Реализм погоды в MSFS 2002

Автор: Симченко Владимир
Конкурсный обзор

Из письма в редакцию: "...я вчера всю ночь вычерпывал из своего подвала ваши незначительные осадки!". Во избежание приложения значительных усилий по незначительным поводам, пользователю следует определиться с уровнем реализма моделирования различных погодных условий в рамках программы Flight Simulator 2002. Как сказал немецкий доктор, пленному русскому разведчику, косящему под психа: "Нормальный больной должен знать симптомы своей болезни". Установку диагноза начнем с обещаний разработчика. И так заходим в "Help", открываем раздел "Погода" и читаем:" Flight Simulator 2002 models the real weather conditions in which pilot fly. You can set the cloud cover, winds, visibility, precipitation and temperature. Or, you can have Flight Simulator download the actual current weather conditions for the location in which you are flying" (Flight Simulator 2002 моделирует реальные погодные условия в которых работают пилоты. У вас есть возможность задавать количество облачности, ветровые условия, видимость, осадки и температуру. Или можно заставить Flight Simulator загрузить фактическую (текущую) погоду для местности в которой вы выполняете полет). Ну что же тогда по порядку...

CLOUDS COVER (количество облачности)

Открываю раздел погода, знакомлюсь с "меню". Сюрприз от Microsoft - количество облачности (cloud coverage), действительно можно задать в полном соответствии с международным метеокодом (TAF), а именно:

• SCK - небо чистое (sky clear) 0/8
• FEW - незначительная облачность (few) 1-2/8
• SCT - рассеянные облака (scattered) 3-4/8
• BKN - разорванная облачность (broken) 5-7/8
• OVC - сплошная облачность (overcast) 8/8

Визуализация "количества облачности" тоже нареканий не вызвала. Приверженность разработчиков международным стандартам вызывает наплыв положительных эмоций и "...надеждой сладостной младенчески дыша..." перехожу к типам облачности (cloud type). Их представлено четыре типа:

• Cirrus - перистая облачность;
• Cumulus - кучевая облачность;
• Stratus - слоистая облачность;
• Thunderstorm - гроза.

Представленный перечень несколько разочаровывает, так как в метео коде минимальный набор (всего в классификации облачности присутствует около 50 видов облаков) используемый для описания облаков состоит из следующего перечня:

• CI - перистые (cirrus)
• CC - перисто-кучевые (cirocumulus)
• CS - перисто-слоистые (cirostratus)
• AC - высоко-кучевые (altocumulus)
• NS - слоисто-дождевые (nimbostratus)
• SC - слоисто-кучевые (stratocumulus)
• ST - слоистые (stratus)
• CU - кучевые (cumulus)
• CB - кучево-дождевые (cumulonimbus)
• TCU - мощнокучевые (towering cumulus или cumulus congestus)

Т.е. в два с половиной раза больше чем предлагает Microsoft. Вот уж действительно "...поредела облаков летучая гряда...". Но это все теория, перехожу к практике, и, пользуясь возможностью создания нескольких слоев с размывкой границ (прямо Photoshop какой-то) - опция "deviation", пытаюсь изобразить смешанную облачность. Увы "неба в блесках и лазури" добиться не удалось. Перистые кудряшки упорно не желали завиваться, в то время как слоистая и кучевая облачность показали неплохой результат в прыжках на высоту до шести километров. Слоисто-кучевая облачность, среднего и нижнего уровней выглядит очень убедительно, а вот высоко-кучевая облачность разработчикам не удалась. Что же касается "Thunderstorm" (под этим термином разработчики видимо подразумевают кучево-дождевую и мощно-кучевую облачность) то если cumulonimbus, в количестве шесть октантов и выше, выглядит как подлежащий классификации, cumulus congestus отсутствуют как вид. Хотя, справедливости ради, нужно отметить, что признаки попыток создать этот тип облачности, в программе присутствуют и если форма кучевок при пристальном рассмотрении вызывает сомнения, то цветовая гамма выбрана очень удачно, что частично скрашивает "форменный негатив". Заявление же, со стороны разработчиков, о настоящей 3D облачности носит исключительно рекламный характер. Сегодня поддержка объемных текстур необходимых для 3D облачности реализована только под OpenGL, в Direct3D драйверах она остается заблокированной. Причем, возможно это лишь на видео картах от ATI Radeon 7500/8500 и NVIDIA GeForce 2/3Titanium, да и то, размеры локальной памяти ускорителей позволяют использовать лишь несколько объемных текстур для создания сложных эффектов, таких как истинно объемный туман или сложное освещение. Для хорошей 3D грозы, у наших (среднепользовательских) "графикс" не хватит "силикона". Максимум что в нашем случае можно соорудить, это локальный поземный туман (MI - shallow fog), скажем, в районе зоны выравнивания, для имитации уменьшения горизонтальной видимости на высоте 4-6 метров при хорошей наклонной. Но и это, увы, пока лишь теория. Нет смысла требовать от Микрософт реализации экзотики вроде волнистых облаков (billow clouds) или вымеобразных (mammatus) , даже бог с ними с торнадо (FC - funnel cloud) , и пыльными вихрями (PO - powdered, dust devil), которые не каждый синоптик видел вживую, а не на картинке, (хотя тот же смерч регулярно случается на юге Черного моря и на дальнем востоке), но мощно-кучевую то облачность (которую видел всякий, кому не лень поднять голову вверх во время грозы) можно было бы сделать и более качественно, пусть не до самой тропопаузы (дабы не подчеркивать огрехи "лабораторной атмосферы"), а хотя бы до среднего яруса.

ВЕТЕР (WIND)

Загрузившись в Шереметьево, с "грозовой" облачностью 6/8, установив ветер у земли 337 градусов 200 узлов и задав Simulation Rate "Fastest" - я с удовольствием наблюдал за облаками, которые, как при ускоренной съемке, унеслись в сторону Москвы. Затем, изменив направление ветра на 157 градусов, я также "резво" пригнал облачность обратно. Не менее интересно было наблюдать как после замены Вoeing 737-400 на Cessna C172SP Skyhawk, несчастный ястреб (не ожидавший ветра в 200 узлов), подняло в воздух (при чем выглядело это очень естественно), а затем секунд через пять вдребезги уронило в районе аэродрома. Такого фокуса от Microsoft я признаться не ожидал. В предыдущих версиях, легкие самолеты при посадке с боковым ветром 5 порывы 10, кувыркались как в киль ужаленные, теперь этого нет, и цэсны ведут себя более естественно. Я уже готов был воздать должное разработчикам, но пришлось поумерить свой восторг, после того как при боковом ветре 200 узлов удалось поднять в воздух B-737-400. Этот лайнер, уже на пробеге, с курсом отличным от курса взлета на 50 градусов в сторону ветра (хоть и с трудом удерживаемый в пределах полосы), не подломив себе стойки, оторвался от земли и ушел вверх. При этом Realism Settings были на максимум (в симуляторном смысле этого слова). Не помогло даже отключение педалей - Boeing упорно рвался в небо, не желая размазывать себя по полосе. Просто удивительная жажда жизни. Единственное оправдание, какое я смог придумать, так это то, что в реальной жизни ни кто с боковой составляющей в 200 узлов взлетать не станет. К сожалению, в программе не предусмотрена возможность моделировать изменчивость ветра в слое по направлению. Дело в том, что порывистый ветер изменчив не только по силе, как это сделано в программе, но и по направлению. Выполняя посадку в FS2002, всегда знаешь возможную предельную боковую составляющую, т.к. направление ветра величина постоянная. В реальном же полете ветер может подвернуть, и вот тогда, при предельных значениях боковой составляющей, сцепления может не хватить, что бы удержаться на полосе. В FS 2002 беспокоиться по этому поводу не следует, так как сцепление тоже не моделируется. И все же, субъективное восприятие изменения поведения воздушного судна на глиссаде, при порывистом ветре, улучшено по отношению к предыдущей версии.

ВИДИМОСТЬ (Visibility)

Как вы уже знаете, "антарктический смерч" в рамках FS 2002 не более чем поэтическая метафора, а если вы в дефолтном В 737-400 можно не опасаться, что боковой ветер в 200 узлов - "свиснет вам в ухи и вырвет из кресла". Так что тост "за тех, кто в цэсне". Видите, как им не повезло? Не видите? Ну что же, тогда поговорим о видимости.

Видимость, как характеристика прозрачности атмосферы, обуславливается факторами ее ограничивающими, т.е. явлениями погоды рассмотренными выше. Так что, все недостатки и достоинства реализации типов облаков и тумана в полной мере относятся и к характеристике видимости. Что касается видимости как способности глаза видеть/различать окружающие объекты и идентифицировать их, то в "новом" графическом движке подстилающая поверхность выглядит более реалистично и иллюзия взгляда из кабины самолета на землю тоже соответственно выше. К сожалению, реализм не коснулся столь необходимой вещи как приоритет площадных ориентиров перед линейными, в процессе идентификации местности. В результате, пользователь сначала видит посадочную полосу, и лишь затем, по мере приближения, прорисовывается аэропорт. В реальном полете, сначала виден площадной объект (аэропорт), и лишь затем, по мере приближения, проявляются линейные и менее заметные объекты (посадочные полосы). Такая же проблема с освещением ночью. Дело в том, что окружающие аэропорт дороги, здания и даже перрон аэропорта, в реальной жизни видны ночью значительно лучше, чем огни подхода и уж, тем более, огни посадочной полосы. В MSFS 2002 ночью все наоборот, огни подхода видны с большого удаления, а сценарные объекты еле узнаваемы, да и то лишь с близкого расстояния, дороги зачастую и вовсе не освещены. Можно предположить, что это сделано с целью привлечь внимание к полосе, как объекту назначения, хоть и неоправданно с точки зрения стремления к реализму, особенно при полете по приборам(IFR)."Видимость" огней подхода и огней полосы, в свою очередь, заслуживает похвалы, особенно радует реалистичность проекции взгляда из кабины ночью (при дневном освещении вид, увы, не столь идеален). Неплохое впечатление оставил эффект светового экрана (если только это не вышло у Microsoft случайно) от плотной облачности при заходе на посадку. Для облаков, созданных разработчиками, этот вариант я нашел наиболее подходящим. Слово "Unlimited"в разделе видимость понимать буквально не следует, так как, не взирая на цифру 150 миль, в опциях графической карты крупный объект виден в лучшем варианте (узнаваемо) до 100миль. Это ровно в два раза меньше чем в реальной жизни. В качестве примера можно привести, одновершинную в Microsoftовской версии, гору Эльбрус высотой 5642 метра. На высоте 10100 метров, в хорошую погоду (отсутствие облаков и дымки), этот объект в реальном полете виден с расстояния 360 километров.

ОСАДКИ (precipitation)

А теперь попытаемся выяснить, что же находится под поверхностью опции "Осадки" ".....в тайне надежду лелея...", что Microsoft не даст повода для ассоциаций с горьковским "На дне". Осадки "... as it gets" в MSFS 2002 это дождь и снег, а если задан тип облачности Thunderstorm (гроза) то только дождь. Обратимся к первоисточнику - согласно международному метео коду, грозы (классифицируемые как явление погоды, а не тип облачности, что вполне логично, так как гроза это много различных типов облаков и не только) бывают следующих видов:

• TS - thunderstorm (сухая гроза)
• TS RA - гроза с дождем (thunderstorm rain)
• TS RA SN - гроза с дождем и снегом (thunderstorm rain and snow)
• TS GS - гроза с мелким градом и снежной крупой (thunderstorm grain small)
• TS SS - гроза с песчаной бурей (thunderstorm sand storm)
• VC TS - гроза в окрестности (vicinity thunderstorm)

Ознакомившись с кодовым минимумом, приступаю к моделированию гроз. Сухую грозу вычеркиваю сразу как не возможную в рамках FS2002 и созидаю грозу с дождем. "...И сказал господь, что это хорошо...", вышло действительно не плохо за исключением того, что ливневой дождь (а не проливной летний и не тот которым "радуют" обложные осадки) увы, не создался. Полюбоваться снежной крупой удалось, а ливневой снег, увы, не приключился, с ливневыми осадками у разработчика явно проблемы. Мои попытки устроить песчаную "бурю в пустыне" Сахара закончились проливным дождиком, который, знай себе, лил, не взирая даже на температуру -95 градусов по Цельсию. Впрочем, выпросить град в грозу у Microsoft не удалось и в бурных сороковых широтах с их частыми ураганами и грозами. Грозовые же разряды вызывают более недоумение, нежели восхищение. В реальной жизни одной зарницы достаточно, что бы кратковременно осветить весь видимый глазу участок неба. В FS 2002 молнии во время грозы, к сожалению больше напоминают искры из шерсти моего домашнего кота, причем как по количеству энергии (за время среднестатистической грозы энергии расходуется больше, чем вырабатывают все электростанции планеты за год), так и по визуальным характеристикам и способности осветить окружающее пространство. Мне видится здесь некоторое противоречие - нарисовать северное сияние и не знать, что сполохи от молний выглядят похоже? Больше напоминает лень, нежели забывчивость. Форма капель дождя имеет статический характер, и капли не превращаются при увеличении скорости из окружности в линию. Единственно, что происходит, это излишне упорядоченное движение капель от центра к периферии (при чем скорость их перемещения не зависит от скорости самолета), а в нижней части, не взирая на скос блистера, капли даже пытаются вернуться к центру. Ситуацию несколько скрашивает звуковое оформление грозы, что вполне объяснимо, так как записать хороший звук и создать модель атмосферы задачи разной степени сложности. Сам же звук грома и особенно капель дождя барабанящих по фюзеляжу все же весьма впечатляет своей реалистичностью, вызывая желание раскрыть зонт, но лишь до момента выключения "подвывальника" с коэффициентом искажения гармоник 0.01. На обычных колонках звук соответственно. Так что желающим послушать гром и дождь придется озаботиться приобретением сабвуфера. Но зато в отличие от облаков осадки это действительно 3D, насладится которым смогут все обладатели устройств создания стереоизображения.

Температура (temperature)

Что касается "температуры", то у меня осталось впечатление, что "выжить" синоптикам из Microsoft помогает, как раз отсутствие стыдливости, не зависимо от времени суток.

Эффективность воздействия изменением температуры на окружающую среду, с точки зрения практики (теоретически среда реагирует) около нулевая. Изменения температуры в рабочем диапазоне от -30 до +30 градусов Цельсия предполагаемых заметных (то есть близких к реальным) воздействий на взлетно-посадочные характеристики воздушного судна не оказали. Лишь ударяясь в крайности, т.е. заменив летних +75 по Цельсию на зимние -95 удалось заставить замученный насмерть Boeing 737-400 существенно уменьшить дистанцию пробега на взлете. Речь идет не о процентах, а о смене характеристик атмосферы в разы, что не согласуется с "реализмом". Но с другой стороны, это так же вопрос динамики воздушного судна. Отсутствие нормальной возможности воздействовать на центровку и вес, уменьшают объективность оценки. Попытка использовать возможность изменения точки росы, при моделировании погоды, ни к чему не привела. При установке точки росы равной температуре (+25=+25 лето Екатеринбург), дождик из слоистой облачности, почти лежащей на земле, так и не пошел, а туман упорно не желал становиться гуще. Декларируемая разработчиком возможность менять температуру (You can set ..... temperature) и особенно точку росы носит, в большей степени, информативный характер. То есть пользователь может лишь посмотреть какая была температура и точка росы в момент загрузки погоды, а оказать близкое к реальному воздействие на атмосферу заменой температуры и точки росы, увы, невозможно.

"Real Weather"

Немецкий философ Артур Шопенгауэр в своей книге "Свобода воли" исследует проблему человеческой воли. Человек всегда волен желать чего либо, но насколько он свободен в своем желании, желать чего либо? Может ли человек контролировать свое желание желания желать чего-либо? Такие построения можно делать до бесконечности. Похожая ситуация с реализмом микрософтовской "Real Weather". Пользователь желающий загрузить с помощью FS 2002 реальную погоду наверняка задается вопросом: " А насколько реальна загружаемая погода?". На сколько, эта моделируемая в FS 2002 погода, отличается от информации о погоде получаемой экипажем в метеобюро? Затем возникает следующий вопрос: "А насколько точна информация о погоде получаемая экипажем перед вылетом в метеобюро?". Как сильно эта погода отличается от фактического состояния атмосферы, в которой в этот момент находится или будет находиться воздушное судно? Список вопросов при желании можно продолжить. Пример: "Как точно экипаж способен определить фактическое состояние атмосферы?" И т.д. и т.п. Но в нашем случае дальнейшие построения будут вызывать лишь академический интерес. Ведь в отличие от Шопенгауэра нет необходимости решать предложенные Норвежской академией проблемы человеческого подсознания, да и не под силу мне это не только оттого, что я не Шопенгауэр, но и оттого, что Microsoft далеко не академия метеорологии. С точки зрения практики, для пользователя FS 2002, достаточно получить ответы на первых три вопроса. Что бы ответить на эти вопросы я предпринял следующее - сделал запись погоды загруженной FS 2002, запасся метеорологической документацией выданной экипажу перед вылетом в метеобюро и информацией экипажа о фактическом состоянии атмосферы в процессе полета. Я провел сравнительный анализ по четырем маршрутам, выполняемым авиакомпанией Аэрофлот:

• Шереметьево - Калининград (Храброво) - Шереметьево,
• Шереметьево - Нижний Новгород (Стригино) - Шереметьево,
• Шереметьево - Пермь (Большое Савино) - Шереметьево,
• Шереметьево - Краснодар (Пашковский) - Шереметьево.

Объем данных для статистического анализа не большой, но, на мой взгляд, достаточный для получения представления о соответствии погоды моделируемой FS 2002 реальной погоде. Сравнение загруженной и смоделированной погоды FS 2002 с официальной погодой из метеобюро и далее с информацией экипажа о фактическом состоянии атмосферы дало следующие результаты:

1. Погода в приземном слое моделировалась с высокой степенью точности по следующим параметрам - температура, точка росы, ветер, видимость, количество облачности, виды осадков.

   * Напоминаю, что речь идет о точности в рамках возможностей программы.

   Следует помнить, что порывистый ветер не будет меняться по направлению, виды осадков это только дождь и снег, облачность имеет ограничение по количеству ее типов, а температура и особенно точка росы носит больше информативный характер, нежели параметр способный оказать близкое к реальному воздействие на динамику атмосферы и воздушного судна.

   И все же результаты впечатляют:

2. Температура и точка росы указывались с точностью до одного градуса в Шереметьево и отличались на один два градуса в других аэропортах, что, тем не менее, тоже можно расценивать как высокую точность.
3. Визуализация количества облачности и ее тип полностью соответствовали фактическим, облачность была слоисто-кучевая нижнего и среднего ярусов. Точность определения видимости составила 150м, а нижней границы облачности 20м.
4. Погрешность моделирования ветра по направлению составила 15 градусов, а по силе 2 узла.
5. Наличие осадков тоже не погрешило против истины.

   Приведенные цифры полностью вписываются в требования Наставления по Метео Обеспечению Гражданской Авиации (НМО ГА - 85).Так что, выполняя посадку в FS 2002, в большинстве случаев, погода будет моделироваться с достаточной точностью и удовлетворительными визуальными характеристиками.

6. Моделирование погоды при полете по маршруту выглядело не так "безоблачно".

   Визуализации фронтальных разделов нет вовсе. В определенный момент, при переходе от ясного неба к небу с любым количеством облачности, пространство в один момент насыщается облаками, как по курсу следования, так и позади самолета. Переход от облачного неба к ясному, выглядит так же непредсказуемо. Погрешность моделирования ветра на эшелоне по силе в пределах допуска (20к/ч), а по направлению ошибка была уже от 30ти до 60ти градусов. В то время, как максимальная ошибка для метеоролога в соответствии НМО ГА, плюс минус 30 градусов. Струйные течения и вовсе не удалось обнаружить, хотя на двух направлениях (Калининград и Краснодар) они присутствовали в ярко выраженном виде, скорость потока достигала 250к/ч. Сложилось впечатление, что струйные течения игнорируются в загружаемой погоде.

   Видимо с верхним воздушным пространством Microsoft решила не торопиться, уделив основное внимание погоде в нижних слоях атмосферы. Единственный положительный момент это то, что атмосфера программы хоть и не соответствует реальной погоде в конкретный момент времени, но по крайней мере, создает ощущение нахождения самолета в атмосфере.

7. "Download winds aloft with real-world weather"(загрузить ветер по высотам с реальной погодой)

   Анализ применения данной опции и сопоставления результата с фактической погодой показал, что ветер по высотам хоть и не соответствует фактическому но, как правило, близок по силе и по направлению. К тому же он довольно естественно сочетается с ветром у земли и способствует проявлению воздействия атмосферы на воздушное судно.

   Так что использовать "wind aloft" стоит, но исходить из того, что он будет соответствовать прогнозу или фактической погоде не следует.

"Final Fantasy" of Microsoft

Flight Simulator 2002, как последняя фантазия Microsoft на тему "...as real as it gets" предполагает очередной уровень реализма. А то, на сколько этот уровень соответствует чаяниям и надеждам различных групп пользователей тема для диссертации по психологии и мне на него ответить не под силу, т.к. любая трактовка найдет себе достаточно сторонников и противников. Я лишь остановлюсь на отличиях от предыдущей версии. Не взирая на попытки использовать бутафорию (температура, точка росы и способ подачи "ветра по высотам") положительные изменения все же есть. Это улучшенная облачность, более реалистичные явления погоды. И хотя северному сиянию еще далеко до того, которым любуются пассажиры ночного рейса Москва-Мурманск, сам факт наличия этого явления в атмосфере FS 2002 не может не радовать. Есть даже (хоть и в зачаточном виде) динамика воды. Но самое положительное впечатление (на фоне предыдущей версии), не взирая на свои нестыковки с фактической погодой, производит динамика изменения ветра по высотам. Создается иллюзия "живости" атмосферы. Для более полного выявления всех достоинств и недостатков реализации погоды в FS 2002, необходима значительно большая статистика, нежели наработанная мной и здесь следующее слово за пользователем. Данную же статью следует воспринимать как повод к размышлению, а не к радости или огорчению... Следует помнить, что из одного и того же факта можно сделать прямо противоположные выводы (У Кутузова не было одного глаза!!! Не правда, был у него один глаз!!!). Так, например, в рекламной компании Windows 95 использовалась композиция группы "Роллинг стоунз" Start Me Up ("Заведи меня"), хотя там и была опущена строчка "Она заставит выросшего человека плакать".