Подходы и результаты

Игра строится на физике, а физику можно считать по-разному. Эта страница — карта того, что мы пробовали по ключевым темам, с числами результатов, выбором и причиной выбора. Первая и самая длинная тема — ветер над рельефом: за неделю он прошёл путь от формул через решатель на видеокарте к нейросети.

Как читать: у каждого подхода — что делали, что вышло, что решили и почему, ссылка на источник. Все числа взяты из документов репозитория — реестра выводов, планов в разделе «Планы», исследований, CHANGELOG и дневника; где число — оценка, а не замер, это сказано. Критерий выбора везде один (решение автора): сначала физика в пределах модели, потом точность, потом цена. «Нравится пилоту» — ориентир, а не требование: подгонять коэффициенты «чтобы понравилось» бесперспективно, поэтому подгонка идёт по схеме с измерениями и погрешностями.

Ветер над рельефом

Сводка подходов по порядку:

1. Формулы (версия 0.8.0)

Что это. Весь воздух пилот получает через одну функцию Atmosphere.air_velocity_at. Горизонтальный ветер растёт с высотой по степенному закону и с высотой над уровнем моря, направление одно на весь мир:

Склоновый подъём — $w_{ridge} = \mathrm{clamp}(0{,}85 \cdot u \cdot (\hat w \cdot \nabla h) \cdot e^{-agl_s / 250}, \pm 6\ \text{м/с})$ с точкой уклона, сдвинутой против ветра на $0{,}8,agl$ (не более 400 м). Подветренная зона — «линия тени»: ниже линии с наклоном 12° от гребня воздух в роторе (опускание $0{,}25\ldots0{,}7,u$, болтанка $0{,}5\ldots0{,}9,u$, рывки вниз, обратный поток). Подробно — «Ветер у склона».

Что вышло. Пилот-консультант сказал, что обтекание «не физическое». Разбор (исследование) нашёл три расхождения с жизнью: нет разгона ветра на бровке, полоса подъёма — фиксированные 250 м, «труба» в седловине работает наоборот. Ориентиры пилота: разгон до примерно двух высот горы от подножия, на 2,5 высоты — ламинарно, круче склон — сильнее, седловина ×1,5 вдоль оси даже при косом ветре 15° (дневник 29.09).

Когда рядом поставили решатель, нашлись и дефекты самих формул: при 9 м/с «рывки вниз» эвристики давали −13…−18 м/с (в формуле они пропорциональны наибольшему ветру выше гребня), а обратный поток эвристики дублировал поток решателя — минимальная продольная скорость у старта вместо −0,52 м/с была −4,66 м/с (двойной ротор). Литературная проверка: максимум обратного течения за гряды 0,22 ± 0,08 от ветра на уровне гребня (Menke и др. 2019), у поля ≈ 0,2, с эвристикой ≈ 0,4. Решение (AM-08в): вес эвристики 1 − smoothstep(2, 4, превышение/dx), то есть она гаснет там, где решатель сам разрешает отрыв; рывки — 0,42·ΔU (3σ_w). Источник — журнал модели воздуха, раздел «Разбор на шлюзе».

Что выбрали. Формулы заменены физическим полем, но остались запасным путём (если поле не посчиталось, вне области поля) и основой режима «Упрощённый» (см. п. 5).

2. Поле, согласованное по массе

Что пробовали (на бумаге). Ветер как решение уравнения Пуассона на GPU: рельеф отклоняет поток, масса сохраняется; линейность по ветру (два базовых поля на уровень устойчивости); вложенные сетки вокруг пилота («клипмапы») от 50 до 800 м. План — wind_field, оценка ≈ 31 день работы агентов.

Что вышло. В работу план не взят. Он решал только обтекание рельефа и не давал ни тепла, ни инерции воздуха: без нагрева земли нет притока к прогретому склону, столба над гребнем и потолка термиков на инверсии. Это же показала позже проверка на WindNinja (п. 7): массосогласованная диагностическая модель сохраняет массу, но не теряет скорость на обтекании.

Что выбрали. Заменили планом модели воздуха в трёх масштабах; разделы про сетку, клипмапы и GPU переиспользованы. Платформа счёта: CUDA отвергнута (у пилотов ожидаются карты AMD), Rust + rayon / GDExtension рассмотрены и отклонены (офлайн-счёт на CPU слишком медленный для пересчёта поля в игре), выбран переносимый Vulkan compute (RenderingDevice в Godot).

3. Связанная система и прототип 2D

Идея автора. Клеточный автомат: горячая клетка отдаёт тепло вбок и вверх, подсасывает массу у холодных; дальше — «переход слой→слой умножением на матрицу переноса», «ядро как в обработке изображений». Физический базис — приближение Буссинеска: масса, импульс с плавучестью и нелокальным давлением, энергия.

Прототип на 2D-разрезе хребта (500 м хребет, склоны до 33° и 16°, нагрев до 250 Вт/м², результаты). Над прогретым склоном — подъём 1,65 м/с (оба склона — 2,47 м/с над гребнем), приток к подножию ≈ 0,5 м/с, опускание над долиной −0,08…−0,2 м/с; инверсия 1500–1800 м останавливает столб на 1550 м (без неё 1800). Сохранение: невязка массы ~10⁻¹¹ от массы области. Сходимость по клетке: на 200 м склонового ветра нет, 100 м — самая грубая сетка с правильной картиной, на 50 м подъём с ошибкой около 15 %, мельче 25 м смысла нет.

Шесть опытов: как быстро получить установившееся поле без тысяч шагов по времени (итог, дневник 29.09):

Попутно нашлось, что эталоны базы недосчитаны (абсолютный критерий установления): на 3–8 % по ветру и 10–23 % по температуре от точной неподвижной точки — это независимо нашли все исполнители. Затем метод перенесли на реальный рельеф Онгудая (3D-эталон).

4. Решатель Пикара в игре (1.0.0)

Что сделано. Три масштаба: (1) среднее поле — Пикар на GPU: область 400 м на всё место (38,4 км), окна 100 и 50 м вокруг пилота, пересчёт каждые 15 игровых минут; (2) термики — пузыри, у которых место, сила, потолок и снос берутся из поля; (3) болтанка — спектр порывов, сила из поля. Подробности — «Модель воздуха».

Сверка с измерениями (подробно — на странице механики):

• Askervein (холм 116 м): на мелкой сетке 12,5 м разгон у вершины на 10 м — 0,59–0,61 против измеренных 0,82–0,88; сразу за вершиной модель уже тормозит поток, в измерениях там ещё разгон.
• Perdigão (две гряды): зона обратного течения слабее измеренной — длина 0,40 против 0,50 от расстояния между гребнями (северо-восточный случай), 0,20 против 0,50 (юго-западный); максимум обратной скорости 0,11 против 0,22 от ветра на 100 м.

Калибровка — по схеме Professor (сетка прогонов → полиномы → χ² с погрешностями). Совместная калибровка по двум наборам: общая длина перемешивания 27 м (+4 −3), χ²/ndf = 208/76 — данные модель в пределах погрешностей не описывает; случаи тянут параметр в разные стороны (Askervein хочет 145 м, Perdigão — 10 м). Это структурное расхождение, параметром не снимается.

Что нашёл отбор Морриса (16 факторов × 6 случаев, 1230 прогонов, 5,3 ч GPU): модель мягкая по переключателям и показателю профиля α, жёсткая от данных (94 % — одно направление SVD) и вырожденная (λ/h ≈ α ≈ порядок переноса ≈ local_k, косинусы 0,93–0,94). Найдены и исправлены три ошибки: число Прандтля, выхолаживание и высота слоя в замыкании. Число Прандтля принято 0,85 (решение автора): седловина ×2,05, подъём у старта в штиль −15 %. Вывод «данные тянут λ/h вверх» оказался артефактом ручного α = 0,17: профиль мачты даёт α ≈ 0,22, лучшие точки χ² ≈ 54 при α 0,20–0,24. Источник — реестр выводов, чувствительность, калибровка.

Что сломалось в полёте у пилота и как чинили:

• «Сдувает» на старте при 6 м/с. Проверка физики крыльев показала, что дело не в поляре (по характеристикам любое мягкое крыло идёт против 6 м/с). Причина — ветер меню задавал приток на краю области 38 км, а не U10 над стартом: поле давало 1,0–2,1 × меню (при 6 м/с — 6,2–12,6 м/с на 10 м). Решение — два прохода поля: на всех десяти стартах U10 над стартом к меню — 0,90–1,06 (30 из 30 в пределах ±10 %), загрузка 8,0–14,8 с (Алтай при 3 м/с — 26,7–38,5 с). Применено в 1.0.1 и 1.0.2. Источник — air-start, проверка физики.
• Болтанка у старта. Скачок найден бисектом по коммитам: при 6 м/с и 1,5 м над землёй σ_w 0,04 м/с (до окон 100/50 м), затем 0,73, в 1.0.0 — 1,05; разброс направления ±86°. Причина целиком в модели воздуха, не в управлении; после правки приземного слоя на Каянче ±21°.
• Загрузка. Этап «Рассчитываем ветер» — 7–8 с почти везде, но 25–60 с при ветре 1–2 м/с, при 3 м/с с юга или запада и в штиль в 9:00: решатель упирается в предел 3000 итераций, при 60 с — таймаут и игра остаётся без поля (исследование).

Известные расхождения (не исправлены, решение автора): слой сдвига над следом даёт болтанку в 3–4 раза сильнее литературной (0,4–0,6 против 0,13–0,15 от скачка скорости); пузырь отрыва за трёхмерными буграми завышен примерно в 1,8 раза. Закрытие модуля: GPU-тесты test_air_ 60/60, контрактные 28, атмосфера 128.

5. Упрощённый режим «как в 0.8.0»

Что произошло. Пилот сообщил, что игра иногда вылетает и спасает откат на 0.8.0: «на 0.8.0 физика не такая правдоподобная, но терпимо ради полёта»; затем — «Не мучай 1.0. Стало хуже. Сейчас 0.8 лучше всех, практически идеальная» (дневник 03.10).

Что сделали. В 1.0.3 — пункт настроек «Ветер над рельефом»: «Расчёт по рельефу» или «Упрощённый» (решатель на видеокарте не запускается, этап «Рассчитываем ветер» пропускается). Разбор различий с 0.8.0: склон, подветренные зоны, термики и болтанка в упрощённом режиме те же; изменился профиль ветра по высоте — в 1.x он зависел от часа и облачности. В 1.0.4 профиль в упрощённом режиме — как в 0.8.0: степенной, α = 0,14, не более ×1,8 от ветра на 10 м.

Почему так. Автоотключения после вылета не делали (решение автора): достаточно пункта в настройках. Откат версии не нужен — можно переключиться на «Упрощённый».

6. Нейросеть вместо решателя: пилоты P1, P2, P3

Зачем. Решатель — это 7–8 с на загрузке, а при слабом ветре и 25–60 с. Заранее посчитанный кеш не спасает: вариантов запуска в меню на один старт 57 564 (4 часа × 13 скоростей × 9 направлений × 41 температура × 3 неба), после огрубления около 2160, это 17–29 ГБ на десять встроенных стартов и 4,5–6,5 ч расчёта на старт, а любая правка модели обесценивает весь кеш (исследование). 02.10.2026 выбрано направление: в игре решателя нет, поле даёт сеть (ONNX, процессор), решатель остаётся офлайн как источник данных — «физика» поля, а сеть — его сжатие. Скорость и стабильность важнее точности: ошибка 10–15 % ветра на месте допустима — пилот примет её за порыв. Главный вопрос — заменимость: воспроизводит ли сеть решатель в пределах погрешности самого решателя (по Askervein решатель сам ошибается на ±10–20 %). План — air_nn.

Пилот P1 (02.10). Набор: 1890 случаев решателя «как в игре» — 4 встроенных места, 5 синтетических форм, 40 процедурных рельефов (≈ 7,5 ч видеокарты; 238 случаев упёрлись в предел итераций). Сеть: U-Net с условием по числам погоды (FiLM), 3,2 млн параметров, проход на процессоре 19 мс (4 потока). Результат на 60 м над рельефом:

Ориентир (90 % точек) не выполнен — «правим подход и повторяем». Причины: на проверке ошибка выходит на полку к ~30-й эпохе, на обучении продолжает падать (1188 случаев на 44 рельефах); у Онгудая при сильном ветре сеть завышает скорость почти по всей области (в одном случае +1,7 м/с, +14 %), потому что типичный уклон 400 м у Онгудая 0,22, у Алтая 0,12, у процедурных 0,016 — сеть экстраполировала. Ошибка по ветру падает с числом рельефов (Онгудай 1,16 → 0,82 м/с при 5 → 40 рельефах). Отвергнуто по ходу: приводить все входы к [0, 1] (нормировка на случай стирает масштаб); проверять на гладких процедурных рельефах (в игре вход всегда реальный рельеф) — выбрано 300 реальных рельефов.

Пилот P2 (03.10). 360 мест (пул 300 и четыре отложенные горные системы — Аппалачи, Кавказ, Пиренеи, Южные Альпы Новой Зеландии — по 15), 4320 случаев за ≈ 8 ч на одной видеокарте; около 20 % решений не сошлись, почти все на слабом ветре (цель для них — среднее поздних состояний). Критерий ветра сделан относительным: ошибка в пределах max(0,3 м/с; 10 % скорости решателя). Результат на отложенных системах (60 м, сошедшиеся):

Смещения нет (завышение на Онгудае ушло); на несошедшихся сеть ошибается на уровне собственного разброса решателя (медиана отношения 0,91). Кривая по числу мест: 25 → 300 — 0,83 → 0,62 м/с, около −7 % на удвоение, полки нет. Но даже на обучающих местах «ок» только 49 %. Сеть — 13 МБ, 21 мс. Вердикт правилом из чисел — «правим подход».

Пилот P3 (03–04.10): физическая кодировка. Гипотеза: сеть учит слишком много с нуля; дать ей физическую базу (линейная теория обтекания, разгон и поворот вместо u и v, уклоны по масштабам, подсеточный рельеф, маска отрыва) или ёмкость. Опыты на 100 местах, отложенные горные системы, 60 м, сошедшиеся (584 случая); ветер — медиана / p90, м/с:

Итог P3: ни кодировка, ни архитектура, ни стратификация, ни чистка целей не дали больше нескольких процентов (ширина ×2 — −2,6 %; U-FNO хуже на 7 %); медиана отношения ошибки сети к погрешности решателя ≈ 1,2 при пороге 0,5; на обучающих местах ошибка у всех вариантов ≈ 0,36 м/с (ρ ≈ 0,5) — сеть не подгоняет даже чистые обучающие случаи. Фон стратификации в наборе почти один (один месяц), вариативность масс — только утром. Лучшая — сеть P2 на 300 местах (0,62 / 1,84 м/с): данные важнее правок. Заменимость не достигнута ни одним вариантом. Источник — план P3, раздел «0. Итог P3».

Что выбрали. В игре — сеть P2, пункт «Нейросеть (экспериментально)»: считает на процессоре, видеокарта не нужна; нет сети или расширения — упрощённая модель и строка в журнале. Этап «Рассчитываем ветер» на сети — около 4 с, из них сама сеть 56 мс, остальное — сборка поля в GDScript. Первый полёт на сети в Аскарово: «в целом даже „летабельно“, совсем чего-то необычного нет» (дневник 03.10, план air-onnx). Решатель остаётся режимом по умолчанию; глубокий вопрос «почему сеть не подгоняет даже обучающие случаи» — фоновое исследование автора.

Идеи «в уме» (не проверялись, кроме отмеченного): тройная плоскость признаков с вертикальным разрезом вдоль ветра; функция тока или потенциал (сохранение массы по построению); безразмерные числа (Фруд, Ричардсон) во FiLM; вторая база — гидравлика мелкой воды для седловин и слабого ветра; каскад окон 50 и 25 м вокруг пилота; батч случаев в решателе; признак седловины (кривизна разного знака); итеративное «вымораживание» поля сетью за 2–4 шага; диффузионная модель живой изменчивости слабого ветра; FNO вместо U-Net — проверено как P3E7, хуже.

7. WindNinja

Что сделали. Сравнили наш решатель без нагрева с WindNinja (3.13 и 4.0.0, лицензия — общественное достояние / BSD-2) на 21 случае в 6 местах (Аскарово, Онгудай и четыре горные системы), 60 м, U10 4–8 м/с (отчёт).

Вывод. Разгон на гребнях и поворот потока совпадают. Торможения горным массивом WindNinja не даёт вообще — у него нет импульса и давления; значит, решатель он не подтверждает и не опровергает. Как замена решателя в игре не годится: в долинах скорость выше на 3–5 м/с и ветер «слишком ровный»; лес вместо травы сдвигает его поле на 2 м/с. Годится как независимая проверка разгона и поворота и дешёвая подложка там, где решатель не сошёлся.

Термики и погода

Что модель не воспроизводит: «сильные термики через 1–1,5 толщины слоя» (густота всех ядер N·z_i/L = 1,4–1,5 против 1,2 ± 0,4 по литературе совпадает, шаг сильных — нет); «улиц» вдоль ветра; разброс силы между соседними термиками шире, чем в модели. Источники — «Термики», исследование, CHANGELOG.

Крылья: паспорта и модели

Источники — паспорта → конфиги, проверка физики крыльев, 3D-модели, раздел «Модели аппаратов».

Взлёт и управление на земле

Источники — control-fix, start-fixes, ui-controls.

Сетевая игра

Источники — план сетевой игры, исследование про itch, «Сетевая игра».

Офлайн-данные мира

Идея — пакет региона в своём формате вместо загрузки по сети. Решение автора 30.09: план сохранить, реализацию отложить. Замер на Словении: пакет ≈ 80 МБ (вектор OSM 63 МБ, рельеф 30 м — 14 МБ, покров 25 м — 2,4 МБ; 81 % вектора — землепользование); для Альп порядка 150–300 МБ на страну; Россия одним пакетом — около 14 ГБ (оценка), почти всё рельеф и покров, раздавать по субъектам. OsmAnd OBF отвергнут: условия использования запрещают автоматическое скачивание, кеширование и раздачу их файлов; формат нестандартный без живых библиотек; рельефа нужного качества нет; всё полезное — данные OSM, которые проще и законно взять из .osm.pbf. Идея-альтернатива — список мест полётов из OSM и закачка полных данных по выбранному месту. Источники — план, замер, опыт с OBF.

Где искать подробнее

• Числа и источники по закрытым работам — реестр выводов.
• Планы и их статусы — «Планы»; закрытое — архив.
• Исследования и прототипы по темам — «Исследования».
• Как всё это устроено в игре — «Механики»: модель воздуха, ветер у склона, термики, полёт и крыло.
• Хронология решений и отзывов пилотов — дневник.