Приборы и звук вариометра

Требования: FR-21…FR-25 (приборы, никакого HUD), FR-23/FR-28 (звук вариометра), NFR-7 (числа в конфигах). Конфиги: configs/instruments.json (фильтр, экран, карта, корпус, оверлей), configs/audio.json → vario_audio (звук).

Состав

API

# Vario
vario.setup(cfg := {})                  # пусто — Config.get_config("instruments")
vario.update(t: Telemetry, dt)          # каждый шаг физики
vario.update_raw(vario_ms, dt)          # только вертикальная скорость (тесты)
vario.vario_ms, average_ms, glide_ratio (INF = «--»), altitude_msl_m, altitude_agl_m,
airspeed_ms, groundspeed_ms, heading_deg, track_deg, flight_time_s, in_flight,
distance_from_takeoff_m, takeoff_position, track: PackedVector2Array (x, z)

# FlightInstrument
instrument.update(t: Telemetry, dt := -1)   # dt по умолчанию — шаг физики
instrument.get_texture() -> ViewportTexture
instrument.set_page(i) / next_page() / get_page() / page_count()   # 5 страниц, сигнал page_changed
instrument.set_task([{name, position: Vector3, radius_m}], active := 0)   # set_turnpoints — синоним
instrument.set_task_state(tracker.get_state())   # соревнование: стр. 3–4 по гоулу, {} — выкл
instrument.set_sound_settings(vario_audio.get_settings()); request_setting(k, v) → settings_requested
instrument.get_wind() -> WindEstimator, get_task() -> InstrumentTask
instrument.get_vario() -> Vario
instrument.reset()                          # новый полёт

# Instrument3D / InstrumentOverlay
x.update(t), x.set_page(i), x.use_instrument(fi: FlightInstrument)  # общий прибор, свой отключается
x.instrument                                                         # встроенный FlightInstrument

# VarioAudio
audio.set_vario(ms), audio.set_volume_db(db), audio.set_enabled(on), audio.get_skips()

Подключение в главной сцене (для интегратора)

glider.telemetry_updated.connect(func(t):
    instrument3d.update(t)
    vario_audio.set_vario(instrument3d.instrument.get_vario().vario_ms))
overlay.use_instrument(instrument3d.instrument)  # один SubViewport на оба вида
overlay.visible = camera_mode != "cockpit"       # в кабине прибор видно на трапеции

Instrument3D: экран смотрит в локальную +Z, верх — +Y, начало — центр корпуса, хомут сзади снизу. Повесить на базовую штангу трапеции чуть наклонив к пилоту.

Звук берёт отфильтрованное значение (Vario.vario_ms) — как у реального прибора, писк и цифры совпадают.

Вариометр

• Инерция датчика — фильтр 1-го порядка с точной дискретизацией (1 − exp(−dt/τ)), не зависит от шага. τ = 0,7 с (vario.filter_time_constant_s), реальные приборы 0,5–1 с.
• Среднее — как у настоящих приборов: изменение высоты за окно / окно (интегратор), окно 25 с (average_window_s), до заполнения окна — по тому, что есть.
• Качество — пройденное по земле / потерянная высота за glide_window_s; в наборе «–».
• Полёт начинается при отрыве (on_ground = false) и воздушной скорости > track.takeoff_min_airspeed_kmh. Время полёта, точка взлёта, расстояние и след считаются от этого момента.

Экран — планшет (FR-25)

Один полётный компьютер-планшет на центре базовой штанги, как Kobo с XCSoar: e-ink 6", портрет 3:4 (screen.width_px × height_px, по умолчанию 720×960), монохром высокой контрастности, перерисовка 10 Гц (SubViewport в режиме UPDATE_ONCE — рендер только при новых данных). Поля как InfoBox у XCSoar: подпись слева сверху, единицы справа, значение крупно. Стиль сегментного LCD включается в конфиге (digits_font = DSEG7, ghost_digits = true).

Страницы (клавиши 1–5 привязывает главная сцена → set_page(0..4), сигнал page_changed):

1. ПОЛЁТ — сегментная шкала вариометра ±5 м/с (среднее — треугольник), ВАРИО, СРЕДНЕЕ, КАЧ, ВЫСОТА, НАД ЗЕМЛ, ВРЕМЯ, ВОЗД, ПУТЕВ, КУРС, ПУТЬ (стрелка + румб).

2. КАРТА — след, взлёт, цилиндры задания (активный жирно), дельтаплан, север, масштаб, автомасштаб (след + цель); термики не показываются (FR-22).

3. ВЕТЕР — роза (север вверху) со стрелкой ветра и курсом; откуда/скорость, встречная составляющая, метод оценки; текущее и требуемое качество, расстояние до цели и высота прибытия (без цели — «–»).

4. ЗАДАНИЕ — список пунктов (активный ▶, радиус, расстояние) или «нет задания»; звук вариометра: вкл/выкл, громкость, пороги, звучание (пресет). Изменение — request_setting(key, value) → сигнал settings_requested наверх; применяет главная сцена.

5. ЦЕНТРОВКА — помощник центровки (как у XCSoar): крыло в центре носом вверх, вокруг — диаграмма подъёма по сторонам круга относительно курса, стрелка «сдвинь круг сюда», среднее за круг, направление виража, сторона сильного подъёма. На прямой — «нет кружения».

Соревнование (set_task_state)

instrument.set_task_state(tracker.get_state()) — состояние TaskTracker (scripts/tasks/). С ним:

• стр. 3: «ДО ГОУЛА» — оставшаяся оптимизированная дистанция, «КАЧ ТРЕБ» — требуемое качество до гоула от трекера, прибытие — на высоту гоула; «ЦЕЛЬ: <следующий пункт> → гоул»;
• стр. 4: строка статуса (старт через мм:сс / старт открыт / ранний старт / гонка ч:мм:сс / ESS / ГОУЛ), пройденные пункты отмечены «√», активный — «▶»;
• стр. 2: активный пункт выделен (активный индекс — instrument_active). set_task_state({}) — гонки нет, прибор считает по геометрии до активного пункта.

Помощник центровки (ThermalAssistant)

Только данные прибора: отфильтрованный вариометр своего датчика и курс; атмосфера не читается.

• Кружение: сглаженная скорость разворота ≥ min_turn_rate_dps (8°/с) не меньше circling_confirm_s (4 с).
• В вираже (в системе воздуха) крыло находится относительно центра круга по пеленгу курс − 90° (вправо) или курс + 90° (влево) — снос ветром не мешает, термик сносится вместе с воздухом.
• Задержка датчика: замер относится к курсу τ секунд назад (τ = постоянная фильтра вариометра, sensor_lag_s = −1). Без этого сильная сторона «уезжает» по кругу на τ·ω (тест: 25°/с → заметная ошибка).
• Замеры за последние 1,5 круга по 36 секторам; первая гармоника даёт сторону и силу асимметрии.
• Стрелка сдвига — show_shift_arrow, порог shift_min_ms. Масштаб диаграммы — plot_range_ms.

Классы: InstrumentDisplay (общие помощники рисования), InstrumentPageFlight/Map/Wind/Task/Thermal (страницы), WindEstimator, InstrumentTask, ThermalAssistant.

Оценка ветра (WindEstimator)

Только из того, что есть у настоящего прибора, — истинный ветер из атмосферы не читается.

• По кругам (как circling wind у XCSoar): за полный вираж (≥ 360°, разворот ≥ 6°/с в одну сторону) векторы путевой скорости GPS лежат на окружности радиусом = воздушная скорость, её центр — ветер (МНК Каса). Круг с невязкой > 1,5 м/с отбрасывается (болтанка). Новый круг входит с весом 0,6.
• По курсу на прямых: ветер = путевая скорость − воздушная скорость (горизонтальная) по курсу, сглаживание 40 с; к оценке по кругам подмешивается с весом 0,3.
• Показ «откуда дует» (0° — северный). Оценка старше 10 мин — «нет данных».

Глиссада (InstrumentTask)

Требуемое качество = расстояние до края цилиндра / (высота − высота земли у цели − запас 150 м). Высота прибытия = высота − высота цели − расстояние / текущее качество. Без учёта ветра и поляры (MacCready) — это следующий шаг, если понадобится.

Корпус 3D (Instrument3D)

Грузит mount_3d.model_path (assets/models/instrument.glb), ищет меш Screen (UV 0..1 = весь экран) и кладёт на него текстуру. Если экран в модели смотрит в −Z, модель разворачивается, чтобы экран смотрел в +Z (к пилоту). Нет модели или меша — корпус из примитивов (планшет 118×160×12 мм).

Вариометр 1990-х (FR-25a)

VarioDisplay90s (scenes/instruments/vario_90s.tscn) — отдельный прибор на стойке трапеции, обобщённый дизайн без марок: сегментный LCD без подсветки. Дуга из сегментов ±5 м/с, 0 вверху, в центре цифровой вариометр, внизу высота крупно, по бокам среднее и время. Свой Vario с датчиком медленнее (τ 1 с, среднее 20 с). API: update(t), get_texture(), get_vario(), reset(). Модель корпуса — агент models (assets/models/vario_90s.glb). Звук к нему — VarioAudio с пресетом classic_90s.

Звук вариометра

Пресеты звучания (vario_audio.presets, выбор — preset или VarioAudio.set_preset(name)); громкость и пороги — общие настройки пилота. По умолчанию — classic_90s.

classic_90s — обобщённый звук 1990-х (docs/research/vario_sounds.md): частый писк 700 → 2000 Гц, 2 → 11 писков/с, скважность 50 %; меандр (нечётные гармоники) + резонанс пьезо 3,2 кГц; гудок 650 → 380 Гц.

xctracer — таблица тонов XC Tracer (формат tone=варио,частота Гц,период мс,скважность %):

API звука: set_vario, set_preset, get_preset, get_preset_names, set_thresholds, set_volume_db, set_enabled, get_settings() (для страницы 4 планшета).

Между точками — линейная интерполяция. Снижение ниже −2,5 м/с — непрерывное гудение 400 → 220 Гц (−2,5 → −10 м/с). Между порогами — тишина. Гистерезис 0,05 м/с.

Как сделано без щелчков:

• фаза генератора (волновая таблица, нечётные гармоники — тембр пьезопищалки) непрерывна между буферами;
• огибающая писка: линейный ход 6/8 мс + S-форма (smoothstep);
• частота скользит (τ 30 мс), период и скважность фиксируются в начале каждого писка;
• лёгкий подъём частоты внутри писка на 4 % (climb_chirp_pct, 0 — ровный тон);
• результат синтеза не зависит от нарезки буфера (проверено тестом побитово).

Буфер 0,12 с дозаполняется в _process. Проверено на стенде: 0 пропусков при 165, 60, 30 и даже 12 FPS (пропуски бывают только при загрузке сцены, когда звук ещё молчит). Синтез 22 050 Гц стоит ~2 % одного ядра.

Тесты и стенд

godot --headless --path . res://tests/run_tests.tscn -- --filter=instruments
VARIO_WAV_DIR=/путь godot --headless --path . res://tests/run_tests.tscn -- --filter=instruments   # + WAV-примеры
xvfb-run -a godot --path . --rendering-method gl_compatibility res://scenes/instruments/instrument_preview.tscn \
    -- --screenshot=/путь/instr.png --page=1 --warmup_s=240 --quit_after_s=2 --skips_report

Стенд: Tab/Пробел — страница; 1…9 — подъём N м/с; «−» — −3 м/с; 0 — снова синус.

Звуки полёта (FR-28)

Компонент FlightAudio (scripts/audio/flight_audio.gd, сцена scenes/audio/flight_audio.tscn). Логика — FlightSoundMix (RefCounted, тесты tests/audio/), нода только держит плееры и шины. Алгоритмы — docs/research/sounds.md §3; все числа и пути к файлам — configs/audio.json → flight.

API

flight_audio.update(t: Telemetry, extra := {})  # каждый шаг физики
# extra (всё необязательно): phase "standing"/"walking"/"running"/"flying"/"landed",
#   stall_amount 0..1, turbulence 0..1, sideslip_deg, load_factor (иначе 1/cos(крен)),
#   ground_wind_ms (ветер у земли), surface "grass"/"gravel"
flight_audio.play_landing(result)   # {grade: "soft"|"hard"|"crash", vertical_speed_ms} от планера
flight_audio.play_step(surface := "")  # обычно шаги идут сами по темпу бега
flight_audio.play_carabiner()
flight_audio.set_enabled(on)

Подключение: glider.telemetry_updated → flight_audio.update(t, {"phase": glider.phase(), ...}), glider.landed → flight_audio.play_landing.

Слои

Громкость сглаживается (τ 0,2 с); луп ниже −60 дБ останавливается и потом стартует со случайного места.

Аудиошины

scenes/audio/bus_layout.tres: Master ← Vario, Wind (ФНЧ → панорама → компрессор −6 дБ, 2:1), Effects, Ambient. Интегратору: в project.godot → [audio] buses/default_bus_layout="res://scenes/audio/bus_layout.tres". Без этого FlightAudio сам создаёт недостающие шины при запуске (create_missing_buses). Вариометр — на шине Vario (vario_audio.bus), поверх потока.

Стенд

scenes/audio/flight_audio_preview.tscn: карабин → шаг → разбег → взлёт → 30–80 км/ч, виражи, болтанка → сваливание → посадка → одышка (70 с). Запись в WAV:

godot --headless --audio-driver Dummy --path . res://scenes/audio/flight_audio_preview.tscn -- --record=/путь/flight.wav

Проверка записи: 80 км/ч громче 38 км/ч на ~10 дБ, пик −5,5 dBFS (запас для вариометра), без клиппинга.