Escuela Técnica de
Ingeniería Informática de Gijón
3º Ingeniería Técnica en Informática
de Sistemas
Realismo de altura:
Periféricos para simuladores de vuelo
Autor: Carlos García Gutiérrez
Fecha: 20 de mayo de 2005
Objetivos
En este trabajo se explicarán, desde un punto de vista teórico, las alternativas existentes de periféricos para simuladores de vuelo comerciales. Se abordará el tema desde una perspectiva global, mostrando los conocimientos básicos que cualquier aficionado al mundo de la simulación realista de vuelo debe saber.
Breve introducción histórica a la simulación comercial de vuelo
Mucho antes de que Yuri Gagarin se convirtiese en el primer ser humano en orbitar nuestro planeta ya existían simuladores de vuelo. Eran enormes armatostes de entrenamiento de los que se colgaba al pobre piloto con unas cuerdas elásticas y se le hacía practicar maniobras. Posteriormente estos primeros simuladores fueron evolucionando (gracias especialmente a la carrera espacial de la década de los años 60 y al auge de la aviación comercial) y se fueron convirtendo en cabinas esféricas con un fondo giratorio que representaba la Tierra y con mandos e instrumentos similares a los de la aeronave que se pretendía simular.
El gran cambio llegó en 1975 cuando un estudiante universitario estadounidense escribió una tesis en la que demostraba que aplicando las reglas de la física a un ordenador se podía generar un entorno visual que representase lo que vería un piloto desde un avión. Desarrolló su idea (utilizando uno de los primeros sistemas UNIX de la historia) y creó una empresa para comercializar su software de “representación gráfica”. En 1980 salía al mercado el primer simulador de vuelo comercial que se llamó, simplemente, “Flight Simulator”.
Esto abrió el camino para que, desde el punto de vista profesional, se empezase a investigar y surgiesen los primeros simuladores profesionales de entrenamiento que incluían gráficos generados por ordenador. Hoy en día este tipo de simuladores cuestan millones de euros y van montados en una plataforma hidráulica que simula el movimiento del avión pero, aparte de esa característica los mejores simuladores comerciales actuales tienen un comportamiento en la física de vuelo prácticamente igual de bueno y unos gráficos mucho mejores.
“Flight Simulator” fue todo un éxito entre los usuarios de los Apple II de la época y se convirtió en el software más vendido en esa plataforma en 1981. En 1982, Microsoft e IBM estaban buscando un programa que demostrase las enormes capacidades técnicas del nuevo IBM-PC y encontraron el candidato ideal en el “Flight Simulator”. La saga siguió evolucionando hasta el día de hoy en el que cada nueva entrega es un enorme éxito de ventas (por ejemplo, “Microsoft Flight Simulator 2004” se mantuvo en el número uno de ventas de juegos durante varios meses en todo el mundo, por delante de otros juegos mucho más comerciales).
En contra de lo que se podía imaginar, la simulación de vuelo se convirtió en uno de los primeros géneros de videojuegos rentables y muchas empresas se animaron a crear sus propios simuladores, tanto civiles como militares. Ésta época dorada hizo surgir un nuevo tipo de aficionados, generalmente pilotos también en la vida real, que demandaban el máximo realismo y se alejaban de los simuladores “ligeros” más comerciales. Pero la afición no acababa ahí y pronto se vio que las primitivas palancas de control similares a las usadas en las máquinas recreativas nunca iban a poder aportar una experiencia realista por muy bueno que fuera el simulador usado. Así, con la llegada de los 90, surgieron los primeros joysticks modernos que intentaban imitar los de los aviones reales. También empezaron a surgir otros tipos de periféricos de control tales como pedales, palancas de gases, etc.
Este nicho inicial de aficionados fue creciendo y radicalizándose hasta que llegó un punto en que a las compañías no les salía rentable gastarse grandes fortunas en crear simuladores hiperrealistas. Así, en la segunda mitad de los 90 apenas apareció ningún simulador digno de mención. El panorama cambió con llegada del nuevo siglo gracias a la aparición de simuladores tales como ”Fly!” y “X-Plane” desde el punto de vista de la simulación civil y, especialmente, con la arriesgada apuesta de un ingeniero ruso procedente de la industria aeronáutica llamado Oleg Maddox que, en 2001, sacó al mercado el simulador militar “IL2-Sturmovik”. Fue un enorme éxito tanto en las ventas como desde el punto de vista del realismo, alcanzando cotas nunca vistas hasta entonces en un simulador comercial. Nuevos simuladores del mismo creador han seguido saliendo a la venta hasta el día de hoy creando una nueva edad dorada de la simulación realista. Este buen momento ha significado también una explosión en las creaciones de nuevos controladores, visores y periféricos de todo tipo que satisfacen la demanda de esa mayoría de aficionados que quieren el máximo realismo.
Periféricos para simulación de vuelo
Joysticks
Por supuesto, el periférico por excelencia para todo simulador de vuelo es el joystick. Los modelos básicos tienen dos ejes de movimiento (vertical y horizontal) para controlar el cabeceo y el alabeo del avión. Los modelos más avanzados incorporan un tercer eje de rotación para controlar el derrape. Internamente, un joystick puede ser de dos tipos: basado en potenciómetros o basado en óptica.
Los joysticks basados en potenciómetros son los joysticks de toda la vida. Como su nombre indica, incorporan un pequeño potenciómetro por cada eje de rotación para medir la cantidad de movimiento del mismo. La principal diferencia entre las distintas gamas de este tipo de joysticks suele radicar precisamente en la calidad de los potenciómetros. Un potenciómetro es algo muy delicado y con el tiempo va perdiendo precisión en la detección del movimiento, así como holgura, es decir, deja de detectar los movimientos más amplios. Por ello es el potenciómetro lo que determinará el tiempo de vida de un joystick, ya que pasado un tiempo el joystick se volverá inutilizable, y de ahí las enormes diferencias de precio entre unos joysticks y otros.
El otro tipo de joysticks, de más reciente aparición, es de los ópticos. Utilizan la luz para detectar el movimiento del eje y, por ello, no se gastan tanto y pueden durar mucho más tiempo en buen estado de funcionamiento. Sin embargo, su aceptación por parte de los usuarios no ha sido muy grande ya que no aportan la precisión y rapidez en la detección del moimivimiento que aporta un joysticks de los tradicionales.
Aparte de los joysticks, también existen otras variantes para controlar el movimiento del avión, pero que utilizan las mismas tecnologías, tales como cuernos de avioneta, palancas de helicóptero, etc.
Pedales
Muy importante para el control del movimiento son los pedales, que vienen a ejercer la labor del tercer eje de los joysticks, es decir, controlar el derrape del avión. Al contrario de lo que parece, los pedales de simulación de vuelo son diferentes a los de simulación de conducción ya que los ambos pedales van unidos solidariamente y, por tanto, sólo necesitan un eje de movimiento. Sin embargo, el precio de unos pedales de simulación de vuelo es por lo general superior a los de unos de carreras, por lo que existen muchos manuales en Internet que explican cómo modificar unos pedales de simulación de carreras para adaptarlos a la simulación de vuelo.
Palancas de gases
Las palancas de gases se utilizan para controlar las diferentes características del motor tales como la apertura de los gases de escape (de ahí su nombre), revoluciones, paso de la hélice, mezcla de combustible, etc. Muchos joysticks llevan ya una palanca de gases integrada como un eje más pero lo normal es adquirir un sistema HOTAS (Hands On Throttle And Stick) que consiste en un joystick más o menos avanzado y una base con una varias palancas de gases que se controla con la otra mano, imitando los sistemas utilizados en los aviones de combate actuales. Realmente los sistemas HOTAS pueden llegar a tener mucha complejidad, incluir decenas de botones diferentes y hasta siete u ocho ejes de control. Algunos son réplicas exactas de los utilizados en aviones reales y están realizados con los mismo materiales, por lo que pueden llegan a costar cerca de 900 Euros.
Instalación y configuración de periféricos basados en ejes
Antiguamente se usaba el puerto de joysticks para conectar este tipo de periféricos, pero hoy en día la práctica totalidad usa el puerto USB, por lo que la instalación consiste, como con cualquier otro periférico, en enchufar e instalar los controladores correpondientes. Lo que sí es más complicado es la configuración del mismo, ya que se deben tener en cuenta varios factores de movimiento de los ejes.
Lo primero es la zona muerta, se debe configurar una pequeña zona en el centro y en los finales de movimiento del eje en la que se ignore el movimiento del mismo. Esto sirve para evitar los movimientos de temblor que cualquier joystick realiza, especialmente cuando ya es antiguo.
Lo segundo es el filtro de respuesta, que lo que hace es eliminar mediante flitros software el movimineto errático que produce el joystick, especialmente cuando se realizan movimentos rápidos del eje.
Finalmente, es de vital importancia configurar a nuestro gusto la curva de respuesta de cada eje. La curva de respuesta es la relación entre el movimiento real y el simulado a lo largo de cada eje. Por ejemplo, puede que prefiramos tener una curva de respuesta bastante plana al inicio del movimiento del eje para poder apuntar con precisión modiante movimientos pequeños en un simulador de combate y que a la vez queramos una curva de respuesta muy pronunciada en los extremos para que el avión efectúe un giro brusco si lo movemos hacia el final.
Configurar a nuestro gusto la curva de respuesta de los ejes es algo vital y que lleva mucho tiempo de experimentación hasta que se consigue que esté bien afinado. Mucha gente tiene sus propios perfiles para cada simulador e incluso para cada avión diferente dentro de un mismo simulador. Algunas compañías proporcionan con sus sistemas HOTAS un software para programar scripts de control y poder intercambiar de este modo la curva de respuesta asignada mediante la pulsación de un botón en el curso de un vuelo.
Vibración
En los últimos años se han puesto de moda los periféricos que incorporan vibración en sus ejes. El primer sistema de este tipo que surgió fue el Force Feedback, que aún hoy sigue siendo el más usado entre el público general. Sin embargo este sistema no tiene mucha aceptación en la simulación porque se basa en el endurecimiento del movimiento del eje para dificultar el desplazamiento del mismo, lo que (al contrario de lo que se suele ver en las películas del género) es algo muy irreal. Por el contrario han triunfado sistemas que incorporan uno o varios pequeños motores dentro de la carcasa del controlador que, al moverse, hacen que este vibre proporcionando una gran sensación de realismo y que incluso pueden simular diferentes circunstancias del vuelo tales como turbulencias, barrenas, explosiones, etc.
Cabe mencionar que, llevando un paso más allá la utilización de la vibración en los juegos, una compañía ha sacado al mercado una gama de productos con vibración entre los que destaca una especie de sillón que lleva incorporados catorce motores independientes de vibración. Evidentemente su precio es muy elevado, pero da una muestra de por donde van a evolucionar los sistemas con vibración en el futuro.
Tableros de mando
Se necesitan muchos botones para manejar corectamente un simulador, así que han surgido una especie de teclados especiales para facilitar el control. Consisten en un tablero con botones planos sobre el que se coloca una cartulina en la que se anota la acción asociada a cada botón. De este modo, intercambiando la cartulina cada vez que se cambie de juego, se hace mucho más cómodo el control.
Sistemas de control de la vista
Frente a otro tipo de simuladores, en los de vuelo es muy importante poder manejar la vista independendientemente de hacia donde se mueva el avión, tanto en los simuladores civiles como en los militares. Tradicionalmente se usaba la “seta” del joystick (una pequeña palanquita con cuatro direcciones situada en la parte superior del mismo) para este cometido pero, evidentemente, la sensación de inmersión y realismo se ve muy mermada con este sistema.
Con la nueva época dorada de la simulación empezó a surgir software que, utilizando una webcam, traducía los moviminetos de la cabeza en movimientos de la vista en el simulador. Sin embargo, ningún programa de este estilo llegó a triunfar ya que el movimiento no era muy preciso, era necesario tener la habitación con poca luz y si algo se movía detrás del usuario se perdía todo el control (curiosamente, cuanta menor resolución tuviese la webcam, mejor).
La auténtica revolución llegó con la salida del TrackIR. Una pequeña empresa que acababa de sacar un detector de infrarrojos para ayudar a mover el puntero por la pantalla a personas discapacitadas empezó a vender miles de unidades rápidamente. Tras investigar un poco se dieron cuenta de que los aficionados a la simulación de vuelo estaban comprando su producto para emular el movimiento de la vista del piloto, por lo que decidieron sacar una versión especialmente destinada a este sector. Su gran calidad y un precio no excesivamente caro lo convirtieron en todo un éxito. Actualmente el sistema va por la tercera versión y la empresa que lo fabrica es una referencia dentro del sector.
El TrackIR se basa en la detección mediante un dispositivo de infrarrojos del reflejo de una pequeña pegatina reflectante que el usuario debe colocarse en una gorra, unas gafas o incluso en la frente. Mediante un software especializado similar al que se usa para configurar la respuesta de los ejes de un joystick se puede calibrar el sistema para que con un pequeño movimiento de la cabeza hacia un lado la vista se mueva, por ejemplo, 180 grados en esa dirección. La última versión del TrackIR incorpora, de forma opcional, una pequeño soporte de metal con tres puntos reflectantes que se debe colocar en una gorra y que posibilita el movimiento de la vista en seis ejes, es decir, giros y rotaciones en los tres ejes espaciales.
Esta tecnología se está aplicando no sólo a la simulación de vuelo, sino también a otros campos como la captura de movimineto sin uso de sensores, aplicaciones industriales, realidad virtual, etc.
Cabinas caseras
Cabe destacar que muchos aficionados van más allá de soluciones comerciales y, con paciencia, se construyen sus propias cabinas virtuales. Suelen estar basadas en el uso de varios monitores (utilizando la característica de Windows que permite ver una parte del escritorio en cada monitor) y la utilización de lentes fresnel (las utilizadas en la parte trasera de algunos monovolúmenes para facilitar el aparcamiento) para dar una sensación de mayor inmersión. Asimismo se suelen utlizar concentradores USB para poder conectar todos los dispositivos: HOTAS, pedales, tablero de mandos, TrackIR, etc. Algunas de ellas no tienen nada que envidiar a los simuladores profesionales que se utilizan en las aerolíneas y fuerzas aéreas de todo el mundo.
Enlaces
Ninguna información del trabajo ha sido copiada de un sitio web, sin embargo, han sido de ayuda las siguientes páginas, especialmente los foros de las mismas (todas las imágenes utilizadas son propias o cedidas por el autor correspondiente):
IL2-Sturmovik (página oficial)
Foro de simuladores de MeriStation
Se puede encontrar más información, imágenes y videos sobre el TrackIR en:
Conclusiones
En este trabajo se ha visto, desde un punto de vista teórico, cómo un aspecto de la informática aparentemente muy secundario como es la simulación de vuelo se beneficia de los últimos avances en tecnología hadware y cómo ésta se vale de la simulación para obtener nuevas ideas.
Este trabajo utiliza una Licencia Creative Commons.