Bij SIMRIG bouwen we motion-systemen voor simulatorgames. Onze systemen zijn gemaakt om op een aluminium extrusie-rig te worden gemonteerd. Zodra ons systeem is geïnstalleerd, kan de rig gelijktijdig met het virtuele voertuig bewegen. De beweging helpt je om meer op te gaan in de simulatie. Het kan je zelfs helpen sneller en veiliger te rijden, en sneller te reageren voordat dingen uit de hand lopen. We vinden ook dat het simulators veel leuker en realistischer maakt.
In dit artikel verkennen we enkele van de veelvoorkomende woorden en uitdrukkingen die worden gebruikt bij het bespreken van motion-platforms. Dit is een introductie. We proberen de basis te behandelen van wat je moet weten. Niet met de hoop alles te behandelen wat er te weten valt, maar met als doel je te informeren waar je op moet letten wanneer je verder onderzoek doet.
Vrijheidsgraden
Woorden zoals 2DOF en 3DOF komen vaak voor bij het bespreken van motion-platforms. DOF staat voor degrees of freedom. Dit is wat Wikipedia hierover te zeggen heeft:
In veel wetenschappelijke velden zijn de vrijheidsgraden van een systeem het aantal parameters van het systeem dat onafhankelijk kan variëren. -- Wikipedia
Een 2DOF-platform bevat dus twee onafhankelijk variabele parameters. Voor een motion-platform betekent dit meestal pitch en roll. Een 2DOF motion-platform kan links-rechts en achterwaarts-voorwaarts kantelen. De links-rechts beweging heet roll. De achterwaarts-voorwaarts beweging heet pitch. Zulke platforms worden vaak “seat movers” genoemd.
Een 3DOF-platform bevat een extra onafhankelijk variabele parameter zoals heave of sway. Heave is op-en-neer beweging veroorzaakt door het raken van een curb of het springen over een crest. Sway is rotatie veroorzaakt door sturen of driften.
Een 6DOF-platform kan rotatie langs alle drie assen toepassen (roll, pitch, yaw) en translatie langs alle drie assen (surge, sway, heave.) De namen van deze assen zijn overgenomen van scheepsbewegingen.
Wij geloven dat alle motion-platforms minimaal deze drie vrijheidsgraden vereisen: pitch, roll en heave.
Pitch geeft je een gevoel van acceleratie. Het kantelt de stoel achterwaarts wanneer de auto voorwaarts accelereert. De rig schudt terwijl de auto moeite heeft met grip op de startlijn. Het kantelt de stoel voorwaarts bij het remmen, een belangrijke indicator dat de auto afremt.
Roll geeft je een gevoel van insturen. Het kantelt de stoel naar links wanneer je naar rechts stuurt, en naar rechts wanneer je naar links stuurt. Roll laat je het gewicht van de auto voelen terwijl het van links naar rechts verschuift bij het naderen van een bocht. Met oefening stelt het je in staat in te schatten hoe snel je elke bocht moet nemen op basis van de hoek van de stoel.
Heave laat je de vering voelen werken. Het stelt je in staat de details te waarderen die in elk circuit en elke auto zitten. Het laat je curbs en rumble strips beter voelen. Het laat je de vering ervaren — zonder op-en-neer beweging mis je veel van wat je simulator je kan geven.
Telemetry
Telemetry is een ander woord dat vaak opduikt bij het lezen over motion-platforms. Laat ons proberen telemetry en de rol ervan met betrekking tot motion-platforms uit te leggen.
Motion-platforms zijn bedoeld om krachten na te bootsen die op gesimuleerde voertuigen worden uitgeoefend. Om dit te bereiken moeten we het motion-platform voeden met informatie over de krachten die op het voertuig werken. Deze krachten zijn bekend bij de game of simulator die ze veroorzaakt. Telemetry verwijst naar het delen van deze krachten met het motion-platform en zijn besturingssoftware.
Telemetrydata bestaat meestal uit sensorwaarden die beschikbaar zijn in echte voertuigen zoals: snelheid, batterijspanning, turbodruk, bandentemperatuur, enz. Soms wordt het gemeten door een virtuele GPS, en soms wordt het direct uit de physics engine van de game gehaald.
Motion-platforms zijn ontworpen om te reageren op gebeurtenissen in veel verschillende games en simulators. Deze games en simulators worden ontwikkeld door verschillende studio’s en bedrijven. Elke game is anders gemaakt en de telemetry-output is ook divers. Helaas is er geen standaard die regelt hoe telemetry wordt gecommuniceerd en gestructureerd. Daarom implementeert elke ontwikkelaar zijn eigen speciale versie van telemetry. Motion-platform leveranciers leveren daarom aanzienlijke inspanning om de vele verschillende manieren waarop telemetry beschikbaar wordt gemaakt te implementeren en te ondersteunen.
Als je een gameontwikkelaar bent, neem gerust contact met ons op. We bespreken telemetry-implementaties graag!
Besturingssoftware
De besturingssoftware is verantwoordelijk voor het ontvangen van telemetrydata en het doorgeven ervan aan het motion-platform. Het moet daarom op de achtergrond draaien terwijl het continu telemetry ontvangt, dit omzet in motion-commando’s, en die commando’s naar het motion-platform stuurt. Goede besturingssoftware schrijven is lastig vanwege de real-time beperkingen die door deze continue conversie worden afgedwongen.
Dit is heel anders dan hoe een force-feedback stuur werkt. Een force-feedback stuur is direct verbonden met de game. De game leest de huidige hoek (voor sturen) bij het doorgeven van de krachten die op de stuur-as worden uitgeoefend. De game heeft ingebouwde ondersteuning voor force-feedback sturen. Het motion-platform moet daarentegen ondersteuning voor elke game toevoegen in zijn besturingssoftware.
In de besturingssoftware vind je alle instellingen die betrekking hebben op je motion-platform. Omdat de besturingssoftware verantwoordelijk is voor het omzetten van telemetrydata naar motion-commando’s is het de logische plek om de instellingen te hebben die deze conversie aansturen.
De mogelijkheden van de besturingssoftware kunnen per game verschillen omdat elke game anders is geïmplementeerd. Sommige games geven meer gedetailleerde telemetrydata uit terwijl anderen geen of beperkte ondersteuning voor telemetry hebben. Een nauwkeurige physics-simulatie gecombineerd met gedetailleerde telemetrydata resulteert meestal in de beste motion.
Peripherals
Veelvoorkomende peripherals zijn force-feedback sturen, pedalen, handremmen en button boxes. Maar er zijn ook minder bekende peripherals. Laten we naar een paar daarvan kijken.
Bass shakers zijn krachtige elektromagneten die zijn ontworpen om audiosignalen om te zetten in trillingen. Bass shakers zijn geweldige aanvullingen op een motion-systeem. Dit is omdat trillingen niet goed geschikt zijn voor een actuator die wordt aangedreven door elektrische motoren: trillingen dwingen de motor om constant van richting te veranderen, en tegelijkertijd motion cues efficiënt overbrengen is minder dan ideaal — er moeten compromissen worden gemaakt. Bass shakers daarentegen zijn gemaakt om trillingen te maken. Daarom worden ze vaak gebruikt door rig-bouwers en simracers om snelle haptische feedback toe te voegen zoals mototrillingen.
Direct drive sturen zijn een speciaal type force-feedback stuur. Bij een gewoon force-feedback stuur is de rim met een riem verbonden aan de motoras. Bij een direct drive stuur is de rim direct aan de motoras bevestigd. Er is geen riem en geen tandwiel. En het belangrijkste, de motor is meestal erg stevig. Sommige direct drive sturen gebruiken een industriële servomotor. Ze kunnen potentieel de force feedback van de simulator veel beter overbrengen.
Virtual reality
Virtual reality (VR) is een brede term. We beperken de scope tot alleen virtual reality headsets; de displaytechnologie.
Games worden meestal weergegeven op monitors. Monitors tonen de gamewereld in twee dimensies op een vlak oppervlak. VR-headsets daarentegen tonen de wereld op twee verschillende monitors, één voor elk oog, waardoor een 3D-weergave van de gamewereld ontstaat.
Een VR-headset kan je brein laten denken dat je in het voertuig zit. Dit is mogelijk door een combinatie van diepteperceptie, head tracking, en het simpele feit dat de headset het grootste deel van je field-of-view bedekt. Diepteperceptie maakt het makkelijker om afstanden en snelheden in te schatten. Head tracking laat je rondkijken door simpelweg je hoofd te bewegen. Dit is geweldig voor insturen en het vinden van remzones en niet in je tegenstanders te crashen.
Er zijn nadelen aan VR-headsets. Veel mensen krijgen motion sickness. Dit wordt verlicht door motion-platforms maar vereist nog steeds oefening om te overwinnen. Een goed advies is om in korte sessies van max 10 minuten te oefenen en te stoppen voordat je misselijk wordt. De hardwarevereisten zijn hoog. Een consequent hoge frame-rate is cruciaal voor een goede ervaring, wat een snelle en moderne computer vereist. Er zijn veel verschillende “drivers” voor de VR-technologie — SteamVR, WMR en OpenXR — wat het wat lastig maakt om het met alle titels en merken van VR-brillen werkend te krijgen. Er zijn twee oplossingen voor het tracken van de beweging van de VR-brillen: de ene is lighthouses, de andere inside-out tracking. Lighthouses lijken minder gevoelig voor trackingfouten. En tot slot is het in VR moeilijk om te zien en te horen wat er om je heen in de echte wereld gebeurt.
Motion-systemen en VR-headsets zijn een perfecte combinatie. Maar omdat de in-game camera de VR-headset volgt zal het ook motion volgen die door het motion-systeem wordt veroorzaakt. Remmen bijvoorbeeld zal je view tijdelijk dicht bij het dashboard brengen. Het kan een “immersion breaker” zijn. Motion cancellation (of motion compensation) vermindert dit door de motion van de rig van die van jezelf af te trekken. Motion cancellation is met andere woorden zeer gewenst.
SIMRIG Control Center heeft ingebouwde motion cancellation en ondersteuning voor alle VR-headsets.
Ultra wide monitors worden steeds populairder. Ze hebben vaak een aspect ratio van 21:9 of 32:9 waardoor een bredere kijkhoek mogelijk is dan een normale 16:9 screen. De bredere view en de kleinere footprint vergeleken met een drie scherm setup maken ze een aantrekkelijk alternatief. Als je van plan bent de monitor op je motion rig te monteren, zijn ze de betere keuze. Maar omdat ze breed zijn kan extra ondersteuning nodig zijn om te voorkomen dat ze gaan wiebelen.
Triple screen setups worden vaak gebruikt in simracing. In een triple screen setup worden drie schermen in een halve cirkel geplaatst. Eén scherm voor de rijder, en één scherm links, en één scherm rechts. Dit geeft een groter gevoel van snelheid. Het is mogelijk om een field-of-view van bijna 180 graden te bereiken zonder een VR-headset nodig te hebben. De hardwarevereisten zijn nog steeds hoog maar motion sickness zal minder snel problemen veroorzaken. Triple screen setups kun je het beste van de motion rig af houden — gebruik in plaats daarvan een aparte monitorstand.