FlightGear Flight Simulator (a menudo abreviado como FlightGear o FGFS ) es un simulador de vuelo multiplataforma gratuito y de código abierto desarrollado por elproyecto FlightGear desde 1997. [4]
David Murr inició este proyecto el 8 de abril de 1996. Este proyecto tuvo su primer lanzamiento en 1997 y continuó en desarrollo. Tiene compilaciones específicas para una variedad de sistemas operativos diferentes , incluidos Microsoft Windows , macOS , Linux , IRIX y Solaris .
FlightGear es un simulador de vuelo atmosférico y orbital que se utiliza en la industria y la investigación aeroespacial. Su motor de dinámica de vuelo ( JSBSim ) se utiliza en un estudio comparativo de la NASA de 2015 para evaluar el nuevo código de simulación según los estándares de la industria espacial.
FlightGear comenzó como una propuesta en línea en 1996 por David Murr, que vivía en los Estados Unidos. No estaba satisfecho con los simuladores propietarios y disponibles como Microsoft Flight Simulator , citando motivaciones de las empresas que no se alineaban con los jugadores de los simuladores ("simmers"), y propuso un nuevo simulador de vuelo desarrollado por voluntarios a través de Internet. [5] [6] El simulador de vuelo se creó utilizando un código de gráficos 3D personalizado. El desarrollo de una versión basada en OpenGL fue encabezado por Curtis Olson a partir de 1997. [6] FlightGear incorporó otros recursos de código abierto, incluido el motor de dinámica de vuelo LaRCsim de la NASA y datos de elevación disponibles gratuitamente. Los primeros binarios funcionales que usaban OpenGL salieron en 1997. En 1999, FlightGear había reemplazado LaRCsim con JSBSim construido para las necesidades de los simuladores, y en 2015 la NASA utilizó JSBSim junto con otros 6 estándares de la industria espacial para crear un criterio para juzgar el código de simulación de la industria espacial futura. [7]
FlightGear alcanzó la versión 1.0 en 2007, la 2.0 en 2010 y hubo 9 lanzamientos importantes bajo las etiquetas 2.x y 3.x, siendo el último bajo el esquema de numeración anterior "3.4", ya que "3.6" fue cancelado. El proyecto pasó a una cadencia de lanzamiento regular con 2-4 lanzamientos por año desde 2016, siendo la primera versión bajo el nuevo esquema de nombres "2016.1". En esa época, el front-end gráfico "FlightGear Launch Control", también conocido como "FGRun", fue reemplazado por un lanzador Qt codificado de forma rígida . [8] El código fuente de FlightGear se publica bajo los términos de la Licencia Pública General de GNU y es software libre y de código abierto .
El proyecto FlightGear ha sido nominado por SourceForge y posteriormente elegido como proyecto del mes por la comunidad en 2015, 2017 y 2019. [9] [10] [11]
Las fuerzas que experimenta una aeronave en vuelo dependen del estado variable en el tiempo del flujo de fluido atmosférico a lo largo de la trayectoria de vuelo: la atmósfera es un fluido que puede intercambiar energía, intercambiar humedad o partículas , cambiar de fase u otro estado y ejercer fuerza con límites formados por superficies. El comportamiento de los fluidos a menudo se caracteriza por remolinos (Videos: aeronaves, terreno) o vórtices en escalas variables hasta lo microscópico , pero es más difícil de observar ya que el aire es claro, excepto por cambios de fase de humedad como estelas de condensación o nubes. La interacción del límite atmósfera-terreno sigue la dinámica de fluidos, solo que con procesos en escalas enormemente variables y el "clima" es la capa límite planetaria . La interacción de la superficie de la aeronave funciona con la misma dinámica , pero en un rango limitado de escalas. Las fuerzas experimentadas en cualquier punto a lo largo de una trayectoria de vuelo, por lo tanto, son el resultado de procesos atmosféricos complicados en escalas espaciales variables y un flujo complejo a lo largo de la superficie de la nave. Las naves también experimentan una fuerza gravitacional variable en función de la forma 3D del pozo de potencial y la forma no esférica de la Tierra.
FlightGear puede simular la atmósfera, desde las entradas y salidas de energía al sistema, como la energía del sol o de fuentes volcánicas, hasta el flujo de fluidos en varias escalas y cambios de estado. FlightGear puede modelar diferentes características de la superficie, como el calentamiento o el enfriamiento, y el intercambio de calor y humedad con la atmósfera en función de factores como el flujo del viento o el punto de rocío. FlightGear modela el ciclo de vida en constante evolución de los fenómenos en varias escalas, impulsados por la interacción del fluido con el terreno. Van desde la turbulencia en diferentes escalas hasta las corrientes térmicas individuales y las tormentas eléctricas, pasando por las capas de aire en movimiento y la representación de masas de aire en la escala de miles de kilómetros. FlightGear modela el agua atmosférica , desde los cambios de estado, como la condensación en capas de nubes o neblina, junto con la energía proporcionada por el calor latente para impulsar el flujo de fluidos convectivos, hasta la precipitación en forma de gotas de lluvia, nieve o granizo. [12] [13] [14] [15]
El proceso de generación de sustentación crea turbulencia con vórtices, y FlightGear modela la turbulencia de estela con el desprendimiento de vórtices de las puntas de las alas por parte de naves en vuelo, así como de naves de IA. [16] [17]
FlightGear también tiene un modelo menos preciso físicamente que utiliza actualizaciones meteorológicas METAR de diferente frecuencia, diseñadas para la operación segura de aeródromos , para forzar de manera discontinua la atmósfera basándose en intentos de conjeturas de procesos que están fundamentalmente restringidos por la proximidad o densidad de las estaciones de observación, así como la precisión de la información a pequeña escala , limitada, redondeada, que no varía de manera uniforme y que es necesario conocer. [18] Las configuraciones de puntos de referencia en altura que modelan los comportamientos del viento a gran altitud se pueden sincronizar con las actualizaciones de Jeppeson. [19]
FlightGear tiene una simulación de los cuerpos planetarios del sistema solar que se utiliza para fines como la determinación del clima en función de la latitud a partir de la radiación solar, así como el brillo y la posición de las estrellas para la navegación celestial . Hay un modelo de gravedad basado en una Tierra no esférica, y las naves pueden incluso experimentar diferentes gravedades a lo largo de sus cuerpos, lo que ejercerá una fuerza de torsión . [20] FlightGear también tiene un modelo de la variación observada en el complejo campo magnético de la Tierra , y la opción de simular, hasta cierto punto, la propagación de señales de ondas de radio debido a la interacción con diferentes tipos de terreno . [21] [22]
FlightGear utiliza un modelo exacto, no esférico , de la Tierra, y también es capaz de simular vuelos en regiones polares y aeropuertos ( árticos o antárticos ) sin errores de simulador debido a problemas con los sistemas de coordenadas.
FlightGear admite múltiples motores de dinámica de vuelo con diferentes enfoques y fuentes externas como MATLAB / Simulink , así como modelos de vuelo personalizados para globos aerostáticos y naves espaciales. [23] [24]
JSBSim es un motor de dinámica de vuelo basado en datos con un núcleo C++ creado para las necesidades del proyecto FlightGear desde 1996 para reemplazar a LaRCSim de la NASA , e integrado en FlightGear como predeterminado desde 1999. [25] Las características de vuelo se conservan a pesar de la baja velocidad de cuadros, ya que la física de JSBSim está desacoplada de la representación y marca a 120 Hz de forma predeterminada. [26] Esto también admite una alta aceleración de tiempo, ya que la representación no tiene que hacerse más rápido, lo que hace que la GPU sea un cuello de botella.
El balance de masa, las reacciones en el suelo, la propulsión, la aerodinámica, las fuerzas de flotación, las fuerzas externas, las fuerzas atmosféricas y las fuerzas gravitacionales pueden ser utilizadas por JSBSim , el motor de dinámica de vuelo predeterminado actual compatible con FlightGear , para determinar las características del vuelo. [27] JSBSim admite atmósferas no terrestres y la NASA lo ha utilizado para modelar vuelos no tripulados en la atmósfera marciana. [28] [29] [25]
La NASA utilizó JSBSim en 2015 junto con otros códigos de simulación de la industria espacial, tanto para establecer una regla para juzgar el código futuro para los requisitos y estándares de la industria espacial, como para verificar la concordancia. La verificación probó tanto el vuelo atmosférico como el orbital en 6 grados de libertad para simulaciones como JSBSim [30] que admitían ambos. Los resultados de 6 participantes que consistían en NASA Ames Research Center (VMSRTE), Armstrong Flight Research Center (Core), Johnson Space Center (JEOD), Langley Research Center (LaSRS++, POST-II), Marshall Space Flight Center (MAVERIC) y JSBSim [31] [32] fueron anónimos [33] ya que la NASA quería alentar la participación. Sin embargo, la evaluación encontró concordancia para todos los casos de prueba entre la mayoría de los participantes, con diferencias explicables y reducibles para el resto, y con las pruebas orbitales concordando "bastante bien" para todos los participantes. [32] [20]
El enfoque de YASim para la dinámica de vuelo utiliza la geometría de la aeronave presente en el modelo 3D al inicio, conceptualmente similar a la teoría de elementos de pala utilizada por algún software, para calcular una aproximación aproximada de la dinámica de fluidos, con los problemas conceptuales de que cada "elemento" se considera de forma aislada, por lo que no afecta el flujo de fluidos a otros elementos, y la aproximación se rompe para las aeronaves en regímenes transónicos a hipersónicos . [34] Por el contrario, los enfoques fuera de línea como JSBSim pueden incorporar datos de túnel de viento . También pueden incorporar los resultados de la dinámica de fluidos computacional que puede alcanzar una precisión computable solo limitada por la naturaleza del problema y los recursos computacionales actuales .
FlightGear también es compatible con LaRCsim y UIUC. [35] [36]
FlightGear puede acelerar y desacelerar el tiempo, lo que acelera o ralentiza la simulación. La aceleración del tiempo es una característica fundamental para simular vuelos más largos y misiones espaciales. En todas las interacciones con el simulador, permite acelerar partes sin incidentes y adquirir más experiencia (decisiones y resolución de problemas). También significa que las simulaciones automatizadas que se utilizan para la investigación finalizan más rápido; a esto contribuye el modo sin cabeza de FlightGear .
FlightGear puede soportar aceleraciones de tiempo elevadas al permitir que partes de la simulación se ejecuten a diferentes velocidades. Esto permite ahorrar recursos de CPU y GPU al permitir que partes no importantes de la simulación, como elementos visuales o sistemas de aeronaves menos sensibles al tiempo, se ejecuten a velocidades más lentas. También mejora el rendimiento. Hay relojes separados disponibles para la física de JSBSim, diferentes partes de los sistemas de aeronaves, así como simulaciones ambientales a gran escala (simulación celestial) y a pequeña escala (física meteorológica).
La representación atmosférica de Flightgear puede proporcionar señales visuales en constante cambio de los procesos que afectan el flujo de fluidos atmosféricos y su probable evolución e historia, para hacer posible la predicción de las condiciones futuras o de cuándo volverán en un momento posterior. La simulación de la dispersión direccional de la luz mediante el marco de dispersión avanzada de la luz en la atmósfera muestra la distribución 3D, las capas, la geometría e incluso la orientación estadística de las partículas en diferentes regímenes de dispersión como Mie o Rayleigh. Esto abarca desde diferentes gotas de humedad hasta smog y cristales de hielo de diferente geometría en nubes o halos. [13] [12] [37] [38]
La distribución de densidad 3D de la humedad de las nubes (o rastros de condensación ) representada por FlightGear actúa como una señal para la estructura 3D correspondiente del flujo de fluido, como el bucle de corriente ascendente y descendente de la celda de tormenta, las ondas de gravedad internas que forman bandas de nubes onduladas que señalan un frente frío arrasador, o la cizalladura del viento que forma nubes cirros a mayor altitud. [12] [13] [15] [37] [38]
FlightGear es capaz de representar la lluvia que cae de nubes específicas en volúmenes de lluvia que contienen el tamaño de gota correcto para determinar propiedades como el grosor y la intensidad de los arcoíris. [12] [14] [38] Los fenómenos perceptivos como las rayas de lluvia se representan con una longitud de raya que se acorta a medida que el tiempo se ralentiza. Las rayas de lluvia y agua pulverizada sobre el vidrio de la cubierta proporcionan pistas sobre el flujo de aire relativo, mientras que la escarcha y la niebla con una dispersión de luz correcta proporcionan pistas sobre la temperatura. [39] [37] [38]
FlightGear puede representar niveles históricos específicos de acumulación de agua y nieve que tienen en cuenta la planitud de las superficies tanto del terreno como de los edificios. Esto proporciona pistas sobre la humedad o la fricción de la superficie y el clima impulsado por el calentamiento de la superficie que se reduce con el espesor de la nieve. FlightGear puede representar una capa gradual de nieve y hielo en aguas continentales y oceánicas. [12] [38]
FlightGear reproduce capas de neblina , como neblina de baja altitud con estructura 3D, smog relacionado con la actividad humana y polvo. FlightGear reproduce diversos halos debidos a cristales de hielo en la atmósfera o debido a la dispersión de Mie en la niebla por luces artificiales, como las luces de aterrizaje. [13] [37]
FlightGear puede reproducir imágenes diurnas y nocturnas de la Tierra desde la órbita con gran detalle y con dispersión debida a las nubes, el polvo y la humedad, así como efectos como los relámpagos que iluminan las celdas de tormenta. Las señales de orientación en la cabina se proporcionan cambiando el color de la luz del Sol, la Tierra y la Luna para naves como el transbordador espacial. La transición gradual en la iluminación de las naves espaciales, entre los regímenes de atmósfera superior e inferior, se maneja mediante un código de renderizado dedicado. Las auroras se simulan con intensidad variable y penetración variable de los tubos de flujo magnético en la atmósfera. Son visibles tanto desde el espacio como desde la tierra. [20] [40] [37]
La representación precisa de planetas, lunas y estrellas con fases y brillo correctos basada en la simulación celestial de FlightGear permite obtener pistas o datos para la navegación celestial , sin depender de ayudas terrestres vulnerables, incluidas las de la era anterior al GPS. La simulación celestial permite que naves como el transbordador espacial [20] [41] utilicen instrumentos de seguimiento de estrellas .
El marco de dispersión de luz avanzada de Flightgear simula ubicaciones en el tiempo y el espacio. La simulación del entorno reproduce el cambio estacional a medida que las hojas de diferentes especies de árboles, arbustos y césped cambian de color o caen. [42] El balanceo simulado de césped, árboles y mangas de viento proporciona pistas sobre los procesos que cambian el campo de viento cerca del suelo, mientras que la simulación de olas proporciona pistas cerca del agua. [13] [12] [38] Las sombras de las nubes y el estado general de la atmósfera afectan la luz que viaja a cada punto del entorno y luego viaja en la atmósfera para llegar al ojo: la configuración de las nubes y la dispersión de partículas en la atmósfera cambian el color de la luz proyectada sobre el entorno. [13] Por lo tanto, el color del agua cambia según la atmósfera que esté sobre usted y también depende de las impurezas del agua en una región. FlightGear es capaz de reproducir una variedad de actividad volcánica de diferente intensidad que, a partir de la v2019.2, responde al campo de viento, así como al humo.
La combinación de la representación del estado de los procesos atmosféricos, la aurora, la simulación de cuerpos celestes, la acumulación de lluvia o nieve o polvo en el suelo, la capa de hielo o agua y la simulación del entorno produce visualizaciones con un gran número de permutaciones. [13] [12] [40] [37]
Varias opciones de red permiten a FlightGear comunicarse con otras instancias de FlightGear . Hay disponible un protocolo multijugador para usar FlightGear en una red local en un entorno de múltiples aeronaves. Esto se puede usar para simulación de vuelo en formación o control de tráfico aéreo . Poco después de que el Protocolo Multijugador original estuviera disponible, se amplió para permitir jugar a través de Internet. Es posible ver a otros jugadores en el simulador si tienen los mismos modelos de aeronave y ver su ruta de vuelo es posible con el mapa multijugador en línea del simulador. [43]
Desde la versión 2020.1 de FlightGear es posible conectarse a VATSIM utilizando el cliente piloto Swift de código abierto. [44]
Se pueden sincronizar varias instancias de FlightGear para permitir un entorno de múltiples monitores .
FlightGear utiliza datos metadatos para producir patrones meteorológicos en vivo en tiempo real. [45] Los ajustes meteorológicos detallados permiten nubes en 3D, una variedad de tipos de nubes y precipitaciones. La precipitación y el terreno afectan la turbulencia y las formaciones de nubes. [46] Los ajustes de puntos de referencia en altura permiten modelar comportamientos del viento a gran altitud a partir de información meteorológica en vivo, y también se pueden modelar las corrientes térmicas. [47]
Aunque no se desarrolló ni se analizó únicamente como un juego en el sentido tradicional, FlightGear ha sido objeto de revisiones en varias publicaciones en línea y fuera de línea, y recibió críticas positivas como juego de simulador de vuelo. [48] FlightGear 1.0.0 se destacó por ser impresionante para un juego que llevó más de una década en desarrollo, con una amplia variedad de aviones y características.
PC Magazine destacó que está diseñado para que sea fácil agregar nuevos aviones y escenarios. [49] Linux Format revisó la versión 2.0 y la calificó con 8/10. [50]
En junio de 2014, los abogados de Honda emitieron una solicitud de eliminación en la que se afirmaba que el modelo HondaJet en el simulador infringe las marcas registradas de Honda . Posteriormente, HondaJet se convirtió en el primer modelo eliminado del simulador por razones legales. [51]
El periodista de juegos Tim Stone, en su columna de simulación The Flare Path, criticó la práctica de terceros de intentar sacar provecho del trabajo de los voluntarios de la comunidad en el proyecto, señalando prácticas engañosas de robo de medios disponibles en línea de otros simuladores para tergiversar VirtualPilot3d, además de destacar testimonios de clientes supuestamente falsos. [52] En 2018, Tim Stone escribió una segunda columna en la que nuevamente criticó los "estándares éticos" y la "extraordinaria voluntad de mentir en la búsqueda de ventas" que mostraban los anuncios de otro juego que usaba capturas de pantalla de FlightGear. [53]
FlightGear se ha utilizado en una variedad de proyectos en el ámbito académico y la industria (incluida la NASA ). [54] La aplicación también se ha utilizado para la capacitación de pilotos y como plataforma de investigación y desarrollo por varias agencias y universidades.
El simulador ha sido utilizado por numerosos institutos y empresas, como NASA/Ames Human Centered System Lab. [55] [56] Pragolet sro [57] y el Endless Runway Project; un consorcio de varios institutos aeroespaciales europeos. [58] [59]
Proyecto Endless Runway , consorcio de varios institutos aeroespaciales europeos. [67] [68]
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