Симуляторы транспортных средств позволяют игроку управлять самыми разными объектами, от автомобилей и поездов до футуристических космолетов. Законы жанра не накладывают жестких рамок на имитируемые средства передвижения. Можно быть пилотом машины, созданной людьми в будущем, или машины, которую создали инопланетяне. Можно перемещаться даже на том, что не вполне корректно называть словом «машина».

При такой свободе в проектировании аппаратов ничто не мешает бороздить виртуальное пространство в любых мыслимых направлениях.
На самом деле известные симуляторы позволяют перемещаться в космосе, в атмосфере, по поверхности Земли и других планет, по поверхности водоемов и в толще воды, оставляя нетронутым лишь одно белое пятно – толщу планеты.

Трудно определить причины, по которым подземные лодки до сих пор не реализованы в симуляторах. Этот класс техники будущего, конечно, уступает в популярности звездолетам, телепортам и машинам времени. Тем не менее, субтеррины оставили заметный след в литературе и кинематографе, начав свой путь в фантастике в первой половине прошлого века.

Подробное описание «стального крота», включающее множество технических деталей, дано Г. Адамовым в романе «Победители недр» уже в 1937 году, а путешествия на подобных аппаратах случаются и в относительно современных книгах и фильмах. Появление подземных лодок в компьютерных играх, вероятно, является вопросом времени.

Рассмотрим облик субтеррины с точки зрения его имитации в симуляторах. Ключевыми представляются следующие вопросы:

• общая характеристика физики объекта;
• позиционирование геймплея между аркадным и симуляторным;
• состав системы отображения информации;
• определение ключевых возможностей и главных проблем.

Физика движения подземной лодки

Важная особенность субтеррины – неопределенность физических принципов, используемых для перемещения объекта в пространстве. Ориентируясь на примеры из фантастики, можно варьировать свойства аппарата в довольно широком диапазоне.

Писатели сталкивались с балансом правдоподобия и художественности, определяя компромиссы по своему усмотрению. Субтеррина из «Победителей недр» имела право двигаться месяцами ради соблюдения правдоподобной скорости. Но иметь правдоподобное сочетание всех технических характеристик она не могла (и не имела), поскольку это лишило бы книгу сюжета.

В случае симулятора противоречие между реализмом и увлекательностью встает острее, чем в литературе и кино. Выбирая между геймплеем и научной обоснованностью характеристик, очевидно, следует отдавать приоритетное значение первому.

Обсуждение реализуемости технических решений и свойств объекта с позиции современной науки имеет крайне низкую практическую ценность. С другой стороны, отсутствие убедительности, субъективно воспринимаемой игроком «физичности» происходящего, не прибавит качества симулятору.
Рассматривать математическую модель аппарата лучше именно сквозь призму убедительности, понимая, что ощущаемое игроком правдоподобие имеет мало общего с научной корректностью.

Вполне очевидно, что хороший симулятор полетов на метле или ковре-самолете может выигрывать в убедительности у плохого симулятора реального средства передвижения, моделирующего даже с неплохой точностью эталонные характеристики. Вывести в этой субъективной области строгие законы и обосновать конкретные решения академически выверенными аргументами едва ли возможно. Тем не менее, решения в области физики должны быть приняты.

Представляются разумными следующие предложения по концепции правдоподобной модели:

1. Аппарат перемещается в направлении своей продольной оси. За неимением развитой терминологии техники подземного флота воспользуемся авиационной аналогией: здесь мы говорим о равенстве нулю значений угла атаки и угла скольжения.

2. Аппарат не способен изменять свое угловое положение при отсутствии поступательного движения относительно среды. Располагаемая угловая скорость зависит от линейной скорости. Исключение можно допустить лишь для движения по крену.

Обоснование предложенных свойств модели с позиций «субъективной физики»:

1. Движение сквозь землю – сложная техническая задача, решаемая неким высокотехнологичным способом, но лишь для одного направления. Трудно представить дождевого червя, движущегося внутри грунта «боком» .



2. Поворот аппарата без поступательного движения предполагает наличие местного «обтекания грунтом» его корпуса в поперечном направлении со скоростями, пропорциональными удалению от оси вращения. Наличие бокового движения относительно среды противоречит п. 1. Неестественным представляется поворот дождевого червя внутри грунта без продольного перемещения, за исключением «вращения по крену».

Предпочтение именно вытянутой формы обусловлено традицией фантастики и стремлением к соответствию консервативным ожиданиям (как у большинства существующих средств перемещения в жидкой или газообразной среде, а также как у объектов, движущихся внутри твердых тел). Эта форма, как и предложенная для нее концепция динамики, не может считаться правильной или единственно возможной. Симулятор, например, сферической или тороидальной субтеррины потребует собственной концепции.

Аркада vs Хардкорный симулятор

Возможность создания простейших игр, например, подземной лодки для Марио, не вызывает никаких сомнений. Куда интереснее оценить границу достижимой серьезности игры.

Симулятор подземной лодки заслужит право считаться настоящим не раньше, чем сами субтеррины перестанут быть фантастикой. Но это не значит, что игра обречена на создание только казуальных версий.

Без всякого воплощения «стальных кротов» в металле мы имеем возможность создания следующих компонентов геймплея хардкорного симулятора:

1. Полноценная динамика движения управляемого объекта в трехмерном пространстве.

2. Индикация основных параметров аппарата (пространственное положение, скоростные параметры, навигационная информация).

3. Индикация состояния систем (силовая установка, система топлива, система жизнеобеспечения и т. д.).

4. Выдача аварийных и предупреждающих сигналов для требующих внимания игрока ситуаций (приближение к поверхности, опасность столкновения с препятствиями, отказы систем и т. д.).

5. Модель устойчивости и реакции аппарата на управляющие действия игрока, учитывающая различные факторы, от скорости движения и свойств грунта до наличия отказов и повреждения систем.

6. Разнообразные миссии, требующие мастерства в управлении и серьезного погружения в задачу, от точного выдерживания параметров движения до интенсивного маневрирования с одновременным решением тактических и навигационных задач.

Представленный список показывает, что игру можно сделать довольно глубокой. Принципиальная сложность существует лишь в визуализации внешнего мира.

Внекабинное пространство звездолета можно увидеть глазами пилота через иллюминатор. Субмарина может поднять перископ или быть показана от третьего лица на фоне окружающего подводного пейзажа. Визуализация подземной лодки, не выглядящая странной, не имеет очевидных решений и наверняка потребует некоторых креативных ухищрений.

Игра в симулятор подземной лодки без визуализации внешнего мира будет иметь много общего с полетом по приборам в симуляторе летательного аппарата. Образ движения в сознании игрока формируется только данными системы индикации. Симулятор явно не выигрывает в зрелищности, но получает интересное свойство: выглядящий оправданным отказ от требовательной 3D-графики в сложной игре.

Система отображения информации

При всей новизне управляемого объекта имеет смысл использовать в качестве отправной точки некоторые решения из реальных систем. Источником заимствования будут субмарины и летательные аппараты тяжелее воздуха.

Для полноценного управления движением объекта в трехмерном пространстве оператору необходима индикация следующих параметров:

• курс, крен, тангаж (дифферент);
• скорость;
• вертикальная скорость (производная глубины по времени);
• глубина;
• координаты в горизонтальной плоскости.

Этот объем индикации соответствует минимальному информационному полю для «пилотирования и навигации».
Не являясь обязательными, важную роль в реалистичности играют следующие элементы индикации:

• параметры работы силовой установки;
• остаток топлива;
• аварийные и предупреждающие сигналы и сообщения;
• обзорная система – аналог локатора или сонара.

В группе с третьим уровнем приоритета находятся не столь нужные (но довольно интересные при определенных условиях) элементы индикации:

• перегрузка;
• параметры микроклимата;
• параметры системы жизнеобеспечения;
• параметры специального оборудования, предназначенного для решения задач миссии.

Реализация

Для оценки предложенных решений написан код простой браузерной игры. Как любая практическая реализация симулятора, она потребовала воплощения конкретных свойств объекта.



Устойчивость, управляемость, маневренность, скоростные характеристики, экономичность силовой установки и многие другие параметры этой игры – не более чем одна из возможных комбинаций свойств, взятая для пробы.

В рамках предложенной концепции могут быть созданы симуляторы, кардинально отличающиеся друг от друга в динамике перемещения.
Фантастическая сущность субтеррин позволяет творчески подходить и к средствам индикации. Например, индикатор искусственного горизонта с самым смелым и экзотичным дизайном может гармонично вписаться в облик вымышленного аппарата.

Имитация авиационной и морской техники менее лояльна к новаторству. Летчик вряд ли оценит в симуляторе самолета отдаление от реальности или традиционных решений, в то время как у терранавтов пока нет ни первого, ни второго.

Проблемы и возможности

Изложенное позволяет сформулировать две проблемы разработки симулятора подземной лодки:

1. Отсутствие определенности в области облика таких систем и физики их функционирования, отсутствие общепринятых ориентиров.

2. Сложность визуализации внешнего мира.

Потенциальные преимущества рассматриваемого класса симуляторов следуют из его проблем:

1. Разработчик имеет полную свободу в настройке физики объекта и проектировании рабочего места пилота. За основу может быть взята как предложенная выше, так и менее консервативная концепция динамики.

2. Оправданный в случае субтеррины отказ от визуализации внешнего пространства позволяет создать довольно сложный симулятор без высоких требований к компьютеру.