Как сделать правильный автосимулятор

Все мы понимаем, что с жанром автомобильных симуляторов что-то не так. Уже очень давно в этом жанре наблюдается стагнация и деградация. Что не так с жанром ? Я попробовал разобрать. Но для начала нам понадобится небольшой теоретический фундамент.

Реальность и виртуальность

Первое, что нам предстоит выяснить - почему так получается, что проехаться на реальном автомобиле и на таком же, но виртуальном в игре - это две настолько большие разницы, с точки зрения ощущения скорости. В игре тебе могут дать фантастический раллийный кар, с умопомрачительными техническими характеристиками, но все мы прекрасно понимаем, что любой реальный автомобиль доставляет человеку несоизмеримо больший фан, чем любой “виртуальный” суперкар в игре. Почему так происходит ? Почему реальные автомобили так тАщят, а “виртуальные” откровенно “сливают” ? Чего нехватает виртуальному автомобилю, чтобы сравняться, по силе доставляемого человеку удовольствия с реальным ? То, чего так нехватает виртуальным автомобилям называется обратная связь.

Обратная связь

Во время движения реального автомобиля водитель почему-то "чувствует" скорость своего перемещения, своей пятой точкой. Механизм функционирования этого “чувства” скорости связан с эффектом обратной связи: чем выше скорость автомобиля, тем резче смещение салона автомобиля влево или вправо в ответ на одно и тоже смещение рулевого колеса. Эту силу смещения салона автомобиля влево или вправо водитель ощущает всем телом, таким образом возникает петля обратной связи между движением руля и пониманием, водителем, фактического эффекта, произведённого этим движением на параметры вектора скорости автомобиля (ускорение, повороты и т.д.). Причём частота сканирования информации, о силе смещения салона влево или вправо, достигает очень высоких значений - до 20-ти Герц и больше, то есть во время движения автомобиля происходит больше 20-ти петель обратной связи между микросмещениями руля и соответствующими им ощущениями о смещении салона всего автомобиля. Двигая руль и моментально (что важно) получая ответ, на это своё движение - со стороны сидения автомобиля на свой собственный позвоночник - водитель получает, в режиме реального времени, подробнейшие данные о параметрах движения автомобиля - скорости движения, траектории движения, даже о коэффициенте трения покрышек автомобиля с поверхностью дорожного полотна, всех вместе и каждой покрышки в отдельности. Если одним колесом автомобиль заедет на скользкую траву, на обочине, водитель это почувствует, и именно благодаря обратной связи с автомобилем через руль, высокой частоты работы этой связи.

Наш попомЕр

Весь этот огромный массив данных, о поведении автомобиля, поступающий к водителю в единицу времени, обрабатывается вестибулярным аппаратом, в реальном масштабе времени. Что-то похожее наш вестибулярный аппарат производит, когда мы ходим пешком, или бегаем, или катаемся на велосипеде: обрабатывает некоторый, фантастический по своему объёму массив данных за единицу времени, что бы мы имели возможность свободно передвигаться, пешком ли, бегом или на велосипеде, за всё это у нас отвечает наш вестибулярный аппарат. С поездкой на реальном автотранспорте тоже самое — без работы нашего вестибулярного аппарата она была бы попросту невозможна, во всяком случае на сколько нибудь значительной скорости. Таким образом водитель и его автомобиль находятся в постоянном вестибулярном контакте друг с другом, который позволяет гонщику скоростного раллийного кара вытворять на дороге совершенно фантастические манёвры - зрелищные и захватывающие дух.

Эти вестибулярные ощущения ещё называют "попомЕром", хотя, на самом деле, работает не “попа”, а позвоночный столб автомобилиста. Всех этих вестибулярных ощущений, испытываемых реальным водителем в реальной поездке, в играх не существует в принципе. Чисто формально, обратная связь с автомобилем у игрока имеется и в игре тоже, только эта обратная связь осуществляется исключительно через визуальный контакт игрока с миром игры, без вестибулярного, а его одного, для образования петель обратной связи на приемлемой частоте, оказывается недостаточно. Проблема в том, что через визуальный контакт обратная связь, с физикой происходящего, осуществляется с огромной временнОй задержкой - человек не сразу воспринимает параметры движения автомобиля - скорость, ускорение, траектория и так далее - а с некоторой паузой, необходимой для “узнавания” этих параметров, через визуальный ряд игры. В этой временнОй задержке, присутствующей в каждой петле обратной связи, и заключается проблема. Для сохранения контроля над летящим на высокой скорости автомобилем, петель обратной связи (с ним) должно быть определённое количество в единицу времени - 20-30 Герц и больше. При исключительно визуальном контакте с автомобилем (без вестибулярного) в каждой петле обратной связи появляется пауза длиной в несколько(!) секунд, необходимая для понимания физики происходящего, с автомобилем, а это, для сохранения нужной частоты петель обратной связи, катастрофа. От минимально необходимых для управления 20 Герц, частота падает до 1 Герц и ниже, что ни в какие ворота не лезет. Управлять автомобилем на такой низкой частоте обратной связи невозможно, во всяком случае при высокой скорости движения автомобиля. Конечно можно упростить физическую модель автосимулятора, но это не выход, а детский сад, какой-то. Автосимуляторам необходима высокая частота обратной связи с автомобилем, но где её взять при неподвижном игроке, вестибулярный аппарат которого не работает, вследствии своей физической неподвижности ?

Приёмы

Первое, что является настоящим спасением для жанра автосимуляторов, в этом смысле, это конечно же рули с DirectDriveForceFeedback. Это такие рули с обратной связью ForceFeedback, у которых обратная связь работает исключительно аутентично, во многом вследствии отсутствия каких либо передаточных механизмов от мотора к собственно рулевому колесу. С таким рулём ощущения от виртуального заезда становятся совершенно другие, максимально приближаясь к реальным. Но эти рули стоят не дёшего, а следовательно и игр, которые их полноценно поддерживали бы не так, чтобы очень много. С другой стороны, для некоторых это не очень-то весёлое дело, осознавать, что их игровой контроллер - руль - стоит больше, чем сам компьютер. Поэтому, ожидать, что с таким ценником подобный девайс окажется в каждом доме не приходится, к сожалению. Хотя лично моя позиция такова, что это нормально, когда игровой контроллер стоит столько же, сколько, например, топовая видеокарта или ЦП - для качества геймплея игры в жанре экшн он вносит ничуть не меньший вклад.

Визуализация физики

Второй способ поднять частоту петель обратной связи - изменить картинку игры, передающую на игрока данные о состоянии физической системы в игре. Оказывается визуальный ряд игры, если над ним хорошо поработать программным кодом, способен передавать, на игрока, вполне своевременно, почти всё, что необходимо, для сносного управления автомобилем, даже при высокой скорости движения. Речь о возможности полноценной визуализации физики игры. Картинку в игре можно сделать гораздо более информативной с физической точки зрения, для игрока. Такая визуализация физики в игре реализуется посредством “умной” игровой камеры в режиме игровой камеры “вид сзади”, это когда игроку видно не только трассу, но и сам автомобиль, его задник. Если снабдить такую игровую камеру небольшой инертностью, она станет демонстрировать ускорения, которые испытывает автомобиль, продольные и поперечные, с гораздо большей детализацией, и, что для нас главное - своевременно. То есть такая умная игровая камера, не будучи намертво прикреплённой к автомобилю сзади, а относительно свободно там “болтаясь”, сможет вовремя(!) демонстрировать игроку все тонкости поведения автомобиля, что для появления эффективно работающих петель обратной связи, на нужной частоте, принципиально важно (своевременность истечения этого информационного потока на игрока).

Второй метод визуализации физики, на ряду с инертной камерой, был применён в единственной игре Insane от Codemasters вышедшей в 2000-м году. В этой игре по клавише F8 включается игровая камера "вид сзади" которая прикреплена не к корпусу автомобиля, как все нормальные камеры "вид сзади", а к положению передних колёс автомобиля - она двигается вместе с ними находясь при этом сзади. То, как такое расположение игровой камеры хорошо визуализирует физику во время непосредственного движения автомобиля поражает. Остаётся сожалеть, что данный метод визуализации физики больше нигде не применялся.

Игровые контроллеры и петля обратной связи

Тут надо понимать, что те данные, о состоянии физической системы, которые нам следует передавать на игрока с наименьшей задержкой и без потерь качества - это всего лишь половина от того информационного потока, из которого состоит каждая петля обратной связи. Вторая половина потока данных направлена в обратную сторону, не от физической системы к игроку (через грамотную визуализацию), а от игрока к физической системе - это совершенно однозначно определяемые игроком команды, поступающие от игрового контроллера (в физическую систему). Конечно, идеально, если у игрока в качестве игрового контроллера руль с DirectDriveForceFeedback. Но так как у 99-ти процентов игроков этого чуда инженерной мысли нет, мы имеем дело с тем, что имеем, а имеем мы, в лучшем случае, джойстик или геймпад.. и оба эти девайса совершенно не подходят для задачи удержания частоты петель обратной связи на нужном значении. Проблема выбора правильного игрового контроллера для жанра автосимуляторов имеет два аспекта. С одной стороны сам контроллер часто имеет недостаточную разрешающую способность, необходимую для полноценного контроля. Но гораздо чаще встречается иная ситуация, когда игровой контроллер имеет вполне приемлемую точность, необходимую для передачи нужных команд в игру, но игрок, который использует этот игровой контроллер, сам не знает, в достаточной степени, о положении в котором тот находится, в каждый отдельный момент времени через тактильные ощущения. К примеру, в случае с джойстиком или с геймпадом игрок никогда точно не знает, на какой именно угол по горизонтальной оси джойстика тот был отклонён (им самим) - вследствии невозможности удерживать направление отклонения в строго горизонтальной плоскости - отклонение обязательно будет производится и по вертикальной оси джойстика тоже, непроизвольно. Как следствие ощущение от пружин джойстика у игрока одно, а фактическое отклонение руля, в игре, совершенно иное, а такое положение, с пониманием игроком фактического отклонения руля в игре, полностью исключает появление эффективно работающих петель обратной связи в игре. Да, ошибка в понимании положения руля в игре, со стороны игрока, не большая, плюс минус 20 процентов, от общего хода руля, но представьте себе, что вы едите на велосипеде и ваше переднее колесо имеет люфт (болтается) в 20 процентов от общего хода - руль может смотреть в одну сторону, а переднее колесо в другую. Можно будет с таким рулём, вообще, совершить поездку на велосипеде ? Нет конечно же. Хорошо, если это велосипед - вы сразу же упадёте и поймёте, больно стукнувшись, что тут что-то не так, а если это автосимулятор, который вы разрабатываете, в поте лица ? Вы ничего не заподозрите и в этом главная проблема. Остальные-то игроки, которые попробуют играть в вашу игру, им то будет сразу не интересно в такое играть, а вы так и не поймёте, почему ваша игра не на столько популярная, как хотелось бы. Похожая ситуация складывается и в других экшен жанрах, даже в 3D шутерах от первого и третьего лица, не говоря уже про авиасимуляторы - везде важность понимания “вслепую”, со стороны игрока, состояния игрового контроллера катастрофическим образом недооценивается, как и проблема генерации петель обратной связи с игроком на приемлемой частоте. Когда идёт разработка Трипл Эй тайтла очень важно делать всё по уму, знать теоретический фундамент, потому, что цена ошибки, особенно при выборе стратегического направления разработки - колоссальная. Сегодня же наши любимые разработчики игр не знают азов, теоретического фундамента и как следствие 90 процентов энергии, затрачиваемой ими на разработку игры уходит в гудок. С разработкой консольного железа положение не многим лучше.

В случае с симуляторами у нас есть выход. За время существования игровой индустрии было создано несколько автосимуляторов, с очень по умному работающей игровой камерой "вид сзади". Для них можно сделать нужный “правильный” руль самостоятельно, информативный, и очень дёшего, получив заветную частоту обратной связи с физикой этих игр на приемлемом уровне. А с ним такой фан, который редко встречается в автосимуляторах без использования DirectDriveForceFeedback рулей (если говорить честно не встречается никогда). Секрет успешного руля самодельной сборки — в его размере: это должен быть не полноразмерный руль, для двух рук, а миниатюрный, для пальцев, диаметром с шарик для пинг понга, с хОдом в 70-120 градусов в каждую сторону. И в механизме возвращающем девайс в нейтральное положение — он должен быть максимально информативным: у игрока должно быть всегда совершенно отчётливое представление о том, в каком именно положении находится девайс, в каждый отдельный момент времени, исходя из тактильных ощущений (по силе сопротивления пружин). Третий секрет - лёгкость подвижной части конструкции, самого руля, его обязательная "невесомость", дабы полностью избежать инертность, которая мешает и манёвренности и тактильной отзывчивости устройства. Список “правильных” автосимуляторов, с грамотно поставленной работой игровой камеры “вид сзади”. В скобках, в баллах - на сколько игра получает пользу от использования в ней правильного руля (отсутствие аналогового управления 0 баллов).

Screamer Rally (4 000)

Screamer 2 (300)

Screamer 4x4 (300)

Insane (2 000) (в этой игре "правильная" игровая камера включается по клавише F8)

Driver (200)

(эту игру испортила присутствующая в ней "мёртвая зона" для руля, тем не менее игра выглядит достойно на фоне конкурентов даже с наличием "мёртвой зоны" у руля)

FlatOut (100)

(инертность поворотов, присутствующая у передних колёс в этом автосимуляторе, очень сильно урезала потенциально возможный раш от игры, но тем не менее игра оказалась и в таком "ущемлённом" виде на голову выше конкурентов)

FlatOut 2 (100) (наличие инертных передних колёс сильно урезало потенциал)

FlatOut: Ultimat Carnage (100) (то же самое, наличие инертных колёс)

LiveForSpeed (300)

GTA 4 (300)

XPandRally (XPandRallyExtreme) (300)

Gravel (100)

Блаженство неведения

Главный секрет всей этой истории в том, что сам игрок не должен задумываться о такой “мелочи”, как техническая грамотность работы его собственного игрового контроллера (предоставление хозяину правильных тактильных ощущений): игрок должен сесть и играть. Если железо и софт настроены правильно - игра будет приносить колоссальный фан. Источник фана - безотказность функционирования петель обратной связи внутри связки “игрок - физическая система”, на необходимой частоте. Если нужной частоты петель обратной связи не возникнет, не важно по какой причине - плохая визуализация физики или “кривой” руль - игра окажется неинтересной на уровне ощущений. Что собственно мы сегодня и наблюдаем, в жанре автосимуляторов, и не только в нём одном. В настоящее время разработчики, в массе своей, не задумываются ни про визуализацию физики в игре (про грамотность работы их собственной игровой камеры) ни про важность наличия в распоряжении у игрока минимально приемлемого, для появления петли обратной связи, игрового контроллера (нет никаких данных о том, чтобы такой игровой контроллер где-то разрабатывался). Никому это не надо. Есть жанр, он умирает. И хрен с ним, таково общее настроение. И оно, я считаю, в корне не правильное. Как бы выглядел наш мир сегодня, если бы Стив Джобс не задумался, в своё время, о внедрении тач интерфейса в мобильные телефоны ? Мобильники оставались бы исключительно кнопочными по сей день, без тач интерфейса. А ведь такая альтернативная реальность могла бы быть вполне возможна. Мы запросто могли бы жить сегодня, в году 2020 от Рождества Христова ничего не зная о тач интерфейсе, пользуясь исключительно(!) допотопными кнопочными мобильными телефонами, причём иногда отдавая за это дерьмо совершенно сумасшедшие деньги (да, есть идиоты в нашем мире). И такая альтернативная реальность вполне могла случиться, если бы не хулиганство Стива Джобса. Да, именно хулиганство, ведь многие патенты, использованные в первом Айфоне, были попросту украдены у Nokia, во благо торжества прогресса: Nokia сама никогда бы, по доброй воле, не "уронила" бы цены на горы своего кнопочного мусора появлением в своей линейке мобильника с полноценным и полнофункциональным тачскрином. И подобное происходит в каждой области человеческой деятельности, какое не возьми - всегда есть некоторое знание, которое является “геймчейнджером”, которое меняет правила игры, порой, на прямо противоположные. Настолько сильно, что меняются даже наши представления о реальности. По этому я очень хочу, что бы вы понимали - жанр автомобильных, и, шире, авиасимуляторов, он имеет под собой колоссальный потенциал, в том числе коммерческий. По своей совокупной коммерческой силе жанр автосимулятов (не говоря уже про авиасимуляторы) на голову превосходит то, что сегодня представляет из себя в этом смысле жанр 3D шутеров от первого и от третьего лица, вместе взятые. Нуждается он сегодня всего лишь в двух вещах:

а) в “нормальном” миниатюрном руле под пальцы, желательно с DirectDriveForceFeedback технологией и

б) в “нормальной” визуализации физической активности игрового движка — то есть в “правильной” игровой камере (тут не помешала бы и 3D стерео картинка, для лучшей перспективы).

Главная проблема - в отсутствии железной составляющей этого дуэта - в отсутствии на рынке и в массовом употреблении “правильного” руля (миниатюрного, под пальцы, информативного и желательно вообще с DirectDriveForceFeedback ). Без него любая игровая камера оказывается бесполезной, для генерации петель обратной связи. Необходима презентация такого девайса, примерно такая же, какая была у первого АйФона - с блэкджеком и шлюхами. В противном случае о таком жанре как автосимулятор можно будет забыть. И довольствоваться теми двенадцатью автосимами, которые были приведены в списке выше.

Побочный эффект

Необходимо отдавать себе отчёт в том, что визуализация физики — это всего лишь костыль, заплатка, лекарство. Даже идеально визуализированная физика в игре не будет работать так же хорошо, как вестибулярная обратная связь работает в реальности, с настоящим автомобилем. И как любое лекарство этот костыль имеет побочный эффект, о котором разработчику следует знать. Для возникновения петли обратной связи физика системы должна максимально ярко (для игрока) обозначать своё состояние, причём ежемгновенно - обозначать свою работу визуально наиболее понятным, с визуальной точки зрения, образом. Практика показала, что визуализация физики проходит максимально эффективно тогда, когда автомобиль находится в процессе дрифта - когда задник автомобиля “носит” перед игровой камерой "вид сзади" по максимально возможной амплитуде. Если машина не находится в состоянии перманентного дрифта работать с таким автомобилем игроку становится в разы сложнее: о недостаточно корректном положении игрового контроллера для складывающейся физической ситуации игроку вовремя сообщить оказывается нЕчем, из визуальных средств (вестибулярные же нам не доступны). Соответственно, если автомобиль двигается без дрифта, внезапно уйти в неконтролируемый занос и вылететь с трассы оказывается в разы проще. Когда же мы дрифтуем - когда в игре перманентный дрифт нечто само собой разумеющееся, как в раллийных гонках по не асфальтированным дорогам - о нежелательном состоянии физической системы игроку становится понятно за долго до момента, когда положение может выйти из под контроля.

Тонкости дрифта

Дрифт - приём особенный, поэтому надо знать о его специфических тонкостях. Чтобы работать с дрифтом получалось максимально эффективно передние колёса у автомобиля должны быть максимально манёвренными (даже у реальных авто, не только у виртуальных) - в идеале повторять фактическое положение вашего игрового контроллера один в один. А это в современных авто симуляторах уже давно как не делается - сегодня модно придавать передним колёсам инертность, “неповоротливость”, как бы имитируя этим поведение реальных колёс у реального автомобиля, не способных мгновенно изменять своё положение на произвольное, и это ошибка. Лишённому вестибулярных ощущений игроку следует предоставлять любую возможность лучше понимать состояние физической системы - дрифтом, демонстрацией работы рессор автомобиля, звуком ветра, звуком мотора и т.д., всем, что можно - любое средство хорошо, чтобы игрок в потоковом режиме понимал о состоянии, в котором находится физическая система. Максимально эффективно работать колёсами в процессе дрифта (когда колёса повторяют положение вашего мини руля один в один) - это ещё одно, крайне эффективное средство лучше понимать физику происходящего. Современные автосимуляторы совершают стратегическую ошибку, придавая передним колёсам автомобиля "реалистичность" медленного поворота.

Второй фактор, помимо обязательно шустрых передних колёс и крайней желательности дрифта в игре: сами дороги в игре должны быть достаточно широкими, чтобы у игрока появилось место на дрифт. Проблема визуализации физики, она комплексная, так что не стоит удивляться таким “странным” требованиям и к играм (дрифт, игровая камера, колёса) и по железу (необходимость в мини руле “под” пальцы). Отсутствие вестибулярных ощущений оно такое, накладывает ряд ограничений. Ширина и качество дорожного полотна одно из них, как и обязательность дрифта и манёвренность передних колёс и “правильная” инертная игровая камера. Если у автомобилей в вашей игре хорошо заметна работа подвески, как в легендарной Driver или в GTA 4 - это очень хорошо для более качественной визуализации физики, соответственно и для достижения высокой частоты петель обратной связи.

Дружественные жанры

Всё, что было сказано в отношении автосимуляторов справедливо и в отношении жанра авиасимуляторов. Тут тоже нужно вводить (в срочном порядке) инертную игровую камеру "вид сзади", которая лучше показывала бы игроку работу физической системы "самолёт-среда". А проблема наличия в распоряжении у вирпилов таких игровых контроллеров (в частности джойстиков), состояние которых было бы всегда(!) тактильно понятным игроку стоит в этом жанре даже ещё острее. Как следствие - жанр не настолько популярен, на сколько мог бы быть. Но не всё на столько печально. Существует несколько авиасимуляторов, в которых разработчики таки реализовали очень эффективно работающую игровую камеру "вид сзади", с правильной инерцией, позволяющей игрокам в реальном времени отслеживать состояние физической системы, с отличной скоростью и детализацией. Я знаю всего 4 таких авиасимулятора. Совершенно шедевральная “правильная” игровая камера, работающая с идеальной инерцией реализована в Sci-Fi симуляторе Lander от знаменитой Psygnosis 1999-го года. То, как работает в этой игре тамошняя игровая камера “вид сзади”, насколько незаметно для игрока и точно показывает поведение летательного аппарата (состояние физической системы) это надо видеть. Чтобы поиграть в Lander, вам потребуется самый совершенный игровой контроллер, какой вы сможете раздобыть, в частности мышь. Небольшую статью об этой уникальной разработке я разместил на сайте old-games.ru Ссылка на статью: https://www.old-games.ru/articles/81506.html

Три других авиасимулятора, с правильно работающей игровой камерой “вид сзади”

F/A-18 Korea (1997, Graphic Simulations)

R/C Helicopter: Indoor Flight Simulation от U Wish Games 2001 год.

MSFS 2020