您正在使用IE低版浏览器,为了您的雷锋网账号安全和更好的产品体验,强烈建议使用更快更安全的浏览器
AR/VR 正文
发私信给小芹菜
发送

1

北航的VR课程开设20年,我们跟雷小永教授聊了聊设计飞行模拟器的经验

本文作者:小芹菜 2017-01-03 18:27
导语:20年前的VR在航空上怎么用的?

近两年火热的虚拟现实,北航早在20多年前就开设了虚拟现实技术课程,并且将它用在了航空领域。在雅瑞资本组织的“CEO学堂”活动上,雷锋网和东方瑞丰的执行董事、北航虚拟现实技术与系统国家重点实验室雷小永博士聊了聊,20年前的VR在航空上怎么用的?从学术界跨进工业界,技术成果如何转化?

以下是对话实录,内容有删减:

北航的VR课程开设20年,我们跟雷小永教授聊了聊设计飞行模拟器的经验

| “北航在1996年就有一门课叫虚拟现实技术及应用”

雷锋网:现在 VR 这么火,在谈飞行模拟器之前,先聊聊虚拟现实。飞行模拟器是不是可以理解为VR+航空?

雷小永:飞行模拟器就是一个典型的虚拟现实系统。

VR+航空就是飞行模拟机,VR+医学就是手术模拟机。VR最终一定要跟行业应用结合起来,切实解决行业的一些痛点,或者能够提高效率,只有这样才能够活下来。光玩一些很虚的概念,不解决国民经济中实质的问题,肯定会有问题的。因为是国家重点实验室,北航是航天航空方面最早应用VR的。

北航大概在1994年就开始研究虚拟现实技术,算是中国最早的一波。除了北航还有浙大、清华等都是属于比较早的。国家2007年批准的虚拟现实技术与系统国家重点实验室就落在北航。

微软研究院那边对VR和AR研究还是比较早的,最初的像李开复、沈向洋、张亚勤,还有后来到金山的张宏江,过去被称为虚拟现实的四大金刚,他们研究的非常早了。

AR也是的,最初的概念就是波音公司提出来的。航空布线的时候,航空飞机很复杂的,工程师哪里记得线连到哪里,戴着AR眼镜电路连接图就展示出来了。AR最初的概念是从这里出来的。

雷锋网:算下来也有20年多年的时间了,北航是不是开设了专门的虚拟现实课程?当时做的VR是什么样的?

雷小永:是的,北航在1996年就有一门课叫虚拟现实技术,是戴树岭教授开设的。我现在还在给学生上。是属于北航研究生的课程,前几年加上博士和研究生选课的人也不过是100左右,今年有240人,新主楼的教室都坐不下,确实很热。

当时的头盔和现在差不多,不过全部都是有一根线的,而且非常贵。最近HTC把那根线去掉了。世界上的头盔我基本都用过了。

最贵的有十万美元一台,我们实验室过去大部分用的是2万美元/台,现在HTC头盔6000多块、还有2000或3000块钱的头盔,这就是技术进步使门槛低了,往TO C方向走了,所以才会热起来,从事的人才会慢慢多了。

但是按照实验室主任赵院士的说法,现在出来做VR人才还是第一位的,中国还是很缺这方面的人才的。

雷锋网:当时有没有一些虚拟现实方向的成果产出?

雷小永:虚拟现实这块现在大部分都在视景的建模和仿真,就是图形图像的生成,还有一些交互的东西的。我们定义VR是一种全息的人机交互的方式。过去是拿鼠标键盘的交互,可能以后就是自然方式了,我在现实生活中怎么交互,咱们这种沟通比如用语言等的交互都是很真实的。

在飞行模拟器的几大结构中,虚拟现实视景成像系统是其中之一。虚拟现实视景是头盔系统显示的东西,我们1997年就用上头盔的系统。2000年珠海航展的时候展出来就是虚拟头盔数据手套,还有跟踪器,戴上头盔飞飞机。

北航的VR课程开设20年,我们跟雷小永教授聊了聊设计飞行模拟器的经验

雷锋网:2016被称为VR元年,您怎么看?

雷小永:在过去,VR经过几轮的高潮然后下来,80年代有一次,90年代也有一次,今年也被叫成VR元年,我认为这一波有可能起来的,因为确实是硬件的基础达到了。

现在6000块钱的头盔的体验比过去6万美元的体验还好,这是一个趋势。另外,信息化往下走,还有一个很重要的因素就是资本。现在资本还是给这方面投了很多,比如扎克伯格23亿美元收购了Oculus,其实是他把这点燃了。

“有时候很简单只走两步路,可是飞机在空中是六自由度的运动”

雷锋网:做飞行模拟器,北航是有优势的,但是自己操刀做,不是做技术支持,从学界出来进入业界,你们当初是怎么考虑的?

雷小永:我们当初只是北航的一支团队,一直在做飞行仿真技术和虚拟现实技术,也是国家的重点实验室。我们团队在一起合作有近20年了,比如创始人戴树岭教授在北航工作了30多年了,一直从事飞行模拟机的开发。赵永嘉博士、刘卫华博士等也一起合作十多年了。现在确实是一个大浪潮,科技成果要转换,把成果放在实验室也不合适。

模拟器中国也一直在做。国外做得比较早,差不多70年的时间。最大的一家是加拿大的航空模拟公司CAE,从1947年做到现在,是目前模拟器领域最好的,他们基本已经垄断了全世界50%以上的市场。我们对标就是他们,未来也是这个思路。

大飞机的市场,全动的模拟机CAE大概垄断了50%。在国内大概一台卖一个亿,最早卖给中国更贵,大概是3000万美元,现在价格稍降下来,大概1200多万美元这个量级。

我们国家现在这种大的航空公司,东航、国航、南航这些都是用的进口的模拟器,全部是老外产的,这也是我们为什么要做的原因。我们是北航的人,也是国家重点实验室的,北航的老一辈也就是我们导师王行仁教授那一代,做了很多(技术积累)工作的,但是在产业化这方面,因为当时也没有这环境,产业化也没有往下做。

我国第一台军用模拟器、第一台民用模拟器都是北航做的,也获得了国家科技进步一等奖。

北航的VR课程开设20年,我们跟雷小永教授聊了聊设计飞行模拟器的经验

(虚拟现实飞机座舱仿真系统)

模拟器有一个叫 D级模拟器。就是地面训练飞行员的设备。

事实上,飞行模拟机不是可有可无的,是飞行员驾驶技能训练(训练模拟机)和航空器工程研发(工程模拟机)不可或缺的重大装备。

比如飞行员获得驾驶执照必须经过模拟机训练,训练小时数不低于42小时,这个我们叫初训;已获得驾驶执照的在职飞行员,每年必须进行不小于12小时数的模拟机复训;已获得驾驶执照的在职飞行员,在改型,晋升以及各类考核都必须经过模拟机飞行这个环节。

模拟器地面训练飞行员的设备。我们一般定义为三类,目前公司的产品也是三类。

第一个是标准训练飞行员的设备,叫训练模拟器,这个要通过民航总局的认证。

再一个是工程模拟机。比如说我们国家的飞机型号C919,在研制过程中,飞机是个很复杂的系统,飞控、导航、飞管、空管这些东西都要验证,相当一个工程模拟器。我们俗称铁鸟台,就是一架飞不起来的飞机,但是每一个设备都经过测试的,所以叫工程模拟机。

北航的VR课程开设20年,我们跟雷小永教授聊了聊设计飞行模拟器的经验

(2013年交付中航工业某所的工程模拟机座舱)

还有一类是科普娱乐,交给科技馆和一些主题公园,让小孩体验飞机驾驶。我们9月份和中国科技馆交付一台,体验的人非常多。7月份,在“一带一路”克拉玛依的科学节上,很多人排3个小时的长队就为了看3分钟。没有想到,我们的一个代理商只是把东西拿过来参展,结果当场就会被买掉,而且他们现在还想做一个大的商业上的计划正在谈。

我们希望从科普角度入手,普及到全国的科技馆、主题公园等,包括做成空战游戏、编队游戏、航母起降等。

小孩子玩游戏,家长是最不愿意掏钱的,但是如果是学习飞行,那就不一样了。在实际中我们发现,家长和小孩子一起排队,而且家长对大型飞机更感兴趣,愿意掏钱。

目前我们的训练模拟器还在取证,应该明年会完成。另外我们也在一些做老外的飞机,拿他们的飞机气动数据包,还有发动机数据包。比如波音737,我们是从波音买数据包,目前还在谈。

雷锋网:目前国内的训练模拟器都是用的国外的吗?这个市场量级有多大?

雷小永:对,中国的D级模拟器全是进口的,大概有70多台吧。

我自己计算过,D级的大型模拟器,一年大概也就200多亿的市场。但是小飞机就很多了,FTD这些也应该有几百亿的市场,每年也不是特别多。像CAE每年大概交40多台,我看过他们的财报一年大概100亿人民币,它占市场30%~40%吧,乘以3大概也就是300亿量级。

我们自己对标的是to B,to C市场可能不是特别大,但是它毕竟是专业的。咱国家为什么立项做大飞机这个东西?中国要有自己的D级模拟器,中国是大国,没有这种重大装备的东西,老外现在还卖你的一个亿。那凭什么呢?我们要打破这个垄断,而且现在也有这么多的积累,还有资本的助力,目前还是可以的。我们取证信心比较大,北航有30多年研究的基础。

北航的VR课程开设20年,我们跟雷小永教授聊了聊设计飞行模拟器的经验

(舱式漫游交互指挥系统)

雷锋网:做这些项目,有哪些必备的条件?

雷小永:这种大型设备很高的,首先场地很重要,还是花了很多时间,初创公司找地不容易。目前北航科技园办公区域500多平,在昌平大概有5000平的基地。

基地是这样,一般地下挖2米多,地上要求高度12米,有三层楼那么高,相当于5顿的东西在高速运行。一台面积粗算大概200多平,旁边还有运行的机房和安全工作的距离。

目前还有个数据包的问题没有最终解决,这里说的是其中一款飞机的数据包。数据包怎么说呢?就是如果你想做飞机模拟器,要仿真这架飞机,就必须得到飞机的制造厂商原厂的授权,相当一个授权数据包

这样就能知道,原来飞机是怎么设计的,气动外形是什么样的?发动机什么型号等等。因为认证的时候,飞机的客观测试飞行的曲线,比如起飞、着陆、巡航等这些参数曲线大概有几百条,模拟器飞出来的曲线必须跟原厂试飞数据的曲线匹配,误差在5%以内,这是非常重要的东西。

北航的VR课程开设20年,我们跟雷小永教授聊了聊设计飞行模拟器的经验

(飞行训练器)

D级模拟器为啥值钱呢?因为飞完模拟器就可以飞真机 ,到真飞机上熟悉一下就可以了,模拟机座舱和真实的飞机座舱是一样的,只不过是在地面上体验飞行。飞机不像汽车,你可以用真汽车练习。飞机必须在地面上先练,大型飞机实在太复杂了,中国的飞行员都是金装的,费用很大。光在模拟器上飞一个小时,就得花费4-5千块钱,还是很贵的。

咱们国家做大飞机也遇到了很多问题,过去没有民航研制的体系,模拟器其实也是其中一个环节,国外又有很多垄断。习主席把过去那种“造不如买,买不如租”的思路倒过来了,大国强国,必须有自己拳头的东西。航空就是其中一个,中国航天现在发展不错,航空业正努力往前赶。

雷锋网(公众号:雷锋网):在模拟器的构造上,又有什么不可或缺的条件?

雷小永:模拟器分几大块,其中一块是飞机的仿真座舱,相当于飞机的坐舱。以前是把飞机的机头裁下来,就是飞机的座舱,把飞机的机头拿下来飞行员坐里面,相当于一个飞行员的操作界面。

外面有一个球幕是视景系统,由计算机生成,一个球幕相当于人站在窗户外面看到的实景,就类似看iMAX电影。视景的生成和显示,最终会用投影机显示出来,雾霾、风雨雷电等气象条件都可以仿真,把外面的场景做得很真实,给出一个视觉反馈。

里面是座舱,外面是一个球幕,然后把整个球放到运动平台上,这个平台就是模拟器里的第三块,提供运动反馈,比如拉杆起飞,整个模拟坐舱也就起来了。

还有一块是飞机气动数据包。

这是干什么用?其实是对飞机本体的建模,在计算机上要把这个仿真,做得跟空中飞的是一样的。用数学方程描述飞行在空中的运动过程。在地面描述清楚飞机在真实的环境是怎么飞的、遇到什么气流。比如说侧风就得偏,遇到其它东西就得躲避,包括地面交互的东西,还有发动机能达到什么水准。

气动数据包里面除了气动、发动机是最主要的两块外,还有导航飞控飞管,这是飞机整个的系统。这块有一个飞机模型的仿真。一个模拟器在视景、运动平台都是可以通用的。但是仿真的是哪种飞机,仿真的是737还是空客320,就要飞机仿真模型,这里面包含气动数据、发动机数据和仿真座舱。

第一个飞机座舱是不一样的,布局是不一样的。第二飞机的仿真本体不一样的,飞机的气动不一样,装的发动机也是不一样的。这块是比较复杂的,真飞机碰到的问题模拟器都得有,真飞机碰不到的问题模拟器也得有。

比如说故障,有的飞行员可能一辈子都碰不着,但在模拟器上必须设置50多种故障模式。发动机停车了,舵面卡死了,风切变了,侧风什么之类的都得加进去,让飞行员得知碰到这种情况如何改进。

另外一块就是教员台。刚才说的这些故障都是在教员台上设置,考核飞行员在模拟器上飞得怎么样,可以设定风速、设定故障灯,包括系统评估。

大概这么五大块,背后的知识还是很多的,多学科综合。我自己是自动控制系的,就是在导航飞控这块,还得有做机械、发动机系的,做飞机发动机怎么建模,怎么拿数学公式描述出来。建模与仿真,首先得建模型,再把它实时运算出来,模型建得真不真就看这个系统复杂不复杂了。有的很简单只是走两步路,可是飞机在空中是六自由度的运动。

所以多学科是很重要的,万一飞机哪块有一个参数不对,不懂你真的不知道怎么调。就跟之前说的不知道哪里下手,代码给你也搞不出来。

业与资本:“技术不赚钱,就是产品不够好”

雷锋网:从学界到办企业,有遇到过什么困难吗?

雷小永:我们都是教授、博士,出来办企业没有相关方面的经验,可能就是一腔热情来做事情。

首先招人比较困难,又懂航空又懂计算机的不是那么好招,好像大海捞针。开始主要是在几所航空院校招,再就是找北航的师兄弟们,今年我们专门招了一个HR来。我们也是从几个人发展过来的,现在有60多人,90%以上具有本科学历,10多位博士、20多硕士。

其次公司要快速发展必须有资本助力。刚开始有点困难,好在我们有自己的造血能力,毕竟在国内还是有点名气的,公司注册之后就有项目进来了,两年都盈利了,大概5、6百万左右,公司在年初完成了pre A轮的融资,雅瑞资本、赛航基金给了很大的支持,目前正在进行A轮融资。

雷锋网:您怎么看资本的介入?

雷小永:我们现在是pre-A轮,融资主要是想加速这个过程,同时使公司逐渐规范化。跟投资机构打交道我觉得挺好,几轮尽调下来,我学到的还是比较多的。

技术、资本、市场,三者不可或缺。技术我觉得只占三分之一,光有技术没有资本助力你活不下来的。市场也占三分之一,但是市场不是一天能膨胀起来的,需要持续地做。这个过程中就需要资本的借力的,要招人、招很牛的人,没有资本的支撑可能都发不出来工资。很多公司最大的压力,就是员工工资。如果有资本进来,我就可以专心做些和模拟器相关的项目,积累沉淀,而不是接一些其它的活。

雷锋网:有这样一种说法,前沿技术一般是不赚钱甚至是一直烧钱的。现在您也走进了业界,这个说法您赞同吗?

雷小永:其实VR不是今天才出来的概念,已经好多年了。我自己觉得普通大众可能觉得前沿的技术,不一定人家就没有研究。

过去美国有一家叫施乐的公司,像以太网这些技术都是从它的实验室里出来的,前沿技术赚不赚钱可能最终还是落实到产品上。

产品优秀不优秀,不一定是全是前沿的技术,产品的构成比较复杂,可能是有个好的概念在里面。比如说苹果手机,2007年苹果手机包括过去计算机的机械键盘,只是一个所谓的多点触摸,就跨越了多少年?

所以,前沿技术能不能赚钱,取决于产品。如果技术不赚钱,那就是产品不够好。

注:后续雷锋网将会再次探访北航虚拟现实技术与系统国家重点实验室,详细解析虚拟现实系统如何与航空模拟器结合,有兴趣可关注雷锋网的持续更新。

雷锋网原创文章,未经授权禁止转载。详情见转载须知

北航的VR课程开设20年,我们跟雷小永教授聊了聊设计飞行模拟器的经验
分享:
相关文章

文章点评:

表情

编辑

雷锋网专栏编辑,欢迎各位大牛来分享技术科普。微信:king9jmq,添加请备注姓名和职位,方便沟通。
当月热门文章
最新文章
为了您的账户安全,请验证邮箱
您的邮箱还未验证,完成可获20积分哟!
请验证您的邮箱
立即验证
完善账号信息
您的账号已经绑定,现在您可以设置密码以方便用邮箱登录
立即设置 以后再说