Bei SIMRIG bauen wir Motion Systems für Simulatorspiele. Unsere Systeme sind dafür gemacht, auf ein Aluminiumprofil-Rig montiert zu werden. Sobald unser System installiert ist, kann sich das Rig gleichzeitig mit dem virtuellen Fahrzeug bewegen. Die Bewegung hilft Ihnen, stärker in die Simulation einzutauchen. Sie kann Ihnen sogar helfen, schneller und sicherer zu fahren und schneller zu reagieren, bevor die Dinge außer Kontrolle geraten. Wir finden außerdem, dass Simulatoren dadurch deutlich mehr Spaß machen und realistischer werden.
In diesem Artikel schauen wir uns einige der gängigen Wörter und Ausdrücke an, die bei der Diskussion über Motion-Plattformen verwendet werden. Dies ist eine Einführung. Wir werden versuchen, die Grundlagen dessen abzudecken, was Sie wissen müssen. Nicht in der Hoffnung, alles abzudecken, was es zu wissen gibt, sondern mit dem Ziel, Sie darüber zu informieren, worauf Sie achten sollten, wenn Sie weitere Recherche betreiben.
Freiheitsgrade
Wörter wie 2DOF und 3DOF sind häufige Begriffe, wenn es um Motion-Plattformen geht. DOF steht für degrees of freedom. Das sagt Wikipedia dazu:
In many scientific fields, the degrees of freedom of a system is the number of parameters of the system that may vary independently. -- Wikipedia
Eine 2DOF-Plattform enthält somit zwei unabhängig variable Parameter. Bei einer Motion-Plattform bedeutet das normalerweise Pitch und Roll. Eine 2DOF-Motion-Plattform kann sich links-rechts und hinten-vorne neigen. Die Links-rechts-Bewegung nennt man Roll. Die Hinten-vorne-Bewegung nennt man Pitch. Solche Plattformen werden oft als „Seat Movers“ bezeichnet.
Eine 3DOF-Plattform enthält einen zusätzlichen unabhängig variablen Parameter wie Heave oder Sway. Heave ist eine Auf-ab-Bewegung, verursacht durch das Überfahren eines Curbs oder das Überfahren einer Kuppe. Sway ist eine Rotation, verursacht durch Einlenken oder Driften.
Eine 6DOF-Plattform kann Rotation entlang aller drei Achsen (Roll, Pitch, Yaw) und Translation entlang aller drei Achsen (Surge, Sway, Heave) ausführen. Die Namen dieser Achsen stammen aus den Schiffsbewegungen.
Wir glauben, dass alle Motion-Plattformen mindestens diese drei Freiheitsgrade benötigen: Pitch, Roll und Heave.
Pitch vermittelt Ihnen ein Gefühl für Beschleunigung. Er neigt den Sitz nach hinten, wenn das Auto nach vorne beschleunigt. Das Rig rüttelt, wenn das Auto auf der Startlinie um Grip kämpft. Er neigt den Sitz nach vorne, wenn Sie bremsen, ein wichtiger Hinweis darauf, dass das Auto langsamer wird.
Roll vermittelt Ihnen ein Gefühl für Kurvenfahrt. Er neigt den Sitz nach links, wenn Sie nach rechts abbiegen, und nach rechts, wenn Sie nach links abbiegen. Roll lässt Sie das Gewicht des Autos spüren, wenn es sich beim Anbremsen einer Kurve von links nach rechts verlagert. Mit Übung können Sie damit abschätzen, wie schnell Sie jede Kurve nehmen sollten, basierend auf dem Winkel des Stuhls.
Heave lässt Sie die Arbeit der Federung spüren. Er ermöglicht es Ihnen, die Details zu würdigen, die in jede Strecke und jedes Auto einfließen. Er lässt Sie Curbs und Rüttelstreifen besser spüren. Er lässt Sie die Federung erleben — ohne Auf-und-ab-Bewegung verpassen Sie viel von dem, was Ihr Simulator Ihnen geben kann.
Telemetrie
Telemetrie ist ein weiteres Wort, das beim Lesen über Motion-Plattformen oft auftaucht. Lassen Sie uns versuchen, Telemetrie und ihre Rolle in Bezug auf Motion-Plattformen zu erklären.
Motion-Plattformen sind dafür gedacht, Kräfte nachzustellen, die auf simulierte Fahrzeuge wirken. Um das zu erreichen, müssen wir die Motion-Plattform mit Informationen über die Kräfte versorgen, die auf das Fahrzeug wirken. Diese Kräfte sind dem Spiel oder Simulator bekannt, der sie verursacht. Telemetrie bezeichnet den Vorgang, diese Kräfte mit der Motion-Plattform und ihrer Steuerungssoftware zu teilen.
Telemetriedaten bestehen üblicherweise aus Sensorwerten, die in realen Fahrzeugen verfügbar sind, wie: Geschwindigkeit, Batteriespannung, Ladedruck, Reifentemperatur usw. Manchmal werden sie von einem virtuellen GPS gemessen, und manchmal werden sie direkt aus der Physik-Engine des Spiels entnommen.
Motion-Plattformen sind darauf ausgelegt, auf Ereignisse in vielen unterschiedlichen Spielen und Simulatoren zu reagieren. Diese Spiele und Simulatoren werden von verschiedenen Studios und Unternehmen entwickelt. Jedes Spiel ist anders aufgebaut und seine Telemetrieausgabe ist ebenfalls unterschiedlich. Leider gibt es keinen Standard, der regelt, wie Telemetrie kommuniziert und strukturiert wird. Daher implementiert jeder Entwickler seine eigene spezielle Version von Telemetrie. Hersteller von Motion-Plattformen müssen daher erheblichen Aufwand betreiben, um die vielen verschiedenen Arten zu implementieren und zu unterstützen, auf die Telemetrie verfügbar gemacht wird.
Wenn Sie Spieleentwickler sind, können Sie uns gern kontaktieren. Wir würden gerne über Telemetrie-Implementierungen sprechen!
Steuerungssoftware
Die Steuerungssoftware ist dafür verantwortlich, Telemetriedaten zu empfangen und an die Motion-Plattform weiterzugeben. Sie muss daher im Hintergrund laufen, während sie kontinuierlich Telemetrie empfängt, diese in Motion-Befehle umwandelt und diese Befehle an die Motion-Plattform sendet. Gute Steuerungssoftware zu schreiben ist aufgrund der Echtzeitanforderungen, die durch diese kontinuierliche Umwandlung erzwungen werden, schwierig.
Das unterscheidet sich stark davon, wie ein Force-Feedback-Lenkrad funktioniert. Ein Force-Feedback-Lenkrad ist direkt mit dem Spiel verbunden. Das Spiel liest seinen aktuellen Winkel (zum Lenken) aus, wenn es die Kräfte auf die Lenkwelle anlegt. Das Spiel verfügt über integrierte Unterstützung für Force-Feedback-Lenkräder. Die Motion-Plattform muss jedoch in ihrer Steuerungssoftware Unterstützung für jedes Spiel hinzufügen.
In der Steuerungssoftware finden Sie alle Einstellungen, die sich auf Ihre Motion-Plattform beziehen. Da die Steuerungssoftware für die Umwandlung von Telemetriedaten in Motion-Befehle verantwortlich ist, ist sie der natürliche Ort für die Einstellungen, die diese Umwandlung steuern.
Die Fähigkeiten der Steuerungssoftware können von Spiel zu Spiel variieren, da jedes Spiel unterschiedlich implementiert ist. Einige Spiele geben detailliertere Telemetriedaten aus, während andere keine oder nur eingeschränkte Unterstützung für Telemetrie haben. Eine genaue Physiksimulation kombiniert mit detaillierten Telemetriedaten führt in der Regel zur besten Motion.
Peripheriegeräte
Zu den gängigen Peripheriegeräten gehören Force-Feedback-Lenkräder, Pedale, Handbremsen und Button-Boxen. Es gibt aber auch weniger bekannte Peripheriegeräte. Schauen wir uns einige davon an.
Bass Shaker sind leistungsstarke Elektromagnete, die dafür ausgelegt sind, Audiosignale in Vibrationen umzuwandeln. Bass Shaker sind großartige Ergänzungen zu einem Motion System. Das liegt daran, dass Vibrationen nicht gut für einen Aktuator geeignet sind, der von Elektromotoren angetrieben wird: Vibrationen zwingen den Motor dazu, ständig die Richtung zu wechseln, und gleichzeitig Motion Cues effizient zu vermitteln, ist weniger als ideal — Kompromisse müssen eingegangen werden. Bass Shaker hingegen sind dafür gemacht, Vibrationen zu erzeugen. Sie werden daher häufig von Rig-Bauern und Simracern verwendet, um schnelles haptisches Feedback wie Motorvibrationen hinzuzufügen.
Direct-Drive-Lenkräder sind ein spezieller Typ von Force-Feedback-Lenkrad. Bei einem üblichen Force-Feedback-Lenkrad ist das Lenkrad über einen Riemen mit der Motorwelle verbunden. Bei einem Direct-Drive-Lenkrad ist das Lenkrad direkt an der Motorwelle befestigt. Es gibt keinen Riemen und kein Getriebe. Und vor allem ist der Motor in der Regel sehr kräftig. Einige Direct-Drive-Lenkräder verwenden einen industriellen Servomotor. Sie können das Force-Feedback aus dem Simulator potenziell viel besser vermitteln.
Virtual Reality
Virtual Reality (VR) ist ein breiter Begriff. Wir beschränken den Umfang so, dass er nur Virtual-Reality-Headsets umfasst; die Display-Technologie.
Spiele werden üblicherweise auf Monitoren angezeigt. Monitore zeigen die Spielwelt in zwei Dimensionen auf einer flachen Oberfläche. VR-Headsets hingegen zeigen die Welt auf zwei verschiedenen Monitoren, einen für jedes Auge, wodurch eine 3D-Darstellung der Spielwelt entsteht.
Ein VR-Headset kann Ihr Gehirn dazu bringen zu glauben, dass Sie im Fahrzeug sitzen. Das ist möglich durch eine Kombination aus Tiefenwahrnehmung, Headtracking und der einfachen Tatsache, dass das Headset den Großteil Ihres Sichtfelds abdeckt. Tiefenwahrnehmung macht es einfacher, Entfernungen und Geschwindigkeiten einzuschätzen. Headtracking ermöglicht es Ihnen, sich einfach durch Bewegen des Kopfes umzusehen. Das ist großartig für die Kurvenfahrt und das Finden von Bremspunkten und dafür, nicht in Ihre Gegner zu krachen.
Es gibt Nachteile bei VR-Headsets. Viele Menschen bekommen Motion Sickness. Das wird durch Motion-Plattformen gemildert, erfordert aber dennoch Übung, um es zu überwinden. Ein guter Rat ist, in kurzen Sitzungen von maximal 10 Minuten zu üben und aufzuhören, bevor Ihnen übel wird. Die Hardwareanforderungen sind hoch. Eine konstant hohe Bildrate ist entscheidend für ein gutes Erlebnis, was einen schnellen und modernen Computer erfordert. Es gibt viele verschiedene „Treiber“ für die VR-Technologie — SteamVR, WMR und OpenXR — das macht es etwas knifflig, es mit allen Titeln und Marken von VR-Brillen zum Laufen zu bringen. Es gibt zwei Lösungen zum Tracking der Bewegung der VR-Brillen: eine mit Lighthouses, die andere mit Inside-out-Tracking. Lighthouses scheinen weniger anfällig für Tracking-Fehler zu sein. Und zuletzt ist es in VR schwierig zu sehen und zu hören, was um Sie herum in der realen Welt passiert.
Motion Systems und VR-Headsets sind eine perfekte Kombination. Da die In-Game-Kamera jedoch dem VR-Headset folgt, folgt sie auch der Motion, die durch das Motion System verursacht wird. Beim Bremsen zum Beispiel wird Ihre Sicht vorübergehend in Richtung Armaturenbrett verschoben. Das kann ein „Immersion Breaker“ sein. Motion Cancellation (oder Motion Compensation) mildert dies, indem die Bewegung des Rigs von Ihrer eigenen subtrahiert wird. Motion Cancellation ist mit anderen Worten sehr wünschenswert.
SIMRIG Control Center verfügt über integrierte Motion Cancellation und Unterstützung für alle VR-Headsets.
Ultra-Wide-Monitore gewinnen an Beliebtheit. Sie haben oft ein Seitenverhältnis von 21:9 oder 32:9 und ermöglichen eine breitere Perspektive als ein gewöhnlicher 16:9-Bildschirm. Die breitere Sicht und der kleinere Platzbedarf im Vergleich zu einem Drei-Bildschirm-Setup machen sie zu einer attraktiven Alternative. Wenn Sie planen, den Monitor an Ihrem Motion-Rig zu montieren, sind sie die bessere Wahl. Da sie jedoch breit sind, kann zusätzliche Unterstützung erforderlich sein, um zu verhindern, dass sie wackeln.
Triple-Screen-Setups werden im Simracing häufig verwendet. Bei einem Triple-Screen-Setup sind drei Bildschirme in einem Halbkreis angeordnet. Ein Bildschirm vor dem Fahrer, einer links und einer rechts. Das vermittelt ein stärkeres Geschwindigkeitsgefühl. Es ist möglich, ein Sichtfeld von nahezu 180 Grad zu erreichen, ohne ein VR-Headset zu benötigen. Die Hardwareanforderungen sind weiterhin hoch, aber Motion Sickness verursacht weniger wahrscheinlich Probleme. Triple-Screen-Setups sollten Sie am besten vom Motion-Rig fernhalten — verwenden Sie stattdessen einen separaten Monitorständer.