新迭代。丹哈特說：「布魯斯和斯圖銷售的東西基本上就是一個用于微型計算機(jī)的 3D 軟件包」。「Tandy 公司的 TRS-80 就是一個微型計算機(jī)，我想那時 Apple II 已經(jīng)出現(xiàn)了」。 阿特威克常常在演講中稱，sunLogic 的軟件可以用于「飛行模擬」，這個建議讓聽眾驚呼不已。通過一臺計算機(jī)展示在地球上空翱翔的視角？大多數(shù)人從未見過這樣的東西。受到觀眾的鼓舞，阿特威克決定將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
《飛行模擬器》的演進(jìn)歷程，從左至右分別是在 Apple II、雅達(dá)利和微軟 Dos 上的效果｜JOSEF HAVLIK 和 微軟 于是，在 1979 年底，《飛行模擬器》在蘋果 II 和 TRS-80 上推出了，采用的是線框圖形，和個位數(shù)的幀率。它并沒有描述真實(shí)的空域或現(xiàn)代飛機(jī)。相反，玩家駕駛的是第一次世界大戰(zhàn)時期的雙翼飛機(jī)，其原型是著名的索普威斯駱駝（Sopwith Camel）。但在同時代，它的第一人稱 3D 視覺效果代表了當(dāng)時的先進(jìn)水平，甚至比 Atari 的《戰(zhàn)地（Battlzone）》等更著名的作品還要早。 丹哈特說，「很早的時候，布魯斯就看到了《飛行模擬器》的潛在市場。當(dāng)微處理器變得普及的時候，布魯斯的機(jī)會就來了」。正如布魯斯所說，「如果我把我的這個模擬飛行的想法放到更便宜的電腦上，讓其運(yùn)行，這一定是有市場的」。 布魯斯是對的。1982 年 9 月，《計算機(jī)游戲世界》雜志就把《飛行模擬器》列為迄今為止第四大暢銷產(chǎn)品。 IBM 公司一直渴望展示它的 PC 平臺，因此聯(lián)系了 sunLogic，希望將《飛行模擬器》裝到它的新硬件上。與此同時，深入開發(fā) IBM PC DOS 的微軟，也很快打來電話，提出了類似的要求，但提出更好的條件。 最終，微軟和sunLogic達(dá)成了合作關(guān)系，拿下了《飛行模擬器》的授權(quán)，盡管布魯斯可以在未來的幾年里，繼續(xù)擁有他的公司。 在 1982 年底，《微軟模擬飛行》正式發(fā)布，并在隨后的幾個月里持續(xù)優(yōu)化，這也反映出了微型計算機(jī)的進(jìn)步。頁面動畫從單色變成了彩色（在具有適當(dāng)硬件的 PC 端上），顯示刷新率增加到每秒 15 幀。一位評論家稱《微軟模擬飛行》的體驗(yàn)「非常流暢」。 在游戲中，玩家可以在四個真實(shí)世界的地區(qū)駕駛?cè)辜{ 182 飛機(jī)（Cessna 182），包括芝加哥和西雅圖。 這是有史以來第一次，人們可以在家，用電腦實(shí)現(xiàn)做飛行員的夢想——在游戲中駕駛一個真實(shí)的飛機(jī)穿越真實(shí)的地形，在真實(shí)機(jī)場的模型上起飛和降落。 這種真實(shí)感延伸到了飛行模型（Flight Model），它使用了一種有效的技術(shù)：查詢表（lookup tables）。這是因?yàn)椋缙诘?IBM 電腦無法支持對飛機(jī)受力情況的實(shí)時計算。但幸運(yùn)的是，飛機(jī)制造商可以幫忙給出答案，這給 sunLogic 提供了一個可以延展的基礎(chǔ)。 丹哈特說，「基本上，你輸入需求，模擬器就可以簡單地做一個查找，并輸出結(jié)果」。「現(xiàn)在，由于分辨率和內(nèi)存的限制，你不會有一個超大的查詢表，但是你可以有一種中等大小的，甚至是小的查詢表，你還可以在數(shù)據(jù)點(diǎn)之間做修改」。 有了飛行模型（flight model），sunLogic 擴(kuò)大了模擬的范圍。 《微軟模擬飛行 2.0》（1984 年）模擬了整個美國，《微軟模擬飛行 3.0》（1988 年）加入了蓋茨里爾噴氣機(jī) 25（Gates Learjet 25）和大量的機(jī)場，而《微軟模擬飛行 4.0》（1989 年）增加了隨機(jī)事件，包括天氣。
《飛行模擬器》從 1995 年到 2022 年持續(xù)的畫面演進(jìn)過程｜JOSEF HAVLIK 和微軟 1993 年，《微軟模擬飛行 5.0》引入了一個新的殺手锏：材質(zhì)系統(tǒng)（textures），在視覺上顛覆了游戲的樣貌。在此之前，機(jī)場之間的土地是由成片的顏色表示的，綠色代表森林，灰色代表城市，藍(lán)色代表水。 如今，材質(zhì)系統(tǒng)（textures）提供了新的細(xì)節(jié)。從《微軟模擬飛行 5.0》開始，這些細(xì)節(jié)是以衛(wèi)星圖像為基礎(chǔ)的。也因此，《飛行模擬器》將會是很多人在實(shí)時三維軟件中看到衛(wèi)星圖像的第一個機(jī)會。 《飛行模擬器》在市場上的第一個十年是一個平穩(wěn)上升的時期。然而，這背后卻一直暗流涌動，阿特維克和莫門特經(jīng)常發(fā)生分歧。到 1980 年左右，他們分開工作，莫門特在白天，阿特維克在晚上。而最終在 80 年代末，這種分裂成了永久性的，阿特維克在離開了 sunLogic，又成立了 Bruce Artwick Organization（BAO）。1988 年的《模擬飛行 3.0》也就成了最后一個歸屬于sunLogic的版本。 也許，正是因?yàn)檫@種分裂，阿特維克在 1995 年決定把《飛行模擬器》賣給微軟。雖然，這無法得到阿特威克的證實(shí)，但知情的員工透露，這是一個突然但并不令人意外的決定，盡管阿特威克已經(jīng)花了近二十年的時間致力于這項(xiàng)業(yè)務(wù)，盡管該團(tuán)隊(duì)與微軟也有分歧。 保羅·唐蘭在微軟收購的前一年擔(dān)任 BAO 的集團(tuán)經(jīng)理。他說，「我認(rèn)為最終微軟想要《飛行模擬器》的絕對控制權(quán)，而不是阿特維克持有它」。「我們是一家小公司，我們按照小公司的規(guī)則行事，而這有時會給微軟的人帶來困擾。我們很容易說不，這讓他們感到非常沮喪」。 02 微軟掌權(quán)隨著 Windows95 操作系統(tǒng)的問世，《微軟模擬飛行》的新篇章也拉開了序幕。在 Windows 95 華麗的發(fā)布會上，杰伊·雷諾依靠媒體屬性來說服消費(fèi)者，「是時候讓 MS-DOS 電腦退休，并購買 Windows 電腦了」。(順帶一提，正是這種推動使游戲進(jìn)入了我的視野：用于 Windows 95 的《微軟模擬飛行》與我家的第一臺 Windows 95 電腦捆綁在了一起）。 將《飛行模擬器》搬到 Windows 上不是一件小事。該游戲深深扎根于 MS-DOS 和 20 世紀(jì) 80 年代初，日益神秘的軟件開發(fā)實(shí)踐。Windows 95 在理論上可以運(yùn)行 MS-DOS 應(yīng)用程序，但這并不適合《飛行模擬器》。 sunLogic 公司的丹哈特解釋說，「其實(shí)，到現(xiàn)在這一步了，《飛行模擬器》還是沒有真正使用微軟的操作系統(tǒng)：你把軟盤塞進(jìn)軟驅(qū)，它就會啟動」。「我想《飛行模擬器》是在微軟最小的 MS-DOS 上運(yùn)行，但只是啟動運(yùn)行，然后就不理會 MS-DOS 了」。甚至，該團(tuán)隊(duì)還抵制了早期版本的 Windows 系統(tǒng)，因?yàn)樗麄儞?dān)心它會拖慢《飛行模擬器》的運(yùn)行。 但現(xiàn)在微軟掌權(quán)了，失敗是不可能的！ 保羅·唐蘭回憶說，「當(dāng)我們進(jìn)入 Flight Sim 95 時，有一個巨大的端口」。他認(rèn)為現(xiàn)任洛克希德公司（Lockheed）的 prepar3d 模擬平臺的軟件工程師邁克·施羅特，發(fā)揮了指路人的作用。「我不能說這對所有的事情來說有多重要，但很多代碼都從匯編語言（Assembly language）移到了 C 語言中，這其中的工作量是巨大的」。 將《飛行模擬器》搬到 Windows 上，是對微軟勞作文化的初次嘗試。它也只是部分地成功了，因?yàn)閷彶槿藛T發(fā)現(xiàn)即使是最快速的家用電腦也存在性能問題。事實(shí)證明，《飛行模擬器》團(tuán)隊(duì)對 Windows 處理「模擬」的能力的擔(dān)憂，并非毫無根據(jù)。盡管如此，《飛行模擬器》仍是微軟為擴(kuò)大 Windows 95 的媒體影響力，而不可或缺的「噱頭」。 該團(tuán)隊(duì)在《飛行模擬器 98》的視覺效果上更是加倍努力，通過采用 3D 硬件加速再次推動了尖端技術(shù)。測試負(fù)責(zé)人哈爾·布萊恩說，「這項(xiàng)工作需要花很長時間來測試各種 3D 加速器，這些加速器還沒有形成共同的標(biāo)準(zhǔn)」。所幸，這些測試得到了些回報，《飛行模擬器 98》平息了評論家對虛假性能的抱怨。 此外，用戶也受益于 CD-ROM 和 DVD-ROM 媒介的興起，它們?yōu)橛螒蛑懈敿?xì)的材質(zhì)系統(tǒng)（textures）、更多的地形數(shù)據(jù)，以及更快的數(shù)據(jù)傳輸速度提供了發(fā)展空間。
《飛行模擬器》40 周年版本中的游戲畫面｜Steam 杰森·丹特最初受雇于微軟的《安卡塔世界地圖集（Encarta World Atlas）》，很快就轉(zhuǎn)而協(xié)助《飛行模擬器》的相關(guān)工作。衛(wèi)星圖像改善了模擬器的視覺效果，但其數(shù)據(jù)仍然很粗糙，「邊長大約在 4 到 16 公里之間」。在人跡罕至的地區(qū)，整個山脈都不見了。為了避免這種差距，丹特和他的同事將衛(wèi)星圖像與土地使用數(shù)據(jù)結(jié)合起來，同時提供規(guī)模和精度。 這些努力在《飛行模擬器 2000》中得到了回報。《飛行模擬器 2000》達(dá)到了一個技術(shù)上的里程碑：以 1 公里為單位繪制了整個地球的地圖。監(jiān)督該團(tuán)隊(duì)的工作室經(jīng)理斯考特·貝勒斯說，「早期的效果演示讓比爾. 蓋茨驚呆了」。 根據(jù)貝勒斯的回憶，在向比爾·蓋茨展示了該軟件包括了地球上的每一個機(jī)場后，蓋茨回應(yīng)說，「你在胡說八道。這是我聽過的最愚蠢的事情」。貝勒斯強(qiáng)調(diào)，「這是比爾·蓋茨最高形式的贊美。根據(jù)微軟的八卦，如果比爾·蓋茨對你說這句話，那么你就成功了」。 而且，有一段時間，《飛行模擬器》確實(shí)取得了成功。新的版本登上了暢銷榜。《飛行模擬器》團(tuán)隊(duì)也更名為 Aces Game Studio，還創(chuàng)建或承包了《微軟模擬戰(zhàn)斗飛行》和《微軟模擬太空飛行》等衍生產(chǎn)品。 甚至還有傳言，稱微軟要建立一個通用的、世界規(guī)模的模擬平臺，這最終成為了微軟的企業(yè)模擬平臺（Enterprise Simulation Platform，ESP）。雖然，ESP 只持續(xù)了幾年，但是，被洛克希德-馬丁公司（Lockheed Martin）授權(quán)用于其 Prepar3D 仿真平臺。回過頭來看，ESP 就像是建立「數(shù)字雙胞胎」來模擬和復(fù)制真實(shí)世界的努力的先驅(qū)。 然而，《微軟模擬飛行》有一個問題，而且是來自微軟公司內(nèi)部的，那就是 Xbox 游戲機(jī)。微軟在 2001 年推出 Xbox，是為了對抗索尼 2000 年發(fā)布的 PlayStation 2。它有一個 DVD 驅(qū)動器，并且可以通過一個附件連接到互聯(lián)網(wǎng)。微軟擔(dān)心一些消費(fèi)者會將其視為低成本的 PC 替代品。 布萊恩說，Aces Game Studio 曾探討過將《飛行模擬器》引入 Xbox。但因?yàn)樵撚媱澬枰{(diào)整鍵盤和鼠標(biāo)的控制方式讓其適應(yīng)游戲手柄，而受到重重阻礙。貝勒斯認(rèn)為，這讓 Aces Game Studio 和微軟之間產(chǎn)生了裂痕，他對沒有更努力地推動 Xbox 版本的《飛行模擬器》而感到遺憾。「我認(rèn)為我們最終會得到一個更強(qiáng)大、更靈活、更健全、更適合未來的引擎」。 Aces Game Studio 在以 Xbox 為中心的微軟游戲部門中獨(dú)立。不難理解，當(dāng) 2008 年的金融危機(jī)迫使全公司裁員時，它首當(dāng)其沖。對于那些受影響的人來說，這是一個令人討厭的驚喜，但多年來，他們中的一些人已經(jīng)接受了微軟的決定是有道理的，因?yàn)槟M器的最后一次迭代可以說是停滯不前，專注于過去的優(yōu)勢，而忽視了新的平臺。 在裁員開始的時候，sunLogic 的員工丹特就在那里，他結(jié)束了這個項(xiàng)目。他留下來對工作室的工作進(jìn)行存檔，為《飛行模擬器》的這個時代畫上了句號。 03 涅槃重生約爾格·諾伊曼是微軟的一名老員工，從事一個名為 HoloTour 的 HoloLens 項(xiàng)目。這是一個沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)的旅游指南，它包括對秘魯馬丘比丘等地的鳥瞰視角。然而，該項(xiàng)目也面臨著挑戰(zhàn)，特別是在馬丘比丘，團(tuán)隊(duì)實(shí)際獲得的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)低于預(yù)期。 諾伊曼說：「很明顯，即使有現(xiàn)場照片，要做一個完整的、漂亮的三維模型也是非常困難的」。「針對這一點(diǎn)，我們只是說，為什么我們不直接讓飛機(jī)飛過頭頂，給我們提供激光雷達(dá)數(shù)據(jù)和適當(dāng)?shù)臄z影測量」？(激光雷達(dá)是一種基于激光的技術(shù)，用于估計物體的范圍，而攝影測量則是從照片中提取的三維信息）。
《飛行模擬器》中的 Cessna C172 飛機(jī)｜微軟 雖然，飛機(jī)沒有飛過頭頂，但諾伊曼的觀點(diǎn)發(fā)生了變化。他意識到了微軟已經(jīng)有了完美的解決方案，那就是《飛行模擬器》。「其實(shí)，這個想法一直都在我腦子里。我們應(yīng)該嘗試通過空中數(shù)據(jù)來增強(qiáng)我們的游戲世界」。 諾伊曼利用來自必應(yīng)（Bing）的數(shù)據(jù)，制作了一個塞斯納飛機(jī)（Cessna）飛越西雅圖的演示，這與最初的微軟《飛行模擬器》中的飛機(jī)和城市相同。即使在那個早期階段，它看起來也很壯觀。該項(xiàng)目取得了進(jìn)展，丹哈特的記錄也被證明是非常寶貴的。 諾伊曼說，「代碼庫和項(xiàng)目的歸檔工作做得非常好」。這些代碼被送到 Asobo 工作室，也就是 HoloTour 項(xiàng)目的主要開發(fā)者，并用于保留與《模擬飛行 X》的第三方飛機(jī)的兼容性，它是 Aces Game Studio 發(fā)布的最后一次迭代。 《飛行模擬器 X》還保留了一個「傳承（legacy）」模式，可以激活舊的飛行模型，保留了那個可以一直追溯到 1982 年的血統(tǒng)。 今天，大多數(shù)《飛行模擬器》的玩家都會喜歡默認(rèn)的「現(xiàn)代」模擬，其模型多達(dá) 1500 個飛行表面。模擬中每個點(diǎn)的氣流不僅由飛機(jī)的速度和設(shè)計決定，而且還由周圍環(huán)境狀況決定，如天氣和附近的地形。 這種模擬水平在 1982 年是無法想象的，但今天它可以在任何最近的中端 AMD 或 Intel 處理器上運(yùn)行。 哈爾·布萊恩指出，之前的模擬在極端情況下會崩潰，比如失速和旋轉(zhuǎn)，這樣飛機(jī)就會表現(xiàn)得很木訥，過于可預(yù)測。他知道，因?yàn)樗郧熬褪沁@樣測試這個東西的。新的模擬可以精確地模擬許多表面上的氣流，因此可以確定失速會在何時開始，以及是否會變成旋轉(zhuǎn)。 雖然 Bing 的數(shù)據(jù)對創(chuàng)建《飛行模擬器》的游戲世界很有幫助，但該團(tuán)隊(duì)仍然面臨著阻礙，畢竟并不是每一寸地面都有高質(zhì)量的攝影測量數(shù)據(jù)。 為了填補(bǔ)這些空白，Asobo 使用 Blackshark.ai 的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，將攝影測量數(shù)據(jù)和衛(wèi)星照片，轉(zhuǎn)換成「地球表面的復(fù)刻」。 Blackshark.ai 技術(shù)根據(jù)衛(wèi)星照片，自動創(chuàng)建建筑物，并在適當(dāng)?shù)牡胤教砑咏ㄖ铩C(jī)器學(xué)習(xí)還糾正了照片之間的顏色變化，同時消除了云層和陰影。
《飛行模擬器》2020 版本中下方城市的畫面清晰可見｜微軟 Blackshark.ai 的首席技術(shù)官 Arno Hollosi 說，「我們希望有獨(dú)特的建筑，基本上你通過程序性生成來實(shí)現(xiàn)，它會收集建筑腳印、屋頂類型、屋頂顏色、分區(qū)、建筑密度等其他信息」。然后，這些數(shù)據(jù)被具有適合該地理區(qū)域風(fēng)格的「原型（archetypes）」所修改。其結(jié)果就是，各種各樣的 3D 建筑至少從離地面一千多米的地方看是真實(shí)的。這種技術(shù)還可以描繪出小型社區(qū)，甚至是無人問津的農(nóng)村房屋和建筑，這是藝術(shù)家們在逐一添加建筑時永遠(yuǎn)無法完成的。 即便如此，微軟如今的模擬也并不完美。一條城市街道可能看起來是正確的，但你的房子可能不會。模擬的空中交通并不像現(xiàn)實(shí)中那樣繁忙。模擬的空中交通管制的信息也往往不準(zhǔn)確或不存在，特別是在中型機(jī)場。模擬的天氣往往是驚人的美麗，但它只是模糊地模仿了真實(shí)世界。對于這些問題的解決，就像《飛行模擬器》的許多附加功能一樣，需要新的技術(shù)來支持。 然而，《微軟模擬飛行》的一個核心成果是不可否認(rèn)的：它把整個世界裝進(jìn)了你的電腦。它甚至可以通過微軟用于智能手機(jī)的 xCloud 流媒體應(yīng)用，將整個世界裝進(jìn)你的口袋，允許任何擁有現(xiàn)代智能手機(jī)的人下載《飛行模擬器》，在全世界「自由翱翔」。 貝勒斯說，「我們的雄心壯志是復(fù)刻整個世界，而且，我們確實(shí)做到了！」 |
