用游戏技术快速生成，如今“建设”一座机场只需三天时间

量子位的朋友们 2023-06-25 16:41:19 来源：量子位

6月20日，2023珠海飞行安全研讨会暨“南航-腾讯”航空安全与仿真研究实验室成立挂牌仪式在南航翔翼公司举办。本次大会发布了基于腾讯自研游戏引擎技术和南航虚像显示技术共同打造的全新一代视景系统，该成果实现了国产自研视景系统关键技术突破，完成飞行模拟机视景系统的代际升级，为超过8万民航飞行员提供更高效、更安全的飞行训练。

作为民航飞行员训练的主要设备，全动飞行模拟机以及其所搭载的视景系统能够模拟飞行时所见景象，是影响飞行训练成效的最关键部分之一。而此次新发布的视景系统用腾讯自研游戏引擎技术，为民航飞行员提供1:1的真飞机模拟仿真驾驶体验和第一视角的世界场景图像渲染，首次将游戏开发领域积累的资产制作流程和PCG技术用于航空领域的数据资产生成，为游戏科技“跨界”迈出重要一步。

创造大世界，离不开制作高效率

游戏产业发展至今，开放世界正在成为越来越多3A游戏的必备元素，在虚拟环境中构建开放且场景复杂多样的大世界，如何提升楼宇、树木、道路等同类型数字资产的制作效率，影响着整个游戏项目的开发进度，而提升开放世界的资产制作效率，往往离不开内容生成技术。

事实上，PCG内容生成技术在游戏行业已经有5年以上的广泛应用，游戏开发者通过输入需求，并利用工具运算生成输出数字资产，虚拟世界中的城市等场景就能自动复现，并按照规则分布出来。

在此次的南航视景系统中，民航飞行员第一视角下的世界场景图像都经过真实模拟，包括机场、城市等大量场景需要构建，而有了PCG技术的加持，机场跑道的滑行道、联络道、标志、标线等元素，都可以程序化生成，制作做城市时，也只用提前预定规则选定范围，就能快速生成扩大，告别传统方式对场景细节逐个建模、手动画图的缓慢操作，做到快速迭代。

上千平方公里城市资产重建，一天之内完成

为了让南航视景系统中，飞行员视野内的景观场景更加接近真实，开发团队重建了深圳市大概35*35公里，超过1000平方公里范围的深圳市地景，包括了15万+栋建筑，25万件楼顶资产附件，同时配合约65万棵树木，以及各种的地景贴图、山川、河流、道路立交桥等，形成了整个城市的资产格局。

面对如此大规模的资产，PCG程序化生成技术成为了在效率和效果上达到较好平衡的一种方式，通过输入数据生成相应资产，开发团队仅需大概0.5 – 1天时间，就能完成上述所有资产重建。

在城市资产生成的流程上，所输入的高程数据还原地形地貌；地标性的Hero建筑则通过手工制作增强城市的真实感；最重要的SHP数据则包括建筑信息、道路信息、水体信息等，作为还原整个城市的主要依据。

通过对SHP数据的解析，PCG技术可依照对应信息，程序化生成建筑群、道路及周围植被、河流湖泊等城市内场景，最终把所有这些生成的数据整合到一起，就能完成了整个城市资产的重建。

值得一提的是，因为南航视景系统中主要为飞行视角以俯视的角度来观看城市，因此，楼顶资产的摆放显得尤为重要，对此，开发团队预制了几十种不同的屋顶资产，并通过对这些预置模型的随机分布来表现出不同建筑的不同屋顶，使俯视视角下的场景更加真实。

此外，在根据绘制区域随机生成PCG建筑群时，开发团队也通过参考城市地图数据，提炼出5种布局模式，凭借5种不同类型的建筑群分布，再配合单体建筑的多样性方案，促成了较好的还原效果。

定制机场环境生成规则，实现高效精细化重建

另一方面，为了让视景系统能够尽可能有效的辅助飞行员进行模拟训练，最大程度上真实准确的还原真实机场情况显得尤为重要，但要做到对机场的精细化重建，就对资产制作的效果提出了很高要求。

根据规则来生成场景的PCG技术虽然提高了数字资产的制作效率，可真正机场在建设的时候，却又并不会完完全全遵照特定的规则来搭建，在利用PCG技术的基础上想要做到真实准确的还原，成为了南航视景系统制作团队面临的一大挑战。

对此，制作团队根据对多个机场卫星图进行分析并总结规律，自研了一套PCG的流程工具，基本覆盖了当今主流机场环境的生成规则，包括大型机场的多条跑道布局情况，滑行道、联络道、停机坪、地面标线标志及3D标识等资产相互关联关系等，提高资产生成的准确度，也从另一方面缩减了资产的调整及修改时间，提升效率。

原本手动的方式来制作一个大型复杂的机场可能要1-2个月时间，在熟练使用自研PCG工具的情况下，只需要3天即可完成资产的重建，快速实现效果迭代。

这个就是我们大概的流程图，通过输入相应的数据，配合参数和手工调整，就能快速生成对应的资产。

结合上面的流程图，即可以深圳宝安机场为例，来看看是如何通过使用我们自研的PCG工具，快速重建整个深圳机场资产。

深圳机场资产包括有：两条飞机跑道、滑行道、停机坪、各类标线标识等。

跑道，滑行道，停机坪重建：

想要精确还原重建整个资产，首先需要一个比例正确的参考图，这里开发团队开发了背景图生成工具，根据经纬度信息，将准备好的geotiff图片还原成正确的比例，并将其设置为参考底图。使得接下来重建的所有资产，都可以以这个参考图尺寸比例为标准来生成，保证资产准确性和一致性。

首先，对照参考图，将两条跑道的曲线绘制出来，或者也可以输入跑道两端的经纬度信息生成曲线，跑道资产主要包括主体跑道、延长跑道、吹坪、掉头坪、中线、边线、跑道号、各类辅助标识、以及灯光系统等。虽然元素很多，但基本都是按照特定的规则来建造的，因此跑道的生成会相对来说简单一些，将曲线数据输入工具并配合参数调整，就可以快速完成深圳宝安机场两条跑道的重建。

接下来，将停机坪的区域对照参考底图绘制出来，

再通过开发团队开发的滑行道生成工具，将停机坪和跑道进行连接，这里的生成规则会复杂一些，为了能够和参考底图完美匹配，需要大量的手动编辑操作，因此，这里在工具的设计上，提供了一套非常方便交互编辑模式，再配合工具中的生成算法，就可以完美的还原真实的机场情况了。

标线标识生成：

在机场设计和建造中，标线和指示标识是非常重要的资产，它们可以帮助飞行员和地面人员准确地识别机场的各种设施和区域，确保机场运营的安全和高效。

然而，整个机场范围内有大量的标线及指示标识等资产，标线之间相互交错，结构复杂，再加上标识种类、数量繁多，因此，想要即快速又精确地还原是一个比较大的挑战，

对于标线的生成，开发团队通过绘制简单的曲线输入，根据曲线相交的类型，比如十字、T字相交等，自动生成相交部分结构，并根据参考底图进行交互编辑，快速对齐。

对于标识的生成，开发团队根据标识的类型，预制了20多种常见的标识，这些标识都是根据国际标准和机场设计规范进行设计和制作的，并根据他们的分布规律，进行了分类，配合标识的分布工具，就可以快速地将对应的标识分布到想要的位置。

机场范围内还存在大量的滑行道指示牌，用来指示飞机在地面上滑行时的方向和路线。它们通常包括箭头、数字、字母和符号，以帮助飞行员正确地导航飞机。它们对于确保飞机在地面上安全地移动非常重要。

使用上面的这张贴图，每个字符我们都设置一个对应的代码，通过uv偏移等处理，只需要输入不同的代码组合，就能拼出相应的指示牌资产，最后，再将他们摆放到正确的位置。

为了引导机场内车辆安全行驶，会建设大量的车辆引导线，通常用于机场内的主要道路，如连接航站楼和停机位的道路、连接不同航站楼的道路等。一般以两车道和四车道为主，用来帮助驾驶员遵循正确的路线，确保车辆在机场内安全地行驶。

slope生成与资产处理：

上面重建的所有资产，都是基于高度为0的平面重建的，除此之外，还需要根据机场所处的地理位置，将这些资产适配到地形上，这里存在的问题是地形是根据高程数据来重建的，高程数据因为精度等原因并不是完全准确的，对于像城市等区域，地形高度有些偏差是可以接受的，但对于机场区域，则需要绝对准确。

因此，这里通过手动编辑的方式来精确地生成一个slope平面，用来适配资产，同时将地形的高度也和slope平面进行匹配，通过这样的处理，就把上面重建的所有资产放到了正确的海拔高度上。

而关于slope平面的生成，首先，开发团队设置了一些关键点，这些点位于机场资产的边缘或者重要位置，例如跑道、滑行道、停机位等位置，并根据真实的海拔，手动为每个点设置高度值，然后根据这些点的位置和高度，通过工具自动连接生成一个slope平面，再根据生成的slope平面的布线，将资产切分并映射到slope平面上。

FBX资产导出:

最后，开发团队将生成的全部资产进行导出，根据预先定义的资产生成规范，主要分为灯光、2D、3D几个部分进行导出，随后在每个HDA内部，对生成的资产都设置好标签进行分类，每个类别下再根据材质、优先级等属性将其拆分为多个FBX node，方便在引擎中对灯光及材质等进一步的控制和调整，同时也能更好地进行资产管理。

至此，深圳宝安机场就已经重建完毕，当然，这里做的是一套通用的资产生成工具，对于其他城市的机场资产，用户只需要更换输入数据，就能快速实现重建了。

以下为南航项目开发团队使用PCG工具实现的其他城市机场的一些效果图：

相比原本手动方式来制作一个大型复杂机场场景，可能要1-2个月的制作耗时，在熟练使用PCG工具的情况下，南航视景系统制作团队只需要3天即可完成资产的重建，并且符合真实机场的建设规则快速迭代效果，在效率和效果上达到一个很好的平衡。

结语

腾讯游戏与南航翔翼联手打造全动飞行模拟机视景系统，为民航飞行员训练提供了更真实、更灵活、更安全高效的训练场景，同时也能节省约50%的生产成本，进一步提升培训效率和品质。

而在游戏科技的助力下，借助PCG技术也将资产制作速度及质量大幅提升，让所有可以抽象出规则的场景或物品，都能做成工具快速生成数字资产，打造制作数字资产的“自动化流水线”，面对未来元宇宙等场景构建时，也带来了更多技术覆盖的可能性。

— 完 —