Microsoft Flight Simulator: un digital twin nella nuvola di Azure (qui la guida completa per sapere Microsoft Azure cos’è)

Flight Simulator è uno dei franchise più iconici della storia dei videogame.

Ma possiamo ritenere Flight Simulator un semplice videogioco? Assolutamente no, e l’ultima edizione, uscita un anno fa su PC e nei giorni scorsi su Xbox Series S | X, ci dimostra che siamo dalle parti di uno dei primi veri esempi di applicazioni next gen, capaci di sfruttare un simposio di tecnologie in cloud per creare un’esperienza straordinaria: una simulazione di volo sempre più realistica, nei cieli di un mondo che non ci stancheremmo mai di guardare dall’alto, nemmeno dopo migliaia di ore a bordo di centinaia di aerei differenti.

Cloud e streaming per volare sul mondo intero con una semplice XBox

L’obiettivo del nuovo Flight Simulator è molto semplice: partire da qualsiasi aeroporto per volare su tutto il mondo, nel vero senso della parola. È possibile farlo utilizzando una flotta di velivoli molto ampia ed in continua espansione, che spazia dai semplici mezzi da turismo agli aerei che utilizziamo per i voli intercontinentali. Sono tutti riprodotti fedelmente, nel minimo dettaglio, sia per quanto riguarda la modellazione che gli effetti sonori, in molti casi creati attraverso sessioni di acquisizione audio dal vero, come è ormai prassi anche per quanto riguarda diversi giochi automobilistici.

Ben presto arriveranno anche gli elicotteri, il cui sistema di guida, profondamente differente rispetto a quello degli aerei, introdurrà una novità molto importante anche in termini di gameplay per il più celebre simulatore di volo al mondo, che mancava sugli scaffali videoludici ormai dal lontano 2006.

L’ambizione di Microsoft e di Asobo Studios, game developer francese cui è stata affidato lo sviluppo di Flight Simulator, era di usare come mappa di gioco il mondo reale facendo riferimento alla cartografia digitale di Microsoft Bing.

Come vedremo, grazie ad un geniale mix di tecnologie 3D, i ragazzi di Asobo, forti del sostegno di una produzione tripla A targata Microsoft, sono riusciti a dare luogo ad un mondo senza precedenti.

Rispetto ai workflow tradizionali in ambito open world, serviva un approccio radicalmente differente. Sin dalle fasi di pre-produzione, pareva evidente come fosse impossibile includere una enorme quantità di dati in un’applicazione offline.

Flight Simulator utilizza come game engine il collaudatissimo FTech, implementato da Turn10 per la serie Forza, che dal 2005 si contende con GranTurismo lo scettro di miglior franchise videoludico in ambito motorsport. La collaborazione tecnica tra Asobo e Turn10 rientra nell’ecosistema degli Xbox Games Studios, notevolmente potenziato da Microsoft per sfidare l’egemonia di Sony, come conferma la recente acquisizione di un autentico mostro sacro come Bethesda.

La maggior parte dei giochi open world utilizza tecnologie 3D proprietarie che consentono al game engine di generare proceduralmente in tempo reale l’environment, combinando terreni ed asset molto realistici, con un livello di dettaglio (LOD) che dipende dalla distanza dal punto di osservazione.

In buona sostanza, ciò che è vicino, gode di una definizione molto elevata, mentre man mano che ci si allontana dalla telecamera virtuale, il numero di poligoni e la risoluzione delle texture diminuisce sensibilmente, per il fatto che il nostro occhio non sarebbe in grado di apprezzare un livello di dettaglio ingiustificato.

Tale tecnologia consente a tutti i game engine di ottimizzare notevolmente le scene ai fini garantire un’esecuzione fluida sul maggior numero possibile di sistemi hardware PC.

Nel caso di Flight Simulator, il concetto è notevolmente differente, perché se è pur vero che il FTech Engine svolge egregiamente il proprio lavoro, la volontà di far volare sul mondo reale comporta una coerenza che esclude in buona parte le ottimizzazioni possibili con i mondi di fantasia, se non per quanto riguarda sistemi parametrizzabili come la vegetazione, laddove non è richiesta la fedeltà assoluta rispetto alla situazione reale, quanto il colpo d’occhio e il livello di realismo complessivo.

Tradotto in numeri, il mondo di Flight Simulator è attualmente valutabile nell’ordine di circa 2.5 petabyte, una quantità di dati che nessun sistema di storage consumer sarebbe in grado di gestire. L’unica alternativa possibile per garantire un sufficiente livello di dettaglio ai giocatori su pc e console era quindi quello di utilizzare il cloud come piattaforma di riferimento per archiviare i dati degli scenari di gioco e trasmetterli in streaming sui device dei giocatori.

Un gameplay che prevede una dinamica di volo svolge una transizione lenta e continua, che agevola il caricamento progressivo dei dati in grado di dettagliare la scena. Sfruttando un sistema di caching in locale per bypassare del tutto la sensazione di buffering dovuta ai caricamenti, Asobo e i tecnici di Azure sono riusciti ad ottimizzare un’applicazione che consente ad oggi un livello di realismo senza precedenti, in relazione ad un’area di gioco oggettivamente immensa.

Si tratta dell’alba di una nuova era? Difficile dirlo, ma mai come oggi la fantasia dei videogiochi e il realismo del mondo che ci circonda sono stati così vicini, al punto da attirarsi sguardi molto interessati anche da parte degli sviluppatori di applicazioni enterprise.

Un confronto evidente dalla ricchezza di informazione presente in cloud è offerto da un video amatoriale che lo youtuber Cyca1 ha realizzato per testare le versioni Xbox di Flight Simulator. Nella primissima parte del filmato, si vede un confronto tra il dettaglio di Manhattan in streaming e una versione offline. Le immagini non necessitano di ulteriori commenti, in quanto, come dice il detto, valgono più di mille parole.

Come nasce il digital twin di Flight Simulator: Bing, Blackshark e l’intelligenza artificiale di Azure

Per creare il mondo di Flight Simulator sono state utilizzate svariate tecniche ed accorgimenti, capaci di capitalizzare il know how dei game developer nella gestione degli asset, cui si è aggiunto il contributo multidisciplinare in grado di riconoscere e gestire enormi quantità di dati, come nel caso del cloud e delle applicazioni basate sull’intelligenza artificiale.

Chiunque abbia presente sistemi come Bing Maps 3D, piuttosto che Google Earth, sa benissimo come non tutte le zone ad oggi possano godere del medesimo livello di dettaglio. Nel caso del centro di Londra, la base di partenza per ricostruire tridimensionalmente la City sarà decisamente favorevole, ma lo stesso non si può dire nel caso in cui vogliamo riprodurre un villaggio sperduto nella foresta dell’Amazzonia, dove avremo a disposizione soltanto la semplice immagine 2D satellitare. Il mondo di Flight Simulator non ammette troppe deroghe, deve essere interamente tridimensionale e texturizzato, per apparire il più realistico possibile. Una sfida per certi versi proibitiva, ma anche l’unica che aveva senso percorrere per innovare lo scenario e l’esperienza dei giocatori in questo genere di simulazioni.

Sulla base dei dati in streaming proveniente da Bing Maps, il FTech Engine deve riuscire a posizionare in modo corretto gli asset, in modo che durante l’esecuzione tutto coincida in tempo reale, dando al giocatore la sensazione di trovarsi effettivamente in quel luogo. Mettiamo caso che un pilota virtuale voglia volare sopra casa sua. Deve poterla individuare e riconoscere come tale. Ma come è possibile generare miliardi di case, elementi urbani e sistemi di vegetazione, ossia gli asset che il game engine utilizza per comporre le scene di gioco?

In alcuni casi, per costruire gli ambienti digitali, è stata utilizzata la fotogrammetria 3D, tecnica ormai ricorrente per ricostruire scenari completi o alcuni elementi parziali con un risultato fotorealistico. Si utilizzano dei droni per riprese aeree, processando i dati delle riprese con software di acquisizione 3D capaci di ricostruire geometrie 3D texturizzate, previa creazione di una nuvola di punti sufficientemente densa per rappresentare tutte le informazioni visive relative alla forma e al colore degli elementi.

Per ovvie esigenze produttive, non era tuttavia pensabile rilevare il mondo intero, per cui ad un certo punto Asobo ha iniziato a ragionare su una tecnologia capace di consentire un approccio creativo che, sulla base di una semplice immagine aerea, fosse in grado di distinguere edifici, strade, terreni, vegetazione, acqua e tutti gli elementi utili a definire i layer compositivi del mondo digitale. Attraverso il network dei partner Microsoft, Asobo ha conosciuto la tecnologia proprietaria di Blackshark.ai, specializzata nell’impiego dei tool di Azure AI, che è stata in grado di sviluppare proprio ciò che gli sviluppatori di Flight Simulator stavano cercando.

Attraverso una lunga fase di training dei modelli di Deep Learning (qui la guida al machine learning) e alla capacità elaborativa del cloud di Azure, Blackshark.ai è riuscita a finalizzare un’applicazione in grado di ricreare in 3D il mondo a partire dalle informazioni bidimensionali di Bing Maps e i dati ibridi di OpenStreetMap. Questo sistema è stato successivamente ottimizzato ed integrato con FTech, in modo da consentire l’assemblamento automatizzato degli asset che danno vita al mondo di Flight Simulator.

Il risultato del lavoro di Asobo, Bing, Blackshark.ai ed Azure è un digital twin che viene continuamente ottimizzato, per rendere il gemello digitale sempre più fedele a quello reale. Può ad esempio capitare che al day one la Torre di Pisa risulti miracolosamente diritta, salvo poi essere riveduta e corretta nella versione che siamo soliti osservare. Il realismo, si sa, risiede nel dettaglio dell’imperfezione.

Il compendio di tecnologie in tempo reale di Flight Simulator vede, tra le altre cose, l’implementazione dell’orario e del meteo, che può essere personalizzato dall’utente o impostato automaticamente per recepire le reali condizioni nelle località che andiamo a sorvolare. Se a Roma fossero le ore 11 di mattina in una bella giornata di sole, potremmo ammirare il panorama dell’urbe beatamente seduti sul divano di casa nostra, mentre in condizioni di pioggia ci ritroveremmo con ogni probabilità a volare in mezzo o sopra uno sconfinato letto di nuvole, provando almeno visivamente le sensazioni che i piloti veri vivono ogni giorno.

Le torri di controllo fanno sentire la loro voce, grazie a Azure Cognitive Services

Come ogni digital twin che si rispetti, il mondo di Flight Simulator vuole apparire realistico anche per quanto riguarda la componente sonora. Un mondo senza audio non sarebbe un mondo credibile, oltretutto a bordo di un aereo, dove la componente immersiva è a dir poco fondamentale, anche per quanto riguarda le comunicazioni a terra, con le torri di controllo degli aeroporti. La voce di un tecnico cinese deve apparire in qualche modo differente rispetto a quella di uno spagnolo e registrare una tale varietà sarebbe stato qualcosa che avrebbe richiesto tempi e costi di realizzazione incompatibili con la roadmap di sviluppo del progetto.

La soluzione per creare le voci delle torri di controllo è stata pertanto individuata grazie ad un tool text-to-speech di Azure Cognitive Services, basato sull’intelligenza artificiale, che ha consentito di generare in maniera automatica le circa 3000 ore di parlato necessarie a strutturare tutte le comunicazioni con cui si è chiamati ad interagire nella simulazione.

La capacità di elaborazione e i tool AI based di Azure Cognitive Services sono stati originariamente pensati per svolgere altro, ma la capacità di risolvere un’esigenza specifica come quella prospettata da Flight Simulator dimostra l’enorme potenziale del cloud, per dare risposte a problemi che molto spesso ancora non conosciamo.

Una dimostrazione di forza del cloud tra 3D, realtà virtuale e intelligenza artificiale

Lo sviluppo di Flight Simulator rappresenta un vero e proprio libro aperto, le cui pagine mancanti verranno scritte soprattutto da una community in continua espansione, che spazia dai fanatici del volo a chi vuole semplicemente godersi le straordinarie immagini degli interminabili viaggi dei piloti virtuali di tutto il mondo, alla scoperta di quei dettagli che fanno di Flight Simulator un’esperienza davvero totalizzante, come dimostra ad esempio la sezione in realtà virtuale (qui la guida per sapere cosa è la realtà aumentata).

Oltre alle collaborazioni già citate, Asobo ha infatti collaborato con Alex Kipman e la divisione Windows Mixed Reality di Microsoft, per rendere l’esperienza di volo in VR più realistica possibile su una notevole flotta di visori. Flight Simulator in VR fa letteralmente storia a sé rispetto all’esperienza di gioco a monitor e presenta notevoli margini di miglioramento, che il team di sviluppo ha già promesso di voler inseguire per rendere sempre più immersiva e credibile l’esperienza del volo, in scenari sempre più realistici, man mano che i sistemi hardware per la VR lo consentiranno.

Flight Simulator è molto più di un semplice gioco, è una vera palestra tecnologica per creare i digital twin su larga scala che diventeranno la base dei futuri metaversi, che vedono nel cloud l’unico ambiente informatico in cui è possibile sfruttare le risorse utili a soddisfare una domanda di contenuti digitali vasta quanto il mondo intero. Per Microsoft lo sviluppo di Flight Simulator rappresenta dunque un’occasione di sviluppo unica anche in termini di know how, grazie ai feedback di una platea mainstream che supera di gran lunga gli ordini di grandezza delle tipiche applicazioni B2B, ad oggi diffuse ad esempio nell’ambito dell’industria aeronautica.

Per saperne di più sul mondo di Flight Simulator

In rete si trovano moltissime risorse per approfondire gli aspetti relativi allo sviluppo di Flight Simulator, a partire dal sito ufficiale (https://www.flightsimulator.com/) in cui sono disponibili molti “dietro le quinte” in relazione alle tecnologie, agli asset e al contributo relativo alla numerose partnership definite da Microsoft per supportare l’implementazione e lo sviluppo del gioco.

Esistono inoltre moltissime risorse di terze parti e contenuti realizzati dalla community. Per avere una percezione concreta della scalabilità di un ambiente 3D avanzato come quello di Flight Simulator, suggeriamo la visione di questo lungo timelapse realizzato dal team di VR Flight World, che mira ad evidenziare le differenze qualitative per i quattro livelli di dettaglio previsti dalla versione PC. L’obiettivo è consentire a Flight Simulator di girare su più configurazioni possibili e di farlo con una qualità apprezzabile. Secondo questa prospettiva, l’ottimizzazione ideale è raggiunta quando si prevedono le minori differenze tra la versione “low-end” e la “ultra-high-end”.