《飛行模擬器》許諾將整個世界裝進你的電腦，并且兌現了承諾。
作者｜Matthew S. Smith
【資料圖】
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！」
*頭圖來源：JOSEF HAVLIK
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極客一問
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