飛行模擬視景系統：三天“造”一個機場

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實時生成出來的。

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，會上正式發布了我國首個完全自研的全動飛行模擬機視景系統。該視景系統包含虛像顯示系統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工業級軟件，項目成果實現了國產自研視景系統關鍵技術的突破。基于自研游戲引擎和自研虛像顯示技術等一系列技術能力，我國成為全球第三個獨立自主研發完整視景系統的國家。

(資料圖片)

半天重建1000平方公里城市

在我國，每位民航飛行員在職業生涯內要通過1000個小時以上的模擬訓練，以提升應對極端天氣情況或突發飛行狀況的能力。而他們進行飛行訓練的地方，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、視景系統、計算機系統及教員控制臺五大部分組成。“訓練場景與真實環境越接近，飛行員的訓練效果就越好。所以能夠模擬飛機座艙外環境的視景系統是模擬機的關鍵模塊。” 南航旗下珠海翔翼航空技術有限公司（以下簡稱南航翔翼）總經理周易之說。

以往，視景系統主要采購自國外產品，成本較高，且仍未解決建模效率低、飛行體驗不真實、訓練場景不夠豐富等問題。

在一次技術分享會上，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，這就要求系統呈現的整個地形要清晰、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。

研發過程中，雙方首次嘗試把資產制作流程、PCG程序化內容生成技術和AIGC技術，用于民用航空領域的數據資產生成，實現了數字資產快速自動化生成。

此次發布的新一代視景系統，半天就能重建1000平方公里城市，3天就能“造”1個機場，與傳統視景系統相比，該系統數字資產制作效率提升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率先實現代際升級，且視景系統可模擬出不同天氣和數百種極端情況。

盡可能真實還原每一處場景

利用最新技術為民航飛行員訓練創造更擬真的飛行訓練場景是全球民航領域探討的重要命題之一。近年來計算機圖形學技術高速發展，國外飛行模擬機廠商也計劃將游戲引擎引入視景系統。

開始研發時，團隊遇到許多“攔路虎”。“真實的天空大氣、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、植被等資產重建，還需要重建精細化的機場地景，資產量相當龐大。”騰訊互娛研發效能部引擎技術中心總監吳羽說，“這個項目也是我們第一次接觸軟硬件結合的‘硬科技’開發，面臨著系統穩定性、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搭載飛行模擬機使用的最后一環，讓多張4K高精畫面在多塊顯示屏上仍能實現毫秒級的無縫拼接，該系統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實的實時沉浸體驗。

同時，配合南航最新研發的高光學性能虛像技術，系統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。為突破此技術，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境，經過反復試錯、研究、探討、再試錯，團隊開發出了一套完整的融合校準技術解決方案。

“我也去體驗了全新一代視景系統，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。”南方股份公司總飛行師、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練中體驗國內更多機場的仿真場景，團隊后續將充分利用相關技術重建更大規模的城市場景，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、飛行大數據、飛行仿真等領域進行技術攻關。

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