Pytanie:
Czego gra KSP może właściwie nauczyć o lotach kosmicznych i mechanice orbitalnej i jakie są jej ograniczenia?
uhoh
2017-08-30 08:57:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Widziałem, jak co najmniej kilku różnych użytkowników wspomniało, że uznali Program kosmiczny Kerbal za pomocny w zrozumieniu kwestii lotów kosmicznych i mechaniki orbitalnej.

Według Wikipedii:

Chociaż gra nie jest idealną symulacją rzeczywistości, została pochwalona za dokładną mechanikę orbitalną; wszystkie obiekty w grze z wyjątkiem ciał niebieskich są symulowane przy użyciu dynamiki Newtona. Na przykład ciąg rakiety jest przykładany do ramy pojazdu w oparciu o umieszczenie elementów wytwarzających siłę, a połączenia między częściami mają ograniczoną wytrzymałość, co pozwala na rozrywanie pojazdów przez nadmierne lub niewłaściwie skierowane siły.

symuluje trajektorie i orbity za pomocą łatanej aproksymacji stożkowej zamiast pełnej symulacji n-ciał; w związku z tym nie obsługuje punktów Lagrange'a, perturbacji, orbit Lissajous, orbity halo ani sił pływowych . Według twórców implementacja fizyki całego n-ciała wymagałaby przepisania całego silnika fizyki.

Ale ten ostatni bit jest tylko dlatego, że został napisany z uproszczonymi matematycznymi przybliżeniami. , a samo przejście na fizykę Newtona 3-ciał zamiast łatanych stożków pozwoliłoby wówczas „ punkty Lagrange'a, perturbacje, orbity Lissajous, (i) orbity halo ...”; nie byłoby potrzeby przywoływania ekstremalnie brzmiącej granicy n-ciał. W tych ramach łatwo byłoby uwzględnić również siły pływowe.

zastrzeżenie: KSP jest produktem komercyjnym i nie zamierzałem go reklamować, pytając o niego; Osobiście radziłbym zacząć od tego, co możesz dostać za darmo tutaj w Stack Exchange, w książkach, w Internecie, na różnych NASA, uniwersytetach i na prywatnych blogach. Ale ponieważ kilkakrotnie wspomniano o tym na tej stronie, postanowiłem dowiedzieć się więcej.

Nie jestem pewien, czy KSP nauczy Cię jakiejś rzeczywistej matematyki lotów kosmicznych (np. równań), czy też po prostu pokaże ci, co się dzieje i da fałszywe poczucie „zrozumienia”, ponieważ po podczas gdy zaczynasz wiedzieć, co się stanie na ekranie KSP, czyli cała idea doskonalenia się w grze wideo.

Interesują mnie odpowiedzi, które wyjaśniają ( zamiast wymieniać), w jaki sposób można dowiedzieć się o lotach kosmicznych i mechanice orbitalnej, płacąc za pieniądze, a następnie grając w tę grę. Jestem stronniczy i bardzo sceptyczny, że ta gra uczy czegoś więcej niż tego, jak dalej grać w tę grę i zamieszczać tutaj komentarze, w których ludzie powinni ją kupić; czy możesz wykazać inaczej?

Powiązane: https://space.stackexchange.com/questions/4505/how-realistic-is-kerbal-space-program
@Antzi to dobry link, ale wszystkie odpowiedzi pochodzą z 2014 roku. Zastanawiam się, czy informacje są aktualne, czy też potrzeba ich aktualizacji?
Nie, zaakceptowana odpowiedź jest nadal aktualna. Ograniczenia dokładności gry są zarówno techniczne (obliczenia fizyczne wymagają dużej mocy obliczeniowej procesora), jak i projekt rozgrywki (potrzebujemy uproszczeń, aby gra była grywalna; nie masz zasobów czasowych NASA, aby mikro-zarządzanie wszystkimi zasobami kosmicznymi).
Nie jestem pewien, jak miarodajne są odpowiedzi. * Może nie fizyka obciąża procesor * tak bardzo, jak aspekt gry i grafiki. Mam bardzo silne przeczucie, że fizyka używana w KSP w żaden sposób nie obciąża procesora, jeśli jest napisana w rozsądny sposób. * Oczywiście może to być intensywne, jeśli zostanie napisane źle! *
Cóż, fizyka gry mocno obciąża procesor. Jest to może miejsce na optymalizację, KSP modeluje większość elementów statku kosmicznego, to nie tylko proste obliczenia orbitalne, musisz także śledzić różne siły na czasami setkach komponentów, wraz z oddziaływaniami sił między nimi. To zwykle skaluje się w sposób O (n ^ 2). Ma to tendencję do wykazywania ograniczeń, gdy użytkownicy zaczynają budować rakiety z setkami wzmacniaczy wystrzeliwanych razem, aby wypchnąć gigantyczną stację kosmiczną na orbitę.
@Antzi OK, ale to po prostu śledzenie rzeczy, tak jak robią to wszystkie gry, każdy z setek elementów nie znajduje się na swojej własnej orbicie. To nie jest mechanika orbitalna.
To, co jest skomplikowane, to NIE mechanika orbitalna zaimplementowana w KSP, ale więcej. Opór, ciąg, przyspieszenie, zginanie, nagrzewanie i czy mój statek trzyma razem równania. Większość gier śledzi setki elementów indywidualnie (złożoność O (n))), podczas gdy KSP śledzi setki elementów wchodzących w interakcje w ramach złożoności (O (n ^ 2))
@Antzi OK, rozumiem, co masz na myśli, i to jest w rzeczywistości związane z lotami kosmicznymi. Więc może mógłbyś dodać trochę tego do swojej odpowiedzi. Jeśli pomaga to zrozumieć złożoność projektu systemu rakietowego i jego interakcji, to jest to coś, czego nie można osiągnąć tylko studiując matematykę.
Różni ludzie mają różne style uczenia się. Ogólnie rzecz biorąc, można uczyć się poprzez czytanie, słuchanie, oglądanie / obserwowanie i działanie. Pomyśl o jeździe na rowerze lub wiązaniu sznurówek. Czytanie tak naprawdę nie wyjaśnia tego jasno, ale oglądanie i działanie jest prawdopodobnie optymalne dla wielu ludzi. KSP pozwala tym, którzy uczą się, robiąc, robiąc, i ma niezłe eksplozje, gdy „nie”
@uhoh KSP zużywa głównie procesor, gdy musi obliczyć fizykę związaną z lotem w atmosferze, masz tylko maksymalny współczynnik odkształcenia fizycznego równy 4 w tym obszarze, ale może to spowodować, że obliczenia będą zbyt niestabilne i powodować problemy związane z RUD (Rapid Nieplanowany demontaż). Gdy jesteś w kosmosie, możesz uzyskać dostęp do współczynnika zmiany czasu do 100000 lub nawet wyższego
@uhoh Innym powodem, dla którego załatany stożek wygrywa, jest to, że umożliwia kreślenie w przód. Jeśli podróżujesz do zewnętrznej rośliny, (najprawdopodobniej) chcesz spalić ucieczkę z niskiej orbity Kerbin. Gra pozwala ci ustawić planowany węzeł manewru i dostosować jego parametry, co pozwala zaplanować spotkanie z odległym księżycem setki dni w przyszłość i dostosować je w czasie rzeczywistym. Twoja przyszła ścieżka orbitalna jest natychmiast aktualizowana, gdy ją wykonujesz, a nie jest to możliwe w przypadku pełnej symulacji n-ciał.
@Ferrybig OK, to ma dużo sensu. Miałem przeczucie, że w kosmosie obliczona fizyka powinna być bardzo szybka, i wydaje się, że wynika to z tego, co opisujesz w kwestii przejścia w atmosferę.
@SlowDog Nie wiem, co oznacza „wygrana”. Jest szybki, ponieważ jest przybliżeniem. Nic nie jest naprawdę natychmiastowe, ale różnica między aktualizacją ścieżki orbitalnej w ciągu 10 mikrosekund lub 1 milisekundy przy współczynniku 100 różnych może również być niezauważalna. Nie wierzę też, że „… to nie jest możliwe przy pełnej symulacji n-ciał” jest całkowicie sprawiedliwe, ale nawet samo przejście do trzech ciał stanowiłoby znaczną poprawę „realistyczności”; nie potrzebujesz n-ciał. W każdym razie dzięki za opis, jest bardzo pomocny!
@uhoh To nie jest przybliżenie, ponieważ taka jest rzeczywistość gry. A Twoje „10 mikrosekund w porównaniu z 1 milisekundą” to tylko przypuszczenie z Twojej strony. W rzeczywistości niektórzy naprawdę sprytni ludzie dodali pełną symulację n-ciał jako modyfikację (KSP jest wysoce modyfikowalny) i narzuca górny limit swoich przewidywań, aby gra była grywalna. Wykresy dalekiego zasięgu nie są możliwe.
@SlowDog tak, to tylko przykład, że wolniejszy może być wciąż zbyt szybki, aby go zauważyć, więc „niemożliwe” jest prawdopodobnie skrajnym doborem słów.
Ciało @uhoh 3 nie byłoby możliwe. Gra nie jest symulacją pojedynczego statku kosmicznego, jest symulacją wielu statków kosmicznych. Jeśli zostawiłeś satelitę w punkcie Lagrange'a gazowego giganta systemu, to chciałbyś, żeby pozostał tam na późniejszą misję rendevous.
Komentarze nie służą do rozszerzonej dyskusji; ta rozmowa została [przeniesiona do czatu] (http://chat.stackexchange.com/rooms/64819/discussion-on-question-by-uhoh-what-can-the-ksp-game-actually-teach-about- spacef).
Podstawowym powodem załatania stożka na n-ciałach jest to, że nie istnieje pełne rozwiązanie dla n-ciał. Dzięki ograniczonej fizyce gry może on określić, gdzie w przyszłości znajdzie się rakieta, bez względu na to, jak daleko. Gdyby miał wykonać symulację n-ciał, nie byłoby to możliwe, musiałby iterować obliczenia w dowolnym przedziale czasu uznanym za odpowiedni, a wykonanie tej samej iteracji w niższym przedziale czasu (mniejsze dopasowanie czasowe) dałoby inną odpowiedź .
Jeszcze jeden komentarz na temat tego, jak to jest przydatne: rozejrzyj się po tym forum, zwłaszcza jeśli chodzi o pytania dotyczące mechaniki orbitalnej. Zwróć uwagę, ile odpowiedzi odnosi się do gry. Nie używalibyśmy go tutaj, gdyby nie było to wystarczająco dokładne przedstawienie danego problemu.
@Ferrybig: Tylko do 100000 (będziesz potrzebować modyfikacji, aby uzyskać wyższe prędkości przesunięcia czasu).
@SlowDog fyi Właśnie zapytałem [Czy Kerbal Space Program 2 będzie miał orbity halo?] (Https://space.stackexchange.com/q/38343/12102)
Siedem odpowiedzi:
#1
+111
Antzi
2017-08-30 09:33:58 UTC
view on stackexchange narkive permalink

W mojej poprzedniej pracy pisałem oprogramowanie edukacyjne.

Krótko mówiąc, dokładnie to opisałeś: zaoferowaliśmy płatną wersję tego, co można było uzyskać za darmo, szukając w Internecie, przechodząc do klasa, chodzenie do biblioteki, ...

A jednak nadal jestem z tego niesamowicie dumny, wiedząc, że zrobiłem różnicę.

Jaka jest różnica między dobrze napisanym oprogramowaniem i książkę?

Chodzi o pedagogikę. Nasze aplikacje nie tylko dostarczały wiedzy, ale także w zabawny sposób. Nie chodzi o udostępnianie wiedzy, ale o uczynienie jej pożądaną. Dzięki naszym aplikacjom dzieci nie tylko uczyły się (dokładnie tej samej treści, co w przypadku książek), ale naprawdę chciały!

To wszystko robiło różnicę.

Jasne, może wiedza wystarczy, abyś się czegoś nauczył, a zatem nie potrzebujesz tego rodzaju oprogramowania, ale dla wielu dzieci potrzebują tylko trochę więcej, aby się zainteresować uczenie się, wykonywanie ćwiczeń, ...

Pozwólcie, że wyjaśnię na kilku przykładach KSP z życia wziętych:

  • KSP może być używany jako symulator.

    Masz ciekawy pomysł na stworzenie orbitalnej stacji paliwowej wokół Księżyca? Wypróbuj i zobacz różnicę!

    Chcesz spróbować oszczędzać paliwo za pomocą wspomagania grawitacyjnego? Śmiało.

    Czy więcej boosterów wystarczy, aby podwoić ładowność? Nawet nie blisko.

    Jasne, że możesz wziąć kartkę papieru i wykonać obliczenia, ale zobaczenie tego na żywo na ekranie, z rakietą i stacją, które sam zbudujesz i umieścisz na orbicie, to zupełnie inna sprawa.

  • Jest to siła napędowa do poszukiwania rzeczy, których inaczej byś nie szukał.

    Jak obliczyć, czy moja statek ma wystarczająco dużo paliwa, aby dotrzeć do Saturna?
    => Dowiedz się o dostawcach usług internetowych, równaniu rakiety, ...

    Jaka jest optymalna trajektoria lotu na orbitę?
    => Dowiedz się o oporze grawitacyjnym, opór atmosferyczny, ...

    Ta gra rozwija Twoje zainteresowanie kosmosem. Właśnie dlatego nawiązali współpracę z NASA i zbudowali wokół niej część gry.

  • Pozwala doświadczyć rzeczy

    Niektóre koncepcje mechaniki orbity są trudne.

    Jasne, że możesz przeczytać 10 razy o tym, dlaczego musisz zwolnić na orbicie, aby wyprzedzić inny statek kosmiczny.

    Oczywiście, możesz się dowiedzieć, że rendezvous nie celuje w miejsce, w którym znajduje się inny statek kosmiczny, ale gdzie będzie .

  • To sprawia, że ​​zastanawiasz się nad wyzwaniami inżynieryjnymi

    Czy zapomniałem drabina?

    Czy 3 nogi podporowe są lepsze niż 4?

    Czy mój środek ciężkości (CG) jest za wysoko? Czy jest wyrównany z wektorem ciągu?

    Czy moje powierzchnie aerodynamiczne powinny znajdować się na górze czy na dole?

    Czy powinienem ustawić ten wzmacniacz dalej, aby ułatwić separację, czy też indukowana stabilność problemy, oscylacje wywołane pilotem niszczą / spowalniają moją rakietę?

KSP pozwala ci doświadczyć tego wszystkiego, dzięki czemu jest znacznie łatwiejsze do zrozumienia i internalizacji, zamiast po prostu czytać o tym.

Pozwólcie, że zakończę cytatem inżyniera NASA o nieudanym spotkaniu Gemini 4:

Jest dobre wyjaśnienie tego, co poszło źle z rendezvous. Załoga, podobnie jak wszyscy inni w MSC, „po prostu nie rozumiała ani nie rozumiała mechaniki orbitalnej [...].

Zgadza się. Dzieci grające w KSP mają teraz lepsze rozumieją mechanikę orbitalną niż inżynierowie NASA i astronauci z 1965 roku.

Wow, to było szybkie! To dobrze napisana i posiadająca wiedzę odpowiedź; jest to wyraźnie coś, o czym myślałeś wcześniej.
[Obowiązkowe XKCD] (https://xkcd.com/1356/)
Według Wikipedii nieudane spotkanie to [Gemini 4] (https://en.wikipedia.org/wiki/Gemini_4), a nie Gemini 6.
„Dzieci grające w KSP mają teraz lepsze zrozumienie mechaniki orbitalnej niż inżynierowie NASA i astronauci z 1965 roku”. To prawdopodobnie prawda i absolutnie niesamowite, kiedy się nad tym zastanowić.
@Polygnome Czy możesz wskazać choćby jeden przykład? Jak dobrze znasz to, co inżynierowie NASA robili i czego nie wiedzieli o * mechanice orbitalnej * w 1965 roku? Myślę, że okaże się to fałszywe, ale byłoby naprawdę interesujące, gdyby udowodniono, że się mylisz. Jeśli chcesz, żebym zadał pytanie na ten temat, aby dać Ci więcej miejsca na odpowiedź, daj mi znać. (Ludzie tacy jak Lyapunov i Oberth urodzili się pod koniec XIX wieku, na przykład Lagrange w 1700 roku).
@uhoh szczerze mówiąc, cytat dotyczy tylko spotkania i dokowania, a nie całej reszty.
@Antzi, widzę. Cóż, fragment Wikipedii wydaje się być dość dobrze obsługiwany, więc myślę, że naprawdę jest możliwe, że biorąc pod uwagę wszystko, co działo się w 1965 roku, ktoś nie przemyślał tego, ponieważ był zbyt zajęty robieniem czegoś innego, a brak przemyślenia może zostać zinterpretowany jako niezrozumienie. Ale jeśli zatrzymałeś kogoś w hali i zapytałeś go „Prawda czy fałsz, żeby zmienić orbitę z jednej orbity na inną, wszystko, co muszę zrobić, to wskazać miejsce, w którym chcę być i pchnąć go, prawda?” większość inżynierów nie zgodziłaby się z tym.
1. Nie tylko dzieci. Wielu dorosłych gra i cieszy się tą grą. 2. Modyfikacje mogą zwiększyć realizm, umożliwiając zaawansowane planowanie lotu, zarządzanie delta-v i ulepszoną fizykę.
Nie tylko dokowanie i rendezvous to dobre przykłady, ale także system kontroli reakcji. W tej chwili dzieciaki czują się komfortowo pilotując swoje lądowniki księżycowe bez atmosfery, w latach 60. NASA musiała zbudować [Żelazny Krzyż] (https://www.nasa.gov/centers/dryden/multimedia/imagegallery/IronCross/E-2578. html)
@uhoh Aldrins Teza o orbitalnym rendezvous - która okazała się ważnym kamieniem węgielnym dla NASA - pochodzi z 1963 roku, zaledwie dwa lata wcześniej. Więc myślę, że przynajmniej prawdopodobnie nie wszyscy go znali. Myślę, że mieli wiedzę na temat mechaniki orbitalnej, ale cytat dotyczy spotkania - co może być bardzo sprzeczne z intuicją. Teza Aldrinsa dotyczy właśnie tego czynnika;) Myślę, że bardziej chodzi o to, że nie mieli odpowiednich procedur, a nie, że nie mogli tego rozgryźć w teorii. Prawdopodobnie absolutnie * pokochaliby * symulator taki jak KSP tylko po to, aby nauczyć się procedur;)
@uhoh Jedną rzeczą jest być „mądrym książkowym” na dany temat, potrafiącym odpowiedzieć nawet na najbardziej ezoteryczne pytania, ale zupełnie inną sprawą jest bycie „inteligentnym ulicznym” i umiejętność szerokiego zastosowania wiedzy w sposób improwizacyjny w chaotycznych sytuacjach. Istnieje również ogromna różnica między kilkoma czołowymi naukowcami, którzy poświęcili swoje życie, aby zrozumieć coś, co miało to pojąć, a wszystkimi w pokoju kontrolnym, którzy to rozumieli.
wersja tl; dr W latach 60-tych inżynierowie NASA potrafili wykonać WSZYSTKIE obliczenia matematyczne. Ale bez * intuicji * widzenia, jak ta matematyka faktycznie odnosi się do prawdziwego życia, matematyka była bezużyteczna. KSP jest ** fenomenalny ** w dostarczaniu tej intuicji.
@Darren Odczytanie frazy „… zastosuj wiedzę w sposób improwizacyjny w chaotycznych sytuacjach”. było aha! chwila dla mnie. Chociaż takie sytuacje nie zdarzają się obecnie (o ile mi wiadomo) zbyt często, przyszłość to zupełnie inna kwestia. Analogicznie do lotnictwa, w którym kontrolerzy ruchu lotniczego i piloci polegają na intuicji podczas napotykania i reagowania na złożone sytuacje, przyszła „świadomość sytuacyjna” w przestrzeni kosmicznej wymaga intuicji 3D na temat trajektorii w polach grawitacyjnych. Jeśli jeszcze nie zostało to uwzględnione, może możesz to rozwinąć w odpowiedzi?
@Shane, podobnie jak w moim komentarzu do Darrena (powyżej), jeśli jest jeszcze miejsce na rozwinięcie aspektu „intuicji”, który nie został w pełni uwzględniony w innych odpowiedziach, rozważ dodanie odpowiedzi rozszerzającej to?
„To sprawia, że ​​zastanawiasz się nad wyzwaniami inżynieryjnymi” Zwykle tuż przed próbą wylądowania na Mun.
[Obowiązkowe drugie odniesienie do xkcd] (https://xkcd.com/2204/)
#2
+91
Polygnome
2017-08-30 13:52:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Na kilku konferencjach prasowych zapytano pracowników NASA lub prywatnych firm kosmicznych, czy grają w KSP, a niektórzy odpowiedzieli „Tak”.

NASA wykorzystała załatane stożki, aby znaleźć orbity kandydatów dla Apollo w dni.

Mając to na uwadze, KSP zachowuje równowagę między dokładnością a prostotą . Połatane stożki dają dobre wyobrażenie o tym, jak działa przestrzeń, nie są jednak tak skomplikowane, że nie jest to już przyjemne. A to oznacza, że ​​ludzie uczą się rzeczy, których inaczej by nie zrobili. Mantrę „Przestrzeń nie jest wysoko, chodzi o szybkie poruszanie się w bok” można powtarzać tysiące razy, a ludzie tego nie zrozumieją. Ale kiedy rzeczywiście go wypróbują i sami przekonają się, dlaczego tak jest, nagle rozumieją. Kiedy spadną z powrotem na planetę po wystrzeleniu prosto w górę, a następnie w końcu nauczą się przechylać i wykonywać obrót grawitacyjny , aby osiągnąć orbitę.

Fakt, że orbity są zawsze pod wpływem przeciwna strona oparzenia. To spowolnienie ( wsteczne spalanie) obniża orbitę i tak dalej. Co robią oparzenia radialne , co robią normalne oparzenia , czym jest nachylenie i dlaczego jest ważne, jak węzły wstępujące i zstępujące work i dlaczego są ważne, dlaczego rendezvous trwa tak długo i co musisz zrobić, aby to osiągnąć. Wszystkie te rzeczy są nauczane przez KSP i sprawiają, że loty kosmiczne są dostępne dla ludzi, którzy inaczej by go nie „dostali”.

Mun (odpowiednik Księżyca w KSP) znajduje się na orbicie równikowej, aby ułatwić to zadanie dla nowych graczy, aby się tam dostać (bez okna startowego, bez zmiany nachylenia), ale te rzeczy mogą być użyte, aby dostać się na drugi, znacznie mniejszy księżyc, Minmus.

Wyjaśniono pojęcie transferów Hohmanna , transferów dwueliptycznych i innych. KSP może poznać różnicę między oszczędnością paliwa a oszczędnością czasu. Kątów wyrzutu i okien startowych dla misji międzyplanetarnych można się nauczyć dzięki KSP. Wspomaganie grawitacji działa i może być bardzo przydatne. Jest to koncepcja, z którą boryka się wiele osób, ale w KSP możesz ją wypróbować i zobaczyć, jak to działa.

Ogrzewanie reaktywne istnieje i ma pewne znaczenie, w zależności od ustawienia. Uczysz się, że nie powinieneś orać zbyt szybko zbyt głęboko w atmosferze ani zbyt nisko, aby ją pominąć. Koncepcja ponownego wejścia jest trudna do zrozumienia dla niektórych osób, ale dzięki KSP możesz łatwo zobaczyć, dlaczego to działa, jak to działa i co jest w tym ważne.

Równanie rakiety , a zwłaszcza tyrania równania rakietowego , jest ważna w KSP. Uczysz się dobrych technik inżynierskich . Uczysz się, że nie możesz przynieść tego, czego chcesz, że rakiety rosną wykładniczo. Koncepcja inscenizacji i dlaczego jest ona ważna, pojawia się naturalnie w KSP. Wyjaśniono niektóre podstawowe właściwości aerodynamiczne - jak działają CoM i CoL , jak opór wpływa na tor lotu Twojej rakiety.

Wyjaśniono, czym jest i robi Isp . To, że Isp na poziomie morza i Isp w próżni to różne rzeczy i są ważne, zostało wyjaśnione. Wyjaśniono, że możesz sterować rakietą za pomocą silników kardanowych , kół reakcyjnych lub RCS i że niektóre z nich są lepsze w niektórych sytuacjach niż inne (RCS do wznoszenia? Nie jest to najlepszy pomysł!).

Krótko mówiąc: KSP uczy dużo , wykorzystując fizykę i mechanikę orbitalną, które nie są tak zbyt skomplikowane, że też denerwujący. Pozostaje w obszarze, który większość ludzi wciąż może zrozumieć.

A dla tych, którzy chcą dodatkowego wyzwania, grę można zmodyfikować. Fizyka ciała N-Ciała jest zapewniana przez mod o nazwie "Principia", a układ gwiezdny może zostać przekształcony w Prawdziwy Układ Słoneczny za pomocą moda o tej samej nazwie (RSS). Historyczne silniki i inne części dostarcza mod o nazwie "Realism Overhaul" (RO). Opóźnienie sygnału zapewnia RemoteTech, podtrzymywanie życia przez jeden z różnych modów LS (Kerbalism, USI-LS itp.).

Więc poza podstawowym doświadczeniem, które już uczy wielu koncepcji lotów kosmicznych (zapomniałem o ogrzewaniu i grzejnikach na mojej liście powyżej) przy zachowaniu dostępności i przystępności (jeśli nie chcesz się zbyt wiele uczyć, próba i błąd zaprowadzą Cię trochę daleko), społeczność moderów stworzyła wiele modów, które dostarczają graczom jeszcze ważniejszych koncepcji (na przykład FAR ma bardziej realistyczną symulację aerodynamiki).

A gra pozwala ci sobie z tym poradzić, jak chcesz. Nie chcesz dowiedzieć się więcej o azymucie startu ? Dobrze, przestań. Części mają wystarczającą ilość delta-v , więc czasami możesz być niechlujny. Chcieć się nauczyć? Dobry! Możesz się o tym dowiedzieć, a następnie zastosować to, czego się nauczyłeś i zobaczyć, jak działa. Zobacz, jak Twoja orbita kończy się dokładnie tak, jak chciałeś (lub nie). Społeczność stworzyła również wiele narzędzi matematycznych i pomocników.

Wreszcie Squad (programista) już zawarł / miał umowę z NASA. NASA pomogła im w stworzeniu niektórych części, tak zwanych „części NASA”, które nadal są w grze (wydaje mi się, że pierwotnie były przeznaczone na oficjalny mod „Asteroid day”, ale są teraz w grze podstawowej).

Więc tak, to nie jest w 100% dokładny symulator. Ale jest wystarczająco blisko, aby uczyć pojęć i na tyle prosty, że jest dostępny dla bardzo szerokiego grona odbiorców. Myślę, że pod tym względem stanowi świetny przykład tego, jak powinny działać gry edukacyjne w przyszłości. Ponieważ naprawdę fajnie jest grać, i sprawia, że ​​wszystko jest łatwe do zrozumienia.

Kilka przypadkowych rzeczy, o których nie wspomniałem: Aerodynamika ( ster , ster wysokości , trym , położenie skrzydła, CoM, CoL i koncepcja podnoszenia dla samolotów), jak działa FDAI (zwane w KSP Navball ), ramy odniesienia (FDAI ma tryb „powierzchniowy” [obracająca się rama odniesienia ciała] i „orbitalna” ramka odniesienia [nieobrotowa rama ciała], a także ramkę „docelową” [ramka wyśrodkowana wokół własnego statku]), łączność anten i siłę sygnału ( prawo odwrotnych kwadratów ), moc słoneczna (znowu, prawo odwrotnych kwadratów, dowiesz się, dlaczego panele nie działają dobrze na planetach zewnętrznych), dowiesz się o błędzie rakiety wahadłowej io wielu innych rzeczach.

Dokładność i moc obliczeniowa:

Będąc grą, symulacja ma duże wymagania czasu rzeczywistego . Poprawione stożki są nie tylko dużo łatwiejsze do zrozumienia dla szerokiego grona odbiorców , ale także dużo szybsze. Łatka stożkowa ma rozwiązanie analityczne . Oznacza to, że obliczanie pozycji jest tanie. Co więcej, znajdowanie najbliższego podejścia / przechwyceń jest tanie, co jest potrzebne do planowania manewrów. Dodatkową korzyścią jest to, że sprawia, że ​​znalezienie miejsca spotkania jest dostępne dla szerokiego grona odbiorców. Nie jest fajnie próbować znaleźć bliskie podejście dla dwóch statków, kiedy do podjęcia takiej decyzji potrzebny jest symulator. Podstawowe pojęcia mają zastosowanie niezależnie od tego, czy używasz łatanych stożków, czy nie. Bardziej realistyczny model nie wnosi wiele wartości edukacyjnej, ale wiele frustracji dla graczy, którzy w większości nie mają żadnego doświadczenia w mechanice orbity. Co więcej, gra musi być w stanie symulować dosłownie setki statków w tym samym czasie - co jest możliwe tylko przy załatanych stożkach w czasie rzeczywistym. Wspomniany mod na fizykę n-ciał szybko się psuje po zderzeniach statków, które generują mnóstwo gruzu. Ponadto nie ma znaczenia, czy statek znajduje się w atmosferze, czy nie z fizycznego punktu widzenia. Silnik fizyczny nadal musi symulować wszystkie części i wszystkie połączenia między wszystkimi częściami, aby dowiedzieć się, jak zachowuje się statek, szczególnie pod wpływem ciągu. Te trudne wymagania czasu rzeczywistego nakładają sztywny limit na to, co można realistycznie osiągnąć na przeciętnym komputerze domowym . To znowu gra, która wymaga szybkich rezultatów, to nie jest symulacja akademicka . Jest wystarczająco blisko, aby nauczyć pojęć . Nie twierdzi, że ma 100% naukową dokładność.

Do kwestii podniesionej w innych komentarzach, że używa "matematyki XVII wieku". Jasne, że tak. Ale tak samo postępuje wielu ludzi. Nie zaczynasz uczyć ludzi fizyki od wskoczenia do mechaniki kwantowej. Nie zaczynasz nawet od GR / SR. Zaczynasz od klasycznej fizyki Newtona. Te wciąż istnieją i nadal są aktualne jak zawsze i nadal mają swoje zastosowania. Tylko dlatego, że obecnie wiemy, że nie są one dokładne w pewnych skalach, nie oznacza, że ​​fizyka jest bezużyteczna. Ponownie, KSP musi znaleźć równowagę między dokładnością a prostotą. Bądź wystarczająco dokładny, aby faktycznie wykorzystać prawdziwe koncepcje lotów kosmicznych, a jednocześnie wystarczająco prosty, aby przemówić do szerokiego grona odbiorców.

Czy byłeś kiedyś w planetarium? Kiedy pokazują orbity planet w Układzie Słonecznym, używają łatanych stożków. Bo to wystarczy, aby dać ludziom wyobrażenie o tym, jak to działa, bez przesady. Czy kiedykolwiek spojrzałeś na orbity wykreślone w jakobijskiej ramie? Wyglądają one na niezwykle zagmatwane, ale prawdopodobnie są bardziej „dokładne”.

`+ n! '' To naprawdę dobrze przemyślana i obszerna odpowiedź, znacznie większa niż się spodziewałem. Dziękuję bardzo za poświęcenie czasu na przemyślenie tego i wyjaśnienie!
Zanim zacząłem grać na KSP, to wszystko byłoby bełkotem.
@uhoh Im dłużej o tym myślę, tym więcej rzeczy przychodzi mi do głowy, że KSP wyjaśnia, że ​​nie wymieniłem tutaj, ale musiałem gdzieś zrobić cięcie.
@JCRM Tak, koła reakcyjne są trochę OP w KSP. Są wielokierunkowe i nigdy nie nasycają się i są znacznie silniejsze niż realistyczne.
Jeszcze jednej rzeczy możesz się nauczyć od KSP: błąd rakiety wahadła: https://gaming.stackexchange.com/questions/220705/why-does-my-hoverpad-flip-over
@RossRidge Tak, i prawdopodobnie wiele innych rzeczy, trudno jest stworzyć * wyczerpującą * listę.
Nigdy nie rozumiałem, dlaczego rakiety tak wolno się wznoszą, dopóki nie zagrałem w KSP. Wiedziałem, ale nie rozumiałem. To samo z nachyleniem, nie zdajesz sobie sprawy, jak wielkim draniem jest zmiana nachylenia, dopóki nie zobaczysz, jak wskaźnik paliwa spada do zera i nadal znajduje się 20 stopni od samolotu docelowego. A wraz z modyfikacją RO otwiera się zupełnie nowy świat z ułamkami, problemami międzystopniowymi, silnikami, których nie da się ponownie uruchomić i ogólnym brakiem przepustowości.
„Będąc grą, symulacja ma duże wymagania w czasie rzeczywistym”, zdecydowanie nie. Nie ma gier, które wymagałyby pracy w czasie rzeczywistym, system Windows nie jest nawet w stanie uruchomić żadnego oprogramowania działającego w czasie rzeczywistym. trudny czas rzeczywisty oznacza reakcję w czasie X, nawet w najgorszym przypadku. Jeśli czas reakcji wydłuży się, niektóre części zostaną uszkodzone i / lub ludzie zostaną ranni lub zabici. Ale w prawdziwej rakiecie jest wiele twardych systemów czasu rzeczywistego.
@12431234123412341234123 60 FPS to twarde * wymaganie biznesowe * dla gier, niezależnie od innych definicji technicznych, które mogą istnieć dla tego terminu. Nie zacznę się dziwić, ponieważ wyjaśnianie rzeczy w prostych słowach jest tym, co sprawia, że ​​KSp jest świetny, a wchodzenie w różne pojęcia wymagania czasu rzeczywistego nie zwiększy zrozumienia mojej odpowiedzi dla przeciętnego czytelnika. znowu prostota i dokładność i takie ...
@Polygnome 60 FPS, czyli 16 ms / klatkę, to tylko 99,94% klatek, jeśli co 30 sekund pojawia się klatka, która potrzebuje 200 ms, nikogo to nie obchodzi. W niektórych systemach technicznych takie pojedyncze opóźnienie może być katastrofalne. Właśnie tym jest trudny czas rzeczywisty: liczba najgorszych przypadków, a nie inne> 99%. Ale gry są często miękkie w czasie rzeczywistym (opóźnienia są poważne, ale bardzo rzadkie mogą być akceptowane). Nie, to sprawia, że ​​twoja odpowiedź jest myląca, a po wielu takich postach przeciętny użytkownik będzie miał bardzo błędne zrozumienie, czym jest trudny czas rzeczywisty.
„Ale kiedy faktycznie wypróbują to i sami zobaczą, dlaczego tak jest, nagle zrozumieją.” Chociaż rozumiałem podstawową teorię względności na tyle, aby powtórzyć definicję, której mnie nauczono; Dopiero gdy nauczyłem się zadokować dwa statki kosmiczne w KSP, zrozumiałem to doświadczenie z określonego układu odniesienia. Wszystko kliknęło i zaczęło mieć sens. To w pewnym sensie „odblokowana” część mojego rozumienia, którą teraz instynktownie stosuję do każdego dokowania związanego z kosmosem, jaki widzę (fikcyjnego i nie-fikcyjnego). Doświadczenia mogą bardzo szybko doprowadzić do bliskiego zrozumienia.
Aerodynamika: jeśli zainstalujesz mod FAR (realistyczna atmosfera), będziesz musiał faktycznie zacząć umieszczać ogony na swoich samolotach, aby zapewnić siłę docisku.
@Mazura FAR był konieczny przed remontem. Kostki do przeciągania używane obecnie przez KSP są wystarczające do większości zastosowań. FAR jest jeszcze lepszy, ale nie tak wymagany, jak w starej zuposferze.
#3
+25
Phiteros
2017-08-30 09:25:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

W pewnym sensie masz rację; KSP nie uczy matematyki związanej z dynamiką orbity. Ale daje niesamowicie dobre intuicyjne poczucie tego, jak działają. Na przykład jedną z pierwszych rzeczy, których się uczysz, jest to, ile paliwa potrzebujesz, aby dostać się na orbitę. Musisz szybko uporać się z tyranią równania rakietowego, jeśli w ogóle chcesz się dostać w dowolne miejsce.

Gdy już wzniesiesz się ponad atmosferę, następną rzeczą, której się uczysz, jest określenie odpowiednich punktów przypalenia są. Aby podnieść perygeum, musisz płonąć w apogeum. Następnie palisz w perygeum, aby zakręcić swoją orbitę.

Po znalezieniu się na orbicie musisz zająć się różnymi rzeczami, takimi jak zmiana nachylenia orbity, dokowanie i wspomaganie grawitacji na innych planetach.

Więc nie, nie zawiera równań ani sposobów ich rozwiązania. I tak, silnik fizyki jest wyłączony (ale czy można ich winić? Zaprogramowanie pełnej symulacji n-ciała dla prostej gry wideo).

Ale zadaj sobie pytanie: co przeciętna osoba chce? Czy chcą nauczyć się całej matematyki związanej z lotami kosmicznymi? Nie, zwykle tego nie robią. A jeśli tak, nie zwracają się do KSP. Ale dzięki KSP ludzie, którzy w nią grają, lepiej znają sposób działania orbit statków kosmicznych. Przedstawia coś zazwyczaj złożonego i niedostępnego w zabawny i intuicyjny sposób. Ostatecznie KSP nie ma na celu nauczenia studenta, jak obliczyć, czy rakieta się rozbije. To gra przeznaczona dla rozrywki. Fakt, że pomaga również rozwinąć intuicyjne wyczucie mechaniki orbity jest dodatkowym atutem.

Dwadzieścia lat temu komputery były wolniejsze, ale nie ma nic trudnego w dodaniu kilku kolejnych ciał do symulacji opartej na całkowaniu wektorów stanu. Kepler i załatane komiksy były złym wyborem. W przypadku symulacji w czasie rzeczywistym lub nawet 10-krotnym czasie rzeczywistym obliczenia są trywialne i szybsze niż czas potrzebny do określenia kerbal.
Nie myśl o tym jak o naukowcu. Ci ludzie są projektantami gier. Wykonywanie obliczeń to tylko mały kawałek całości. Oprócz silnika fizycznego potrzebujesz również grafiki, tekstu, projektu itp. Zdecydowali się wyciąć mały róg na silniku fizyki, aby mogli uwzględnić wszystko inne, nie przekraczając budżetu i zgodnie z harmonogramem.
Cóż, nie sądzę, że F = ma jest naprawdę droższe lub trudniejsze, ale OK.
To F = ma stale obliczane w zależności od lokalizacji obiektu i aktualizowane w czasie rzeczywistym, bez obciążania grafiki lub innych części programu. O wiele łatwiej jest to zrobić dzięki prostszym przybliżeniom.
Odpowiem na to pytanie za chwilę, ale nawet mój pięcioletni laptop to GigaFLOP (nie licząc GPU). Zrobienie KSP z wektorami stanu nie powinno stanowić problemu, ale spróbuję zadać pytanie, w którym można to wykazać w sposób ilościowy i weryfikowalny.
@uhoh Chodzi o to, że masz n ^ 2 interakcji między ciałami (w porządku, naprawdę n ^ 2 + nm, gdzie n to planety, a m to rakiety), jednak to, co naprawdę to łamie, to * przesunięcie czasu *. Połatane stożki pozwalają im przyspieszyć czas do 10000000 razy normalnej wartości lub czegoś podobnego, ponieważ mogą * bezpośrednio obliczyć * pozycję obiektu w dowolnym przyszłym punkcie jego orbity.
@immibis „przybliża” nie „oblicza”. Rozumiem podstawowe zasady stojące za łatanymi stożkami, ale myślę, że w przypadku nowoczesnych komputerów mówimy o dziesiątkach milisekund bezpośredniej integracji, które są nadal dokładniejsze, może sekundy, jeśli jest to optymalizacja trasy po wielu planetach. Za kilka dni postaram się zadać konkretne pytanie na ten temat.
@uhoh Nie, może * dokładnie * obliczyć położenie ciała na orbicie Keplera. Teraz prawdziwe ciała nie znajdowałyby się na orbitach Keplera. Ale w grze wszystkie obiekty znajdują się na orbitach Keplera. dlatego obliczenia są dokładne dla wszystkich obiektów w grze. Jest to w rzeczywistości dokładniejsze niż całkowanie numeryczne, które kumuluje błędy.
@immibis Keplerowskie orbity ** nie są prawdziwymi orbitami! ** Są to [uproszczenia jednego ciała] (https://en.wikipedia.org/wiki/Classical_central-force_problem#Relation_to_the_classical_two-body_problem). Możesz dokładnie obliczyć coś złego, ale to nie oznacza, że ​​jest mniej błędne. Wtedy „wyłączanie grawitacji” z jednego ciała, a następnie „włączanie grawitacji” z drugiego to zupełnie inny ** niefizyczny ** problem. Nie powinieneś fałszywie przedstawiać tych rzeczy. Rzeczywiste orbity w rzeczywistych układach słonecznych nie są dokładnie obliczane za pomocą tego rodzaju przybliżeń, wydaje się, że KSP naucza tutaj * niewłaściwych rzeczy *!
@immibis więcej o matematyce jednego ciała sił centralnych można znaleźć tutaj: https://ocw.mit.edu/courses/aeronautics-and-astronautics/16-07-dynamics-fall-2009/lecture-notes/MIT16_07F09_Lec15.pdf
@uhoh: Główny problem z prawdziwymi orbitami polega na tym, że potrzebujesz stałego utrzymywania stacji. Jeśli rozwiniesz flotę złożoną z pięćdziesięciu różnych statków kosmicznych, satelitów i sond, wkrótce stanie się ona niemożliwa do utrzymania, ponieważ zamiast kilkunastu pracowników do obsługi jednego satelity, jesteś tylko jednym, który utrzymuje całą flotę. Dzięki orbitom keplerowskim możesz umieścić satelitę na orbicie i zapomnieć o nim. To świadomy wybór mechaniki rozgrywki; poświęcenie realizmu w celu zwiększenia grywalności, podobnie jak promień Kerbina. Za swoje „nie powinieneś” - nie powinieneś robić gry nudnej i irytującej.
@SF. statek kosmiczny pozostaje na orbicie bez utrzymywania stacji. Nie „spadają z nieba”, jeśli nie są kontrolowani. Po prostu ich orbita trochę się zmienia. Tam, gdzie utrzymanie stacji jest ważne, to na orbitach geostacjonarnych (gdzie może to być po prostu jeszcze jeden element KSP, który dodajesz do projektu satelity) i oczywiście na orbitach typu Halo, Lissajous i innych punktowych typu Lagrange *, które są niemożliwe w KSP *, ponieważ wykorzystuje matematykę XVII wieku.
@uhoh: Utrzymywanie stacji jest niezwykle ważne na niskich orbitach. Twoja orbita geostacjonarna może trochę dryfować. Twoja stacja LKO może wpaść w atmosferę pod wpływem Mün.
@SF. Nie wiem, czym jest „wpływ Mün”, ale myślę, że w KSP tak się nie dzieje.
@uhoh `F = ma` jest łatwe. Twardy bit oblicza „F = Gm1m2 / r ^ 2” dla każdej pary ciał (wszystkich planet, księżyców, satelitów, statków kosmicznych) w systemie. Nawet wtedy nie jest to „poprawne”, ponieważ nie wyjaśnia ogólnej teorii względności.
@OrangeDog: I to nie tylko dla aktualnej pozycji rzemiosła, ale dla wielu z nich z wyprzedzeniem, ponieważ rysowanie trajektorii (rzeczywistych i planowanych, po manewrze) jest absolutnie niezbędnym elementem rozgrywki, zastępującym wszystkie ręczne obliczenia, które wykonałeś trzeba wykonać.
Komentarze nie służą do rozszerzonej dyskusji; ta rozmowa została [przeniesiona do czatu] (http://chat.stackexchange.com/rooms/64820/discussion-on-answer-by-phiteros-what-can-the-ksp-game-actually-teach-about- odstęp).
W pewnym sensie KSP uczy podstawowych równań mechaniki orbity w taki sam sposób, w jaki gra w baseball uczy balistyki. Jasne, nie wiesz, jak usiąść i policzyć liczby, ale uczysz się, jak wykonywać te same obliczenia na poziomie podświadomości. Zacząłem grać w gry orbitalne z orbiterem wkrótce po tym, jak wyszedł, a kiedy po dekadzie przerwy od symulatorów orbitalnych sięgnąłem po KSP, z radością stwierdziłem, że mogę nadal przeglądać plany lotu z wieloma procami z rozsądną dokładnością, grawitacja różnych ciał niebieskich.
#4
+16
Cody
2017-08-31 00:27:27 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pozostałe 4 odpowiedzi świetnie sobie radzą z wyrażeniem tego, co kocham w KSP, ale chciałbym zwrócić uwagę na jeszcze jedną rzecz z mojej perspektywy jako projektanta gier, który spędził w grze ponad 600 godzin.

Chociaż większość tej gry jest uproszczona w porównaniu z prawdziwym światem, jest wystarczająco dokładna, aby intuicyjnie zrozumieć, dlaczego coś zawiodło. Rakieta przewróciła się podczas startu? Muszę dostosować aerodynamikę lub wypróbować inny profil startu. Jesteś w drodze do celu i skończyło się paliwo? Może powinienem przyjrzeć się bardziej wydajnym silnikom lub miniaturyzacji mojej rakiety. Próbujesz wrócić na Kerbin z jednego z jego księżyców, ale brakuje Ci paliwa? Lepiej upewnij się, że opuścisz orbitę księżyca w kierunku przeciwnym do jego ruchu. Wróciłem do Kerbin, ale wszyscy moi Kerbalnautowie zginęli od uderzenia w zbocze góry? Dodaj więcej spadochronów. KSP to coś więcej niż dynamika orbitalna, to inżynieria z szybkimi iteracjami w projekcie. Oczywiście programowanie typu „zgadnij i sprawdź” nie działa dla NASA, ale z dostępem do przycisków „Przywróć do uruchomienia” i „Przywróć do montażu pojazdu” zawsze dostępnych (chyba że je wyłączysz lub zrobi to za Ciebie mod) uczenie się, dlaczego coś nie działa i jak je naprawić, jest znacznie łatwiejsze niż zwykłe sprawdzanie liczb.

Możliwość podjęcia próby, niepowodzenia, próby rozwiązania problemu i ponownej próby w szybkich cyklach jest częścią tego, co czyni KSP doskonałym narzędziem do nauki. Kiedy już jesteś wystarczająco w grze, budujesz dobrą intuicję, jak to działa w prawdziwym życiu, a mody wymienione w odpowiedzi Polygnome mogą dodać te dodatkowe poziomy realizmu, jeśli chcesz podnieść wyzwanie. Podczas gdy gra waniliowa ukrywa przed tobą większość liczb (całkowita delta V, obecny ISP, odległość nad ziemią zamiast odległości nad poziomem morza), istnieją mody, które również je udostępniają. Osobiście nie mogę grać bez Kerbal Engineer, który pokaże mi niektóre z nich. To samo dotyczy okien startowych, trudno jest przewidzieć, kiedy wykonać transfer planetarny, ale użycie budzika Kerbal do obliczenia tego co do sekundy również bardzo pomaga.

Podsumowując, KSP wykonuje świetną robotę, tworząc niektóre z wyzwań stojących przed NASA są bardzo intuicyjne, a możliwość szybkiego iterowania projektów samolotów i statków kosmicznych sprawia, że ​​ich nauka jest przyjemna i wciągająca. Jeśli jesteś typem, który chce zagłębić się w matematykę, optymalizując każdą część misji, łatwo dostępne są darmowe mody, które dają ci tę opcję. Jeśli chcesz, aby było znacznie bliżej realizmu, możesz to łatwo zrobić. Inne modyfikacje pozwalają odkrywać nowe układy słoneczne, więc nigdy nie zabraknie Ci wyzwań.

Jako przykład tutaj jest wideo YouTube od bardzo utalentowanego gracza KSP wyjaśniającego, jak Efekty Obertha i asysty grawitacyjne są przydatne do optymalizacji zużycia paliwa. Zwróć uwagę, że ten film jest stary i od tego czasu sytuacja znacznie się poprawiła. Nawet przy uproszczonym zrozumieniu mechaniki orbity w grze, nadal mają znaczenie.

Świetna odpowiedź, dzięki! Tak, to kolejny aspekt, którego nie uwzględniono w innych odpowiedziach. Dziękuję za opisanie jeszcze ważniejszych aspektów lotów kosmicznych poza matematyką mechaniki orbitalnej, których KSP pomaga nauczać!
btw Jestem wielkim fanem filmów Scotta Manleya, podlinkowałem do nich w [Rocket Engine Plumbing: Still nie rozumiem cyklu pełnego spalania etapowego] (https://space.stackexchange.com/q/18538/12102 ) i [artykuł „Em Drive” został wydany - potrzebuję pomocy w jego zrozumieniu] (https://space.stackexchange.com/q/19104/12102), gdzie tytuły filmu mają postać „KSP nie uczy X „ale nie zauważyłem wszystkich innych jego filmów KSP!
Tak. [NASA nigdy nie zrozumiała tego źle] (https://youtu.be/Te_3gfOoh8c?t=15), nigdy. (fragment z, * The Right Stuff *)
@Mazura Jestem poprawiony, może NASA wykonuje więcej inżynierii zgadywania i sprawdzania, niż sądziłem ...
@Cody A Sowieci zrobili o wiele więcej niż NASA.
@uhoh, ponieważ powiedziałeś, że lubisz filmy Scotta Manleya, właśnie znalazłem [jeden od niego na podstawie prezentacji, którą przedstawił, obejmującej dokładnie ten temat] (https://www.youtube.com/watch?v=ogC6ds81gek). Treść tego filmu może równie dobrze stanowić własną odpowiedź na to pytanie.
@Cody Dzięki za link - tak, to doskonały przegląd. Bardzo podoba mi się sposób, w jaki rozbija skomplikowane rzeczy i wyjaśnia koncepcje.
Film Scotta Manleya o [próbach odtworzenia lądowania pierwszego stopnia Space X] (https://www.youtube.com/watch?v=C9I55o8hQgs) wydał mi się fascynujący, ponieważ odtwarzał prawdziwe rzeczy, które miały się wydarzyć następnego dnia.
#5
+12
OON
2017-08-30 18:38:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Koncentrujesz się na nierealistycznych punktach, które muszą być obecne w grze, i ignorujesz mocne, realistyczne punkty. Kerbal Space Program nie jest idealnym symulatorem statku kosmicznego, ale z powodzeniem uczy podstaw. Co najważniejsze, nawet jeśli nie zawiera pełnej symulacji N-ciała, jest w stanie doskonale symulować orbity Keplera, które dają dobre pierwsze przybliżenie dla wielu misji kosmicznych.

Ponieważ inne odpowiedzi podkreślały już wiele mocnych stron osobista perspektywa. Ze względu na moje wykształcenie fizyka i ogólne zainteresowanie eksploracją kosmosu znałam wszystkie równania i całą wymaganą wiedzę na długo przed rozpoczęciem gry w KSP. Jednak kiedy próbowałem dokonać dokowania między dwoma statkami, zajęło mi to godzinę ciągłych korekt trajektorii, ponieważ nawet przy całej tej wiedzy zrobiłem wiele naprawdę głupich rzeczy. Co dokładnie działo się podczas pierwszych prawdziwych misji dokowania. Powodem jest to, że nawet jeśli masz wiedzę bez doświadczenia, twój umysł nie stosuje jej we właściwy sposób. Właśnie w tym gry takie jak KSP są bardzo dobre - dają bardzo dobrą intuicję na temat podstawowej mechaniki orbitalnej.

Nie znam mocnych stron, ponieważ nie próbowałem tego. Poprosiłem więc tutaj i zachęciłem ludzi do omówienia mocnych stron. Dzięki za wkład!
#6
+5
Meni Rosenfeld
2017-09-03 02:34:47 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Chciałbym najpierw odnieść się do tej części:

Ale ten ostatni bit jest tylko dlatego, że został napisany z uproszczonymi matematycznymi przybliżeniami w pierwszej kolejności i zmieniony na 3-ciałowy Newtonioan fizyka zamiast łatanych stożków pozwoliłaby wówczas na „punkty Lagrange'a, perturbacje, orbity Lissajous, (i) orbity halo…”; nie byłoby potrzeby przywoływania ekstremalnie brzmiącej granicy n-ciał. W tych ramach siły pływowe również byłyby łatwe do uwzględnienia.

n-ciał nie różni się zasadniczo od 3-ciał. Jeśli masz problem z dwoma ciałami, możesz natychmiast obliczyć konfigurację dla dowolnego przyszłego momentu. Ale 3-ciałowe i wyższe są chaotyczne, co oznacza, że ​​musisz wykonywać integrację krok po kroku, a im dalej w przyszłość idziesz, tym dokładniejsze muszą być obliczenia, aby pozostały dokładne. Oznacza to mniejsze kroki czasowe i precyzyjne obliczenia liczbowe - a to oznacza, że ​​wysiłek obliczeniowy nie jest liniowy w czasie, który upłynął (jak miałoby to miejsce w przypadku stopniowej integracji systemu bez chaosu), teoretycznie jest wykładniczy . W porównaniu z 2-ciałami, które są logarytmiczne (chciałbym powiedzieć stałą, ponieważ po prostu podłączasz formułę, ale samo przedstawienie czasu, który upłynął, jest w niej logarytmiczne).

Oznacza to, że nie będziesz w stanie na timewarp x1000000, tak jak obecnie w grze, i nie możesz wizualnie zobaczyć całej orbity. Oznacza to, że aby mieć 3-ciałę, nie musisz tylko przepisywać silnika, musisz przemyśleć, co jest możliwe w grze i jak działa interfejs użytkownika i UX.

Nie wspominając o tym nie da się zrobić - ponieważ nikt nie umrze, jeśli obliczenia będą trochę błędne, możesz zrobić przybliżenia, aby obliczenia były wykonalne - ale najlepiej zostawić coś na zupełnie nową odsłonę gry. Co więcej, chociaż efekty uzyskiwane z 3-ciał są przyjemne, jest mnóstwo do odkrycia, które ich nie dotyczą.


Przejdźmy do bardziej ogólnych rozważań. Myślę, że prawie wszystkiego, czego możesz się nauczyć z KSP, możesz się nauczyć, studiując z książek i używając mniej gamifikowanych symulatorów. Ale to, co czyni KSP wyjątkowym, to wewnętrzne, emocjonalne opinie, które otrzymujesz. Wykonywanie obliczeń na papierze to jedno. Ale pokaz audiowizualny z płonącymi rakietami, odpływem powietrza i kurczeniem się niebieskiego marmuru, jak na rakietę zaprojektowaną przez Ciebie , to zupełnie co innego.

cele związane z grą i zadania, które chcesz osiągnąć. Załóżmy, że próbujesz wykonać prostą misję, aby statek znalazł się na orbicie. Projektujesz statek i jeśli masz ochotę, wykonujesz obliczenia i szacujesz, że może się to udać. Prawdopodobnie nie będzie to bardzo dokładne, ponieważ należy wziąć pod uwagę wiele czynników, które w najlepszym przypadku są czasochłonne. Robisz więc zgrubne oszacowanie i testujesz to w praktyce. I tak lecisz z prędkością suborbitalną, z odrobiną paliwa, które powinno zabrać cię na orbitę. Masz nadzieję, że to wystarczy, a gdy obserwujesz, jak rośnie twoja prędkość i maleją zapasy paliwa, myślisz „no dalej, chodź, chodź ...”, a potem albo cieszysz się z sukcesu, albo smucisz się z powodu swojej porażki, wiedząc, że przynajmniej będziesz musiał wszystko powtórzyć. Oczywiście to samo dotyczy bardziej skomplikowanych misji, w których jeszcze trudniej jest zaplanować wszystko z wyprzedzeniem.

Myślę, że tego rodzaju wewnętrzne informacje zwrotne są ważne, ponieważ sprawiają, że nauka jest o wiele bardziej żywa i zapadająca w pamięć, a także pozwala aby dobrze się przy tym bawić.


Kolejną cechą KSP jest to, że masz dużą elastyczność w planowaniu z wyprzedzeniem. Możesz całkowicie zignorować wszystkie formuły i obliczenia i po prostu je uskoczyć, wykorzystując w razie potrzeby pomoce wizualne gry. Ale wtedy prawdopodobnie nie będziesz zbyt wydajny.

Lub możesz wykonać tylko podstawowe obliczenia, gdy sytuacja tego wymaga.

Lub możesz wykonać bardzo zaawansowane obliczenia i planowanie, wymagające dobrego zrozumienia dynamiki rakiety i mechaniki orbitalnej, wraz z własnymi symulacjami, przez które przechodzisz przed wypróbowaniem czegokolwiek w rzeczywistej grze.

Istnieje również wiele wtyczek, których możesz użyć, które albo zapewniają dodatkowe pomoce, albo podają dane, których możesz użyć w obliczeniach.

Ja miałem symulator uruchamiania, którego użyłem we wcześniejszych wersjach gry, aby zmaksymalizować potencjał moich projektów. Ale w ostatnich wersjach zmodyfikowali model aerodynamiczny, aby był bardziej realistyczny, ale także znacznie, znacznie bardziej skomplikowany. Wymagałoby to wiele wysiłku, aby odpowiednio przepisać symulator, aby uzyskać przydatne informacje, więc na razie porzuciłem go i pozwoliłem grze symulować wszystko dla mnie.


rzeczy, o których można się konkretnie dowiedzieć, są to takie rzeczy, jak starty (wraz z inscenizacją, TWR, oporem powietrza i zakrętami grawitacyjnymi), powrót (spowolnienie trajektorii powrotu, radzenie sobie z ciepłem, hamowanie za pomocą spadochronów lub rakiet w zależności od atmosfery, i lądowanie w jednym kawałku w wybranym miejscu), manewry orbitalne (w tym dotarcie do wybranej orbity i ekonomia delta-v), spotkanie na orbicie (z ciałami niebieskimi lub zagubionymi członkami załogi) oraz procy grawitacyjne.

Jak wspomniano wcześniej, audiowizualne informacje zwrotne i zgrywalizowane cele sprawiają, że wszystkie te rzeczy są zupełnie inne od uczenia się ich na papierze.


Podsumowując, nie wiem, czy polecałbym płacić za aby dowiedzieć się więcej o mechanice orbitalnej. Ale jeśli chcesz cieszyć się samą grą, ucząc się po drodze, zdecydowanie warto spróbować.

Można również wysunąć argument, że można się wiele nauczyć, po prostu oglądając filmy innych osób grających w tę grę i robiąc różne rzeczy, jest tego mnóstwo. I da ci lepsze wyobrażenie o tym, czego możesz się spodziewać po grze i czy chcesz jej doświadczyć.

Zastrzeżenie: nie jestem w żaden sposób powiązany z twórcami gry, a ja nie otrzymuj żadnej rekompensaty za przekonanie ludzi do zakupu. Gram w to, podoba mi się i wierzę, że dzięki temu lepiej zrozumiałem i co równie ważne, mechanikę orbitalną doceniłem.

Jako przykład ostatnio wziąłem zainteresowanie tematem startów nierakietowych. Nie możesz tego zrobić w KSP, ale inteligentne myślenie o tych rzeczach wymaga dobrego zrozumienia pojęć takich jak TWR, Isp, wymagania delta-v dotyczące dotykania przestrzeni i osiągania LEO i GEO itp. Te rzeczy nie miałyby miało dla mnie tyle sensu, gdybym nie miał doświadczenia w graniu w KSP.

Bardzo dobrze napisana i przemyślana odpowiedź; Dziękuję Ci! Doceniam twoje odniesienie się do poprawionych stożków w porównaniu z integracją numeryczną i wskazałeś na coś ważnego; aby uzyskać ustaloną ostateczną dokładność po długich okresach czasu dla n> 2, obliczenia zwiększają się mniej więcej wykładniczo. Mam jednak przeczucie, że z powodu tych samych efektów chaotycznych różnica między sekwencyjnym rozwiązaniem dwuczęściowym * z łatą stożkową (PC) * a prawidłowym rozwiązaniem * może również różnić się w czasie, w niektórych przypadkach również wykładniczo. Można więc powiedzieć, że PC jest już zasadniczo w błędzie wykładniczym.
Mam nadzieję, że w dłuższej perspektywie będę równolegle uruchamiał załatane stożki i całkowanie numeryczne i spróbuje wydobyć czasy obliczeń. Ponieważ moc obliczeniowa osobistych urządzeń elektronicznych rośnie wykładniczo, możliwe jest, że czasowe wypaczenie problemu trzech lub czterech ciał o milion jest nadal osiągalne w ciągu kilku sekund z dokładnością lepszą niż podstawowe błędy wprowadzone przy użyciu poprawionych stożków. Taka dyskusja wymagałaby punktu odniesienia i nowego pytania. Jeszcze raz dziękuję za dobrze napisaną i przemyślaną odpowiedź!
1. Jasne, cieszę się, że podobała Ci się odpowiedź. 2. Prawidłowe, załatane stożki mogą ostatecznie być całkiem błędne, ale są * spójne *. Jeśli gra wyświetla moją trajektorię, a następnie przeskakuję do czasu w przyszłości, znajdę się dokładnie w miejscu pierwotnie przewidzianym. Dzięki chaotycznej integracji numerycznej mogę znaleźć się w zupełnie innym miejscu, w zależności od sposobu obliczenia. To ważne z punktu widzenia gry. 3. Wykładniczy wzrost mocy obliczeniowej jest przeważnie równoległy. Uważam, że obliczenia potrzebne tutaj są sekwencyjne, więc nie jest oczywiste, że zobaczymy znaczną poprawę.
Wszystkie dobre strony! Dziękuję za poświęcenie czasu na rozwinięcie. Teraz naprawdę każesz mi myśleć. Masz rację, solwerom ODE będzie trudno w pełni wykorzystać możliwości obliczeń równoległych. Kiedy mówię, że mój laptop ma gigaflop, to do mnożenia tablic, a nawet gdybym użył najlepiej zgodnego solwera ODE, prawdopodobnie nie zobaczę takiej szybkości. Warto o tym pomyśleć! :-)
@uhoh Parallelism będzie pomocny, ponieważ będziesz musiał obliczyć przyszłe pozycje wielu rzeczy, które nie będą ze sobą oddziaływać - gra ignoruje kolizje (i inne rzeczy) podczas zmiany czasu, a tylko planety działają grawitacyjnie. Nadal mam wrażenie, że rozważasz obliczenie pojedynczego obiektu, chociaż prawdopodobnie nie jesteś świadomy, że gra śledzi położenie setek (lub tysięcy) obiektów gracza. Większość z nich to „gruz” - wyrzucone zbiorniki paliwa, owiewki itp. - ale niektóre z nich to satelity i stacje kosmiczne ważne dla gracza.
@SlowDog solver ODE może pracować na wektorze n, który reprezentuje położenie i prędkość jednego ciała lub setek z nich. Im więcej rzeczy umieścisz w jednym wektorze, tym bardziej równolegle, ale to oznacza, że ​​wszystkie z nich muszą być spowolnione o wymagane kroki czasowe, aby uzyskać wystarczającą precyzję dla najtrudniejszego elementu na każdym kroku. Istnieje wiele rodzajów sztuczek i kompromisów, interpolacji i aproksymacji możliwych w rozwiązaniu wielobryłowym, a wchodzenie w szczegóły jest niemożliwe w komentarzach. Nie kontroluję, jakie wrażenie pozostawiasz, ale jeśli mam dalsze pytania, zadam. Dzięki!
@uhoh Sugerujesz jednak, że KSP można ulepszyć „po prostu zmieniając fizykę Newtonia na 3-ciałowe zamiast łatanych stożków”. Czy byłoby szybsze / lepsze wykonanie setek równoległych obliczeń dla trzech ciał (gdzie wybrane trzy ciała różnią się w zależności od obiektu), czy też jedno z setkami wektorów? / Edytuj Nie chcę odpowiedzi; to tylko coś do przemyślenia.
@SlowDog Przypisujesz mi fragment zdania ** wyrwany z kontekstu ** i powinieneś pomyśleć o unikaniu tego typu rzeczy. Mówi się, że 3-ciał, a nie n-ciał "pozwoliłoby wtedy 'punkty Lagrange'a, perturbacje, orbity Lissajous, (i) orbity halo ...'" Nie powiedziałem, że powinno to być zrobione, albo że tak będzie ulepszenie.
> Nie powiedziałem, że to powinno być zrobione. Ale sugerujesz to.
Pozwól nam [kontynuować tę dyskusję na czacie] (http://chat.stackexchange.com/rooms/65067/discussion-between-slow-dog-and-uhoh).
#7
+2
Slow Dog
2017-08-31 18:32:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

KSP uczy intuicyjnego rozumienia mechaniki orbity w sposób, którego nie osiąga czytanie podręczników, oglądanie filmów wideo lub żadna inna nieinteraktywna metoda uczenia się. Wyświetlając w czasie rzeczywistym przewidywania przyszłych orbit podczas planowania i wykonywania manewrów, zapewnia wizualną reprezentację zmian orbitalnych, które można wykorzystać do wnioskowania o dowolnych sytuacjach, nawet nie grając w grę.

Jak Przykładowo, zadałem pytanie o orbitalne spotkanie komuś, kto rzekomo wiedział o lotach kosmicznych, ale nie był w stanie odpowiedzieć rozsądnie, podczas gdy każdy średnio doświadczony gracz KSP wiedziałby, co robić. W ten sam sposób, w jaki NASA wiedziała o matematyce orbitalnych spotkań, ale musiała budować symulatory, aby uczyć astronautów, jak to robić, KSP sprawia, że ​​mechanika orbitalna jest kwestią praktycznego zastosowania, a nie wiedzy teoretycznej.

SE to dobre pytania i dobre odpowiedzi, a nie zestrzeliwanie statków innych użytkowników! :-) Oto [nowe pytanie KSP] (https://space.stackexchange.com/q/22858/12102) dla Ciebie; idź po to!


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...