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Ein sehr einfacher Quadrocopter-Simulator

Beschreibung

Das Projekt "Quadsim" realisiert einen einfachen Flugsimulator für Quadrocopter und andere Multicopter. Das Ziel der Anwendung ist primär die Unterstützung der Entwicklung eines Autopiloten für die Mikrokopter-Modelle. Aber natürlich soll der Simulator auch Modellpiloten beim Erlernen und Verbessern der Fernsteuerung von Quadrocoptern unterstützen.

Der Simulator ist komplett in Java realisiert und baut auf Java3D auf. Dabei wird die API von Java3D neben der Visualisierung auch für die Berechung der Flugdynamik benutzt. Die Flugphysik eines Quadrocopters ist im Vergleich zu einem Flächenflugzeug relativ simpel. Derzeit berücksichtigt die Simulation physikalische Effekte wie Luftwiderstand, Wind und Strömungsgeschwindigkeit der Propeller. Nicht betrachtet werden beispielsweise Bodeneffekte, Temperatur und Luftdruck, sowie Besonderheiten der Mikrokopter-Regelung. Masse, Schubkraft des Quadrokopters sowie Windparameter können eingestellt werden. Ebenso kann das Modell während der Simulation gewählt werden – verfügbar sind derzeit die Modelle "Quadro", "Hexa", "Y6" (Hexacopter in Y-Anordnung) und "Okto". Das Flugverhalten lehnt sich an die Steuerreaktionen der Mikrokopter an – der Simulator fliegt also nicht im Heading-Hold-Modus. Ob das simulierte Flugverhalten mit dem tatsächlichen übereinstimmt, muss durch entsprechende Tests oder das Feedback erfahrener Piloten ermittelt werden.

Eine Besonderheit des Programms ist die Steuerung der Kamera. Diese Funktion hat bisher keiner der bekannten Modellflugsimulatoren. Die Kamera kann wie bei den Mikrokoptern über ein Potentiometer nach unten geschwenkt werden. Zusätzlich sind Roll- und Nickkompensation aktivierbar. Hier funktioniert die Simulation allerdings besser als das Original, denn in Realität scheinen seitliche Beschleunigungen oder andere, unbekannte Effekte die Lagekompensation der Kamera zu stören. Ein kleines Simulatorfenster zeigt die jeweilige Sicht der Kamera. Zusätzlich kann der Sichtbereich der Kamera visualisiert werden, indem er als halbtransparente Pyramide modelliert wird.

Update

In der Zwischenzeit ist es mir gelungen, prototypisch eine Fernsteuerung einzubinden. Dafür war es notwendig, externe Jar-Dateien und native Libraries des Projektes LWJGL hinzuzufügen. Die Anbindung einer Graupner MC-15 über SmartPropoPlus und vJoy funktioniert zufriedenstellend. Obwohl die Abfrage des Game-Controllers generisch ist, kann das Funktionieren mit anderen Controllern nicht garantiert werden. Auch fehlt noch ein Dialog zur Trimmung. Über die Rückmeldung zur Bedienung mit anderen Controllern würde ich mich freuen.

Screenshot mit Modell "Y6"

To Do

Obwohl das Fliegen mit dem Simulator auch jetzt schon Spaß macht, ist bis zur professionellen Anwendung noch einiges zu tun. Die wichtigsten To-Dos sind:

  • Verbesserung der Landschaft, Einbinden weiterer interessanter Objekte für den Kameraflug
  • Detaillierung der Flugmodelle, Fokus auf Modellierung der Mikrokopter-Plattform
  • Realistisches Flugverhalten entsprechend der Vorbilder
  • Sound – der Java 3D-Sound funktionierte bisher nicht wie gewünscht
Hilfe bei der Weiterentwicklung des Programms oder der Umsetzung als Open-Source-Projekt ist jederzeit willkommen.

Download

Nach dem Download und Entpacken der Zip-Datei kann das Programm über start.bat gestartet werden. Voraussetzung ist die Installation von Java3D, die von java.net bezogen werden kann.

Zip-Dateiquadsim.zip
16.02.2012, Achim Walther, Mail