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对于大众而言，电子游戏和学术产生联系可能是有件反直觉的事情。但在2019年，《Foldit》就出现在了权威期刊《自然》杂志中，学者们当时成功将游戏众包和蛋白质研究结合了起来。这其实并非孤例，不久前《GT赛车Sport》又以“驱动力”的主题登上了《自然》杂志的封面，科学家们的研究对象，变成了由索尼打造的人工智能“GT Sophy”。
GT Sophy背后是由上千台PS4组成的矩阵，它们会驱动模拟驾驶训练，AI在反应速度符合人类标准的基础上，经过数月的训练，便超过了顶尖赛车游戏选手的水平。以至于斯坦福大学机械工程学的教授克里斯·格尔德（J.Christian Gerdes）在论文中不吝赞美之词，认为它的作用不仅限于带来精彩的表演，未来理应在自动驾驶领域大放异彩。
这些研究并非是索尼心血来潮的成果，因为除了人工智能外，《GT赛车》的研发工作室过去一直在挖掘这个游戏系列在现实里的应用价值。譬如说，当玩家在游戏里开了1000个小时赛车后，到了现实中能不能顺利上路？
该想法最初源于2006年，起因是Nissan（日产汽车）和英国索尼电脑娱乐公司举办了一场活动，让玩家亲身上手赛车。一名驾驶教练在活动结束后表示，自己对一部分玩家在赛道上的表现留下了深刻印象。两家公司都意识到其中有他们的合作空间，于是两年后，一个名为“GT学院”（GT Academy）的项目诞生了。
GT学院的理念很简单：让拿着手柄的玩家，有机会在现实里开启自己的专业赛车职业生涯。
和索尼合作的Nissan
即使在今天的语境下，很多人也会认为该项目的宣传意义大于实际意义。彼时的它更是受到了大量质疑，例如美国在线服务公司（AOL）旗下的汽车新闻网站Autoblog对此评价到：“这玩意要么是最愚蠢的想法，要么就是最牛逼的营销合作。”
然而Autoblog的发言还是有失偏颇，尽管不能说GT学院硕果累累，但时至如今也算是小有成效。因为他们确实在认真思考游戏社会价值的问题，从具备可行性，以及极其严格的选手选拔流程中也能看出这一点。
例如为了在《GT赛车》中获得加入GT学院的资格，玩家首先需要使用各种车型，在不同的游戏赛道中跑出最快圈速，经过连续四轮线上比赛来判定最终成绩。获得资格的人，才能到现场参加《GT赛车》的全国决赛，他们还会在Nissan汽车上进行真实的驾驶测试，同时接受心理和身体的健康评估。
紧接着，来自全国决赛的佼佼者们聚集到英国银石赛道（Silverstone Circuit）进行为期一周的选拔，期间涉及到Gymkhana、Dogfight等一系列实地训练，以及针对个人的面试、笔试和铁人三项等体能测试。期间大家将分组对抗，直至从每组选出一名选手角逐最后一场比赛。比赛结果和他们平时的表现都将作为参考，以便裁判决定获奖者。
GT学院进行体能训练的候选者
因此直到你成为获奖者，才有机会被邀请参加Nissan的“车手发展计划”，然后在GT学院Nissan RJN Motorsport车队接受为期2到4个月的训练，以便有资格拿到国际赛车执照。而为了参与国际耐力赛，整个过程又要耗费3年时间。
首届GT学院的冠军，是来自西班牙的卢卡斯·奥多涅斯（Lucas Ordóñez），他在23岁时便获得了进入了职业赛车领域的机会，后来一度参加FIA GT锦标赛和Super GT等专业赛事，在法国勒芒24小时耐力赛中，还协同队伍拿到过第二和第三的好成绩。
Lucas Ordóñez
詹恩·马登伯勒 （Jann Mardenborough）的经历或许更有传奇色彩，作为从未正经参加过《GT赛车》比赛的路人玩家，在2011年时，却意想不到地击败了9万名选手获得GT学院比赛的第三名。他的职业赛车领域的履历更加丰富，拿到过勒芒24小时耐力赛的第三名，以及丰田竞速系列赛和日本三级方程式锦标赛的第二名。
这两人在成为职业车手之前，都只是喜欢打游戏的愣头小子罢了。因为GT学院在话题性和专业性上都有保证，项目运营范围逐渐从欧洲延伸到北美、澳大利亚、印度、中东、墨西哥和泰国。到了2013年，GT学院的电视节目观众在全球已经超过1亿。
可能是由于珠玉在前，2016年时国际汽车联合会FIA也找到《GT赛车》系列的制作人山内一典，希望双方能达成合作。
交谈的结果，是他们打算将游戏中的“Sport模式”作为真实赛车手的训练前置，融入竞赛、实况报道和赛事礼仪等内容，所有玩家都可以通过完成这些挑战积累赛事知识。
该模式中还有和FIA联合推出的两大锦标赛，分别是由各个国家和地区之间进行比赛的Nation Cup，以及各家车厂互相角逐的Manufacturer Series。如果在这两项为期一年的赛事中获得冠军，在FIA官方庆典活动中还能和真的赛车手站上同一领奖台。
Sport模式
在这个过程中，游戏选手有机会拿到由各国汽车运动主管机构派发的“数字驾照”，然后再进一步兑换真实的赛车驾照。据官方介绍，有22个国家支持这一计划，因为除了德国外，许多国家都担心赛车运动的储备人才过少。
值得一提的是，目前数字驾照如何兑换真实驾照还是个语焉不详的问题。如果参考GT学院的做法，在游戏里开1000小时车确实有一定辅助作用，但由于目前存在的拟真技术瓶颈，还是得结合现实的实践经验。
游戏？工具！
无论是研究人工智能“GT Sophy”，还是帮助玩家成为赛车手的“GT学院”和“数字驾照”，山内一典对《GT赛车》系列的终极期望，全都可以归类为实现“数字孪生”，即用游戏来完成深度的物理世界模拟。
他2021年4月接受KPMG的采访时说到：
“我打算将汽车文化、汽车工业和《GT赛车》捆绑在同一条船上。同时，我也想做一些不同的事情。我认为电子游戏的任务之一，就是通过连接现实和数字世界来实现数字孪生。另一方面，我也认为‘人类能够感受到的现实，不一定完全能从真实的事物中体现出来’，我一定会去面对这个问题。我愿意挑战创造一个让人们感觉比真实世界更真实的世界，无论是不是通过《GT赛车》来实现……如果我们能把小时候从大自然学到的经验，比如‘屏息观察眼前发生的事情，并根据观察做出假设、理解和行动’通过电子游戏呈现出来，我会觉得很高兴，我相信这是我的使命。”
拿书面话来讲，他口中的数字孪生是利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。
如果不那么严谨的总结，就是在虚拟世界（如游戏）里创造一个现实物体的双胞胎，有楼造楼，有车造车，各方面数据和指标完全一致。它的用途极其之广，制造业、城市规划和医疗都有现成案例。
需求是一直存在的，上世纪60年代美国宇航局便创建了宇宙飞船的物理复制品，然后把它连接到模拟器上，如果太空中的设备出了问题，工程师团队就可以在地面上讨论解决方案。总之业界和学术刊物上的观点普遍认为，密歇根大学教授迈克尔·格里夫斯（Michael Grieves）率先将这个概念用在制造业上，面向公众提出已经是2002年的事情了。
休斯敦控制中心的阿波罗模拟器
实际上国内布局得非常早，中国航空工业集团第一飞机研究院，在千禧年初就做了歼轰-7的数字样机。后来美国宇航局的约翰·维克斯（John Vickers）在2010年时将数字孪生和路线图报告联系起来，几乎同一时间，美国空军研究实验室的空气动力学学者，又提出用数字孪生来维护战斗机的方案。伴随着德国政府提出工业4.0，西门子、达索等大型公司，也不忘在宣传中加入数字孪生这几个字来炒概念了。
约翰·维克斯提到的数字孪生案例
《GT赛车》目前做出的铺垫，可能往前再走几步就能让它变成一个“驾驶仿真测试平台”。国内很多公司也正在基于游戏技术来实现山内一典的畅想，比如科技部最近公布了国家“十四五”重点研发计划，长安大学联合腾讯等公司的“自动驾驶仿真及数字孪生测试评价工具链”项目获批立项，其中就集成了车辆动力学模型、专业游戏引擎和三维重建等技术。
从技术的角度来看，数字孪生体很多时候确实得通过游戏引擎来创建，例如Epic Games开发了对应的工具“Twinmotion”，正是基于虚幻引擎打造的。它的作用很简单，帮助建筑师和工程师搞基建，让他们的草图能快速转化成虚拟的3D环境。
虚幻引擎官方去年给Twinmotion拍了个很唬人的宣传片，短片里点击几次即可实现建筑的可视化，整个流程和玩模拟经营游戏差不多，把资源往屏幕中间拖就行了——像是导入CAD数据2次点击、选择材质6次点击、放入植被3次点击、添加行人1次点击、添加光照1次点击、变化季节1次点击，导出内容1次点击等等……
在Twinmotion中放入行人
于是按照官方的描述，未来建筑业的工作流程可能会变成——设计师在CAD中画出草图，点击2次鼠标把它导入Twinmotion，然后使用拖放功能快速开发场景，添加人员和植被，并调整季节。他将工程文件上传到公司的共享网盘。接着可视化团队将该场景导入虚幻引擎，利用游戏引擎的各种功能增强它，实时光线追踪可以大大提高光照和反光的逼真程度，结合预定建设地点的实时数据，能够呈现经过这座建筑的实时车流和人流。
参考图和Twinmotion用5秒渲染出来的图片
这些畅想并非无凭无据，国内专门做数字孪生业务的公司51World，就通过这种方式创建了上海和新加坡的数字化克隆，在城市新项目基建的时候可以出具影响和风险评估，进而让政府和管理者监控交通、拟定防灾计划。除了关键地标需要手工打造外，其他建筑还有诸如道路、河道和绿地的数字化版本借助算法、卫星、无人机和传感器的数据生成。
51Word做的数字孪生城市，但看起来还比较粗糙
有时候，数字孪生还得体现很细致的物理效果。汽车制造商奥迪将流水线数字化后，把物理数据导入了虚幻引擎，以模拟新车的设计。这就不仅仅是只做个3D模型的问题了，得在虚拟环境中测试车辆的性能，涉及到刚体力学、柔体力学、空气动力学等一系列内容，然后企业的高管们看一圈逼真的演示，再决定要不要真正生产汽车。
可能有人会问，游戏引擎凭什么做到这么多专业化的东西？那还不是给玩家对于拟真的需求给倒逼出来的。
举个例子，传统游戏动画本来只有正向运动，像是出拳时肩膀（父节点）带着手臂（子节点）转动。但后来诸如《刺客信条》一类的产品在游戏中加入了攀爬系统，人在攀爬的时候是手臂（子节点）带着肩膀（父节点）转，所以得加上反向运动和重心变化。攀爬系统有了，然后又得贴合现实创造可以爬的场景，于是三维重建和攀爬线技术又被融了进去……
天美就有一种快速生成攀爬线的手段，专利公开号：CN113018865A
由此来看，游戏引擎在学术研究方面的工具化价值，其实已经被承认了很长时间了。
Science Buddies是个和政府实验室、NASA有合作的教育平台，他们过去办了个名叫「Making It Real: Incorporating Physics in Video Games」的课程。内容涉及到《半衰期》和《传送门》两款游戏，Havok引擎，以及英伟达旗下的PhysX物理引擎。目标是用这些游戏和工具，塑造出一系列数字化的物理效果。例如碰撞检测、角色捡起物体时的动画，模拟头发、水、衣服，或者是呈现雪、雨、灰尘和爆炸等现象。
PhysX关闭和启动后的对比
东南路易斯安那大学的物理学教授瑞德·阿兰（Rhett Allain），也曾经拟定过一个非常有趣的命题。即根据游戏中的物理引擎，来计算《愤怒的小鸟》中红色小鸟的大小，他最后表示这只鸟的直径是70厘米，这就比枯燥的数学演算更吸引人。
北卡罗莱纳大学物理学副教授伊恩·比蒂（Ian D. Beatty）同样认为，电子游戏可以成为非常强大的教学系统，设计师在给玩家提供沉浸感的同时，也培养了复杂的技能，并给与了一些情境知识。他在2003年时还写了篇《通过分析电子游戏改进物理教学》（Improving Physics Instruction by Analyzing Video Games）的论文来证明这一点。
可能在千禧年初，伊恩·比蒂撰写论文的那个节点，用游戏给社会创造价值更多还是基于想象，很多东西还未实际取得成效，但今天游戏在数字孪生领域都已经有了实打实的成果。
值得一提的是，Epic Games在2021年3月时又收购了技术公司Capturing Reality，他们使用摄影测量和激光雷达来创建准确的3D扫描，目标是让现实世界更容易数字化，然后以数字孪生的形式植入虚幻引擎，未来游戏给现实提供帮助的道路理应会愈发通畅。
文/天美妙妙屋
原文：https://zhuanlan.zhihu.com/p/471315609
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发表于 2022-2-28 09:27:15
