图片由Lockheed Martin提供

洛克希德·马丁公司在航空航天模拟的研发中采用虚幻引擎

2022年11月28日
洛克希德·马丁公司有着悠久的创新传统,在许多方面都取得了第一的佳绩:1955年制造了世界上第一架侦察机U-2;1962年制造了当时飞行高度和速度都排名第一的黑鸟飞机;1976年制造了第一艘登陆火星表面的太空飞船维京一号。如今,他们还为航空航天业和公众提供了许多基于软件的解决方案,如沉浸式训练、数字孪生和网络安全。

为了保持领先地位,并提供最佳产品,洛克希德·马丁自然而然地将目光投向了有前景的技术新用法。为此,该公司目前已展开了长期的研发工作,创建基于虚幻引擎的下一代模拟解决方案。

“虚幻引擎能够帮助我们实现飞跃,使我们专注于自己擅长的事情,如整合航空电子系统以及创建沉浸式学习环境。”洛克希德·马丁的战略技术架构师Adam Breed说,“我们不必为可视化或模拟环境的架构而操心。我们可以专注于洛克希德·马丁所具备的差异化优势。”

创造联合的世界

Breed解释说,根据物理区域的不同,沉浸式训练通常需要多个虚拟环境,而每个环境都是彼此隔绝的。例如,地面车辆的训练设备重点关注在地面角度提供的高质量视觉效果,但飞行训练需要更广阔的景观视角。这两种类型的训练通常要以不同的方式开发,因为无论是哪种图形引擎,一次只能处理某一种环境,无法同时处理两种。他说,但是现在,洛克希德·马丁可以在虚幻引擎中完成这一切,创造一个联合的世界。
图片由洛克希德·马丁公司提供
将不同世界融合在一起,构建的不仅仅是一个多用途环境。“有两条关键路线,”Breed说,“一是向特定平台的用户提供服务,例如车辆或飞机的驾驶者。在这类用例中,我们一直希望实现更高的保真度和更好的视觉效果。”他说,这一点与单人游戏类似。

但在另一方面,它还可以辅助部队之间的协调工作。“我们需要通过大型环境训练飞行员及副飞行员与平民的互动,研究对大批操作人员的管理方式,或与航空航天系统交互的常规方式。”Breed继续说。

最终,他们完全通过虚幻引擎,在单一环境中实现了被Breed认为“繁杂”的一系列事项。有了虚幻引擎,他们无需通过磁盘或高级架构接口将数十种插件安装到一个操作系统中(这个过程将不可避免地造成功能或保真度上的损失),引擎能够处理虚拟教练应具备的所有功能,例如触发一名角色扮演者的行动或反应,从而对场景中的所有角色扮演者施加影响。

“在虚幻引擎中,我们能够达成我们想要实现的所有目标,”Breed说,“这涵盖持久性、可延展性以及集体训练方面。”

一体化架构与开放式架构的对比

Breed很快强调,从多应用迁移到单一平台并不等于退回到30年前的一体化模拟应用。虽然一体化架构带来了很多好处,如简化的流程和更好的性能,但虚幻引擎的开放性意味着开发人员也可以创建单独的部件,并根据需要替换它们。

Breed表示,将一体化架构和开放式架构的优势结合起来,意味着在创建解决方案时,洛克希德·马丁可以使用其中任何一种方法或同时使用这两种方法,并在质量、速度和成本方面都做到比以往更优。“我认为这首次证明了,我们能够真正利用这两种相对立的架构,创造出无论如何都能满足客户需求的产品。”他说。

采用这种方式意味着洛克希德·马丁还可以与更多伙伴建立合作关系,比以往更充分地利用商界资源。“通过使用虚幻引擎,合作和分工都变得更加容易了,”Breed解释说,“因为两个团队可以并行工作,然后联合起来,同时仍可保持对成功的信心。”

洛克希德·马丁意识到,航空航天业注重稳定性、准确性和可重复性,因此他们的目标不是抛弃现有的系统,而是保留有效的地方,并逐步改进它。“我们要做的只是一些零碎的工作,并在前进过程中完善我们的系统。”Breed说,“然后,随着时间的推移,我们能够不断地简化和强化我们的系统。

“我们支撑着一些系统运行了几十年——事实上,我们也还在维护一些10年前的系统。”他说,“虚幻引擎证明了,通过引入一些新的组件,旧的做事方式可以得到完善。”


 
图片由洛克希德·马丁提供

为新平台招募人才

转移到新平台往往会引发人员配置方面的困难,但由于虚幻引擎已经在大学和人才库中建立了坚实的地位,Breed说,他看到候选人已具备了一定的经验水平,可以立即在航空航天团队中发挥作用。他认为这种人员配置的便利性是促使公司转向虚幻引擎的关键因素之一。他说:“能够从游戏开发行业吸收有经验的人,让他们有机会在航空航天领域发挥作用,这样很好。”

处理这些项目的团队不断改进,并呈现出多样性,这将吸引由开发者和美术师组成的新社区参与进来,Breed对这些新员工抱有某种亲近感。虽然他的家庭与军队有着很深的渊源(他的兄弟和祖父都曾入伍),但他一直想制作游戏——有意义的游戏。他认为自己之所以能够取得今天的成就,要归功于他玩游戏的技能以及在航空航天领域的经验。

“我认为,我们看到的许多人也表现出了同样的态度——他们想制作游戏,但也想做一些对有社会影响的事情,”他说,“而这是一种两全其美的好方法。”

Breed还注意到,在雇用虚幻引擎开发者后,洛克希德·马丁的企业文化产生了变化。“我想我可以滔滔不绝地讲述航空航天业已变得多么有趣,”他说,“这在很大程度上是由于采用了游戏引擎。”

模拟的艺术

长久以来,“艺术”这个词在航空航天业中并不常见,但时代已经改变了。“我们的客户期待看到新一代视觉效果,因为游戏行业已经将它提升到了如此高的水准。”Breed说,“最激动人心的地方是,我们可以找到有经验的游戏美术师,让他们进一步提升和完善视觉效果。这使我们能够推出更实惠,也更逼真的解决方案。从许多方面看,正是虚幻引擎建立的生态系统促成了这一点。”

过去,游戏的视觉质量与模拟的视觉质量存在着差距,因为模拟承载了沉重的数据负荷。Breed说,在几年前,为这种差距寻找借口是很容易的,但现在不再是这样了。

“我认为这种借口已经不奏效了,”他说,“从光照系统到物理,再到特效,引擎在许多方面都已成熟。在这一刻,工程精度和逼真度非常紧密地结合在了一起。”

这并不意味着美术是促成这一现状的唯一要素,Breed指出,他们仍然需要C++程序员定制引擎代码或处理GIS数据——但熟练的美术师也同样重要。他说:“当两者相结合时,就能创造超级正向的训练体验。”

通过虚幻引擎超越多边形的局限

对航空航天业来说,虚幻引擎的一个关键功能是能够存储与资产相关的数据,并结合AI创建与虚拟传感器交互的语义环境。

Breed说,过去,大规模虚拟地球只是一个带有颜色的3D模型,他称之为“多边形的原始汤”。有了虚幻引擎,他的团队能够对模型的任意部分做出注解,甚至可以将属性(如反射率和吸热率)应用到材质上,并将这些数据整合到训练产品中。
 
图片由洛克希德·马丁提供

“你可以看到3D道路,但它不是只有多边形,”Breed说,“这条道路由不同类型的材质构成,有限速标志,还有路标和交通灯。”他说,团队可以将这些数据馈入AI系统,创造高度逼真的训练体验。

但Breed说,最重要的是,它能够支持不同的用例。“这不是一次性的解决方案——我们可以整理并制定统一的方法,这在以前是不可能做到的。”他说,“我们可以只构建一次,然后在涉及超过十万名员工的业务中共享这些内容。这大大提高了我们的效率。”

虚幻引擎带来的机会使Breed对模拟训练的未来感到激动不已。核心功能已经到位,而引擎可以在视觉质量方面提供前所未有的逼真度,它具有互操作性、可定制的代码、可延展性,还有大量人才可供雇佣——这一切结合在一起,为洛克希德·马丁提供了一个在现在和未来都可以使用的平台。

“虚幻引擎的功能发展到了目前的水平,从单独平台到太空,它能够为各个层面的用例提供解决方案,”他说,“它允许我们专注于我们想要实现的差异化优势,不必重建虚幻引擎已经完美实现的东西。”

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