飞行模型以及操作设备（强力推荐观看！）

Joe.Z

来自主席：飞行模型以及操作设备

公民们大家好，

看到大家享受星际公民的空战我感到飞船的开心。就像队伍中其他的人一样，我也经常看twitch上面投资者们的直播以及阅读论坛中的回馈消息。这其中最火的两个话题就是飞行模型以及不同类型控制工具的优劣。所以我觉得我应该花点时间在这两个话题上提出一些看法。

飞行模型

大部分的太空模拟游戏（包括我早期的作品）都将模拟做的非常简化，通常会制作出一个没有重力以及空气阻力影响的大气飞行模型—船只一般拥有预先设定的螺距（pitch），侧滚（roll）以及偏航（yaw）倍率，线性加速度（仅仅对于一个质点做功）以及峰值速度限制。当你想要转弯的时候，你的摇杆或者鼠标会无视飞船的转动惯量然后直接与相应的转向倍率所匹配。飞船破坏一般是以转动倍率以及线性加速度的叠加效果的方式呈现。

星际公民不会这么做。我们制作的是真实飞船需要的效果，包括了目前引擎放置的位置—在我们的模型中转动惯量，质量改变以及方向引擎是非常有必要的。

星际公民的飞船是根据真实太空物理原理进行模拟的。

有几大原因导致我们决定要这么做—

1.因为我们计划设计以及模拟以前从未出现过的高保真的飞船，我觉得我们需要一个高保真的模拟以便于让玩家体验飞船在引擎损坏的情况下不同的特性，例如一边侧翼被损坏或者被满负枪支弹药的飞行员强行登陆？我想要一个能够让船只们表现出不一样特性的系统，同时拥有不同的定位以及尺寸，因为在星际公民中你可以驾驶15米长单人飞船也可以和很多玩家一起驾驶一个1千米长巨大母舰。我想要所有的这些船只都用它们自己独特的特性，甚至同样的质量也能有巨大的差别。我想要所有的船只都能够拥有自己的“人格”—不仅仅局限于一个速度快或者速度慢的工具。

2.第二个原因是在星际公民中将会有很大一部分玩家VS.玩家的战役。我不知道你们有多少人曾经玩过《银河飞将无敌舰队》（银河飞将系列中第一个带有多人模式的版本）但是那其中的战役模式其实并不是非常有趣。当你设计一个单人游戏的时候，你可以让甩掉AI以便于让玩家能够击毁多个敌人，这可以给玩家一种成就感。没有什么能比玩家一次性打到第十波敌人更加有趣的了。但是，老实的说，在单人游戏中干掉电脑并不需要太多的技术，因为玩家通常都是满副武装的对抗基础装备的电脑。在多人对战中，这是不现实的，甚至玩家们还有可能遇到跟自己同样船只的对手。如果没有一个成熟的模拟以及飞行模型以供玩家尝试不同的战略，这场战斗将会陷入一个尴尬的僵局，因为双方有着同样的船只所以没有一方能够在无影响的状况下（这里影响指代重力以及空气阻力）成功的击毁对方。

这就是为什么我们决定运用真实的物理原理以影响太空中控制飞船。

我们同时也模拟船只系统。每一个功能都跟船只中单独的部件所关联—武器，引擎，动力炉，散热器，油箱，电池，瞄准系统，CPU，HUD以及智能飞行控制系统（IFCS）都是跟不同连接系统的“管道”相关联的部件—管道例如动力，热量，油以及CPU周期。瞄准系统需要来自于动力炉的动力，来自船只电脑的CPU周期以及定位雷达提供的位置信息来锁定目标。如果没有足够的CPU周期来运转，锁定目标将会变得迟缓，同样的，没有足够的动力的话锁定目标系统将会全部停止运转。如果你不及时的进行武器散热，他们会变得过热，故障甚至完全损坏。如果一侧的机翼连带着散热系统被炸掉，你最好降低热量产生。

通过完整的模拟这两个系统以及飞船的物理原则，我们将会在最终游戏中看到一系列紧急制动以及变化。船只的装载也非常重要，不仅仅是在功能上的同时也会影响实际的飞行以及效果。就像真实的军队航空学设计一样，你可以决定将累赘的系统替换掉以提供更佳的战场存活力或者你也可以牺牲机动力换取最大的火力。

Joe.Z

听起来非常酷炫吧？所以为什么小题大做呢？

正规的太空飞行模拟跟大气飞行模式是非常不一样的。在太空中是不存在空气动力的（升高或者降低）而且角度惯性以及线性惯性都变得更加重要。除非你施加一个反方向作用力来改变物体的角度动量或者线性动量，不然物体将会以原有运动轨迹继续运动。当玩家将控制杆往回拉的时候，引擎将会导致转动，这将会加速船只的角速度。当你将控制杆归位或者往另一个方向移动，IFCS（智能飞行系统）将会用反方向引擎施加一个反方向力以至于改变现有角速度然后变化成玩家需要的角速度。除非船只有非常强大的引擎，否则这个过程将不可能在一瞬间完成。IFCS没有洞察力而且它也不知道玩家何时想要改变方向，所以除非玩家本人自己控制好想要的方向，不然IFCS很可能会转向过度。把这个过程想象成刹车；一般作为司机你都会有比较好的距离感。所以在快到达红灯的时候你就会开始减速。你不可能期望你的车子一瞬间从80km/h变为0。这跟飞机非常不一样，因为飞机在飞行的时候中控台将会控制引擎的空气流量。所以在这种情况下角速度的改变是跟方向舵位置呈正比例变化。

这意味着你需要自己决定以及控制你想要的位置。如果你习惯了大气内的飞行模式，而不习惯动量的运用，你很有可能会过量的转向。同时因为转向引擎不是瞬间完成转向，你也有可能无法精确达到目的。这就是为什么你会在试图瞄准目标的时候感觉你的船只非常的鬼畜。

由于这一系列的控制方法跟人们以前玩过的模式不一样，有不少一部分的玩家非常确信我们的飞行模式是“错误的”。

但是如果自细细品味我们所做的一切，你就会发现我们其实在创造一个更加充满变化的战斗模式，而不是像银河飞将那么简单的操作。就像如果你想开好车子，你需要练习。你必须学会控制飞机的方向以及提前做好准备。

这就意味着我们的系统是完美的吗？

不！

这就是为什么我们想要让你们测试的重要原因之一。看到人们玩狗斗以及反馈我感到非常开心。看到一些人对于飞行模式的质疑也非常的开心，因为我们在看完玩家们分享的想法之后更加肯定了狗斗的潜力。这不意味着每个人都是正确无误的，但是看到人们不停的提出新的建议是非常开心的。

但是这也不意味着我已经对于先阶段满足。我的目标是保证玩家能够体验所有以上的细微变化的同时，也拥有着类似银河飞将对于新手玩家的普及性。

非常重要的一点请记住，智能飞行控制系统的存在只是作为所有力学模拟以及船只引擎输出控制的中介。它不是飞行的模型。我看到不少帖子提到“牛顿”模式的需求。船只目前的力学模拟已经达到了牛顿力学的要求。我们试图完成的目标是在玩家控制以及真实力学模拟中找到平衡，因为没有任何人能够准确无误的同时控制八个引擎以达到所需要的运行轨迹。在力学原则的限制下，IFCS（智能飞行控制系统）基本上能够做到任何我们需要的动作。这里的重点是决定如何让玩家的控制能够跟IFCS关联。

第一个版本中的模式包括—基础IFCS，De-Coupled（减震模式)，G-Safe（G抗力安全系统）以及Comstab都是不一样的模式，我们认为他们将会在不同的地方产生作用。这不意味这就是最终的模式，也不意味着这些模式在未来不会改变。不少人向我们索要“真实”的实时6DOF（六方向真实度）--简单来说就是在普通IFCS飞行模式下可以进行轰炸并且让轰炸跟船只在减震模式下的速度相关联。这些都是我们将要测试的方向，同时还有一些其他的选项，例如额外的转向限制型G抗力安全系统模式而不是速度限制，同时我们也将会对引擎动力进行调整。目前的机动引擎动力大致有住引擎的三分之一到二分之一，这其实对于机动引擎来说是过大的动力。请注意机动引擎越弱越能够进行方向的微调。

为了提供给你们更多关于IFCS的工作原理，来自IFCS制作团队的John Pritchett将会写一个关于IFCS怎么工作的深度分析。我希望你们能够理解我们对于星际公民如此高标准的要求。请不要忘了竞技飞将（狗斗）仅仅只是游戏的一小部分—甚至在竞技飞将中，我们也有不少一部分东西还不能被放出因为我们正在攻克HUD的一个难题，同时我们也在寻求更大的可能性。

操作设备

目前对于鼠标操作以及摇杆操作存在着不少的争议，一部分玩家担心鼠标的操作设计导致游戏充满了“街机”的感觉，同时HOTAS的用户感觉他们的操作选择非常的局限。

首先我需要声明一下星际公民的目标。在星际公民里面，没有任何一种操作模式会拥有绝对的优势。我个人是一个摇杆玩家。我感觉摇杆带给我的仅仅只是更加精确地飞行控制。在我们不同的工作室里面有着非常多元化的操作方式—

一些人更加喜欢鼠标，一些人喜欢摇杆，一些喜欢HOTAS还有一些喜欢手柄。这是我们最确信的担保：没有任何一种操作模式将主宰这个游戏。

以便于达到这个目标，我们知道控制的方式将需要更加的完善，例如自定义控制。

我们的首要任务之一就是让竞技飞将（狗斗）的用户能够自定义他们的按键。我们目前非常积极地在从事这个目标并且希望在下个月发布一些内容。

我们同时也在为不同的HOTAS制作文件，我们也在调试一些摇杆的细节控制以便于玩家能够用摇杆进行更加精确地运动。我们还有一些顶部观看模式没有被制作出来，这个模式将会让摇杆玩家能够像鼠标玩家一样控制平台式武器。当然，如果你觉得鼠标拥有着更加精细的瞄准功能，你也可以在用摇杆控制的同时用鼠标进行视角观看。

Joe.Z

偏航VS.侧滚

论坛中也有不少讨论是关于偏航不会因为G抗力的作用而影响驾驶员。在这个问题上有几件事要注意。第一，无倾斜下的纯偏航转向已经在宇宙中实现了，但是那不是理想的转向方式。你可以结合侧引擎以及底部引擎的动力来产生更大的推力。IFCS会自动倾斜船只以达到最佳转向推力，同时这也是垂直G抗力介入的时候（请注意这跟大气内飞行有区别，在大气内飞行倾斜是稳定转向的必要条件）。第二，在偏航转向中倾斜的量将会取决于你的侧引擎能够提供多少推力，这意味着偏航转向中垂直G抗力的量将根据情况而改变。第三，黑视/红视以及意识消失都是垂直G抗力的影响，这种情况下飞行员的血液会被挤压或者抽出脑部。正确的约束飞行员可以在经受住高强度平行重力的情况下不会失去判断能力。

对于平行G抗力来说，限制条件是结构化的。非常不幸的是，这个限制条件还没有被整合进我们的飞行模型中。当它被加入后，极限非倾斜式转向将会面临严重的后果。你将会被平行G抗力直接撕扯掉一个引擎或者机翼。在稳定后，G抗力安全模式将会限制机动引擎的推力输出以确保船只的结构完整。

炮塔控制

一部分玩家对于在减震模式下控制炮塔以及炮塔旋转开火表示担心，他们觉得这将会严重影响狗斗的平衡。我知道人们会这么想，但是我可以保证在我们的多人测试中没有人会因为炮塔而得到优待。在狗斗中生存的法则就是不停地运动以及避免被捕捉到运动轨迹—站在那里不动或者以一个恒定的向量移动的话（在减震模式下，你就会以恒定的向量移动）你将会被干掉。减震模式最好的应用方法就是迅速的打开并且改变方向然后迅速调整为正常模式。我们将会调整机动引擎的动力以便于让主引擎在减震模式下更加的有意义，因此快速的转变方向然后再切换回正常模式将会最大化的利用推力来达到迅速改变向量的目的。我知道一些人会认为迅速改变方向会导致游戏比大气内飞行模拟游戏更加简单，但是请记住，这是一个太空战场模拟而不是大气内飞行模拟，而且减震模式下改变方向绝对是有必要的—同时请别忘记很大一部分玩家希望能够像《太空堡垒卡拉狄加》里面一样做到各种机动飞行。

平台式武器VS.固定武器

在竞技飞将（狗斗）V1.0（以及星际公民）当中，将会存在固定武器和平台式武器（炮塔）。固定武器将会有一个缓慢的自动汇聚过程，大概正/负五度，以便于集中在目标之上或者调整到当前目标距离。我们之前没有时间来完成这个特性所以对于狗斗V0.8来说我们直接把所有的固定武器平台化，以此避免黄蜂对于极光和300i的巨大优势。这不是我们的长远计划。

固定武器将会有一个指引器（就像真实战场中的飞机一样）。我们也在考虑如何改变平台式武器的十字锁定方式。目前为止，你只需要将它放在你的目标之上，然后你的瞄准系统将会自动计算出开火方式，当点状虚线在十字中消失，这意味着所有的武器都已经瞄准了目标。我们正在考虑改变为你需要将十字瞄准在指引器之上才能锁定目标。

这也将允许那些没办法发挥平台式武器的全部能力的飞行员（当你移动和开火是两个不同方向时，这将会非常的难以完成）来完成理想的开火。

一些人认为平台式武器会在游戏中破坏平衡性，而且平台式/炮塔武器也是目前军方的主要装备之一并且还会在未来得到更进一步发展。但是这不意味着所有的瞄准将会自动完成。这类武器还是需要根据目标的移动来调节机头的方向来完成射击。而且这还是在目标不会无规则运动的假设前提之下。

—克里斯，罗伯茨

Joe.Z

在星际公民里，智能飞行控制系统（Intelligent Flight Control System, 以下简称为IFCS）被设计成为飞机驾驶员身边无形的智能副驾驶。在开启的情况下，并就算在不乐观或者飞机失去推进力的情况下，该系统仍会尝试将飞行员的每一个动作转化成一个调整飞机各个推进器的指令来完成一个特定的动作。通过使用一系列的感测器和反馈控制数据，这个非常智能的控制系统可以修正实际飞行器操控状态和理想操控状态之间的误差。说白了，IFCS为玩家实现了一个导致致命错误前的的缓冲区。这个系统通过灵活的采用控制推进器和备用动向控制力矩陀螺单位来弥补故障或者损失掉的推进器带来的问题，稳定住飞行器，而且如果可能的话，让船只至少恢复到玩家可以继续稳定控制住。可以说有了IFCS，就算整艘船只剩下一个推进器还活着了，飞行员在面临一些操作困难的情况下，依然在一定程度上控制住他的飞行器。

IFCS下的次系统群：

IFCS并不是人们所想的一个单独运作的飞行稳定系统。在其下方有着很多协

运作的次系统们来实现其功能。这些次系统为：

推进力和海拔控制系统（Propulsion and AttitudeContro，以下简称PAC）-- PAC次系统一般情况下包含了一整套让飞船实现平移和回转机动动作的推进器和一个备用的（backup Control Moment Gyro）控制力矩陀螺单位来为IFCS提供补充性的飞机姿态控制。PAC次系统也包含了为这些推进器和陀螺仪运作用的电路系统和控制软件。

主要控制系统（Primary Control Syste，以下简称PCS）-- PCS次系统提供了一个介于飞行员和IFCS之间的用户界面。该次系统负责将飞行员的操作指令转换到代表着理想玩家操作的虚拟控制框架。这个代表着理想操作的虚拟控制框架是基于一个沿着任何轴线组合、在任何轴线上的目标回转度和用于参考飞行姿态的 目标速率。这个虚拟框架代表着在完美控制下的飞船状况。这也意味着所有飞行员对飞船的干预会被修正到相对接近该虚拟框架。最终结果就是飞行员会发现自己会“更少”得翻操作上的错误。

反应控制系统（Reaction Control System，以下简称RCS）-- 在上面提到的那个PCS次系统的实体状况是由向玩家控制做出反应的推进器控制力矩陀螺单位输出来控制的。在理想的情况下，PCS框架的姿势将会完美得同步于和飞船的实际姿态。但是呢，一些不太理想的问题，例如推进器的故障或者完全丢失、导弹的爆炸冲击波、武器开火时的一些外在力量下等，都可以导致飞船离其系统里的标准飞行姿势越来越远。当如上情况发生了的时候，RCS次系统的职责就得被履行了。RCS会立即介入并消除实际飞行姿势和系统里的标准飞行姿势之间的差距。当然，如果RCS无法在一个合理的时间段里完成该修正，其可能会直接重置飞行器系统里的虚拟操作飞行姿势来先防止飞行员迷失方向。

反重力系统（Anti-gravity System，以下简称AGS）-- 如其名字，AGS次系统就是拿来抵消重力和其他连续不断的外在力量对飞船的影响，从而实现让飞船在有引力的地域里能维持其现有的位置而不是脱离轨道。

转向控制系统（Turn Control System，以下简称TCS）-- TCS次系统说白了就是帮助飞行员能做出稳定的转向机动动作。在高速飞行下，飞船上的推进器是有可能无法释放足够的推进力来让飞船本身做出足够稳定的转向，也就是说会搞得和头文字D一样飘出去撞保险杠上。一般情况下，飞行员会在转向的时候做减速动作，但是TCS次系统会在背后计算出现有最高的转向动力，然后在符合现有转向度之上自动计算出适合的飞行速度，然后再以此控制飞船的减速。TCS次系统会在考虑最佳囤积速度上计算出可持续的转向速度。

G抗力控制模式（G-force Control Mode，以下简称为GCM）-- GCM模式很大程度上是一个防止疯狂的飞行员不考虑别人感受做出危险动作，从而可能会受到有危险的G加速影响的安全限制模式。对于一个被拘束的飞行员来说，最大的危险是进入一个过长的垂直G加速。一般症状是眼前一片黑、一片灰、一片红、失去方向感、失去意识、如果不及时脱出的话、挂掉。考虑到对飞行员的伤害和对船只的结构损坏，GCM也会防止任何会产生过多的水平方向G加速的操作。

除了这些次系统群，其他的一些功能可能会被安装在更为先进的系统上。

Joe.Z

IFCS 运作方式：

IFCS系统会把飞行员做出的操作，在很多情况下是一系列操作，最后变成一个有3度的水平移动和有3度的回转移动。另外，其他的飞行员的操作可能会被IFCS当成在系统里某些阶段的参考值。

一旦IFCS完成了对飞行员的操作的修正，比如转向控制（TCS），G加速保护（GCM），限速等，修正后的操作会被传送到主要控制次系统（PCS）。PCS次系统具备一个线性和一个棱角的速率PID控制器。这些控制功能将计算出适合的动力和扭力并保证在应用到飞船的重心后能给予飞行员其所要求的机动动作。

与此同时，实际飞行姿势的数据将会被传送到具备一个位置PID控制器的RCS反应控制次系统来修正到一个接近PCS主要控制次系统所期望的飞行姿态。系统控制会在下一秒释放一个来让降低飞行姿态误差的扭力来维持飞船的稳定性。

最后，关于持续的外在引力，比如对地吸引力的读数会被传送到AGS反重力次系统来计算来让飞船脱离危险的抵消力量。

一旦理想的动力和扭力值被计算出来了，用于推进力的能源会被以此为基准，并按照一个先后重要性顺序来分配到飞船上各个需要的地方。反重力系统会最先得到其所需要的能源因为无法脱离重力的后果是灾难性的。之后，RCS反应控制系统的扭力会得到的能源---系统会从主要的推进力里取得能源。如果在RCS反应控制系统的推力依然不足的情况下，将从到控制力CMG矩陀螺单位那里取得更多的能量。然后，PCS主要控制次系统的回转控制会得到其需要的能量。该能量也是从主要推进力，紧接着是CMG控制力矩陀螺单位的能量里里拿出来的。最后是水平方向的控制会取得其能量。

在很短的时间里，一旦推进系统已经听取IFCS系统并采取行动，机身上的传感器会不断读取飞船的实际情况。在推进力故障和存在未抵消外在等力量情况下，传感器看到的实际情况有可能会和飞船系统计算的理想情况有偏差，所有这些偏差会以数据告诉反馈到系统里然后进行新一轮的计算一直到不再出现偏差。

速率和飞行姿势控制：

因为IFCS系统不可以依靠推进系统来得到其想要的飞船控制，IFCS会用一个PID反馈控制器来尽量减小系统期望的数值和实际检测到的数值。PCS主要控制次系统也用这个PID反馈控制器来计算能实现飞行员操作的理想的动力和扭力值，且让RCS反应控制次系统来维持飞行器的姿态稳定性。

PID 控制器们可以为一些响应特征来做出特别的调整。拿飞船速度控制来当例子，一个过阻尼的控制器会让飞船快速往其系统里的参考速度值接近，超越，然后再高速波动（调整），直到飞船自己进入一个最终的速度。一个欠阻尼的控制器，相反地，会让飞船加速的更慢，然后会让飞船直接进入参考速度值而不是让飞船去尝试超过这个值。那些属于PCS主要控制系统，提供线性和有角度的速度控制的控制器们都是被不断地被调整的。基于飞行员的操作量级，这些控制器既可以让飞船缓慢的加速也可以让让飞船像脱缰的野马一样飞奔出去。除此之外，每一位飞行员会有自己对加速感的刚性都有不同的要求。

IFCS控制器的反应时间不光取决于修改参数所需的时间，也取决于飞船上的推进系统部件的反应时间。

Joe.Z

推进系统：

推进器：

几乎每一艘飞船推进力的主要组成部分就是其推进器了。在星际公民里的每一个飞行模具都具备高度精确的推进器模具。意思是说每一个推进器所在的位置和飞船本身的重心所在位置的联系性和每个推进器的最高推进空间和反应时间都将会被展现的淋漓尽致且精确不已。在理想的状况下，每一个推进器的位置摆放都是考虑到飞船本身的重心所在。这样的设计保证里飞船能实现可靠的推进器控制。在下面这个图里，位于大黄蜂顶部靠尾部的推进器们是考虑到了飞船自身的重心而摆放的，以此来保证推进器可以释放出一个围绕着Z轴的零和扭力。

在经受破坏之后，这架大黄蜂的重心就偏移了，导致其推进系统不再像以前那么稳定。在接下来这个图里，因为重心迁移，船上的推进器们不再平衡。当玩家踩油门的时候，他的飞船会进入一个非零扭力，也就是说会导致一个非人为的偏航。IFCS在这个情况下会通过使用另外一边的推进器来释放一个抵消的扭力来弥补飞船的偏航。当然了，如果IFCS发现就算这样还不够的话，系统会将推进器的推进力降低来减小任何可能导致的飞行误差。

对船身的破坏和其他的一些条件也会对每一个推进器的推进力总量，反应时间，甚至是精准度产生影响。在一些情况下，个别推进器或者甚至一堆推进器开始恶意卖萌。发生以上提到的任何改变都会对飞船上的推进器平衡性造成影响并从而改变了飞船会怎么对飞行员的控制做出相应的表现。

CMG模块（控制力矩陀螺单位）

就算当全部的推进器都卖萌了后，每一艘船上都有一个少量的备份扭力---该扭力来自于一个内部的CMG控制力矩陀螺单位。只要CMG控制力矩陀螺单位还活着，飞行员依然有能力用这些少量的扭力来做出薄弱的回转机动动作。这点扭力对于飞行员来说足够让他们来维持飞船的飞行姿态，也可以用于增加或降低飞船回旋速度。

结语：

这份你现在正在读的信息并不是为了星际公民的IFCS系统所写的表演性质的描写。实际上，这里面每一个字都精确地描绘了游戏里飞行控制模具是如何运作的。在这等真实度下，我们才能让游戏里的飞行控制系统能和游戏里的环境，破坏机制，飞船身体上的质量转移，能源分配、还有推进器布局等完美地结合在一起。IFCS是一个紧急系统，所以就现在来说依然可能是有缺陷的。但是这样的状态也正好复刻了在现实生活中存在的飞行问题。

在最后，开发团队也付出了很多精力来限制飞船的控制只听令于IFCS提供的指挥路径。除了游戏初始化和网络修正，没有任何一个玩家，AI，甚至IFCS本身可以靠自身一个来直接改变飞船的位置，速度，回转或回转速度。这样的设计保证了在未来里，游戏里的所有飞船的控制都是一致的且保证不会有玩家会有完全不公平的优势。

在团队打磨和改进游戏飞行系统的同时，我非常期待你们给予回来的反馈。说了这么多，这一切才刚刚开始，我们还没走几步呢！

John Pritchett

物理工程师，CIG

Dr_Electrino

果然是学物理的人写的，支持
辛苦了!

EthanWu

我是学艺术的

FORfreedom

很厉害的样子

Paladinxy

专业帖~~~~