告別巨型圓頂：混合實境 (MR) 與 eVTOL 飛行模擬的技術革命

在過去的三十年裡，高階飛行模擬器（Full Flight Simulator, FFS）的標準配備是一個巨大的、充滿投影機的圓頂（Dome）或準直顯示系統（Collimated Display），這些系統雖然能提供極佳的無限遠焦點視覺，但其昂貴的造價、龐大的佔地面積以及複雜的維護需求，一直是航空訓練成本居高不下的主因。

隨著電動垂直起降載具（eVTOL）與城市空中交通（UAM）的興起，航空業正面臨一個新的技術命題：如何以更低的成本、更小的空間，訓練出適應複雜城市環境的飛行員？答案指向了混合實境（Mixed Reality, MR）技術，這不是單純的 VR 遊戲，而是一種將「實體座艙」與「虛擬外部世界」無縫融合的工程突破。

VR 的盲點與 MR 的解決方案

虛擬實境（VR）在飛行訓練中一直存在一個致命缺陷：「座艙盲視（Cockpit Blindness）」，當飛行員戴上 VR 頭盔，他們雖然看到了逼真的窗外風景，卻看不見自己的手，也無法操作真實的旋鈕、開關與觸控螢幕，這對於需要頻繁操作航電系統（Avionics）的專業訓練來說是不可接受的。

混合實境（MR）技術透過影像穿透（Video Pass-through）或光學穿透技術解決了這個問題。

• 技術原理： MR 頭盔上的高解析度攝影機即時捕捉外部畫面，透過演算法系統將「真實的座艙影像（手部、儀表板）」從綠幕背景中摳除，即時疊加在「電腦產生的虛擬外部世界（地形、天空）」之上。
• 認知整合： 這讓飛行員能夠在看到窗外虛擬跑道的同時，低頭看見自己真實的手正在操作真實的油門桿，實現了視覺與觸覺的閉環（Visuo-Haptic Loop）。

核心技術挑戰：延遲、幀率與雙眼渲染

要達到軍規或民航法規認證等級的 MR 模擬，軟硬體必須克服極高的技術門檻：

雙 GPU 平行渲染架構 (Dual GPU Architecture)

與平面螢幕不同，MR 需要為左眼與右眼分別渲染略有視差的畫面，以產生立體感（Stereoscopic 3D），這表示渲染負載直接加倍。

• 效能需求： 為了避免暈眩（Motion Sickness），系統必須維持穩定的 90 FPS 幀率，任何低於此標準的卡頓，都會造成前庭系統與視覺系統的衝突。
• 硬體解法： 高階 MR 影像產生系統（IG）通常採用雙 GPU 配置，每一張顯卡專門負責一隻眼睛的渲染運算，確保在處理高密度城市模型（如 eVTOL 飛行場景）時仍能維持流暢度。

2. 運動到光子延遲 (Motion-to-Photon Latency)

在 eVTOL 或直升機這類高機動性載具的訓練中，飛行員頭部的轉動速度極快，如果頭部轉動了，但畫面延遲了 20 毫秒才跟上，大腦就會產生不適。

• 軟體優化： 影像產生軟體（如 MANTIS）必須針對 MR 頭盔的 SDK 進行底層優化，利用預測演算法（Prediction Algorithms）來補償渲染管線中的微小延遲。

3. 複雜城市環境的即時渲染

eVTOL 的主要戰場是摩天大樓林立的城市。與高空飛行的客機不同，eVTOL 需要在建築物之間穿梭。

• 細節層次（LOD）： 模擬系統必須能夠渲染數以萬計的建築物模型、屋頂停機坪的細節，以及城市微氣候（如大樓風效應）。這需要強大的資料庫產生與串流技術支援。

eVTOL 訓練的特殊性：為何 MR 是最佳解？

eVTOL 產業具有「數位化座艙」與「分散式營運」的特點。

1. 玻璃座艙（Glass Cockpit）： 現代 eVTOL 高度依賴觸控螢幕，MR 允許飛行員看見真實的觸控操作，這是純 VR 無法做到的。
2. 空間感知（Situational Awareness）： eVTOL 需要進行 360 度的目視飛行，傳統圓頂投影機很難做到「向後看」或「向下看（透過機腹攝影機）」，而 MR 頭盔提供原本就具備 360 度的視野，且解析度遠高於一般投影機。
3. 成本效益： 建立一個圓頂模擬器需要挑高且巨大的房間。MR 模擬器僅需一個電腦機櫃與實體座椅的空間，極大降低了基礎設施成本，適合 eVTOL 營運商在各地部署訓練中心。

混合實境（MR）技術正在重塑飛行模擬的邊界，它拆除了昂貴的物理圓頂，將「真實的觸感」帶回了虛擬世界，對於追求高效率、低成本且高擬真度的 eVTOL 與現代化飛行訓練而言，MR 不僅是過渡技術，而是未來的標準配置，透過精密的軟硬體整合，我們正在進入一個「虛實難辨」的訓練新紀元。

Q3D 解決方案介紹

針對 MR 技術應用與 eVTOL 訓練需求，Quantum3D 提供了整合度極高的創新方案：

• 混合實境視覺模擬系統 - MR Simulation
  這是一套整合式（Turnkey）的影像產生解決方案，專為取代昂貴的傳統顯示系統而設計。
  • 技術規格： 支援 90fps 的高幀率與 360 度全景視覺。
  • 雙 GPU 支援： 系統架構支援雙 GPU 配置（每眼一個 GPU），以確保極致的效能表現。
  • 虛實融合： 具備 MR/AR 能力，讓飛行員能看見真實的雙手與駕駛艙儀表，同時置身於虛擬的飛行環境中。

Quantum3D 混合實境視覺模擬系統，透過 Varjo XR-3 及 MANTIS 軟體提供 360 度高擬真飛行訓練，降低成本並相容所有航空器。

• eVTOL 垂直起降飛行模擬器
  專為電動垂直起降載具（AAM/UAM/Air Taxi）市場設計的模擬平台，結合了 Quantum3D 26 年的模擬經驗，利用 MANTIS 軟體 與 IDX 硬體，提供高精度的城市飛行環境與氣動力學模擬。

Quantum3D 提供混合實境（MR）視覺模擬系統，適用於 電動垂直起降飛行器（eVTOL）、先進航空運輸（AAM）/城市航空運輸（UAM），支援高擬真影像生成、360° 視角、MR/AR 互動與 VR 訓練模擬，提升飛行體驗與訓練效率。

• MANTIS 即時場景視覺模擬顯示引擎
  作為核心引擎，MANTIS 針對 MR 頭盔（如 Varjo, HTC Vive）進行了優化，支援 OpenVR 標準，並具備處理高密度城市地景與動態天候的能力，確保在 MR 環境下的視覺真實度。

MANTIS 為 Quantum3D 研發的即時影像產生軟體，支援 CDB、感測器模擬、環境特效、飛行與車輛模擬等應用，提供高擬真 3D 圖形，適用於訓練與模擬市場。