作者｜Matthew S. Smith 來源｜https://spectrum.ieee.org/microsoft-flight-simulator#toggle-gdpr 原標題：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，他認為他們的機翼發明是「那個時代的萬維網」，給予了人們全球視野。這也為微軟后來收購《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」所帶來的視角的轉變。《飛行模擬器》許諾將整個世界裝進你的電腦，并兌現了這個承諾。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，但實際上，它的歷史要比 1982 年的正式發布還要久遠，而且目前仍在積極開發中。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和你腳下地面的「技術魔法」。它對「真實描述」的關注，則反映了游戲開發者的背景。 01 對飛行的熱情布魯斯·阿特威克（Bruce Artwick）在伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校，學習電氣工程，但他仍擠出時間去追求一個許多青少年都想過、但很少有人實現的夢想：他學會了開飛機。也正是在大學的飛行培訓項目中，他遇到了后來成為他商業伙伴的斯圖·莫門特（Stu Moment）。 1976 年，阿特威克寫了他的碩士論文，內容是他設計的飛行模擬器在數字設備公司（Digital Equipment Cooperation）的 PDP-11 微型計算機上運行。它的三維演示可以達到每秒 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從事 3D 圖形的研究。
《飛行模擬器》的兩位創始人 Stu Moment 和 Bruce Artwick ｜Stu Moment 1977 年，他為 Kilobaud 寫了一篇文章描述了他所創造的「sunLogic 三維微圖形軟件包」，該軟件包將三維技術與裝有流行的摩托羅拉 6800 微處理器的微型計算機相結合。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。根據他的回憶，公司早期是由阿特威克的 3D 軟件推動發展的，而該軟件又因為微型計算機的興起而更新迭代。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的 3D 軟件包」。「Tandy 公司的 TRS-80 就是一個微型計算機，我想那時 Apple II 已經出現了」。 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。通過一臺計算機展示在地球上空翱翔的視角？大多數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為現實。
《飛行模擬器》的演進歷程，從左至右分別是在 Apple II、雅達利和微軟 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，和個位數的幀率。它并沒有描述真實的空域或現代飛機。相反，玩家駕駛的是第一次世界大戰時期的雙翼飛機，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 視覺效果代表了當時的先進水平，甚至比 Atari 的《戰地（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。當微處理器變得普及的時候，布魯斯的機會就來了」。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，讓其運行，這一定是有市場的」。 布魯斯是對的。1982 年 9 月，《計算機游戲世界》雜志就把《飛行模擬器》列為迄今為止第四大暢銷產品。 IBM 公司一直渴望展示它的 PC 平臺，因此聯系了 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 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達成了合作關系，拿下了《飛行模擬器》的授權，盡管布魯斯可以在未來的幾年里，繼續擁有他的公司。 在 1982 年底，《微軟模擬飛行》正式發布，并在隨后的幾個月里持續優化，這也反映出了微型計算機的進步。頁面動畫從單色變成了彩色（在具有適當硬件的 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「非常流暢」。 在游戲中，玩家可以在四個真實世界的地區駕駛塞斯納 182 飛機（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，用電腦實現做飛行員的夢想——在游戲中駕駛一個真實的飛機穿越真實的地形，在真實機場的模型上起飛和降落。 這種真實感延伸到了飛行模型（Flight Model），它使用了一種有效的技術：查詢表（lookup tables）。這是因為，早期的 IBM 電腦無法支持對飛機受力情況的實時計算。但幸運的是，飛機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。 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，并輸出結果」。「現在，由于分辨率和內存的限制，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，你還可以在數據點之間做修改」。 有了飛行模型（flight model），sunLogic 擴大了模擬的范圍。 《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 25（Gates Learjet 25）和大量的機場，而《微軟模擬飛行 4.0》（1989 年）增加了隨機事件，包括天氣。
《飛行模擬器》從 1995 年到 2022 年持續的畫面演進過程｜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：材質系統（textures），在視覺上顛覆了游戲的樣貌。在此之前，機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，藍色代表水。 如今，材質系統（textures）提供了新的細節。從《微軟模擬飛行 5.0》開始，這些細節是以衛星圖像為基礎的。也因此，《飛行模擬器》將會是很多人在實時三維軟件中看到衛星圖像的第一個機會。 《飛行模擬器》在市場上的第一個十年是一個平穩上升的時期。然而，這背后卻一直暗流涌動，阿特維克和莫門特經常發生分歧。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，正是因為這種分裂，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，但知情的員工透露，這是一個突然但并不令人意外的決定，盡管阿特威克已經花了近二十年的時間致力于這項業務，盡管該團隊與微軟也有分歧。 保羅·唐蘭在微軟收購的前一年擔任 BAO 的集團經理。他說，「我認為最終微軟想要《飛行模擬器》的絕對控制權，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 微軟掌權隨著 Windows95 操作系統的問世，《微軟模擬飛行》的新篇章也拉開了序幕。在 Windows 95 華麗的發布會上，杰伊·雷諾依靠媒體屬性來說服消費者，「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 80 年代初，日益神秘的軟件開發實踐。Windows 95 在理論上可以運行 MS-DOS 應用程序，但這并不適合《飛行模擬器》。 sunLogic 公司的丹哈特解釋說，「其實，到現在這一步了，《飛行模擬器》還是沒有真正使用微軟的操作系統：你把軟盤塞進軟驅，它就會啟動」。「我想《飛行模擬器》是在微軟最小的 MS-DOS 上運行，但只是啟動運行，然后就不理會 MS-DOS 了」。甚至，該團隊還抵制了早期版本的 Windows 系統，因為他們擔心它會拖慢《飛行模擬器》的運行。 但現在微軟掌權了，失敗是不可能的！ 保羅·唐蘭回憶說，「當我們進入 Flight Sim 95 時，有一個巨大的端口」。他認為現任洛克希德公司（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，因為審查人員發現即使是最快速的家用電腦也存在性能問題。事實證明，《飛行模擬器》團隊對 Windows 處理「模擬」的能力的擔憂，并非毫無根據。盡管如此，《飛行模擬器》仍是微軟為擴大 Windows 95 的媒體影響力，而不可或缺的「噱頭」。 該團隊在《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。測試負責人哈爾·布萊恩說，「這項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準」。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，它們為游戲中更詳細的材質系統（textures）、更多的地形數據，以及更快的數據傳輸速度提供了發展空間。
《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）》，很快就轉而協助《飛行模擬器》的相關工作。衛星圖像改善了模擬器的視覺效果，但其數據仍然很粗糙，「邊長大約在 4 到 16 公里之間」。在人跡罕至的地區，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星圖像與土地使用數據結合起來，同時提供規模和精度。 這些努力在《飛行模擬器 2000》中得到了回報。《飛行模擬器 2000》達到了一個技術上的里程碑：以 1 公里為單位繪制了整個地球的地圖。監督該團隊的工作室經理斯考特·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場后，蓋茨回應說，「你在胡說八道。這是我聽過的最愚蠢的事情」。貝勒斯強調，「這是比爾·蓋茨最高形式的贊美。根據微軟的八卦，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》確實取得了成功。新的版本登上了暢銷榜。《飛行模擬器》團隊也更名為 Aces Game Studio，還創建或承包了《微軟模擬戰斗飛行》和《微軟模擬太空飛行》等衍生產品。 甚至還有傳言，稱微軟要建立一個通用的、世界規模的模擬平臺，這最終成為了微軟的企業模擬平臺（Enterprise Simulation Platform，ESP）。雖然，ESP 只持續了幾年，但是，被洛克希德-馬丁公司（Lockheed Martin）授權用于其 Prepar3D 仿真平臺。回過頭來看，ESP 就像是建立「數字雙胞胎」來模擬和復制真實世界的努力的先驅。 然而，《微軟模擬飛行》有一個問題，而且是來自微軟公司內部的，那就是 Xbox 游戲機。微軟在 2001 年推出 Xbox，是為了對抗索尼 2000 年發布的 PlayStation 2。它有一個 DVD 驅動器，并且可以通過一個附件連接到互聯網。微軟擔心一些消費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。但因為該計劃需要調整鍵盤和鼠標的控制方式讓其適應游戲手柄，而受到重重阻礙。貝勒斯認為，這讓 Aces Game Studio 和微軟之間產生了裂痕，他對沒有更努力地推動 Xbox 版本的《飛行模擬器》而感到遺憾。「我認為我們最終會得到一個更強大、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立。不難理解，當 2008 年的金融危機迫使全公司裁員時，它首當其沖。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接受了微軟的決定是有道理的，因為模擬器的最后一次迭代可以說是停滯不前，專注于過去的優勢，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，他結束了這個項目。他留下來對工作室的工作進行存檔，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 項目。這是一個沉浸式虛擬現實的旅游指南，它包括對秘魯馬丘比丘等地的鳥瞰視角。然而，該項目也面臨著挑戰，特別是在馬丘比丘，團隊實際獲得的數據遠低于預期。 諾伊曼說：「很明顯，即使有現場照片，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，我們只是說，為什么我們不直接讓飛機飛過頭頂，給我們提供激光雷達數據和適當的攝影測量」？(激光雷達是一種基于激光的技術，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｜微軟 雖然，飛機沒有飛過頭頂，但諾伊曼的觀點發生了變化。他意識到了微軟已經有了完美的解決方案，那就是《飛行模擬器》。「其實，這個想法一直都在我腦子里。我們應該嘗試通過空中數據來增強我們的游戲世界」。 諾伊曼利用來自必應（Bing）的數據，制作了一個塞斯納飛機（Cessna）飛越西雅圖的演示，這與最初的微軟《飛行模擬器》中的飛機和城市相同。即使在那個早期階段，它看起來也很壯觀。該項目取得了進展，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 項目的主要開發者，并用于保留與《模擬飛行 X》的第三方飛機的兼容性，它是 Aces Game Studio 發布的最后一次迭代。 《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。 今天，大多數《飛行模擬器》的玩家都會喜歡默認的「現代」模擬，其模型多達 1500 個飛行表面。模擬中每個點的氣流不僅由飛機的速度和設計決定，而且還由周圍環境狀況決定，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，這樣飛機就會表現得很木訥，過于可預測。他知道，因為他以前就是這樣測試這個東西的。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。 雖然 Bing 的數據對創建《飛行模擬器》的游戲世界很有幫助，但該團隊仍然面臨著阻礙，畢竟并不是每一寸地面都有高質量的攝影測量數據。 為了填補這些空白，Asobo 使用 Blackshark.ai 的機器學習技術，將攝影測量數據和衛星照片，轉換成「地球表面的復刻」。 Blackshark.ai 技術根據衛星照片，自動創建建筑物，并在適當的地方添加建筑物。機器學習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 的首席技術官 Arno Hollosi 說，「我們希望有獨特的建筑，基本上你通過程序性生成來實現，它會收集建筑腳印、屋頂類型、屋頂顏色、分區、建筑密度等其他信息」。然后，這些數據被具有適合該地理區域風格的「原型（archetypes）」所修改。其結果就是，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的。這種技術還可以描繪出小型社區，甚至是無人問津的農村房屋和建筑，這是藝術家們在逐一添加建筑時永遠無法完成的。 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實中那樣繁忙。模擬的空中交通管制的信息也往往不準確或不存在，特別是在中型機場。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，需要新的技術來支持。 然而，《微軟模擬飛行》的一個核心成果是不可否認的：它把整個世界裝進了你的電腦。它甚至可以通過微軟用于智能手機的 xCloud 流媒體應用，將整個世界裝進你的口袋，允許任何擁有現代智能手機的人下載《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刻整個世界，而且，我們確實做到了！」 |
