Image courtesy of CAE Inc.

CAE改用虚幻引擎开发下一代飞行模拟器

2022年11月23日
航空培训巨头CAE在其成立75周年之际,有许多值得庆祝的事情。CAE作为民用航空、国防/安全和医疗保健领域的前沿培训解决方案供应商,在全球范围内广泛地签订了合同,年收入超过30亿美元。目前,他们正沉醉在丰年的喜悦中。

CAE在航空无线电行业起家,但后来,他们迅猛地开拓了飞行模拟器业务。几十年后,公司将培训网添加到了业务组合中。如今,CAE超过60%的收入都来自其提供的培训服务。

“从那一刻起,我们就一直在致力于提高培训设备的保真度和沉浸感。”CAE技术和创新副总裁Marc St-Hilaire说,“沉浸感越高,飞行员的体验就越好,他们就越倾向于相信自己真的是在驾驶飞机。”

CAE始终在改进飞行模拟器的建造方法,这不仅是为了提高保真度,也是为了大幅缩短开发周期。“我们通过利用全球供应链(现成的商业电子设备、计算机、运动系统和投影仪)实现这一转变。”St-Hilaire说。

拥抱虚幻引擎

CAE关注现成的组件,这在一定程度上促使他们决定转向虚幻引擎,将其作为下一代视觉解决方案的软件平台。
图片由CAE Inc.提供
“在视觉系统方面,这项技术已经取得了长足的进步,这正是我们如今采用它的原因。”St-Hilaire说。他回忆起了10年前见证虚幻引擎进入模拟领域。

“那时我们看到了一些用游戏引擎开发的训练器,它们可用于部分任务或初级任务,例如第一人称射击和战术训练。”他说,“这极具突破性,因为一套软件包中提供了完整的包办式系统——你得到了可作为工具使用的开发环境,以及用来分发解决方案的手段。”他又补充说,虚幻引擎的内容生态系统和社区在模拟行业也有着颠覆性意义。

St-Hilaire指出,在那之后,游戏引擎技术以及GPU性能等其他重要因素都得到了发展,它们共同构成了一种模拟解决方案,当模拟行业尝试建立可信、高效的培训解决方案时,这解决了他们所面临的许多挑战,例如,远距离正确解析全球坐标、低延迟,当然还有图形质量。

解决模拟中的延迟问题

St-Hilaire通过将飞行模拟器比作一个封闭的控制回路(受训者向操纵杆施加力,并体验到一系列感觉),说明了模拟器低延迟的重要性。“飞行员通过身体感知运动。他们的眼睛会告诉他们,自己在哪里,要去哪里;他们的内耳能够感觉到加速度和旋转;他们的触觉将提供力的反馈。这种回路非常微妙。”St-Hilaire解释说,“这个回路中的任何延迟和延时都会使一些东西感觉不正确,影响飞行员对模拟飞机的控制,总体上,会让飞行员与体验脱节。”

St-Hilaire说,延迟问题非常关键,因此行业监管机构规定,从飞行员移动控制装置开始,直到显示视觉结果(中间还会夹杂着其他数据传输和计算过程),所有延迟和延时不得超过90毫秒。

“假设在一个联合情景中,我通过战斗机模拟器进行训练,另一架模拟器上的僚机驾驶员必须看到我所看到的内容。”St-Hilaire说,“如果我击落了什么东西,我们两人必须同时看到我击落了它。”

他说,从中可以看出网络延迟的重要性,为了确保模拟的沉浸感和真实感,以及训练的有效性,网络延迟与模拟器本身的延迟一样,非常关键。

迈向标准化

大约15年前,CAE转移了开发重点,开始利用商业GPU和驱动器,从那时起,他们开启了飞行员视觉化计算的旅程。St-Hilaire指出,这又是一个视觉结果创建过程中技术变革的例子。
图片由CAE Inc.提供
在早期,CAE飞行模拟器图像生成器团队使用的是ASIC和FPGA。“那时,在性能高峰期,我们每帧渲染6000个多边形。”St-Hilaire沉思说,“当我们转向商用GPU时,我们也从ASIC设计和FPGA编程迁移到了基于OpenGL标准的软件栈。”

他说,从那一刻起,话题从“有多少个多边形”转向了与路线图及GPU密切相关的图像质量。随着GPU性能的逐年提高,比起优化,CAE开始更加关注内容。
图片由CAE Inc.提供
CAE正在广泛利用卫星影像和数字地形数据源,快速开发细节丰富、规模宏大的游戏区域。St-Hilaire说,2016年有一个关键时刻,使这种进步成为了可能。在那之前,每家公司都有自己私有的GIS数据格式,而这种格式与图像生成器的架构紧密相连。与此同时,客户强烈希望我们实现更好的模拟器互连性。

随后,Open Geospatial Consortium®采用CDB格式作为模拟GIS的标准格式,为互操作性提供了保障。St-Hilaire将这次标准化描述为模拟器发展史上的另一个“关键时刻”,这也为CAE在该领域的进步开辟了道路。

ProdigyTM图像发生器

CAE已经在这条道路上迈出了第一步。2021年11月,CAE宣布推出新的Prodigy图像生成器(IG),在它的支持下,虚拟环境中可用的实体数量相较于之前增加了一个数量级。Prodigy拥有来自虚幻引擎的超逼真虚拟环境;支持AI和行业标准(如DirectX、OpenFlight和OGC CDB);占地面积小;兼容分辨率高达8K的投影仪;遵守最严格的网络安全标准。
 

CAE决心充分利用现有的硬件和软件解决方案,这些解决方案连接在一起,在系统间提供了无缝的互操作性。而Prodigy的开发正是这一行为的直接结果。“对CAE来说,重新发明轮子或再次解决已被解决的问题是没有意义的。”St-Hilaire说,“利用现有的东西推动进步才是有意义的事情。”

有虚幻引擎为他们的下一代模拟器提供底层支持,St-Hilaire对CAE的未来充满了期待。“这是一段旅程。”他说,“考虑到我们在Epic Games的伙伴的态度,以及所有合作者的态度,我们将共同解决模拟社区的问题,我确信,这种合作将使我们更加接近并超越我们在航空培训行业的目标。”

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