科技日報記者 葉青
“眼前這架正在穿過云層的航班，即將降落在深圳寶安國際機場……”飛行員注視著視窗，春筍大廈等深圳地標建筑，寶安機場的航站樓、跑道等，逐漸清晰。其實，飛行員所看到的壯闊畫面，都是由飛行模擬機視景系統(tǒng)實時生成出來的。
(資料圖)
近日，2023珠海飛行安全研討會暨“南航—騰訊”航空安全與仿真研究實驗室成立掛牌儀式在廣東省珠海市舉行，會上正式發(fā)布了我國首個完全自研的全動飛行模擬機視景系統(tǒng)。該視景系統(tǒng)包含虛像顯示系統(tǒng)全套解決方案以及超寫實視景引擎、智能化視景建模兩個國產(chǎn)工業(yè)級軟件，項目成果實現(xiàn)了國產(chǎn)自研視景系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的突破。基于自研游戲引擎和自研虛像顯示技術(shù)等一系列技術(shù)能力，我國成為全球第三個獨立自主研發(fā)完整視景系統(tǒng)的國家。
半天重建1000平方公里城市
在我國，每位民航飛行員在職業(yè)生涯內(nèi)要通過1000個小時以上的模擬訓(xùn)練，以提升應(yīng)對極端天氣情況或突發(fā)飛行狀況的能力。而他們進行飛行訓(xùn)練的地方，是可以模擬真實飛行情況的全動飛行模擬機。
全動飛行模擬機通常由模擬座艙、運動系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)及教員控制臺五大部分組成。“訓(xùn)練場景與真實環(huán)境越接近，飛行員的訓(xùn)練效果就越好。所以能夠模擬飛機座艙外環(huán)境的視景系統(tǒng)是模擬機的關(guān)鍵模塊?！?南航旗下珠海翔翼航空技術(shù)有限公司（以下簡稱南航翔翼）總經(jīng)理周易之說。
以往，視景系統(tǒng)主要采購自國外產(chǎn)品，成本較高，且仍未解決建模效率低、飛行體驗不真實、訓(xùn)練場景不夠豐富等問題。
在一次技術(shù)分享會上，南航翔翼和騰訊偶然探討到游戲引擎和視景系統(tǒng)的共通之處，雙方一拍即合，開始了跨界合作。
“飛行員70%的信息來自于視覺，這就要求系統(tǒng)呈現(xiàn)的整個地形要清晰、真實。所以我們擬真地做了整個地形的適配，讓飛行員能夠完全沉浸在真實的體驗中，并在這種環(huán)境下去處理各種飛行情況?！?騰訊集團高級副總裁馬曉軼介紹。
研發(fā)過程中，雙方首次嘗試把資產(chǎn)制作流程、PCG程序化內(nèi)容生成技術(shù)和AIGC技術(shù)，用于民用航空領(lǐng)域的數(shù)據(jù)資產(chǎn)生成，實現(xiàn)了數(shù)字資產(chǎn)快速自動化生成。
此次發(fā)布的新一代視景系統(tǒng)，半天就能重建1000平方公里城市，3天就能“造”1個機場，與傳統(tǒng)視景系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)數(shù)字資產(chǎn)制作效率提升10倍以上，多邊形生成與渲染能力提升380倍，使我國全動飛行模擬機在全球范圍內(nèi)率先實現(xiàn)代際升級，且視景系統(tǒng)可模擬出不同天氣和數(shù)百種極端情況。
盡可能真實還原每一處場景
利用最新技術(shù)為民航飛行員訓(xùn)練創(chuàng)造更擬真的飛行訓(xùn)練場景是全球民航領(lǐng)域探討的重要命題之一。近年來計算機圖形學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，國外飛行模擬機廠商也計劃將游戲引擎引入視景系統(tǒng)。
開始研發(fā)時，團隊遇到許多“攔路虎”?！罢鎸嵉奶炜沾髿?、日月星辰、雨雪霧、跑道等都需要盡可能真實還原。每重建一座城市和機場，不僅涉及大量的建筑、植被等資產(chǎn)重建，還需要重建精細化的機場地景，資產(chǎn)量相當龐大?！彬v訊互娛研發(fā)效能部引擎技術(shù)中心總監(jiān)吳羽說，“這個項目也是我們第一次接觸軟硬件結(jié)合的‘硬科技’開發(fā)，面臨著系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性問題。”
最終，團隊通過自研的12K多通道融合算法完成了視景系統(tǒng)搭載飛行模擬機使用的最后一環(huán)，讓多張4K高精畫面在多塊顯示屏上仍能實現(xiàn)毫秒級的無縫拼接，該系統(tǒng)解決了過去影像在曲面屏上拉伸、扭曲和偏色等常見問題，讓飛行員獲得接近現(xiàn)實的實時沉浸體驗。
同時，配合南航最新研發(fā)的高光學(xué)性能虛像技術(shù)，系統(tǒng)可以解決模擬駕駛艙曲面屏影像形變和運行加載的問題，讓飛行員獲得更接近現(xiàn)實的飛行體驗。
模擬機中的超高分辨率畫面需要運用高精度多投影儀融合校準技術(shù)。為突破此技術(shù)，雙方團隊在實驗室搭建了一個由多臺投影儀組成的測試環(huán)境，經(jīng)過反復(fù)試錯、研究、探討、再試錯，團隊開發(fā)出了一套完整的融合校準技術(shù)解決方案。
“我也去體驗了全新一代視景系統(tǒng)，可以非常清晰地看到山、樓、塔等障礙物，極大提升了飛行安全?！蹦戏焦煞莨究傦w行師、南航翔翼董事長王仁杰表示，為了讓飛行員能夠在模擬機訓(xùn)練中體驗國內(nèi)更多機場的仿真場景，團隊后續(xù)將充分利用相關(guān)技術(shù)重建更大規(guī)模的城市場景，爭取覆蓋全國所有的機場。他透露，除視景仿真系統(tǒng)外，航空安全與仿真研究實驗室還將在飛行安全防控、飛行大數(shù)據(jù)、飛行仿真等領(lǐng)域進行技術(shù)攻關(guān)。
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