比尔·盖茨最爱的游戏,用 40 年开启一个时代

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《飞行模拟器》许诺将整个世界装进你的电脑，并且兑现了承诺。

作者｜Matthew S. Smith

来源｜https://spectrum.ieee.org/microsoft-flight-simulator#toggle-gdpr

原标题：FLIGHT SIMULATOR GAVE BIRTH TO 3D VIDEO-GAME GRAPHICS

编译 | 美漪
编辑 | 靖宇

1999 年，比尔·盖茨写了一篇对莱特兄弟（Wright brothers）的感人赞誉，他认为他们的机翼发明是「那个时代的万维网」，给予了人们全球视野。这也为微软后来收购《模拟飞行（Flight Simulator）》埋下了伏笔。

而且，就像莱特兄弟最初的飞行器一样，《飞行模拟器》这款游戏的意义早已不止是「飞行」本身，更是「飞行」所带来的视角的转变。《飞行模拟器》许诺将整个世界装进你的电脑，并兑现了这个承诺。这也是为什么它成为了世界上最畅销的飞行模拟系列游戏。它最新的版本已经售出了超过 200 万份。

尽管 2022 年是《微软模拟飞行（Microsoft Flight Simulator）》上市的 40 周年，但实际上，它的历史要比 1982 年的正式发布还要久远，而且目前仍在积极开发中。它也因此成为了第二古老的电子游戏。(第一古老的是《俄勒冈之旅》（The Oregon Trail）在 1971 年问世，至今仍与我们同在。）

《飞行模拟器》系列游戏的核心不在于「游戏化」，而在于它用来模拟飞行体验和你脚下地面的「技术魔法」。它对「真实描述」的关注，则反映了游戏开发者的背景。

01

对飞行的热情

布鲁斯·阿特威克（Bruce Artwick）在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校，学习电气工程，但他仍挤出时间去追求一个许多青少年都想过、但很少有人实现的梦想：他学会了开飞机。也正是在大学的飞行培训项目中，他遇到了后来成为他商业伙伴的斯图·莫门特（Stu Moment）。

1976 年，阿特威克写了他的硕士论文，内容是他设计的飞行模拟器在数字设备公司（Digital Equipment Cooperation）的 PDP-11 微型计算机上运行。它的三维演示可以达到每秒 9 帧，这在那个时代是非常出色的。

随后，阿特威克在加利福尼亚州的休斯航空公司 (Hughes Aviation) 找到了一份工作，同时在空闲时间继续从事 3D 图形的研究。



《飞行模拟器》的两位创始人 Stu Moment 和 Bruce Artwick ｜Stu Moment

1977 年，他为 Kilobaud 写了一篇文章描述了他所创造的「sunLogic 三维微图形软件包」，该软件包将三维技术与装有流行的摩托罗拉 6800 微处理器的微型计算机相结合。鉴于非常多的读者对它非常感兴趣，阿特威克想寻求帮助，把这个软件变成一门生意。于是，他与斯图·莫门特重新联系起来，并一起成立了 sunLogic。

戴夫·丹哈特是 sunLogic 的第二位雇员。根据他的回忆，公司早期是由阿特威克的 3D 软件推动发展的，而该软件又因为微型计算机的兴起而更新迭代。丹哈特说：「布鲁斯和斯图销售的东西基本上就是一个用于微型计算机的 3D 软件包」。「Tandy 公司的 TRS-80 就是一个微型计算机，我想那时 Apple II 已经出现了」。

阿特威克常常在演讲中称，sunLogic 的软件可以用于「飞行模拟」，这个建议让听众惊呼不已。通过一台计算机展示在地球上空翱翔的视角？大多数人从未见过这样的东西。受到观众的鼓舞，阿特威克决定将其变为现实。



《飞行模拟器》的演进历程，从左至右分别是在 Apple II、雅达利和微软 Dos 上的效果｜JOSEF HAVLIK 和 微软

于是，在 1979 年底，《飞行模拟器》在苹果 II 和 TRS-80 上推出了，采用的是线框图形，和个位数的帧率。它并没有描述真实的空域或现代飞机。相反，玩家驾驶的是第一次世界大战时期的双翼飞机，其原型是著名的索普威斯骆驼（Sopwith Camel）。但在同时代，它的第一人称 3D 视觉效果代表了当时的先进水平，甚至比 Atari 的《战地（Battlzone）》等更著名的作品还要早。

丹哈特说，「很早的时候，布鲁斯就看到了《飞行模拟器》的潜在市场。当微处理器变得普及的时候，布鲁斯的机会就来了」。正如布鲁斯所说，「如果我把我的这个模拟飞行的想法放到更便宜的电脑上，让其运行，这一定是有市场的」。

布鲁斯是对的。1982 年 9 月，《计算机游戏世界》杂志就把《飞行模拟器》列为迄今为止第四大畅销产品。

IBM 公司一直渴望展示它的 PC 平台，因此联系了 sunLogic，希望将《飞行模拟器》装到它的新硬件上。与此同时，深入开发 IBM PC DOS 的微软，也很快打来电话，提出了类似的要求，但提出更好的条件。

最终，微软和sunLogic达成了合作关系，拿下了《飞行模拟器》的授权，尽管布鲁斯可以在未来的几年里，继续拥有他的公司。

在 1982 年底，《微软模拟飞行》正式发布，并在随后的几个月里持续优化，这也反映出了微型计算机的进步。页面动画从单色变成了彩色（在具有适当硬件的 PC 端上），显示刷新率增加到每秒 15 帧。一位评论家称《微软模拟飞行》的体验「非常流畅」。

在游戏中，玩家可以在四个真实世界的地区驾驶塞斯纳 182 飞机（Cessna 182），包括芝加哥和西雅图。

这是有史以来第一次，人们可以在家，用电脑实现做飞行员的梦想——在游戏中驾驶一个真实的飞机穿越真实的地形，在真实机场的模型上起飞和降落。

这种真实感延伸到了飞行模型（Flight Model），它使用了一种有效的技术：查询表（lookup tables）。这是因为，早期的 IBM 电脑无法支持对飞机受力情况的实时计算。但幸运的是，飞机制造商可以帮忙给出答案，这给 sunLogic 提供了一个可以延展的基础。

丹哈特说，「基本上，你输入需求，模拟器就可以简单地做一个查找，并输出结果」。「现在，由于分辨率和内存的限制，你不会有一个超大的查询表，但是你可以有一种中等大小的，甚至是小的查询表，你还可以在数据点之间做修改」。

有了飞行模型（flight model），sunLogic 扩大了模拟的范围。

《微软模拟飞行 2.0》（1984 年）模拟了整个美国，《微软模拟飞行 3.0》（1988 年）加入了盖茨里尔喷气机 25（Gates Learjet 25）和大量的机场，而《微软模拟飞行 4.0》（1989 年）增加了随机事件，包括天气。



《飞行模拟器》从 1995 年到 2022 年持续的画面演进过程｜JOSEF HAVLIK 和微软

1993 年，《微软模拟飞行 5.0》引入了一个新的杀手锏：材质系统（textures），在视觉上颠覆了游戏的样貌。在此之前，机场之间的土地是由成片的颜色表示的，绿色代表森林，灰色代表城市，蓝色代表水。

如今，材质系统（textures）提供了新的细节。从《微软模拟飞行 5.0》开始，这些细节是以卫星图像为基础的。也因此，《飞行模拟器》将会是很多人在实时三维软件中看到卫星图像的第一个机会。

《飞行模拟器》在市场上的第一个十年是一个平稳上升的时期。然而，这背后却一直暗流涌动，阿特维克和莫门特经常发生分歧。到 1980 年左右，他们分开工作，莫门特在白天，阿特维克在晚上。而最终在 80 年代末，这种分裂成了永久性的，阿特维克在离开了 sunLogic，又成立了 Bruce Artwick Organization（BAO）。1988 年的《模拟飞行 3.0》也就成了最后一个归属于sunLogic的版本。

也许，正是因为这种分裂，阿特维克在 1995 年决定把《飞行模拟器》卖给微软。虽然，这无法得到阿特威克的证实，但知情的员工透露，这是一个突然但并不令人意外的决定，尽管阿特威克已经花了近二十年的时间致力于这项业务，尽管该团队与微软也有分歧。

保罗·唐兰在微软收购的前一年担任 BAO 的集团经理。他说，「我认为最终微软想要《飞行模拟器》的绝对控制权，而不是阿特维克持有它」。「我们是一家小公司，我们按照小公司的规则行事，而这有时会给微软的人带来困扰。我们很容易说不，这让他们感到非常沮丧」。

02

微软掌权

随着 Windows95 操作系统的问世，《微软模拟飞行》的新篇章也拉开了序幕。在 Windows 95 华丽的发布会上，杰伊·雷诺依靠媒体属性来说服消费者，「是时候让 MS-DOS 电脑退休，并购买 Windows 电脑了」。(顺带一提，正是这种推动使游戏进入了我的视野：用于 Windows 95 的《微软模拟飞行》与我家的第一台 Windows 95 电脑捆绑在了一起）。

将《飞行模拟器》搬到 Windows 上不是一件小事。该游戏深深扎根于 MS-DOS 和 20 世纪 80 年代初，日益神秘的软件开发实践。Windows 95 在理论上可以运行 MS-DOS 应用程序，但这并不适合《飞行模拟器》。

sunLogic 公司的丹哈特解释说，「其实，到现在这一步了，《飞行模拟器》还是没有真正使用微软的操作系统：你把软盘塞进软驱，它就会启动」。「我想《飞行模拟器》是在微软最小的 MS-DOS 上运行，但只是启动运行，然后就不理会 MS-DOS 了」。甚至，该团队还抵制了早期版本的 Windows 系统，因为他们担心它会拖慢《飞行模拟器》的运行。

但现在微软掌权了，失败是不可能的！

保罗·唐兰回忆说，「当我们进入 Flight Sim 95 时，有一个巨大的端口」。他认为现任洛克希德公司（Lockheed）的 prepar3d 模拟平台的软件工程师迈克·施罗特，发挥了指路人的作用。「我不能说这对所有的事情来说有多重要，但很多代码都从汇编语言（Assembly language）移到了 C 语言中，这其中的工作量是巨大的」。

将《飞行模拟器》搬到 Windows 上，是对微软劳作文化的初次尝试。它也只是部分地成功了，因为审查人员发现即使是最快速的家用电脑也存在性能问题。事实证明，《飞行模拟器》团队对 Windows 处理「模拟」的能力的担忧，并非毫无根据。尽管如此，《飞行模拟器》仍是微软为扩大 Windows 95 的媒体影响力，而不可或缺的「噱头」。

该团队在《飞行模拟器 98》的视觉效果上更是加倍努力，通过采用 3D 硬件加速再次推动了尖端技术。测试负责人哈尔·布莱恩说，「这项工作需要花很长时间来测试各种 3D 加速器，这些加速器还没有形成共同的标准」。所幸，这些测试得到了些回报，《飞行模拟器 98》平息了评论家对虚假性能的抱怨。

此外，用户也受益于 CD-ROM 和 DVD-ROM 媒介的兴起，它们为游戏中更详细的材质系统（textures）、更多的地形数据，以及更快的数据传输速度提供了发展空间。



《飞行模拟器》40 周年版本中的游戏画面｜Steam

杰森·丹特最初受雇于微软的《安卡塔世界地图集（Encarta World Atlas）》，很快就转而协助《飞行模拟器》的相关工作。卫星图像改善了模拟器的视觉效果，但其数据仍然很粗糙，「边长大约在 4 到 16 公里之间」。在人迹罕至的地区，整个山脉都不见了。为了避免这种差距，丹特和他的同事将卫星图像与土地使用数据结合起来，同时提供规模和精度。

这些努力在《飞行模拟器 2000》中得到了回报。《飞行模拟器 2000》达到了一个技术上的里程碑：以 1 公里为单位绘制了整个地球的地图。监督该团队的工作室经理斯考特·贝勒斯说，「早期的效果演示让比尔. 盖茨惊呆了」。

根据贝勒斯的回忆，在向比尔·盖茨展示了该软件包括了地球上的每一个机场后，盖茨回应说，「你在胡说八道。这是我听过的最愚蠢的事情」。贝勒斯强调，「这是比尔·盖茨最高形式的赞美。根据微软的八卦，如果比尔·盖茨对你说这句话，那么你就成功了」。

而且，有一段时间，《飞行模拟器》确实取得了成功。新的版本登上了畅销榜。《飞行模拟器》团队也更名为 Aces Game Studio，还创建或承包了《微软模拟战斗飞行》和《微软模拟太空飞行》等衍生产品。

甚至还有传言，称微软要建立一个通用的、世界规模的模拟平台，这最终成为了微软的企业模拟平台（Enterprise Simulation Platform，ESP）。虽然，ESP 只持续了几年，但是，被洛克希德-马丁公司（Lockheed Martin）授权用于其 Prepar3D 仿真平台。回过头来看，ESP 就像是建立「数字双胞胎」来模拟和复制真实世界的努力的先驱。

然而，《微软模拟飞行》有一个问题，而且是来自微软公司内部的，那就是 Xbox 游戏机。微软在 2001 年推出 Xbox，是为了对抗索尼 2000 年发布的 PlayStation 2。它有一个 DVD 驱动器，并且可以通过一个附件连接到互联网。微软担心一些消费者会将其视为低成本的 PC 替代品。

布莱恩说，Aces Game Studio 曾探讨过将《飞行模拟器》引入 Xbox。但因为该计划需要调整键盘和鼠标的控制方式让其适应游戏手柄，而受到重重阻碍。贝勒斯认为，这让 Aces Game Studio 和微软之间产生了裂痕，他对没有更努力地推动 Xbox 版本的《飞行模拟器》而感到遗憾。「我认为我们最终会得到一个更强大、更灵活、更健全、更适合未来的引擎」。

Aces Game Studio 在以 Xbox 为中心的微软游戏部门中独立。不难理解，当 2008 年的金融危机迫使全公司裁员时，它首当其冲。对于那些受影响的人来说，这是一个令人讨厌的惊喜，但多年来，他们中的一些人已经接受了微软的决定是有道理的，因为模拟器的最后一次迭代可以说是停滞不前，专注于过去的优势，而忽视了新的平台。

在裁员开始的时候，sunLogic 的员工丹特就在那里，他结束了这个项目。他留下来对工作室的工作进行存档，为《飞行模拟器》的这个时代画上了句号。

03

涅槃重生

约尔格·诺伊曼是微软的一名老员工，从事一个名为 HoloTour 的 HoloLens 项目。这是一个沉浸式虚拟现实的旅游指南，它包括对秘鲁马丘比丘等地的鸟瞰视角。然而，该项目也面临着挑战，特别是在马丘比丘，团队实际获得的数据远低于预期。

诺伊曼说：「很明显，即使有现场照片，要做一个完整的、漂亮的三维模型也是非常困难的」。「针对这一点，我们只是说，为什么我们不直接让飞机飞过头顶，给我们提供激光雷达数据和适当的摄影测量」？(激光雷达是一种基于激光的技术，用于估计物体的范围，而摄影测量则是从照片中提取的三维信息）。



《飞行模拟器》中的 Cessna C172 飞机｜微软

虽然，飞机没有飞过头顶，但诺伊曼的观点发生了变化。他意识到了微软已经有了完美的解决方案，那就是《飞行模拟器》。「其实，这个想法一直都在我脑子里。我们应该尝试通过空中数据来增强我们的游戏世界」。

诺伊曼利用来自必应（Bing）的数据，制作了一个塞斯纳飞机（Cessna）飞越西雅图的演示，这与最初的微软《飞行模拟器》中的飞机和城市相同。即使在那个早期阶段，它看起来也很壮观。该项目取得了进展，丹哈特的记录也被证明是非常宝贵的。

诺伊曼说，「代码库和项目的归档工作做得非常好」。这些代码被送到 Asobo 工作室，也就是 HoloTour 项目的主要开发者，并用于保留与《模拟飞行 X》的第三方飞机的兼容性，它是 Aces Game Studio 发布的最后一次迭代。

《飞行模拟器 X》还保留了一个「传承（legacy）」模式，可以激活旧的飞行模型，保留了那个可以一直追溯到 1982 年的血统。

今天，大多数《飞行模拟器》的玩家都会喜欢默认的「现代」模拟，其模型多达 1500 个飞行表面。模拟中每个点的气流不仅由飞机的速度和设计决定，而且还由周围环境状况决定，如天气和附近的地形。

这种模拟水平在 1982 年是无法想象的，但今天它可以在任何最近的中端 AMD 或 Intel 处理器上运行。

哈尔·布莱恩指出，之前的模拟在极端情况下会崩溃，比如失速和旋转，这样飞机就会表现得很木讷，过于可预测。他知道，因为他以前就是这样测试这个东西的。新的模拟可以精确地模拟许多表面上的气流，因此可以确定失速会在何时开始，以及是否会变成旋转。

虽然 Bing 的数据对创建《飞行模拟器》的游戏世界很有帮助，但该团队仍然面临着阻碍，毕竟并不是每一寸地面都有高质量的摄影测量数据。

为了填补这些空白，Asobo 使用 Blackshark.ai 的机器学习技术，将摄影测量数据和卫星照片，转换成「地球表面的复刻」。

Blackshark.ai 技术根据卫星照片，自动创建建筑物，并在适当的地方添加建筑物。机器学习还纠正了照片之间的颜色变化，同时消除了云层和阴影。



《飞行模拟器》2020 版本中下方城市的画面清晰可见｜微软

Blackshark.ai 的首席技术官 Arno Hollosi 说，「我们希望有独特的建筑，基本上你通过程序性生成来实现，它会收集建筑脚印、屋顶类型、屋顶颜色、分区、建筑密度等其他信息」。然后，这些数据被具有适合该地理区域风格的「原型（archetypes）」所修改。其结果就是，各种各样的 3D 建筑至少从离地面一千多米的地方看是真实的。这种技术还可以描绘出小型社区，甚至是无人问津的农村房屋和建筑，这是艺术家们在逐一添加建筑时永远无法完成的。

即便如此，微软如今的模拟也并不完美。一条城市街道可能看起来是正确的，但你的房子可能不会。模拟的空中交通并不像现实中那样繁忙。模拟的空中交通管制的信息也往往不准确或不存在，特别是在中型机场。模拟的天气往往是惊人的美丽，但它只是模糊地模仿了真实世界。对于这些问题的解决，就像《飞行模拟器》的许多附加功能一样，需要新的技术来支持。

然而，《微软模拟飞行》的一个核心成果是不可否认的：它把整个世界装进了你的电脑。它甚至可以通过微软用于智能手机的 xCloud 流媒体应用，将整个世界装进你的口袋，允许任何拥有现代智能手机的人下载《飞行模拟器》，在全世界「自由翱翔」。

贝勒斯说，「我们的雄心壮志是复刻整个世界，而且，我们确实做到了！」

*头图来源：JOSEF HAVLIK

本文为极客公园原创文章，转载请联系极客君微信 geekparkGO

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