Дневник разработчика №263
16.10.2020
Дневник разработчика №263

Здравия желаю, товарищи лётчики! :salute:

Прошёл год с тех пор, как в нашем симуляторе появилась детальная модель физиологии, учитывающая пределы переносимых человеком перегрузок, а также ряд других факторов, действующих на лётчика в полёте. Это, конечно, сразу и сильно изменило картину воздушных боёв. Они стали гораздо больше похожи на реальные. Ведь теперь при построении атаки или оборонительного манёвра вам приходится учитывать то, что в кабине сидит живой человек с его естественными физиологическими возможностями и ограничениями. И что любой лётчик, конечно же, устаёт от постоянного маневрирования на большой перегрузке. И в конце-концов наступает момент, когда ему просто нужно время, чтобы отдышаться и прийти в себя.

Нам интересно ваше мнение

За прошедший год мы прочитали много ваших комментариев на форумах и собрали много отзывов об этой модели. Мы видели, что основная часть нашего комьюнити очень тепло приняла этот новый и интересный аспект симуляции воздушного боя, и это воодушевляет. В то время как другая часть игроков просила нас внести в эту модель те или иные изменения.

Для того, чтобы разобраться в ситуации, полтора месяца назад мы провели опрос игроков на форумах .ru и .com.

Что показал опрос?

Результаты опроса показали, что 60% игроков вполне довольны текущей моделью (494 из 821 уникальных пользователей на обоих форумах, исключая 31 лишний голос тех, кто проголосовал дважды, сразу на двух форумах). А 40% игроков хотели бы чтобы мы внесли в эту модель коррективы.

Я внимательно прочитал все ваши комментарии к опросам. В целом, игроков, довольных моделью, оказалось больше на западном форуме, поэтому я провёл более детальный анализ той ветки и обнаружил, что 63 из 381 зарубежных пользователя, кто выбрал вариант 1 («оставить всё как есть»), тем не менее, в комментариях написали целый ряд пожеланий к изменению в модели.

Таким образом нам стало понятно, что комьюнити разделилось во мнениях примерно 52/48. А значит мы не можем оставить эту ситуацию без внимания и нам нужно хорошенько подумать, что можно улучшить в модели.

Сбор новых научных данных

В течение этого года во многом благодаря вам, нашему комьюнити, мы собрали большое количество новых данных из области авиационной медицины и человеческой физиологии в условиях экстремальных нагрузок (особую благодарность хочу выразить комраду @Floppy_Sock за найденные им материалы). Это позволило по-новому взглянуть на модель, и обнаружить пути для её улучшения.

Например, год назад в своей работе над моделью физиологии я опирался, в основном, на известную монографию российского учёного, профессора, доктора технических наук Бориса Абрамовича Рабиновича: «Безопасность человека при ускорениях (биомеханический анализ)», 2007 года. В которой он, в свою очередь, по вопросу продолжительности переносимых человеком перегрузок ссылается на известную статью Анны М. Столл (Anne M. Stoll) «Предельно переносимые человеком положительные перегрузки» («Human tolerance to positive G as determined by the physiological end points»), опубликованную в Журнале Авиационной Медицины (The Journal of aviation medicine) в 1956 году. В этой статье приводится график зависимости времени до потери сознания от величины перегрузки. Он составлен на основе результатов 40 экспериментов, из которых 13 закончились потерей сознания испытуемыми.

Однако, недавно нам стало известно, что в 2013 году на портале BioMed Central в разделе Экстремальной Физиологии и Медицины (Extreme physiology & Medicine) была опубликована другая статья: «Функция потери сознания вызванной действием положительной нормальной перегрузки» («The +Gz-induced loss of consciousness curve»). В ней авторы Тип Уиннери и Истрелла М. Фостер (Typ Whinnery & Estrella M Forster) доказывают ошибочность выводов из статьи 1956 года, опираясь на гораздо более широкую статистику: уже 888 случаев потери сознания испытуемыми. Эта статистика была собрана с 1978 по 1992 годы в ряде исследовательских центров США (USAF School of Aerospace Medicine, Brooks AFB, Texas and the Naval Air Warfare Center, Warminster, Pennsylvania).

В частности, в своей статье Тип Уиннери и Истрелла М. Фостер утверждают, что при высоких значениях нормальной положительной перегрузки (то есть, действующей на пилота в направлении «голова-таз»), вплоть до величины +11.7G, потеря сознания у испытуемых никогда не наступала ранее чем через 5 секунд от начала действия перегрузки, а в среднем статистически - только через 9 секунд.

В то время как в нашей текущей модели, построенной на основе данных из опубликованных выше источников, потеря сознания наступает уже через 3-5 секунд при перегрузках более 6-7G.

Данное различие объясняется авторами новейших исследований наличием некоего «функционального буфера» головного мозга, продлевающего активность мозга ещё на несколько секунд после того, как артериальное систолическое давление на уровне глаз (мозга) упадёт до нуля под действием экстремально высокой перегрузки.

Кроме того, многие игроки просили нас пересмотреть толерантность лётчика к большим отрицательным перегрузкам (полагая, что негативное влияние отрицательных перегрузок должно быть выражено сильнее). А также просили нас реализовать так называемый эффект «толкай-тяни», который проявляется в заметном и очень опасном кратковременном снижении порога переносимости положительной перегрузки сразу после действия отрицательной. Немало авиационных катастроф на маневренных самолётах связывают с этим печально известным эффектом. За прошедший год нам удалось найти научные материалы и о нем. Например, опубликованную в 2011 году на научно-техническом и медицинском портале Springer статью в соавторстве целого ряда китайских учёных «Имитация на центрифуге манёвра «от себя - на себя» с последующим снижением толерантности к положительным нормальным перегрузкам» («A centrifuge simulated push–pull manoeuvre with subsequent reduced +Gz tolerance»).

Эта и ещё более трёх десятков других собранных нами публикаций, отчётов NASA, научных диссертаций, и уникальных материалов испытаний дали нам большой объём цифр, на которые можно опираться с большей уверенностью. А необходимость смоделировать упомянутые выше явления поставила меня перед фактом, что речь идёт не просто о перенастройке коэффициентов текущей модели. Стало понятно, что модель придётся построить заново, с более подробным учётом всех действующих на человека факторов и ещё более детальной имитацией физиологических процессов в его организме.

И сегодня я рад рассказать вам о результатах этой работы.

Первые впечатления

На данный момент новая модель физиологии пилота проходит подробный и скрупулёзный бета-тест.

Первое впечатление, которое она вызвала у наших тестеров, и которое, по всей видимости, она вызовет у вас, это «стало легче дышать». Ведь за счёт появления «функционального буфера» головного мозга теперь стали возможны быстрые, кратковременные маневры на очень высоких перегрузках, без немедленной потери сознания.

Больше деталей...

Если рывком, например за 1 секунду, создать перегрузку 7-8G, то расстройства зрения в виде «серой пелены» (потери цветоощущения) теперь наступят только через 3.5 секунды после начала увеличения перегрузки. Ещё через 1.8 секунды начнёт сужаться периферийное поле зрения (так называемый «туннельный эффект»). И полностью зрение будет потеряно («чёрная пелена») ещё через 2 секунды, то есть только через 7.3 секунды после начала манёвра. А ещё через 1.6 секунды наступит потеря сознания.

Так же теперь стало возможным выполнить, например, петлю или переворот при перегрузке ввода и вывода +5...+5.5G без потери периферийного зрения. Но если сохранять эту перегрузку на манёвре более 25 секунд, то «шторки» всё же начнут закрываться, и сознание будет потеряно в итоге через 32 секунды после начала маневра.

В целом, по началу вам действительно может показаться, что пилот стал выносливее, и вести бой стало проще.

А стало ли проще?

Но уже по итогам 2-3 дней «испытательных полётов» наши тестеры обнаружили, что первые впечатления оказались несколько оптимистичны. Да, вы теперь действительно можете «сломать» траекторию более энергично. Раз, два… но маневрировать долго, постоянно удерживая высокую перегрузку, у вас не получится. Придётся считаться с утомляемостью и снижением толерантности пилота к перегрузкам в течение боя, так же, как и прежде. И так же, как и прежде вам придётся хорошо планировать рисунок боя, выбирая моменты когда «поднажать», а когда дать себе отдышаться.

Про выносливость и усталость

Как я уже написал выше, мы собрали большой объём научных данных о толерантности человека к разным по величине положительным и отрицательным перегрузкам. Некоторые из них довольно противоречивы, и нет какой-то одной, единой модели «среднестатистического человека», которая бы однозначно описывала нашу с вами «среднюю» выносливость. В одном источнике можно встретить информацию о том, что опытный пилот-пилотажник может выдержать положительную перегрузку +2G только в течение 13 минут. А в другом источнике можно найти цифру, что перегрузка +3G вполне нормально переносится в течение часа. При этом чем о больших значениях перегрузки мы говорим, тем ближе друг к другу становятся цифры из различных источников. Но всё равно в этой сфере остаётся поле для дискуссий.

Поэтому выносливость нашего пилота к длительно действующим перегрузкам, а также к чередующимся нагрузкам в новой модели настроена как с учётом достоверно известных цифр из различных публикаций, так и на основе впечатлений реальных лётчиков, имеющих пилотажный опыт. Мы привлекли к тестированию военных пилотов и пилотов спортивных самолётов. Все они дали высокую оценку достигнутому результату, и признают, что модель воспроизводит их собственные ощущения довольно близко.

Что ещё нового

Я думаю что многих игроков особенно порадует тот факт, что в новой модели теперь присутствуют несколько интересных явлений, которые удалось сымитировать благодаря более детальному расчёту физиологических параметров человека.

Эффект «от себя - на себя»

Например тот самый эффект «от себя - на себя» (push-pull effect). Если создать большую положительную перегрузку сразу после действия сколь-нибудь продолжительной отрицательной (достаточно всего трёх-пяти секунд), то расстройства зрения наступят быстрее, чем обычно, и при ощутимо меньшей положительной перегрузке. Вплоть до того, что такой манёвр может привести к неожиданной потере сознания. Чем большей величины была отрицательная перегрузка и чем дольше она длилась - тем ярче будет проявлен этот эффект. Но достаточно всего нескольких секунд паузы после отрицательной перегрузки - и сердечно сосудистая система уже успевает перестроиться, чтобы снова быть готовой нормально воспринимать положительные перегрузки. Данный эффект связан с тем, что при отрицательной перегрузке кровь интенсивно приливает к голове, и организм реагирует на это быстрым расширением сосудов, стремясь уменьшить церебральное давление. И если в таком состоянии сразу дать большую положительную перегрузку - то сосудам потребуется время, чтобы успеть снова сузиться и поддержать теперь уже падающее кровяное давление на уровне головного мозга. В этот момент и наступает быстрый кризис.

Эффект «разогрева»

Также, благодаря улучшению расчёта реакции сосудов, в новой модели появился эффект «разогрева». Когда первый короткий манёвр на высокой положительной перегрузке переносится хуже, чем последующие. Это также связано с компенсаторной реакцией сердечно-сосудистой системы, которой нужно успеть «разогнаться» чтобы поддержать достаточное давление крови в голове. Если создать, например, перегрузку +6G за 1-2 секунды, выдержать её в течение 5 секунд (здесь вы получите «туннельный эффект»), потом уменьшить до 1G, сделать паузу 5 секунд, а потом снова с тем же темпом создать ту же перегрузку +6G на те же 5 секунд, то во втором случае эффекта «туннельного зрения» уже не будет. А вот третий подряд такой манёвр снова приведёт к частичному «прикрытию шторок». Но это уже произойдёт по причине снижения предела переносимости из-за чрезмерно интенсивной нагрузки без достаточного времени на восстановление.

Угол наклона спинки сиденья

За прошедший год нас много раз пытались «поймать за руку», обвиняя в различиях выносливости пилотов той или иной воюющей стороны. Хотя физиологическая модель пилота была едина и никак не зависела от самолёта, в котором он сидит. Однако теперь время пришло, и новая модель физиологии, оставаясь всё так же единой, тем не менее будет учитывать особенности кабины самолёта, в которой сидит пилот. А именно, речь идёт об угле наклона спинки сиденья. Как вы знаете, наклон спинки сиденья существенно повышает переносимость лётчиком перегрузок. Это связано с уменьшением разницы гидростатического давления крови между уровнем сердца и уровнем головы. Например, наклон спинки сиденья на 30° увеличивает предельно переносимую перегрузку примерно на 15%.

Многие исследователи также придают значение позе ног. Например,самолёт Спитфайер даже имел два положения педалей: нижнее для обычного полёта и более высокое для пилотажа. Предполагалось, что в приподнятом положении ног уменьшается отток крови от головы к ногам под действием перегрузки. Однако рядом экспериментов показано, что этот эффект выражен ничтожно, и гораздо большую роль играет, всё же, угол наклона верхней части тела пилота. Новая модель учитывает этот угол, который на всех высокоманевренных самолётах в нашем симуляторе находится в диапазоне от 0° (MC.202 серия VIII) до 22.5° (МиГ-3), а в среднем составляет около 10-15° для различных типов истребителей и штурмовиков.

Противоперегрузочный костюм

Если в текущей модели физиологии влияние противоперегрузочного костюма (ППК) было сымитировано эмпирически, на основе статистических данных, то в новой модели выполняется подробный расчёт динамики наддува костюма воздухом и влияние этого наддува на на гемодинамику артериального давления лётчика. В научных исследованиях можно встретить несколько математических моделей данного явления, и все они дают в среднем хорошо согласующиеся с испытаниями результаты для современных ППК. В нашей новой модели мы использовали характеристики костюмов 40-х годов, что вселяет в нас уверенность, что теперь этот аспект смоделирован ещё более достоверно.

Противоперегрузочный манёвр

В научной литературе термином «противоперегрузочный манёвр» (ППМ) называют комплекс специальных мер, которые предпринимает лётчик для временного улучшения переносимости перегрузок. Это особый тип дыхания (вам оно, конечно, хорошо знакомо из текущей версии симулятора), а также напряжение мышц ног, таза и брюшного пресса. Хорошо натренированный лётчик, прошедший специальную подготовку на центрифуге, применяя ППМ способен увеличить свой предел переносимости перегрузок на 2-4G! Это не просто, и требует больших физических усилий. Если же ППМ выполняется лётчиком неправильно, то эффективность такого приёма резко снижается.

Как вы знаете, в годы Второй Мировой Войны лётчики не проходили специальную подготовку на центрифугах, и не были натренированы отлично выполнять ППМ как современные лётчики-истребители. Но уже тогда было известно, что напряжение мышц пресса и ног вместе с натуженным дыханием позволяет переносить более высокие перегрузки.

Принимая во внимание эти факты, лётчик в нашей игре (так же, как и прежде) выполняет ППМ не на «отлично», а «как-то». Это увеличивает его предел переносимости длительных перегрузок с 5.5G в расслабленной позе (статистика на графике ниже) до 6.7G. Это примерно на на 0.4-0.7G больше, чем в текущей модели (при темпе создания перегрузки 1G/сек). Столь незначительное увеличение предела максимально переносимой длительной положительной перегрузки, тем не менее, теперь даст вам возможность удерживать перегрузку +6G при частично суженном периферийном поле зрения, вплоть до полной потери зрения в течение 18 секунд. Потеря сознания на этой перегрузке произойдет ещё через 2 секунды.

(все картинки кликабельны)

298802342_Statistics(ru).thumb.jpg.fec23cccd9dd2454a9fc5cd007af570d.jpg

Одновременно с этим спешу сообщить, что досадная ошибка «двойного дыхания» (дублирующий звук «в накладку»), которая иногда появлялась в нашей игре, теперь будет исправлена.

Визуальные эффекты

Особо хочу упомянуть, что визуальные эффекты расстройства зрения также были перенастроены.

Я сам уже много лет летаю на пилотаж на сверхлёгких ВС, а за минувший год я получил новый для себя пилотажный опыт теперь уже с большими перегрузками на спортивном самолёте Як-52. Поэтому то, как выглядят все фазы расстройства зрения от начала появления «серой пелены», затем «туннельного зрения» и в итоге практически до «чёрной пелены» я теперь знаю не понаслышке. Как говориться, лучше один раз увидеть, чем 100 раз услышать. Так что сейчас проявление эффекта потери цветности, «размытия картинки», сужения периферийного поля зрения в новой модели - очень точно соответствует тому, что я вижу собственными глазами в реальных полётах, если выполняю манёвр с длительно действующей перегрузкой 5.5 - 6G. Другие лётчики, которые тестировали новую модель, тоже согласны с такой визуализацией.

Pos.G.thumb.jpg.323c09377d898a50c2fe1def539b280f.jpg

Визуальный эффект прилива крови к голове и «красных глаз» под действием отрицательных перегрузок тоже был несколько усилен:

Neg.G.thumb.jpg.47d3f8ce75aaec3ce5018f5fcb89d399.jpg

Динамика визуальных расстройств

Кроме того, в новой модели задержка между моментом уменьшения перегрузки и восстановлением зрения после зрительных расстройств станет короче. По своему личному опыту могу сказать, что теперь это запаздывание в зрительных реакциях будет лучше соответствовать действительности.

А время, через которое теперь будет наступать потеря сознания после полной потери функции зрения (наступления «чёрной пелены»), приведено в лучшее соответствие с результатами исследований, и теперь составляет около 2 секунд, в редких случаях доходя до 8-9 секунд. К слову, в текущей модели это время колеблется от 0.2-0.8 сек при перегрузке более 6G до нескольких десятков секунд при меньших перегрузках. Как вы понимаете, данное изменение позволит лучше предвидеть момент наступления потери сознания и пилотировать вблизи этой границы более уверенно.

Также скорректирован эффект временного и более сильного расстройства зрения, которое случается, если резко создать большую положительную перегрузку на первом манёвре (когда лётчик ещё не «разогрет»). Этот эффект связан с уже упоминавшейся выше особенностью гемодинамики сердечно-сосудистой системы. Сосудам необходимо некоторое время чтобы «мобилизоваться» и ответить на резкое повышение перегрузки ростом артериального давления. Через 5-7 секунд после начала такого резкого манёвра, пока артериальное давление ещё «отстаёт» от перегрузки, у лётчика наступает более выраженное временное расстройство зрения. Но ещё через 3-5 секунд артериальное давление поднимается достаточно и функция зрения улучшается.

Если же перегрузку создать не рывком, а наращивать плавно за 5-7 секунд, то такого временного «кризиса» зрения можно избежать. Именно это отсутствие кризиса при постепенном создании перегрузки и реализовано в новой модели более отчётливо, чем в текущей.

Эффект дезориентации

У нас уже был реализован эффект «укачивания» или дезориентации в случае частой смены направления действия перегрузки или знакопеременных угловых скоростей. Теперь этот эффект будет наступать ещё быстрее, чтобы сильнее сымитировать дискомфорт, с которым лётчик переносит знакопеременные перегрузки. Я не скажу, что знаменитый «дельфинчик» физически непереносим, я сам пробовал делать его в реальном полёте. Но это действительно чертовски неприятно, и делать так совсем не хочется.

Также этот эффект дезориентации теперь будет сопутствовать периоду восстановления после потери сознания (так называемый период частичной неработоспособности), и проявляться при приближении к границе потери сознания, предвещая её. С учётом того, что в новой модели потеря сознания при длительно действующих перегрузках менее 4-4.5G будет теперь происходить без явного туннельного эффекта, это «головокружение» вместе с «расфокусировкой» зрения станет для вас хорошим индикатором того, что вы уже на грани.

Индикатор усталости

Кстати об индикаторе. Всё же мы решили прислушаться к вашим многочисленным просьбам и добавить индикатор «усталости» от перегрузок на простую панель приборов в GUI. При настройках сложности «Обычные» вы увидите маленький белый треугольник в нижнем левом углу указателя перегрузки в GUI. Чем больше ваш пилот будет измучен перегрузками - тем меньше будет становиться этот маленький треугольник. Таким образом он даст вам примерное представление о вашем текущем состоянии.

Как я уже не раз писал на форуме, реальный лётчик не может заранее спрогнозировать, какую перегрузку он выдержит на следующем маневре и как долго. Но он, конечно, примерно понимает, насколько он устал. Поэтому этот индикатор даст вам лишь условное и примерное представление о текущем физическом состоянии пилота. При настройках сложности «Эксперт» этого индикатора у вас не будет.

Что в итоге

В конечном итоге новая улучшенная версия модели физиологии пилота получилась более интересной, детальной, учитывающей новые важные факторы и как следствие более «жизненной» и соответствующей действительности. Все тесты, в том числе с участием реальных пилотов, указывают на то, что эта модель станет очередным важным шагом в развитии нашего симулятора, и вместе с ней реалистичность воздушных боёв будет снова поднята на очередную ступеньку.

На ваши компьютеры эта модель попадёт уже совсем скоро, вместе со следующим обновление игры.

Искренне ваш,
ведущий инженер-программист
Андрей (An.Petrovich) Соломыкин