Что не так с космосом в играх

Филипп Терехов (редакция)

Как выглядели бы игры про космос, будь они по-настоящему реалистичными

Игр про космос всегда было достаточно, а в последнее время их стало особенно много. Но реализма в них еще меньше, чем в Call of Duty — сходства с реальной войной. В играх неправдоподобно все — корабли, небесные тела, физика пространства. Как на самом выглядели бы космические корабли и война в космосе, если бы разработчики заботились о реализме?

Абсолютное пространство

В подавляющем большинстве космических игр физика сделана по образцу не настоящего космоса, а аквариума. И есть сразу несколько причин это утверждать.

Во-первых, в играх существует некое абсолютное пространство, от которого считается скорость объектов. Корабли могут остановиться и «повиснуть» с нулевой скоростью относительно этого пространства. В реальности планеты, звезды и галактики движутся в разные стороны и с разной скоростью и нет ничего, что бы могло подойти на роль такого абсолютного пространства. В сегодняшней космонавтике важна скорость относительно тех объектов, которые тебя притягивают, и на орбите которых ты находишься. И эти объекты могут меняться по ходу полета. Например, марсианский зонд, стартуя с Земли, начинает с нулевой скорости на поверхности планеты. Разогнавшись до второй космической скорости и удаляясь от Земли, он покинет зону ее гравитационного влияния и важной станет скорость относительно Солнца. А у самой цели притяжение Марса перевесит солнечное, и нужно будет переключить наш спидометр со скорости относительно Солнца на скорость относительно Марса. Получается, один аппарат в одном перелете должен будет два раза поменять тело, относительно которого измеряется его скорость. И в играх, как правило, нет ни этой особенности, ни отображения орбит.

Отдельный интересный вопрос — возможность «повиснуть» в пространстве. В Солнечной системе и даже в галактике так не получится — тела находятся на орбитах. Только удалившись за пределы галактик, будет шанс оказаться не на орбите какой-то тяготеющей массы. В реальной Солнечной системе нулевая скорость относительно Солнца означает, что в следующую секунду вы начнете разгоняться в сторону Солнца, падать на него, потому что оно вас притягивает.

Это несоответствие встречается практически везде, где есть полет на корабле от первого или третьего лица. Классика жанра — начало игры X3: The Reunion: корабль висит в оживленном секторе с нулевой скоростью.

Но если игрок не управляет полетом корабля напрямую, эту условность можно обойти. В FTL: Faster Than Light совершенно неизвестно, как корабли летают в обычном пространстве. Скорости и расстояния разработчики изящно выкинули.

Сопротивление среды

Во-вторых, на корабли действует сопротивление среды. Если выключить двигатель, скорость в игре будет падать, пока в итоге корабль не остановится. В реальной космонавтике двигатели включаются только на сравнительно короткие маневры. Днями, месяцами и годами аппараты могут лететь с выключенными двигателями. При этом их скорость относительно небесного тела, на орбите которого они находятся, может оставаться неизменной, падать или расти. Все зависит от параметров орбиты. С выключенным двигателем скорость аппарата может меняться даже в разы, второй закон Кеплера это допускает. Просто нужно оказаться на высокоэллиптической орбите, на которой высота самой нижней и самой высокой точек сильно отличается. И в играх нет ни отображения орбиты, ни ее параметров — откуда им взяться в аквариуме.

Максимальная скорость

В-третьих, у реальных кораблей есть максимальная скорость, которая гораздо меньше скорости света. Только скорость света является ограничением в современной физике и даже до 1% скорости света на химических двигателях (как на сегодняшних ракетах) разогнаться физически не получится — оценочная масса Вселенной меньше, чем количество топлива, которое потребуется. А на тех скоростях, на которых летают корабли в играх, геймдизайнеры, а не физика, запрещают кораблю разгоняться дальше ради игрового баланса или чтобы не стало очевидным, насколько мал «аквариум», внутри которого находится игрок.

Эти два несоответствия тоже встречаются практически везде, где есть непосредственное управление кораблем. Нестареющая классика из Freelancer: скорость 156 попугаев, двигатель работает вовсю, но быстрее мы не полетим.

Delta-V

Любопытно, но вместо максимальной скорости в реальности есть параметр, который похожим образом ограничивает возможности и скорость космического аппарата. Запас характеристической скорости или Delta-v — это то, насколько мы можем изменить нашу скорость. Мы можем его потратить как хотим — разгоняясь, тормозя, искривляя траекторию вбок. Но когда Delta-v окажется равной нулю, это будет означать, что топливо (рабочее тело) закончилось и нам остается только движение по инерции. В играх топливо в любом виде обычно учитывается для всякой экзотики типа гиперпрыжков, а при простых перемещениях в обычном пространстве, как правило, про него забывают.

Редкий пример реального учета топлива и почти ньютоновской физики — Frontier: First Encounters (Elite 3). Зеленый столбик справа — запас топлива, которое расходуется и на гиперпрыжки, и на движение внутри системы — разгон к цели и торможение на подлете. Если за топливом не следить, оно закончится в самый неподходящий момент.

Плоский космос

Еще одна очень часто встречающаяся условность — плоский космос. В космосе много плоскостей — плоскость эклиптики, по которой крутятся планеты вокруг Солнца, плоскость галактики, в которой вращаются солнечные системы, но все-таки наше пространство трехмерно. Об этом редко задумываются, и не только в играх. Например, если вы помните советский фильм «Москва — Кассиопея», то там межзвездный корабль летел в созвездие Кассиопеи через Альфу Центавра. Проблема в том, что, если вы повернете голову так, чтобы смотреть прямо на созвездие Кассиопеи, Альфа Центавра окажется у вас левее и ниже левого уха, то есть совсем в другом направлении. Но человеку трудно воспринимать трехмерное пространство, тем более на двумерном мониторе. Поэтому космические стратегии как правило превращают пространство в плоскость.

Реальные звезды — соседи нашего Солнца:

Красивое объяснение условности — звезды находятся в плоскости галактики, стратегия Endless Space:

А вот попытка игры на реально трехмерной карте в стратегии Sword of the Stars получилась не очень удобной — постоянное вращение карты доставляло заметный дискомфорт:

Сокращение расстояний

В играх постоянно сжимают огромные космические расстояния. На орбите планеты земного типа расстояния будут в диапазоне от метров при стыковке до тысяч и десятков тысяч километров. В пределах Солнечной системы их будет удобнее всего измерять уже в световых единицах времени. Световая секунда — 300 000 км, и от Солнца до Земли свет доходит за почти ровно 500 секунд или 8,3 минуты. До Юпитера уже 45 световых минут. А до Плутона целых 4,6 световых часа. И эти гигантские расстояния игры часто прессуют в километры, что, хоть и оживляет геймплей, но выглядит совершенно неправдоподобным. 40 км между двумя космическими станциями в реальном мире означало бы уже сближение перед стыковкой, а в играх они спокойно висят на таких расстояниях и никак друг другу не мешают. Косвенно сжатие пространства ответственно за появление в играх нереалистичных астероидных полей, в которых немаленькие камни висят рядом.

Столпотворение огромных кораблей в EVE Online. В реальности потери от столкновений и попаданий по союзникам, которые случайно оказались на траектории выстрела, составили бы немалую долю общих потерь.

Отсутствие реальных орбит сильно упрощает космические полеты, лишая их своей красоты. В настоящей орбитальной механике сблизиться с целью можно многими способами. Если мы хотим оказаться рядом надолго, то должны перейти на траекторию, которая уменьшит наши относительные скорости при сближении. А можно и наоборот, выйти на траекторию, где мы пролетим навстречу цели за очень короткое время и еще очень нескоро сможем сблизиться вновь. Первый вариант нужен для стыковки, абордажа или боя с собиранием остатков уничтоженного противника. А второй вариант идеально подходит для диверсионной тактики «бей и беги». В играх, как правило, есть только один вариант — сближение по прямой на цель. Читатель может возразить, что реальные перелеты сложны, но никто не заставляет игроков учить полный курс баллистики — можно сделать умного помощника или даже просто более качественную имитацию реальной физики.

Очень упрощенная орбитальная навигация в Kerbal Space Program.

Кстати, о некоторых аспектах сражений в космосе мало кто вообще задумывается. В реальности важнейшей характеристикой корабля будет не его максимальная скорость, а вполне реальное максимальное ускорение. Тот, кто сможет менять свою скорость быстрее и будет иметь больший запас Delta-V, всегда окажется на нужных ему расстоянии и относительной скорости от цели. Далее стационарные объекты вроде космических баз всегда будут очень легкими целями — никто не сможет помешать противнику издалека вывести на пересекающийся с не маневрирующим объектом курс ракеты или даже просто астероиды, которые, столкнувшись с целью, нанесут ей фатальный урон.

Странные формы

Известно, что Джордж Лукас при съемках «Звездных войн» вдохновлялся кадрами воздушных боев Второй Мировой войны. И многие другие создатели космических вселенных переносили в космос реалии воздушной или морской войны. Несмотря на то, что на стратегическом уровне можно искать в космических боях аналогии, к примеру, с войной на Тихом океане (удаленные друг от друга важные точки в виде островов), на тактическом уровне все эти космические истребители, крейсера, авианосцы и линкоры красивы, но неправдоподобны.

Дизайнеры, рисующие космические корабли, хотят эффектных картинок, не задумываясь о реализме вообще. Поэтому в игровом космосе летают аппараты странных, сложных и нерациональных форм. Реальная космонавтика оперирует сравнительно простыми фигурами вроде сферы, цилиндра, призмы или конуса. Даже если бы те, кто рисуют корабли, попробовали на уровне эскиза проработать их компоновку, то получили бы гораздо более правдоподобные результаты.

Непродуманная красота в EVE Online. Никто не задумался, зачем этому кораблю два корпуса, зато выглядит стройно, хищно и симпатично.

Двигатели только сзади

Классическая ошибка, которую совершают практически все — размещение маршевых двигателей на корме корабля без разворотов на торможение. Футуристическое сияние, которое исходит от двигателей, направлено назад и символизирует тягу, разгоняющую корабль. Но как тормозить? Реальные корабли не брезгуют разворачиваться для этого кормой вперед, хотя небольшие изменения скорости можно получить и не меняя своего положения в пространстве, а работая маневровыми двигателями. В играх же тормозные двигатели, как правило, отсутствуют. Можно, конечно, придумать некий двигатель, который светит назад и дает тягу в произвольном направлении, но как-то это некрасиво.

Nexus: The Jupiter Incident — редкий пример продуманной конструкции в стиле твердой научной фантастики. У земных кораблей класса Stiletto три маршевых дюзы на корме и две на носу. На картинке корабль заканчивает торможение.

Искусственная гравитация

Продолжая разговор о конструкции, задумаемся о гравитации. Работать в невесомости — занятие очень нездоровое. Чтобы реальные космонавты смогли даже просто ходить после возвращения из полета, они тренируются по 2-3 часа каждый день. В игровых кораблях надо что-то сделать для искусственной тяжести. Самый ожидаемый вариант — вращающиеся жилые модули корпуса. Но такие конструкции можно встретить разве что в играх по вселенной «Вавилона-5» или редких проектах вроде Nexus: The Jupiter Incident. Как правило, создатели игры подразумевают, что фантастические генераторы искусственной гравитации, которые пока что находятся за горизонтом даже теоретических предположений в физике, являются крайне распространенными и доступными.

Space Engineers: генератор искусственной гравитации существует как отдельный блок, с ним можно экспериментировать.

Обеспечение теплового режима

Еще одна вещь, о которой никто не задумывается, — это системы сброса излишнего тепла. Вакуум — это теплоизолятор, и ваш термос это отлично доказывает. Температура корабля будет зависеть от того, сколько тепла производит его оборудование, сколько тепла он получает извне (скажем, от звезд) и сколько тепла сам рассеивает в пространство. В реальности корабль в зависимости от конструкции будет нуждаться либо в обогреве, либо в охлаждении. Исторически на низкой околоземной орбите американская станция Skylab из-за аварии, сорвавшей теплоизоляцию, перегревалась (пришлось даже специальный зонтик делать), а советская станция «Салют-7» после аварии, оставившей ее без электричества, стала замерзать. Игровые корабли буквально напичканы энергией — мощные двигатели и оружие просто от своей работы должны параллельно создавать огромное количество тепла. А единственный способ отводить тепло в вакууме — это излучение. Значит, в конструкции игровых кораблей должны быть ярко светящиеся радиаторы, сбрасывающие излишки тепла. Радиаторы системы теплообмена можно встретить разве что в играх с реальной физикой вроде Kerbal Space Program.

Белые радиаторы системы терморегулирования (передний план) на Международной космической станции.

Атмосфера

Интересно взаимодействие с атмосферами. Корабли, которые способны входить в атмосферу, должны либо быть обтекаемыми и аэродинамичными, либо иметь какой-нибудь механизм вроде силового поля, чтобы банально не развалиться под скоростным напором атмосферы. А корабли, которые не должны входить в атмосферы, могут не иметь аэродинамичных форм. Увы, в играх царит бардак, по форме корабля нельзя сказать, может ли он летать в атмосфере.

«Завтра война». Такие корабли смогут входить в атмосферу только если всю переднюю полусферу прикрыть силовым щитом. Без него огромные проблемы создадут перегрев и аэродинамические силы, которые к тому же будут меняться с изменением скорости.

Ракеты

Подвидом предыдущего пункта являются ракеты. Практически всегда их рисуют обтекаемой веретенообразной формы, часто даже с аэродинамическими рулями. Но в космосе это не нужно! Космическая ракета будет кубической, в форме четырехугольной призмы или прямоугольного параллелепипеда (представьте себе кирпич) просто потому, что ее так удобнее всего упаковывать в трюмы и пусковые установки. Сферы или цилиндры будут терять впустую пространство, если складывать их штабелями.

Star Citizen. Такие ракеты имеют смысл только для боя в атмосфере.

Пиу-пиу

В плане оружия компьютерные игры делают одни и те же ошибки. Корабли стреляют разноцветными шариками, которые из-за сокращения пространства, упомянутого выше, летают очень медленно и не напоминают ничего из реальной физики. Если же создатели игры знают, что луч лазера движется со скоростью света, они не могут его не покрасить, не задумываясь о том, что в реальном вакууме лазер будет невидим просто потому, что нет атмосферы, в которой он мог бы светиться. Так что, увы, если в далеком будущем мы увидим реальные космические битвы, они будут выглядеть гораздо менее эффектно. Никаких ярких полос лазерных лучей, никаких цветных шаров, только искорки двигателей на огромном расстоянии и — изредка — вспышки тех, кому не повезло.

Очень медленные цветные шарики больших кораблей в X3: The Reunion. От них было очень легко увернуться стрейфом вбок, а вот корабли под управлением компьютера так делать не умели, поэтому игрок мог с легкостью уничтожать эсминцы и авианосцы противника на корвете или большом грузовике.

Контрмеры

Часто очень мало внимания в боевой механике игр уделяется разнообразным способам защиты от вражеского оружия. Если по вам дали ракетный залп, от него можно пытаться защититься электромагнитными помехами, ложными целями, противоракетами и зенитными орудиями. Редко где есть хотя бы два способа из четырех. В мобильной игре Tales of Honor: The Secret Fleet из обороны от ракет противника сделали аркаду, где нужно вовремя нажимать кнопки помех, противоракет и лазеров, но тем не менее игра смотрится все равно симпатично, тем более, что механика там достаточно проработанная — есть виды ракет, которые имеют иммунитет к определенным контрмерам и наносят определенный тип урона, так что можно строить разные тактики нападения и защиты.

Экипаж

С численностью экипажей кораблей тоже все печально. Об этом вообще мало кто задумывается. А ведь космос большой, техника иногда ломается. Единственный пилот космического истребителя вряд ли сможет починить поломку сам (давно вы сами чинили свой автомобиль?). А излишне интеллектуальная система, которая починит все за человека, поставит вопрос о необходимости пилота вообще. Поэтому минимальный экипаж правдоподобных кораблей, которые будут способны сколько-нибудь долго летать самостоятельно, будет скорее ближе к десяти разумным существам. Для автономности в годы потребуются десятки или даже сотни людей с разными специальностями. Другая крайность — экипажи в сотни тысяч и миллионы (я говорю про активно действующих, спящие в ожидании прилета колонисты — совсем другой разговор). Здесь уже возникает обратный вопрос: а чем будет заниматься такое количество людей? Можно, конечно, в стиле футуроархаики придумать им грязную ручную работу, но это годится только для сеттингов с нотками трэша вроде Warhammer 40 000.

Летающие соборы имперских кораблей в Battlefleet Gothic: Armada. По сеттингу численность экипажей составляет от десятков тысяч до миллионов человек.

Орбитальные станции

Начав говорить про конструкцию космических кораблей, нельзя ничего не сказать про орбитальные станции и прочие сооружения. В космосе часто ничего нет на световые секунды, часы или дни вокруг. В таких условиях привезти в пустоту миллионы тонн материалов и построить станцию выглядит довольно глупой идеей. Логично предположить, что орбитальные станции будут строиться с использованием местных материалов, например, астероидов. Но кроме металлических астероидов есть очень много каменных. И кажущаяся кому-то странной каменная орбитальная станция будет вполне реальной и часто встречающейся. Увы, мало кто из создающих космические игры об этом задумывается.

Космические шахтеры

Раз мы заговорили про добычу ресурсов, нельзя не вспомнить USG Ishimura из Dead Space. Процесс раскалывания планеты и добычи ресурсов не показан в игре, но можно составить некоторое представление по рисункам. Понятно, что с помощью фантастических терминов можно описать все, что угодно, включая и работу шахтера планетарного масштаба, но физика подсказывает несколько интересных и потенциально полезных решений. Прежде всего, невыгодно пытаться ломать большие планеты, вырывая из них куски фантастически прочными тросами. Гораздо эффективнее переработать сначала астероиды, которые заметно легче планет и с которыми проще обращаться, потому что их небольшая масса не создает заметной тяжести, мешающей работе. Далее, можно выгодно использовать свойства небесной механики. Если свести с орбиты большой астероид или маленькую луну, то их можно будет направить по встречной траектории к планете-цели. Удар от столкновения со скоростью в десятки километров в секунду расколет планету-цель, что снизит мешающую гравитацию и, что еще лучше, очень сильно нагреет планету. А перерабатывать жидкую магму удобнее, нежели плавить ее в печах корабля-шахтера.

Видимость

Часто в играх в принципе игнорируется проблема поиска других кораблей — все всех видят. Да, иногда можно поставить какой-нибудь модуль невидимости, чтобы тебя было заметно хуже, но в реальности поиск и обнаружение будут огромной проблемой. Космос огромен, искать в нем небольшой корабль, особенно если он не испускает яркого излучения в какой-либо области спектра, очень сложно. А если мы используем активную локацию, то здесь подножку ставит физика — датчик облучения заметит поисковый луч радара оппонента на вдвое большем расстоянии, чем оппонент сможет увидеть отраженный сигнал на своем таком же датчике.

В Homeworld 2 есть беспилотные зонды и зонды-постановщики помех. При определенной удаче можно разместить зонд далеко от противника, но так, чтобы зонд его видел, а противник бы не заметил небольшой разведывательный аппарат. Если получилось, то можно безнаказанно подглядывать за оппонентом.

В Master of Orion 3 были проблемы с обнаружением противника в тактическом бою. Искусственному интеллекту это не мешало, поэтому нередко бой начинался с появляющихся из ниоткуда вражеских ракетных залпов и стай истребителей. Нечестно, но по-своему реалистично. С этим теоретически можно было бороться, создавая проекты разведывательных кораблей и включая их в состав боевого соединения, но работало это так себе из-за непонятности игровой механики и общей глючности игры.

Связь

Еще один способ упростить себе жизнь — сверхсветовая связь. Я не зря указывал выше расстояние в световых часах. Даже в Солнечной системе переговоры между Марсом и Землей лучше вести текстом — никто не захочет ждать ответа от 6 до 44 минут (от 3 до 22 минут в одну сторону). А теперь представьте, как можно общаться с собеседником в другой звездной системе, до которой сигнал идет годы и десятилетия?

В стратегических играх для имитации этого эффекта добавляют штрафы на удаленность солнечной системы от столицы, но, если бы реализовали полноценную задержку управления в несколько ходов/лет, играть стало бы невозможно.

Штраф на расстояние от столицы в Stellaris.

Планеты

Характеристики планеты в играх часто являются просто цифрами на экране информации. В стратегиях на большую планету поместится больше населения, а планета земного типа произведет больше еды, чем каменный мир без атмосферы. Но там, где можно сесть на планету на корабле, она по физическим характеристикам не отличается от Земли. Плотность и высота атмосферы или различия во второй космической скорости обычно не учитываются. А ведь дальность ракет в атмосфере и трассы полета снарядов зависят и от плотности атмосферы, и от силы тяжести на планете.

Даже такая вроде бы простая вещь как смена дня и ночи в зависимости от реального положения планеты относительно солнца есть не везде, потому что часто размер планеты и ее положение относительно звезды являются условностями и не рассчитываются. No Man's Sky достаточно много критиковали, но там, по крайней мере, на одной планете есть и дневная и ночная стороны.

Яркий космос

Наша Земля находится на задворках галактики Млечный Путь, и небо над нашими головами темное с отдельными точками звезд. Но в центре галактики звезд настолько много, что ночь будет не сильно темнее дня. А внутри туманности небо вполне может играть мягкими красками. Так что космос может быть очень разным. И ярким, и темным, и путешествие в поисках родного дома в Homeworld вполне могло проходить по действительно красочным пейзажам.

Культурный реверс-инжиниринг

Для человечества пока является огромной проблемой задача долететь до соседней планеты. В таких условиях воевать (а подавляющее большинство космических игр подразумевает войну, иначе неинтересно) банально нет никакой возможности. И то, как будут проходить космические конфликты, никто пока не представляет. Поэтому в качестве источников вдохновения используется история человечества, чаще всего — войны на море. Большие (для Земли) расстояния и враждебность окружающей среды действительно в чем-то могут напоминать космос, но при знакомстве с игрой возникает забавный обратный эффект — часто можно сказать, чем вдохновлялись авторы. Где-то угадывается Вторая Мировая (особенно боевые действия на Тихом океане), где-то — начало XX века, а где-то можно найти даже характерные приметы наполеоновских войн.

Рекомендации

Какие игры показывают правильный космос?

Честная физика Ньютона и законы Кеплера есть в Kerbal Space Program и Orbiter. Но сразу предупреждаю, в них нужно будет учиться играть и сразу ничего толком не получится. Kerbal Space Program хороша несерьезной атмосферой, когда разбитая ракета — это смешно и является поводом попробовать еще раз. Orbiter более серьезный, но именно благодаря серьезности дает уникальный опыт и ощущения. Запустить «Экзомарс» к Марсу вручную, на середине пути провести коррекцию траектории на ~300 м/с и потом узнать, что у настоящего аппарата реальный маневр потребовал примерно такого же изменения скорости — бесценно. И после полетов в Orbiter вы без труда выполните стыковку на настоящем тренажере корабля «Союз» (такой тренажер есть в Музее космонавтики в Москве) — это тоже значит немало. Уже несколько лет я описываю учебные полеты, надеюсь, эти материалы будут вам полезны.

Облет МКС на «Союзе» в Orbiter.

Честная невесомость есть в Space Engineers. Эту игру называют «Minecraft в космосе». Почувствовать себя космическим шахтером будущего достаточно интересно.

Честный трехмерный космос есть в серии стратегий Homeworld. Энтузиасты сделали множество модов, поэтому, пусть игры и вышли давно, в свежих модификациях есть современная графика. А трехмерный геймплей до сих пор уникален.

На тактическом уровне честный трехмерный космос можно увидеть в Nexus: The Jupiter Incident. Не так давно вышел ремастер с улучшенными текстурами, на новых компьютерах графика не будет казаться устаревшей, а сражения там, на мой взгляд, очень интересные.

Если человечество когда-нибудь научится перемещаться по червоточинам или каким-то другим особенным точкам в пространстве, которые позволяют перенестись в другую солнечную систему, то похожей на реальность может оказаться стратегия Space Empires 5. Плюс игра может похвастаться очень реалистичными картами солнечных систем. «Ванильная» версия неплоха, но я бы рекомендовал модификацию Balance Mod от Captain Kwok.

Если же между двумя любыми звездами можно будет путешествовать напрямую, то похожей на реальность окажется Master of Orion 2. Игре уже 22 года, но я бы однозначно рекомендовал хотя бы попробовать в нее поиграть.

Ну и, наконец, если когда-нибудь колонизационный корабль человечества прилетит в другую звездную систему, его приключения могут оказаться похожими на Alien Legacy. Там планеты движутся по орбитам, и для перелета в разное время потребуется разное количество времени и топлива. Плюс сама игра выдержана в жанре твердой научной фантастики, очень много труда вложено в описание условий на планетах.

1 из картинок Открыть оригинал