Análisis X-Plane Revolution y física de vuelo

Y es que X-Plane, desarrollado por Laminar Research, necesita todavía un muy necesario baño de cara, y sus diseñadores son conscientes de ello. Sus gráficos de exteriores han mejorado gracias al resultado de incluir en la última versión, conocida como X-Plane Revolution, ni más ni menos que siete DVDs con todas las zonas del mundo con datos obtenidos de satélite. Sólo el primer DVD es necesario para volar, que incorpora el programa en su versión 8.20 junto al escenario de Estados Unidos, y que ocupa 10 gigas. El resto se pueden ir añadiendo si se desea.

Por cierto, y lo comentamos luego, las etiquetas de los DVD de África y Europa están cambiadas. Téngase en cuenta a la hora de la instalación, aunque es de suponer que las nuevas ediciones tendrán este problema corregido. Este no es un problema de Friendware sino que es una situación que viene dada de origen.

Friendware distribuye este producto en España traducido al castellano, aunque la posterior actualización implica perder el castellano por el inglés. El actualizador es ahora automático y puede descargarse de este enlace. La caja se acompaña, además de los sietes DVDs, de un manual introductorio de 127 páginas.

Pero no nos engañemos: X-Plane es árido, y si un programa requiere ayuda, es éste. Esto no es bueno ni malo, es la constatación de la realidad: un programa complejo y sofisticado requiere un estudio profundo y detallado, y muchas, muchas horas de práctica y de conocimientos aplicados. En X-Plane no hay sitio para los tutoriales facilones con caras sonrientes ni a los dibujos a 32 bits de color que propone Flight Simulator. En este sentido, en cuanto a aprendizaje y tutoriales, Flight Simulator sigue siendo una herramienta de gran calidad. Nuestro consejo es, pues, que se trabaje de dos formas:

• Si se quiere empezar de forma suave y no se puede disponer de ayuda en Internet por parte de aficionados, o simplemente se quiere emular a un piloto sin realizar el esfuerzo que ello conlleva, recomendamos comenzar con Flight Simulator, y sus tutoriales y documentos. No es un arcade desde luego, pero no es lo que un piloto real puede sentir en la cabina de una aeronave.
• Si se desea entrar en serio en el mundo de la simulación civil en cuanto a realismo, con una curva de aprendizaje mucho más dura pero con resultados mucho más realistas, y se dispone de conexión a Internet, optar por X-Plane. Y por supuesto acudir directamente a los foros de aficionados, que darán la ayuda pertinente ante las muchas dudas que seguro se tendrán.

 Los seguidores de Flight Simulator argumentarán, y con razón, que existen ampliaciones de terceros de mucha calidad, además de la red de Internet IVAO. Les podemos decir que es cierto, pero no estamos analizando productos de terceros, ni redes externas, sino los simuladores en sí. Además, para X-Plane también existen productos de terceros de altísima calidad. En cuanto a IVAO, la conocida red para volar a través de Internet, actualmente permite volar tanto si se usa Flight Simulator como X-Plane, con lo cual, creemos que la decisión no es tan clara como en principio pudiera parecer.

Todo ello, aderezado con las mejoras que va incorporando X-Plane, y los augurios negativos de Flight Simulator X. En el momento de escribir estas líneas, principios de junio de 2006, los aficionados ya sabemos que el modelo de vuelo del próximo Flight Simulator no va a cambiar. Además, y en palabras de sus diseñadores, para un buen modelo de vuelo "ya hay otros productos", en clara referencia a X-Plane. Esto conlleva por supuesto a que aquellos que deseen realismo cada vez se decantarán más por X-Plane, y los que deseen una sucesión de bonitos gráficos con elefantes caminando por el suelo, prefieran Flight Simulator X. Mucho nos tememos que el producto de Microsoft se acerca peligrosamente al espectáculo visual puro y duro, en contra de lo que pensamos debería ser un simulador de vuelo serio.

Entrando en X-Plane y su modelo de vuelo

X-Plane empezó con el trabajo de un joven de diecisiete años que desarrolló hace tiempo una versión preliminar que muchos vieron como superior a todo lo existente hasta entonces. Apoyado por su padre, se realizó la comercialización de las primeras versiones, en un software que tenía un diseño tosco y básico, pero que disponía de un modelo de vuelo muy superior a todo lo visto hasta entonces. El secreto: la física aplicada al comportamiento de la aeronave. A muchos esta historia nos recuerda a los inicios de Linux pero aplicado al mundo de la simulación, aunque X-Plane es de pago.

Hasta entonces, los simuladores de vuelo de PC se habían basado en una física vectorial. Dicho de otro modo, se trataba al avión como un punto sobre el cual inciden diferentes fuerzas (vectores) en función del vuelo. La gravedad era entonces un vector, la sustentación otro, y los diferentes elementos de la aeronave, principalmente alas, alerones, timones, otras superficies de control, que se calculan como vectores, siendo especialmente importantes el empuje creado por el motor o motores y la resistencia, tanto la inducida como parásita, junto con la gravedad y la suma de los elementos que crean la sustentación. Todos ellos permiten valores más fieles a la realidad cuanto más pequeña es la unidad de tiempo. Todos ellos provocan diferentes fuerzas que, convertidas en cálculo vectorial, crean una resultante. Esta resultante, suma de todos los vectores, indica al programa hacia dónde se debe dirigir el avión. Calculando sistemáticamente estos cálculos vectoriales por unidad de tiempo, el avión se mueve por el espacio tridimensional.

Puede verse en la anterior imagen las cuatro fuerzas fundamentales que actúan sobre una aeronave, que se transforman en vectores cuya suma crea el movimiento de dicha aeronave. El secreto de la física basada en sumas vectoriales tiene la gran ventaja de que es sencilla de implementar. El avión es un punto en el espacio (posiciones x,y,z), más una cuarta dimensión t aplicada (el tiempo), y sobre ese punto actúan fuerzas que sumadas crean la comentada resultante hacia una posición del espacio y a una velocidad determinada (el sentido del vector resultante indica hacia dónde se ha de dirigir el avión, y la longitud del vector indica la velocidad del punto, es decir, en este caso, la aeronave). Este sistema lo hemos visto en los simuladores de los años ochenta y noventa, implementado cada vez con más detalle. Este sistema también genera un resultado en el que, si el cálculo no es muy bueno, nos produzca la clásica sensación de "volar sobre raíles".

X-Plane Revolution y el modelo basado en dinámica de fluidos.

El sistema vectorial ha sido útil para procesadores de baja potencia, por su sencillez de implementación, pero las limitaciones son evidentes. El avión no es un punto en el espacio que se mueve a través de la resultante de vectores que inciden sobre dicho punto. Este tipo de cálculo no es en absoluto realista, y simuladores como Flight Simulator permiten comprobar las importantes limitaciones de este sistema, que está llegando además a sus límites.

Por el contrario, si queremos aproximarnos a lo que realmente puede ser representar en un PC el vuelo real, el modelo que más se aproxima actualmente es el de un cuerpo sólido que se desliza a través de un fluido. Si transformamos el cuerpo en una aeronave, y el fluido en el aire de la atmósfera, tenemos las condiciones primarias para comenzar a desarrollar un simulador mucho más cercano a lo que nos podemos encontrar en el mundo real. Precisamente, la mecánica de fluidos, también conocida como dinámica de fluidos, es la parte de la física que se encarga de estudiar este tipo de fenómenos.

En este modelo, mucho más sofisticado, la aeronave es un cuerpo sólido. Obviamente ese cuerpo dispone de una forma, una estructura. Por otro lado, sobre ese cuerpo y sobre la estructura del mismo fluye el aire. El resultado de ese flujo crea una serie de variaciones en la densidad y velocidad del fluido. Esas variaciones producen una serie de fuerzas por unidad de superficie, y sumadas todas ellas, crean, para cada unidad de tiempo, el comportamiento sobre cómo se deslizará ese cuerpo sobre el fluido.

Para conseguir este resultado, el diseñador convierte cada unidad de superficie en una zona de cálculo. Luego, examina, sobre esa unidad, cuál es el comportamiento del fluido sobre el mismo. Para el cálculo, y esto es muy importante, se aplica la física de dinámica de fluidos, un área de la física que estudia cómo un fluido actúa al incidir sobre una estructura. Si la unidad de superficie es el metro cuadrado, tendremos un valor final sobre ese metro cuadrado. Si es el centímetro cuadrado, los cálculos serán mucho más detallados, porque estaremos analizando el comportamiento del fluido en un área mucho más pequeña, lo que hará que, sumados todos ellos, tengamos un resultado sobre el comportamiento del cuerpo en el fluido mucho más realista.

Cada partición, cada división de áreas más pequeñas permitirá más cálculos y por lo tanto un resultado más realista, con el peligro, por supuesto, de que disminuir la unidad de superficie demasiado implicará cálculos tan intensos que se requerirá un procesador de gran potencia. En ese sentido, actualmente se trabaja en unas tarjetas para ordenadores llamadas PPUs (Physical Process Unit, o unidades de proceso físico) que se encargan de calcular todos estos elementos sin que intervenga la CPU, algo muy similar a lo que hacen las tarjetas gráficas con los gráficos. En este enlace de la Wikipedia se encuentran explicaciones y algunos ejemplos de juegos que ya lo incorporan. Ver las explosiones realistas de Ghost Recon Advanced Warfighter es impresionante con el uso de las PPUs.

En cualquier caso, este modelo de cálculo está basado en un análisis muy cercano al mundo real, por lo que los resultados son tremendamente superiores a aquellos basados en la física vectorial. No entraremos aquí en los detalles que explican estos elementos, baste decir que la ecuación de Bernoulli explica el efecto del fenómeno de un fluido al pasar a través de las alas y la célula de la aeronave, lo cual provoca la sustentación, y el efecto Venturi permite comprobar cómo se desarrolla el fenómeno del aire sobre las superficies sustentadoras.

Si deseáis profundizar en estos aspectos, podéis encontrar información detallada y la formulación sobre dinámica de fluidos en este enlace, y también en la Wikipedia, ambos en castellano. La ecuación de Bernoulli se explica también en este enlace. y de nuevo en la conocida Wikipedia.

 X-Plane en toda su potencia

Si el amable y sufrido lector ha tenido la paciencia de llegar hasta aquí, podemos comentarle que X-Plane hace un uso intensivo de la dinámica de fluidos, y ello provoca un comportamiento de las aeronaves muy superior a lo que podamos encontrar en Flight Simulator, por mucho que se intente acercar éste a aquel. Hemos de tener en cuenta, aunque parezca un poco atrevido, que muchos ingenieros aeronáuticos usan cotidianamente X-Plane para el diseño preliminar de aeronaves.

Efectivamente, la potencia actual de los PCs, sumado a la física realista que dispone X-Plane, permite a los ingenieros que puedan hacer uso de este software para ver, y comprobar, hasta qué punto sus diseños son útiles, así como experimentar opciones, teorías, y comprobar cualquier idea. Y, aunque pueda parecer increíble, el paso del modelo de X-Plane a ordenadores que están dedicados a este sistema, mucho más caros y complejos, cada vez es menor. Es decir, cada vez es menor el paso de un modelo de X-Plane a un modelo preparado para un ordenador dedicado de ingeniería, lo cual conlleva el ahorro de muchos miles de euros o dólares en el empleo de sistemas software y hardware dedicados. Los PCs cada vez son herramientas más potentes, y un sistema dual sin duda empieza a parecerse mucho a estaciones de trabajo mucho más caras. No en vano empresas como Indra cada vez basan más sus simuladores en sistemas PCs interconectados usando tarjetas gráficas comerciales.

Quizás dos ejemplos muy claros sobre esta filosofía de trabajo se pueda ver en el ejercicio de reentrada de la nave Columbia desde el espacio exterior hasta posar la nave en la pista correspondiente, y también, los vuelos en Marte. En el primer caso, la alta fidelidad del comportamiento de la Columbia durante el reingreso basa su calidad en el cálculo de dinámica de fluidos. De hecho, durante el reingreso a la atmósfera no existe otra física que la propia de la nave en caída libre, controlada, hacia La Tierra. La gravedad y la atmósfera son las protagonistas de todos los sucesos, una atmósfera muy tenue, tanto que impide que las superficies de control puedan actuar, siendo inútiles debido a la casi nula densidad del aire en las capas altas de la atmósfera. Téngase en cuenta que la atmósfera de, por ejemplo, Forgotten Battles, está modelada hasta los 10.000 metros. En X-Plane está modelada hasta los 100.000 metros, diez veces más, teniendo en cuenta además las diferentes capas que conforman la atmósfera y su incidencia en una aeronave.

Una cabina de un añadido de pago de la Cessna 172 para X-Plane

También podríamos hablar del modelo de vuelo de los helicópteros. A diferencia de Flight Simulator, donde los helicópteros están muy mal simulados, debido precisamente a la dificultad de modelar algo tan complejo como una aeronave de alas rotatorias mediante sistemas vectoriales, en X-Plane las aeronaves de alas rotatorias se comportan muy dignamente. La razón, de nuevo, es que el modelo basado en dinámica de fluidos permite recrear con muchísima más precisión el complejo comportamiento de este tipo de aeronaves.

Estos casos demuestran claramente la calidad de X-Plane en el elemento principal que todo simulador debe poseer: el modelo de vuelo. Pero donde X-Plane debe trabajar, y lo están haciendo, es en mejorar las sencillas y básicas cabinas, así como en aspectos como los menús, que son menos intuitivos que una sesión del parlamento, y también otros aspectos como las voces ATC, que están simuladas por un robot de voz que lee los textos que se emplean en las comunicaciones, obviamente restando una sensación de realismo importante.

 Algunos datos más sobre X-Plane Revolution

X-Plane Revolution incorpora de serie más de cuarenta tipo de aeronaves de todo tipo, los ya comentados siete DVDs de escenarios, aeronaves de tipo general, reactores civiles y militares, aviones tan curiosos como el convertiplano V-22 Osprey, y helicópteros como el Bell 206 JetRanger, y además están disponibles modelos gratuitos y de pago en Internet. En AVSIM y FlightSim se pueden encontrar modelos de buena calidad, además de material diverso. Otra web con material diverso es X-Plane.org.

X-Plane Revolution dispone de más de 18.000 aeropuertos, así como misiones diversas ya prefabricadas, tales como la comentada reentrada en La Tierra con la Columbia, aterrizajes en portaaviones, los vuelos en Marte, etc. El software se acompaña de, además del simulador, el Part Maker y Plane Maker, para diseño de aeronaves, World Maker, para creación de escenarios, Weather Briefer, para obtención de documentos sobre meteorología antes del vuelo, y el propio X-Plane, además de los ya comentados siete DVDs con escenarios de todo el planeta, siendo sin duda los más detallados los correspondientes a Estados Unidos, y en menor medida al resto de continentes. Eso sí, los lugares importantes han sido recreados con gran detalle, y en general casi el 100% del territorio tiene un aspecto genial a gran y media altura.

Debe tenerse en cuenta también que en las ediciones especiales los DVDs de África y Europa tienen las etiquetas intercambiadas, de tal modo que para instalar Europa tomaremos el DVD con la etiqueta de África, y viceversa.  

 Resumen

La gran ventaja de X-Plane Revolution puede diluirse rápidamente en el usuario que se acerca a este producto por primera vez, especialmente si lo hace desde Flight Simulator. Las comparaciones son odiosas, y por ello nos hemos encargado de compararlos en este análisis. X-Plane requiere otra línea de pensamiento, no dejarse llevar por las bonitas vistas y las imágenes espectaculares. Siendo un producto aprobado por la FAA americana como herramienta de aprendizaje de vuelo, este producto no es para pasar una bonita tarde de domingo con la familia volando alrededor de la Estatua de la Libertad o sobre el puente del Golden Gate en San Francisco. Es un producto diseñado para personas que han encontrado carestías en Flight Simulator precisamente donde el producto de Microsoft no puede dar más de sí: el realismo. Insistimos en un punto de nuevo: hablamos de productos comprados tal cual vienen en caja. Obviamente Flight Simulator con un añadido como Boeing 737 de PMDG y volando en IVAO es algo muy serio, pero aquí no estamos valorando elementos de terceros, sino el producto en sí.

X-Plane Revolution dispone de unas mallas y unas texturas de gran calidad y creemos que merece la pena la inversión en este producto aun disponiendo de la versión inicial, ya que, aunque los elementos gráficos no sean imprescindibles, nos permitirán vuelos VFR mucho más cercanos a la realidad de lo que antes podíamos conseguir. Sin duda el uso de imágenes de satélite hace que los vuelos a gran altitud sean comparables a lo que podríamos ver volando en una aeronave real.

Cuando aparezca Flight Simulator X en el mercado realizaremos un análisis del mismo, y entonces veremos si ambos productos convergen, o si sigue esa separación que muchos aficionados temen. Hasta entonces, los fans de Flight Simulator y de X-Plane tendrán muy claras sus posturas, y nosotros, con este artículo, esperamos haber aclarado algunas ideas o dudas sobre lo que nos puede deparar el nuevo X-Plane Revolution.

Si tienes dudas, puedes pasarte por nuestro foro, y también está disponible un FAQ (en inglés) con bastante información.