Monday, January 30, 2012

Flight Dynamics: FSX and X-Plane battle it out

标题我就不翻译了,没想到这文章这么长。在寒假里重新上手FSX,就研究了一下模拟飞行软件的飞行动力学基础,对比了FSX和X-Plane的气动特点。这篇只是一个简单的比较,更高深的还是翻译不来的……

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作者:Christian Stock  译:Shaun本人 "vivn"

听说过 Bruce Artwick's Flight Simulator?还是Geoff Cramond's Aviator?或者Chuck Yeager's Advanced Flight Trainer?这都是一些非常早的桌面模拟飞行软件。不管你信不信,模拟飞行软件已经有25年历史了。模拟飞行软件在这25年中有了很大的发展,现在的模拟飞行软件画面十分逼真:你可以坐在一个极逼真的驾驶舱内飞翔在极逼真的景色当中。但这些画面并不是模拟飞行的全部。其内部的飞行动力学(flight dynamics)架构也是一个决定性因素——让飞行更真实,或者相反。在25年的飞行模拟历史后,我们认为现在是时候看一看微软的模拟飞行FSX和Laminar Research的X-Plane的内部系统了。

虽然FSX和X-Plane都是模拟飞行软件,但它们的工作原理却完全不同,特别是飞行动力学部分。FSX运用所谓参数方法。飞机气动模型是由一组参数提供,它完全与飞机的真实外形独立,也就是说,你可以做一个塞斯纳飞机,却可以让它飞起来像一架波音767。FSX需要很多参数,重量,发动机数,机翼面积,还有其他更复杂的参数来确定惯性,受力,力矩等特性。而X-Plane相反,它运用的是几何方法。它直接分析飞机的几何外形来确定飞行动力学特性。创建一架塞斯纳模型,那它就会飞得像一架塞斯纳。这种方法让创建新飞机变得非常直观,因为你只需要建立一个正确的模型就可以了,并不需要一系列复杂的参数。

这里有一个共识就是由于X-Plane使用的几何模型让它的飞行动力学基础比FSX更好。但是,但那只是一个猜测。因为一些非常小的几何区别,如螺旋桨的形状和翼身连接部位的接缝都会影响飞机的飞行特性。要精确构建飞机的飞行动力学架构,X-Plane也会需要非常大量且细致的几何模型,多边形数量能达到100,000个以上。而实时计算这些多边形是不可能的,也许十年之后计算机的速度足够快的话说不定可以,但是现在这事基本无望。相反,一系列的参数设置甚至可以与几何构建的模型相媲美——但需要不断的微调。这就说明了一点,好的气动特性取决于模型的质量,如果这是一个精细的模型,它的气动特性就会很好,反之反之。

飞行动力学模型的质量应该是最具有争议性的话题,在模拟飞行社区中也被讨论的最多。人们总是争论关于模拟飞行的个人感受,速度,滚转率(roll rate)就好像是坐在一架真飞机里一样!然而,一架飞行器会随着其生产过程而不断变化,包括外形和内部的航电。光是塞斯纳172就有20多种类型,包括结构和引擎的升级。甚至是同一种飞机,机龄,外挂的不同也会影响飞机的性能。所以通过与真实飞机操纵的比较并不能说明模拟飞行的真实度有多高,PC上的感觉永远与真实飞行不同。所以在这次的评测中,我们只会用一些非常简单的方法来测试。我们想要知道的是,如果改变一个输入,飞行器是否会做出正确的变化。而最后的结果——我们不得不承认——是非常出人预料的。

这次的测试,我们会深入探讨FSX和X-Plane中的默认塞斯纳172,还有FS9中的RealAir 172(由 Rob Young开发,他被公认为是一名气动方面的天才)。选择172就是因为这是一种很简单的飞行器,而且两款模拟飞行软件都含有这款飞机。

正如每个飞行员都知道的是,飞行器由若干项输入控制:升降舵,副翼,尾舵,油门,襟翼,这些都是我们要测试的。而这些测试都很简单,你都可以在家里复制。在飞172的时候,你会很惊奇的发现在不同的模拟飞行软件下飞行的感觉有多么不同。部分可能是由于遥杆的输入特性不同造成的,这一点很难测试。但这里仍有一些细微的差别而且你也能简单地试出来它是使用的哪一种模拟软件。测试之前,有一点需要提出来的是X-Plane仪表的流动性,在FSX中,仪表的帧率较低,有时仪表变化很快有时又很迟缓。而X-Plane相反仪表显示非常流畅。


  • 升降舵

升降舵控制飞机的俯仰,并影响速度和高度。当我们移动升降舵时,两款模拟飞行软件反馈的结果都很好,相应的高度速度的变化都做到了。RealAir172也是一样。这次测试,它们都通过了。


  • 副翼

副翼控制飞机的滚转。飞机倾斜的同时,开始会有反方向的偏航(adverse yaw),随后偏航会朝向转弯方向(如果继续(没有其他操作),飞机会进行螺旋式的下降(spiral dive))。C172飞机本身并不会有太大的反向偏航特性,但在低速状态下,这种偏航还是可以观察得到的。

现在我们在FSX中偏转副翼,飞机倾斜,偏航指示器显示偏航向转弯方向移动并开始螺旋下降。回转副翼,飞机重新回到稳定状态。X-Plane表现的很相似,但也有一些不同。X-Plane里的滚装若是在30度(倾角)以内就会有点不稳定:飞机滚转时,空速升高导致飞机上仰,最后竟朝反方向滚转。事实上,诱导一架飞机做一个持久的在10到30度以内的来回滚转是可能的,俯仰和空速也会相应的变化,但偏航始终不变。但这种情况下螺旋下降将不会发生或发生不完全。真实的172是非常稳定的,并不会发生上述情形,因而来说X-Plane在这方面并没有真实的模拟出172。RealAir172与默认172的表现非常相似。

不过令人失望的是,所有的模拟软件都没有模拟出低速状态下的反向偏转。

/////////感觉PMDG747转弯的时候模拟出来了。//////////


  • 方向舵

方向舵控制飞机的偏航,飞机因此也会失去平衡,偏航指示器也会有相应的变化。方向舵也会造成飞机滚转:飞机首先偏航,然后滚转,经历一小段暂停之后有继续滚转,最后飞机会进入螺旋下降的状态。

在FSX中激活方向舵,我们也会观察到滚转,暂停,再滚转,螺旋下降。但是两次滚转之间的暂停却有些不自然,就像飞机突然被一个大锤子砸了一下,飞机立马摆到相反的方向,但过了一会儿又正常了,而X-Plane的表现竟然一模一样。这在真实世界中是绝对不可能发生的。而RealAir172表现的则非常真实,暂停表现得非常平稳。


  • 油门

改变油门将改变飞机的俯仰和高度,然而由于螺旋桨的存在,油门的改变也会造成偏航:172中增加油门,我们可以观察到向左的偏航。

俯仰和高度的变化在两款模拟飞行软件中都得到了表现,但有意思的是,在FSX中,低速下增加油门我们就可以明显的感觉到向左的偏航,X-Plane则没有:它仍然径直的飞行。RealAir172 表现得则同默认FSX的机模一样。


  • 襟翼


放下襟翼的时候若不做任何操作,飞机就会上仰,这种现象被称作"ball-ooning"。反之,升起襟翼会使飞机下降。所以当襟翼降下来时为了保持速度必须压低机头。

这一项测试,FSX和X-Plane都模拟地非常到位,差别也非常细微可以忽略。RealAir 172同FSX表现。


  • 失速


接近失速时,空速下降,机体经历短暂的震颤之后急剧下降。FSX完成的非常漂亮,X-Plane中的失速看起来有点难以触发,但总的来说运作得也很好。但我们在两款软件中都没有模拟到失速时的震颤,RealAir172也没有。需要说明的是,现在的飞机插件已经可以模拟失速震颤了。


  • 尾旋


在尾旋中,一侧机翼先失速而造成飞机的滚转和偏航。这时下降率非常高,空速则很小。此时飞机就会做小半径螺旋下降。然而,在塞斯纳172中表现尾旋是很难的。

这项测试中,FSX和X-Plane的表现有很大的不同。在FSX中我们可以通过控制飞机偏航和滚转来实现“半尾旋”,但很难做出一个完全的尾旋,飞机此时更容易做螺旋下降。鉴于塞斯纳172确实很难做尾旋,我们因此接受了这种飞行行为。X-Plane的表现则完全相反,开始也会有小半径的螺旋,但之后速度会突然升高,飞机径直冲向地球。

与前两者相比RealAir172的表现堪称完美,它的各个尾旋行为都模拟地非常到位,虽然做出一个完全的尾旋对于172来说有点不现实。


  • 侧滑


以前的飞机没有襟翼,飞机要进行侧滑来实现高速下降,如今即使有了襟翼我们也仍需要侧滑作为襟翼失效时的应急方法。侧滑是由飞机的交叉控制来实现的,例如让副翼和方向舵朝相反的方向作用。

FSX的侧滑动作并不好,交叉控制基本上不可能:只要轻轻的操作副翼,飞机就要转弯,即使你已经把方向舵踩到底也没办法让它回头。X-Plane则稍好一点,能通过方向舵实现侧滑,但看起来有一点古怪。不管倾角有多大,方向舵都是一样的。在现实中,由于飞机倾角增大你需要对方向舵进行补偿。而RealAir再次完胜,侧滑动作非常完美。你几乎可以像开真飞机一样进行侧滑。


  • 结语


这次飞行动力学评测的结果令人吃惊,FSX的表现明显要好于X-Plane。但在25年的发展历程中,模拟飞行应该发展的更成熟,结果却令我失望,一些重要的场景并没有想象当中的好。

CPU在不断的进步,已经能够处理相当大量的数据。过去的几年,电子游戏产业掀起了一轮改良游戏物理模型的热潮,然而模拟飞行似乎没有跟上这一趋势,这对我们来说并不是一个好消息。就我自己而言,FSX默认塞斯纳172的操控性能与FS2000中的并没有什么区别。

RealAir172的表现展现出FS引擎的潜力,看起来ACES工作室对于现代飞机的模拟工作是落后了。有人经常说如果模拟地太真实,那么对于一般玩家来说就太复杂了。我并不同意这样的观点,比如说方向舵,默认172飞起来比起 RealAir 就像一块砖头一样,如果我是个新手,我绝对会选择 RealAir 来飞,那绝对是一种享受。

X-Plane声称自己有更好的模拟程序,但经过测试后我们发现,虽然X-Plane的方法看起来很好,效果却并不理想。FSX甚至比它还要好一点。X-Plane确实提供了一些FSX没有的功能比如起伏的跑道(FSX中都是平滑的跑道),地面上的“actual wheel physics”(FSX无此功能),真实3D大气环境(FSX中只提供云层的上升和下降,没有连续的3D大气)。

当然,这并不是一次有说服力的测试,C172的表现也不能说明全部。但总的说,这次测试暴露了模拟飞行软件的一些弱点,特别是方向舵部分。我真心希望微软和Laminar Research弥补这些曾被忽视的地方,更重视一些飞行动力学。

25年后,模拟飞行理应变得更加真实。

Wednesday, January 11, 2012

假期的事情

希望如此,因为大多数我的假期都没有全部完成任务。

趁着这难得的独处一室就说一说吧。我已经列了一个list,要学习…这是总的概述。

首先是三本书,其中一本机动处置,还得先把在学校留下没读完的尾结束。两本算是史书,一本算是科普类。一本是电子书,两本是纸质。如果还有时间(恐怕没有),我应该会开始做一个读书笔记。

还有就是两个软件iWork,Final cut,前者keynote是重点,后者看运气吧。

\\\\\用了Mac之后,FSX就离我远去,真是一个永远的矛盾。而且新一代的Flight竟然免费了,我想是微软看清了插件才是真正赚钱的东西的缘故,所以我还存有它的希望,更逼真的环境,和更低的配置。\\\\\

不过这些都跟自己的本行不搭边,只有那本科普书还有那么一点关系。不过也没关系,下学期的课程应该会比较枯燥,所以趁着假期灿烂一下吧。

还要干什么呢?嗯,对还有几本杂志。还有几桶杂货菜汤,半块馊豆腐,烂白菜叶,煳饭嘎渣,得,一块儿…

Friday, January 6, 2012

Beforenewyearexam

又一天过去了,新一年头几天就有这种感觉。

每天接近尾声的时候都会在那里想这一天都干了什么。如果你去晚自习了,多半还有点宽慰。如果没有,那就有点懊恼。这对我来说是好事还是坏事呢,平白无故地增加了自己的烦恼,比如今天,为了找一本书,在网上花掉一个小时看书评,或又是在现在这个时候写这篇文章。当我想把心思放到正事上时,自己又无从下手,一些问题想了好久问了好久还是没明白,现在再看一眼,心里好多个埋怨,哎,怎么解?几个老问题弄得人心烦。

还有几天就考试了,不管怎样也得把这些问题弄明白。不弄明白,以后再弄明白,对于分数来说是没有用的。不管你承不承认,现在这个阶段分数是唯一的衡量标准,至于别的都是虚无缥缈。

元旦在家里呆了三天,回来后又有点失落了,特别是高中初中的那些同学们已经回家了。算了算了早晚的事,还有考试当在面前呐。

那就暂时忘掉你吧。祝我好运。


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