Design Notes: Flight Model Changes in Star Citizen Alpha 2.0

THE FUTURE OF FLIGHT
Since the initial release of Arena Commander, we’ve increased top speed, scaled down the availability of boost, and reduced the power of maneuvering thrusters. While these have all had drastic effects on the game, none have been a fundamental change in the way the game actually works – which goes to show how much stat balance can affect a system! However, behind the scenes, we have been working on some deeper changes to the flight model, and are nearing a point where some of that work can be put in front of players.

Flight Modes (aka IFCS 2.0)
The flashiest new feature is the additional flight modes: Precision, Space Combat Maneuvers (SCM), and Cruise. These are all IFCS profiles that focus ship behaviors toward the highly different goals of close tolerance adjustments, combat actions, and long distance flight respectively. Though you can only use one flight mode at a time, coupled/decoupled and the collection of flight assists can still be used to further customize handling.

Precision Mode
When you take off you’ll start out in Precision Mode. In Precision Mode, the maximum velocity is significantly reduced and the throttle and acceleration are rescaled to provide improved control when maneuvering in close proximity to other objects. This makes take off and landing much easier, but will also improve control around other objects such as asteroids, derelict craft or when approaching other live craft during In-Flight Refueling or Boarding maneuvers.

SCM Mode
Once you’ve cleared any nearby objects and have come up to speed you’ll want to switch into Space Combat Maneuvering mode. SCM is one of the biggest changes to the flight control system, but on the surface it closely mimics the current flight mechanics that you may already be used to in Arena Commander. The real power of SCM mode is that maximum velocity is a now dynamically calculated as a function of force and mass: F/m * T = SCM Max Velocity – this means anything that any changes to the acceleration of the ship (such as loadout changes, picking up cargo etc) will impact the maximum SCM speed. We’ve incorporated the SCM calculation in such a way that it is your ability to brake to 0 on any turning axis (x or z) that determines the top speed your ship is allowed to fly. This means that upgrading the ships maneuvering thrusters generally results in a higher max velocity being allowed by IFCS. Further, this speed is determined by the strongest turning axis of the ship, meaning the best drift control will be achieved by turning on the strong axis, rather than the weak axis. Each ship has a different configuration of strong and weak axes and its up to the pilot to learn them and fly to their strengths.

Afterburner
There is another exciting benefit to SCM: Afterburner. Where the current boost mechanic gives you better acceleration and drift control, Afterburner gives you more maximum velocity while maintaining the same relative control. Here’s how it works: In SCM mode the top speed is set according to your ability to accelerate to a given velocity in a set time. Since boost raises your acceleration your maximum speed also increases. Boost as it currently works is still sticking around, but now players will have the choice on how to spend their limited boost fuel: on max velocity to rapidly change distance, or better braking to improve handling.

Cruise Mode
For longer distance travel in the same local area Pilots now have the ability to utilize Cruise Mode. If the speed limit defined in SCM gives the pilot control at the expense of velocity, Cruise Mode gives the pilot velocity at the expense of control. And while the top speed is high, the available acceleration doesn’t change, meaning that reaching maximum Cruise velocity will take 15-20+ seconds, turning ability does not scale with velocity and coming to a stop can take much longer using the normal ship retro thrusters.

Since cruise velocities can easily reach 5x or more of the safely controllable velocities allowed by SCM, IFCS enforces controlled turning to ensure pilots do not get into uncontrollable slides. This means that the nose of the ship is locked to the velocity vector and maneuvers in Cruise mode become more about adjusting course than making turns. It goes without saying that Cruise is absolutely not intended to be used in combat, asteroid fields or high-traffic space lanes.

Of course, decoupled mode can always be used to rotate freely at cruise velocity. Savvy pilots will quickly learn to use decoupled mode and boost to brake with their mains as quickly as possible. Conversely, pilots will find that attempting to change course 90 degrees by using decoupled mode is an express ticket to sleepsville since the high sustained g-forces of such a maneuver lead to rapid black or red-out.

Quantum Leap
Beyond those flight modes will be Quantum Travel, the one place where all ships are limited to the same 0.2c max speed. Once the Quantum Drive is active, the ship will quickly ratchet up the velocity to the 0.2c limit – short jumps might never get going that fast – with the ship itself experiencing relatively little acceleration. At these speeds, tiny variations in angle will result in massively different flight paths, so this is where slower ships will have the chance to escape a faster ship accosting them. Of course, traveling at these incredible speeds is quite dangerous, so the ship computer will automatically pull you out of Quantum Travel if the possibility of collision is detected or the ship has any downed shields.

Flight Control Modules and Upgrades
One of the design goals that goes back to the dawn of the project is the concept that the flight control software should be physically represented as an item within the game world. But up until now the IFCS system has been completely behind the scenes and managed through (relatively) static ship definition XML files. Much work has been done over the last few months to prep the IFCS parameter blocks for migration into an avionics module that can be swapped out and upgraded. Each module is used with a specific ship and contains all of the settings and parameters that IFCS needs to know about the craft to make it fly within the established engineering spec. Behind the scenes this makes it vastly easier for designers to tune and balance ships and thruster upgrades and gives us more flexibility in giving unique characteristics to hull variant ships. But the most exciting part is that soon players will be able to upgrade their flight control software right along with their thruster hardware to build a ship that suits their style.

Motion Control
The biggest change to IFCS is the move to a 3rd order motion control system. Prior to this release, IFCS has used a feedback control system for spaceship motion control. The motion profile for this feedback control system (a PI controller) is an exponentially damped sinusoid. The graph in Fig. 1 shows both acceleration and velocity control as the velocity set-point changes from 0 to 100 m/s.

This is an iterative control system that makes no assumptions about the past or future state of a system, and merely acts to smooth out the error between the ship’s current state and its goal state. Because of this, it is well suited to our needs, where damage conditions and unexpected external forces can cause unpredictable motion.

To further complicate matters, because IFCS is limited by the actual thrust available from ship thrusters, the true in-game motion profile is capped. This profile is shown in Fig. 2, with the uncapped profile shown behind it for reference.

The graph in Fig. 2 is a fairly accurate depiction of the current velocity control for spaceships in Star Citizen, both for linear and rotational control. While there are many advantages to this motion profile, there are some significant downsides, including a) difficulty predicting the future state of a ship that is moving under this controller and b) an asymmetrical control response with an extended settling time. In particular, players have frequently noted that the extended settling time makes the ships in Star Citizen feel “sloppy”.

To address these issues, the new release of IFCS will begin using a bi-level control system. The first level, feed-forward control, will calculate the ideal motion of the ship, while the second level, feedback control, will provide error correction to keep the ship as close to the ideal motion as possible, even under damage conditions and unexpected external forces. So the current motion algorithm will still be part of the system, providing the same error tolerance, but it will no longer be the dominant motion profile (except under extreme system error).

The feed-forward control system will use ideal 3rd order motion, as the graph in Fig. 3 shows.

Unlike the feedback algorithm, this motion profile is completely predictable. At any moment, it is known how long it will take a ship to reach a new velocity or position from any set of initial conditions. Also, the acceleration ramp-up phase can be tuned so that ships have a natural, smooth motion, without the excessive settling behavior of the current control system.

In practice, this will result in a wide range of ship flight behaviors from highly responsive and jerky, like a high performance sports car, to less responsive but smooth control, like a luxury car.

The rate of change of acceleration is called “jerk,” and it is essentially the acceleration of your acceleration. An easy way to understand jerk is to think about how you drive a car. When decelerating your car to a stop if you apply constant and even pressure to the brake pedal your car will decelerate at a linear rate. But if you apply this same pressure to the pedal all the way to a stop the transition to 0 velocity is not smooth and feels abrupt. But if you progressively apply less pressure to the brake as you approach 0 velocity (or ‘feather’ the brake) you change the rate of the deceleration and the stop is much smoother and more comfortable. Feathering the brake is a low-jerk action, while suddenly depressing it is a high jerk action.

For reference, the graph in Fig. 4 shows the typical 2nd order motion (constant acceleration, linear velocity) used in many games.

While 2nd order motion is a much simpler control model, it provides a very stiff, mechanical ship movement. The 3rd order system will allow us to tune ships to be as stiff or as smooth as we need.

Balancing
Ship flight balancing is one of the most difficult and delicate tasks that we have on this project. The move to a 3rd order system and the addition of a dynamically determined velocity mode have necessitated a nearly complete from-the-ground-up re-balance of the ship handling characteristics. This means that each of the ships are likely going to feel quite different from what you’re used to in Arena Commander. Great care has been taken to ensure that each ship retains its own place relative to the other ships in the universe. We’re aware that any change of this magnitude will likely kick off lively and passionate debate about the old vs the new, but we’re confident that the changes will allow us to make the ships feel more real, and allow them to have more unique personality than has been previously possible and allow more precise control.

The switch to jerk also means that erratic actions for evasive maneuvers are nerfed naturally, since the system is now slightly slower to make contrary actions – dedicated inputs, like the kind used when attempting to pull out of a slide, are largely unaffected. Third order motion is also much more natural for the human brain to internalize, so control will be more intuitive, and overshoot will be less frequent.

With jerk available as a parameter, a new ‘stabilized flight’ behavior becomes available. Essentially. this means that by setting a low jerk value, an engine can be tuned to perform at a greater Load Rating relative to its size, allowing us to create ships – like the Hull or Aurora – capable of hauling plenty of cargo without also becoming the fastest ships in the universe when unladen. And, while all ships will be faster without cargo than they are fully loaded, we can set different ships to have different levels of performance loss when they take on cargo.

The first pass we release to the PTU is simply that: a first pass. It is intended to set the general tone of the direction for each ship, not the final destination. As always we will continue to playtest and tune, and will be watching your feedback to see where we may need to address rough edges or unintended consequences.

There are a few more neat little consequences of this change, but for now, let’s talk about thrust shunting.

Good Will Shunting
Thrust shunting is the process by which thrust is generated in the main engine and then pushed through the pipe system to the various nozzles (or ‘mavs’ as the community has dubbed them) where that force will actually be used. This means that the main engines will become far more important than we’ve seen so far in Arena Commander, and down the line, will mean we can have full engine rooms on our capital ships. Instead of having engines plastered all over the ship we now just have actuated nozzles, so if the main engine gets damaged then all the maneuvering thrusters go with it. When this happens, ships have internal gyros that can be used for emergency or ultra-low power maneuvers, but they are very weak and slow. The fantastic thing is how this opens up new opportunities for damaging ship flight behaviors.

A damaged thruster pipe would scale down the available thrust at the nozzle, and could even introduce unintended thrust at the point of damage.

The nozzles themselves have ratings for heat and power, limiting the total thrust available – a limit you may be able to exceed, though you do so at your own risk. The result is an equilibrium of flight behaviors that are enforced by the design of the ship and the state of the components, behaviors that a skilled pilot will be able to push to the absolute limit to ride the line between victory and catastrophe.

Thruster Error and Turbulence
There are many ways that the actual state of a ship can deviate from the ideal state as requested by IFCS. Up to this point we’ve allowed the control system to have perfect control under ideal conditions, and this results in overly mechanical and often “dead” looking motion. With the new release, that will no longer be the case. There will always be some level of thruster and system error overlaid on flight control. This will manifest as minor turbulence in motion under optimal operational conditions, but will become more extreme because of thruster damage, overheating and various other factors.

The graph in Fig. 5 shows a sample ideal 3rd order velocity profile. IFCS would request thrust from the thruster system to achieve this motion.

However, because of thruster error, which can include a number of sources such as incorrect vector or thrust level, unstable vector or thrust level, etc., the actual motion of the ship can deviate from the ideal motion. The following graph shows an extreme example of random thruster error causing the velocity of the ship to deviate from the ideal velocity over the transition from 0 to 100 m/s. Because of errors in actual applied accelerations (all actions for a ship are ultimately applied as accelerations, never directly as positional or velocity corrections) over time, the final velocity achieved during a change in ship velocity can be significantly different from the intended velocity. IFCS requested the above velocity change and it got the one shown in Fig. 6.

This is where the original feedback system comes into play. It looks at the actual state of the ship compared to the intended state and generates additional corrective accelerations to keep the motion as close to the ideal as possible.

The example shown here in Fig. 7 is for velocity error and feedback correction, but a more obvious example in-game will be attitude control. IFCS has a reaction control system (RCS) that maintains the ship’s attitude as set by the pilot (the control frame). Because of thruster error, as well as other external factors, the actual attitude of the ship can deviate from the ideal attitude. The RCS uses the feedback control system to generate thrust and maintain the ship’s attitude at its intended state. In practice, thruster turbulence from imperfect thruster performance will generate a small amount of play in the nose of the ship, especially when firing thrusters at full capacity and when first settling in to a motionless state. But again, the goal is for this error level to be subtle except under extreme damage conditions. This is about the aesthetics of motion more than it is about flight behavior.

Ready to Fight
Ultimately, the experience of Star Citizen is the combination of all of its systems, so to really explain flight, we also need to talk about combat.

The goal of combat in Star Citizen is to provide frenetic, fast paced action while rewarding thoughtful tactics and planning. This means different things at different scales of ship – from the intense furballs of the single-seater dogfighters, to WWII style turning battles to bring full guns to bear in multi-crew, to outright wars of attrition and spacing on those giant capital ships – they each offer their own unique flavor of combat. However, the philosophy for all of them is largely the same: combat is most fun when juggling different levels of risk, reward, and commitment.

For most ships, the lowest common denominator of any input is rotation. Crew safety limits the really big ships from pulling aggressive flips, but for the smaller crafts, turning is much easier. Offensively, this empowers aim (again, with diminishing returns by scale), but defensively, skilled pilots will try to take unavoidable impacts where their shields and armor are strongest. Rotation inputs will also improve with the addition of an input stabilization mode, which clamps rotations to the lowest maximum rate available, removing a large amount of scalar error in the control frame. The ship properties remain unchanged by this, so maneuvers still realistically favor a particular axis according to their design, but the input itself is more predictable and intuitive.

Ships are generally built to favor main engines, although the strength ratios of this are very much a part of the personality of each vessel. This means drift, as we’ve seen already in recent patches, and that flight maneuvers require a bit of thinking ahead, even with use of boost. This again makes shooting easier, but taking damage is a big part of the experience of Star Citizen and is something we support at every level. The choice to include multiple components of each type allows for more meaningful capability degradation and for ships to remain operational at much greater levels of damage. After the fight, your hull will be scarred with reminders of your most recent adventure. Or, if things are looking dire, you’ll be able to repair ships in the field and triage incoming damage. It’ll probably be a good idea to take care of those failing coolant lines before they lead to an unchecked engine breach and a full power plant meltdown that blows up your ship (looking at you Connie).

With the ability to take more damage comes longer levels of commitment which also means increased management of things like fuel, heat, and g-forces. The more shortcuts that get taken, the more backed into a corner you will become. Captains will have to weigh the longer term risk of the short term reward if they want to emerge the victor.

Balance
Of course, all of these things ultimately rely on balance to support the systems, and balance is a long and deeply involved process. It’ll take some time to get this balance right, but the goal is to play into the strengths at each scale, and the gameplay opportunities that these afford. In the smallest ships, maneuverability is king, so the upper hand is earned by forcing your opponent to take more risks, overplay their hand, and become vulnerable to a killing blow. Rotation is easy in space, so you can be sure that any small ship you shoot at will be shooting back soon after. One of the reasons for this is simple physics, as the ships become more massive the thrust required to offer quick rotations scales drastically, and for reasons of control feedback and responsive handling, our ship’s rotations have smaller windows for error than translation does. Multi-crew ships can also afford larger periods of vulnerability, as the upcoming repair mechanics, shield manipulation, and pipe routing offers a ship under fire plenty of ways to improve the situation and swing the tide of battle.

As these ships get larger and larger, the gameplay pushes further into demanding tactical forethought, with positioning and the management of ship resources becoming increasing concerns during a fight. A key goal of this kind of combat is to keep success and failure from ever becoming too binary, or to allow the battle to be determined by ever-fewer, ever-smaller mistakes. At a fundamental level, Star Citizen is a game in which ship-to-ship combat should remain fun and fair even when a cargo ship’s ambushed by pirates, a capital ship’s taking on single-seaters, and the loss of property and life comes at a high price. You won’t always win, and when you do suffer a loss, we want it to feel like it mostly came down to a matter of skill. We want this to be skill based, but we also want to have a sense of progression in the PU. A Hornet F7C should be objectively a better ship than a Mustang Alpha, but the power differences should not be so extreme that the Mustang pilot will never beat a Hornet – it will just be a more challenging fight.

Star Citizen is a game about choices, so every time you leave the hangar you’ll have to decide which ship to fly, what equipment to install, who to have on as crew, what routes to take, even where and when to store cargo. Each ship has its personality, each weapon has its trade off – each path has its dangers. The goal is not to make all things to all people, but to create an ecosystem in which players can find the exact right mix for them. Some will prefer to monoboat, and in the narrow window of their specialty they will find success; others will prefer self-reliance, and will find a varied loadout to suit the varied obstacles that await. These choices affect everything, from the power draw to the heat burden, all the way down to how fast the ship flies, how much it drifts.

There’s no perfect ship – only the perfect ship for you.
Join the discussion here: https://forums.robertsspaceindustries.com/discussion/293412/flight-model-ifcs-2-0-feedback-and-discussion

DIE ZUKUNFT DES FLUGES
Seit der ersten Veröffentlichung von Arena Commander haben wir die Höchstgeschwindigkeit erhöht, die Verfügbarkeit von Boosts reduziert und die Leistung von Manövriertriebwerken reduziert. Während diese alle drastische Auswirkungen auf das Spiel hatten, war keine eine grundlegende Änderung in der Art und Weise, wie das Spiel tatsächlich funktioniert - was zeigt, wie viel Statistikbalance ein System beeinflussen kann! Hinter den Kulissen haben wir jedoch an einigen tieferen Änderungen am Flugmodell gearbeitet und nähern uns einem Punkt, an dem ein Teil dieser Arbeit vor den Spielern platziert werden kann.

Flugmodi (auch bekannt als IFCS 2.0)
Die auffälligste Neuerung sind die zusätzlichen Flugmodi: Präzision, Space Combat Manöver (SCM) und Cruise. Dies sind alles IFCS-Profile, die das Schiffsverhalten auf die sehr unterschiedlichen Ziele von engen Toleranzanpassungen, Kampfhandlungen und Langstreckenflügen ausrichten. Obwohl Sie immer nur einen Flugmodus gleichzeitig verwenden können, können gekoppelte/entkoppelte und entkoppelte und die Sammlung von Flugassistenten weiterhin verwendet werden, um die Handhabung weiter anzupassen.

Präzisionsmodus
Wenn Sie abheben, beginnen Sie im Präzisionsmodus. Im Präzisionsmodus wird die maximale Geschwindigkeit deutlich reduziert und die Drosselklappe und die Beschleunigung neu skaliert, um eine bessere Kontrolle beim Manövrieren in unmittelbarer Nähe zu anderen Objekten zu ermöglichen. Dies erleichtert das Starten und Landen erheblich, verbessert aber auch die Kontrolle über andere Objekte wie Asteroiden, verfallene Schiffe oder bei der Annäherung an andere lebende Schiffe während des Betankens während des Fluges oder des Boardings.

SCM-Modus
Sobald du alle Objekte in der Nähe geräumt hast und dich auf den neuesten Stand gebracht hast, solltest du in den Space Combat Maneuvering Modus wechseln. SCM ist eine der größten Änderungen am Flugsteuerungssystem, aber an der Oberfläche ahmt es die aktuelle Flugmechanik nach, an die Sie bereits im Arena Commander gewöhnt sind. Die eigentliche Stärke des SCM-Modus besteht darin, dass die maximale Geschwindigkeit nun dynamisch als Funktion von Kraft und Masse berechnet wird: F/m * T = SCM Max Velocity - das bedeutet, dass alle Änderungen an der Beschleunigung des Schiffes (wie z.B. Ladungswechsel, Abholung von Fracht usw.) die maximale SCM-Geschwindigkeit beeinflussen. Wir haben die SCM-Berechnung so integriert, dass es Ihre Fähigkeit ist, auf jeder Drehachse (x oder z) auf 0 zu bremsen, die die Höchstgeschwindigkeit bestimmt, die Ihr Schiff fliegen darf. Das bedeutet, dass die Modernisierung der Manövriertriebwerke von Schiffen in der Regel zu einer höheren Maximalgeschwindigkeit führt, die vom IFCS zugelassen wird. Weiterhin wird diese Geschwindigkeit durch die stärkste Drehachse des Schiffes bestimmt, was bedeutet, dass die beste Driftkontrolle erreicht wird, wenn man sich nicht um die schwache, sondern um die starke Achse dreht. Jedes Schiff hat eine andere Konfiguration von starken und schwachen Achsen und es liegt an dem Piloten, sie zu lernen und zu seinen Stärken zu fliegen.

Nachbrenner
Es gibt noch einen weiteren spannenden Vorteil für SCM: den Nachbrenner. Wo die Strom-Boost-Mechanik eine bessere Beschleunigungs- und Driftkontrolle ermöglicht, bietet der Nachbrenner mehr maximale Geschwindigkeit bei gleichbleibender relativer Kontrolle. So funktioniert es: Im Schaltplanmodus wird die Höchstgeschwindigkeit entsprechend Ihrer Fähigkeit, in einer bestimmten Zeit auf eine bestimmte Geschwindigkeit zu beschleunigen, eingestellt. Da der Boost deine Beschleunigung erhöht, erhöht sich auch deine Höchstgeschwindigkeit. Der Boost, wie er derzeit funktioniert, bleibt immer noch in der Nähe, aber jetzt haben die Spieler die Wahl, wie sie ihren begrenzten Boost-Kraftstoff ausgeben können: auf maximale Geschwindigkeit, um den Abstand schnell zu ändern, oder besseres Bremsen, um das Handling zu verbessern.

Kreuzfahrtmodus
Für längere Strecken im gleichen lokalen Gebiet haben Piloten nun die Möglichkeit, den Kreuzfahrtmodus zu nutzen. Wenn die im Schaltplan definierte Geschwindigkeitsbegrenzung dem Piloten eine Steuerung auf Kosten der Geschwindigkeit ermöglicht, gibt der Tempomat die Geschwindigkeit des Piloten auf Kosten der Steuerung an. Und während die Höchstgeschwindigkeit hoch ist, ändert sich die verfügbare Beschleunigung nicht, was bedeutet, dass das Erreichen der maximalen Reisegeschwindigkeit mehr als 15-20 Sekunden dauert, die Drehfähigkeit nicht mit der Geschwindigkeit skaliert und das Stoppen mit den normalen Schiffs-Retrotriebwerken viel länger dauern kann.

Da die Reisegeschwindigkeiten leicht das 5-fache oder mehr der vom SCM erlaubten sicher kontrollierbaren Geschwindigkeiten erreichen können, erzwingt das IFCS kontrolliertes Drehen, um sicherzustellen, dass die Piloten nicht in unkontrollierbare Rutschen geraten. Das bedeutet, dass die Nase des Schiffes auf den Geschwindigkeitsvektor fixiert ist und Manöver im Cruise-Modus mehr um Kursanpassungen als um Kurvenfahrten gehen. Es versteht sich von selbst, dass Cruise absolut nicht für den Einsatz im Kampf, in Asteroidenfeldern oder auf hochfrequenten Raumfahrtbahnen vorgesehen ist.

Natürlich kann der entkoppelte Modus immer verwendet werden, um sich bei Reisegeschwindigkeit frei zu drehen. Erfahrene Piloten werden schnell lernen, den entkoppelten Modus und den Boost zu benutzen, um so schnell wie möglich mit dem Netz zu bremsen. Umgekehrt werden Piloten feststellen, dass der Versuch, den Kurs um 90 Grad zu ändern, indem sie den entkoppelten Modus verwenden, ein Schnellticket nach sleepsville ist, da die hohen anhaltenden g-Kräfte eines solchen Manövers zu einem schnellen Black oder Red-Out führen.

Quantensprung
Jenseits dieser Flugmodi wird Quantum Travel sein, der einzige Ort, an dem alle Schiffe auf die gleiche maximale Geschwindigkeit von 0,2c begrenzt sind. Sobald der Quantenantrieb aktiv ist, wird das Schiff die Geschwindigkeit schnell auf die 0,2c-Grenze hochfahren - kurze Sprünge können nie so schnell in Gang kommen - wobei das Schiff selbst relativ wenig Beschleunigung erfährt. Bei diesen Geschwindigkeiten führen winzige Winkelunterschiede zu massiv unterschiedlichen Flugrouten, so dass langsamere Schiffe die Chance haben, einem schnelleren Schiff zu entkommen, das sie erreicht. Natürlich ist es sehr gefährlich, mit diesen unglaublichen Geschwindigkeiten zu reisen, so dass der Schiffscomputer Sie automatisch aus Quantum Travel herauszieht, wenn die Möglichkeit einer Kollision erkannt wird oder das Schiff über heruntergelassene Schilde verfügt.

Flugsteuerungsmodule und Upgrades
Eines der Designziele, das bis in die Anfänge des Projekts zurückreicht, ist das Konzept, dass die Flugsteuerungssoftware physisch als Element innerhalb der Spielwelt dargestellt werden soll. Aber bisher war das IFCS-System komplett im Hintergrund und wurde durch (relativ) statische XML-Dateien zur Schiffsdefinition verwaltet. In den letzten Monaten wurde viel Arbeit geleistet, um die IFCS-Parameterblöcke für die Migration in ein Avionikmodul vorzubereiten, das ausgetauscht und aktualisiert werden kann. Jedes Modul wird mit einem bestimmten Schiff verwendet und enthält alle Einstellungen und Parameter, die das IFCS über das Schiff wissen muss, damit es innerhalb der festgelegten technischen Spezifikationen fliegen kann. Hinter den Kulissen erleichtert dies den Konstrukteuren die Abstimmung und das Gleichgewicht von Schiffen und Triebwerksmodernisierungen erheblich und gibt uns mehr Flexibilität bei der Vergabe einzigartiger Eigenschaften an Schiffskörper-Varianten. Aber der aufregendste Teil ist, dass die Spieler bald in der Lage sein werden, ihre Flugsteuerungssoftware zusammen mit ihrer Thruster-Hardware zu aktualisieren, um ein Schiff zu bauen, das zu ihrem Stil passt.

Bewegungssteuerung
Die größte Änderung an IFCS ist der Wechsel zu einem Motion Control System 3. Ordnung. Vor dieser Version hat IFCS ein Rückmeldesystem zur Bewegungssteuerung von Raumschiffen eingesetzt. Das Bewegungsprofil für diese Rückführregelung (PI-Regler) ist ein exponentiell gedämpfter Sinusoid. Die Grafik in Abb. 1 zeigt sowohl die Beschleunigung als auch die Geschwindigkeitssteuerung, wenn sich der Geschwindigkeitssollwert von 0 auf 100 m/s ändert.

Dies ist ein iteratives Steuerungssystem, das keine Annahmen über den vergangenen oder zukünftigen Zustand eines Systems macht und lediglich dazu dient, den Fehler zwischen dem aktuellen Zustand des Schiffes und seinem Zielzustand zu beseitigen. Aus diesem Grund ist es gut für unsere Bedürfnisse geeignet, wo Schadensbilder und unerwartete äußere Kräfte unvorhersehbare Bewegungen verursachen können.

Um die Sache noch komplizierter zu machen, da das IFCS durch den tatsächlichen Schub der Schiffsantriebe begrenzt ist, wird das wahre Bewegungsprofil im Spiel begrenzt. Dieses Profil ist in Abb. 2 dargestellt, wobei das unbedeckte Profil als Referenz dahinter dargestellt ist.

Das Diagramm in Abb. 2 ist eine ziemlich genaue Darstellung der aktuellen Geschwindigkeitsregelung für Raumschiffe in Star Citizen, sowohl für die lineare als auch für die Rotationssteuerung. Obwohl dieses Bewegungsprofil viele Vorteile hat, gibt es einige bedeutende Nachteile, darunter a) Schwierigkeiten, den zukünftigen Zustand eines Schiffes vorherzusagen, das sich unter dieser Steuerung bewegt, und b) eine asymmetrische Steuerreaktion mit einer verlängerten Einschwingzeit. Insbesondere haben die Spieler immer wieder festgestellt, dass sich die Schiffe in Star Citizen durch die verlängerte Abwicklungszeit "schlampig" fühlen.

Um diese Probleme zu lösen, wird das neue Release des IFCS mit einem zweistufigen Kontrollsystem beginnen. Die erste Ebene, die Feed-Forward-Steuerung, berechnet die ideale Bewegung des Schiffes, während die zweite Ebene, die Feedback-Steuerung, eine Fehlerkorrektur bereitstellt, um das Schiff so nah wie möglich an der idealen Bewegung zu halten, selbst unter Schadensbedingungen und unerwarteten äußeren Kräften. Der aktuelle Bewegungsalgorithmus bleibt also Teil des Systems und bietet die gleiche Fehlertoleranz, ist aber nicht mehr das dominante Bewegungsprofil (außer bei extremen Systemfehlern).

Das Feed-Forward-Steuerungssystem verwendet die ideale Bewegung 3. Ordnung, wie die Grafik in Abb. 3 zeigt.

Im Gegensatz zum Feedback-Algorithmus ist dieses Bewegungsprofil vollständig vorhersehbar. Zu jedem Zeitpunkt ist bekannt, wie lange es dauert, bis ein Schiff aus einer Reihe von Ausgangsbedingungen eine neue Geschwindigkeit oder Position erreicht. Außerdem kann die Beschleunigungshochlaufphase so eingestellt werden, dass Schiffe eine natürliche, gleichmäßige Bewegung haben, ohne das übermäßige Absetzverhalten des aktuellen Steuerungssystems.

In der Praxis wird dies zu einem breiten Spektrum an Schiffsflugverhalten führen, von sehr reaktionsschnell und ruckartig, wie bei einem Hochleistungssportwagen, bis hin zu weniger reaktionsschneller, aber sanfter Steuerung, wie bei einem Luxusauto.

Die Änderungsrate der Beschleunigung wird "Ruck" genannt, und es ist im Wesentlichen die Beschleunigung deiner Beschleunigung. Eine einfache Möglichkeit, den Ruck zu verstehen, ist, darüber nachzudenken, wie man ein Auto fährt. Wenn Sie Ihr Fahrzeug bis zum Stillstand verzögern, wenn Sie konstant und gleichmäßig Druck auf das Bremspedal ausüben, wird Ihr Fahrzeug linear verzögert. Aber wenn Sie den gleichen Druck auf das Pedal bis zum Anschlag ausüben, ist der Übergang zur Geschwindigkeit 0 nicht glatt und fühlt sich abrupt an. Aber wenn Sie nach und nach weniger Druck auf die Bremse ausüben, wenn Sie sich der Geschwindigkeit 0 nähern (oder die Bremse "befedern"), ändern Sie die Geschwindigkeit der Verzögerung und der Anschlag ist viel weicher und komfortabler. Das Federn der Bremse ist eine ruckarme Aktion, während das plötzliche Drücken eine ruckartige Aktion ist.

Als Referenz zeigt die Grafik in Abb. 4 die typische Bewegung zweiter Ordnung (konstante Beschleunigung, lineare Geschwindigkeit), die in vielen Spielen verwendet wird.

Während die Bewegung 2. Ordnung ein viel einfacheres Steuermodell ist, bietet sie eine sehr steife, mechanische Schiffsbewegung. Das System der dritten Ordnung wird es uns ermöglichen, die Schiffe so steif oder glatt zu tunen, wie wir es brauchen.

Auswuchten
Das Auswuchten von Schiffen ist eine der schwierigsten und heikelsten Aufgaben, die wir bei diesem Projekt haben. Der Wechsel zu einem System der dritten Ordnung und die Hinzufügung eines dynamisch bestimmten Geschwindigkeitsmodus haben eine nahezu vollständige Neugewichtung der Schiffsabfertigungseigenschaften von Grund auf erforderlich gemacht. Das bedeutet, dass sich jedes der Schiffe wahrscheinlich ganz anders anfühlen wird als das, was du in Arena Commander gewohnt bist. Es wurde sehr sorgfältig darauf geachtet, dass jedes Schiff seinen eigenen Platz im Verhältnis zu den anderen Schiffen im Universum behält. Wir sind uns bewusst, dass jede Veränderung dieser Größenordnung wahrscheinlich eine lebhafte und leidenschaftliche Debatte über das Alte und das Neue auslösen wird, aber wir sind zuversichtlich, dass die Änderungen es uns ermöglichen werden, dass sich die Schiffe realer anfühlen und eine einzigartigere Persönlichkeit haben werden, als es bisher möglich war, und eine präzisere Steuerung ermöglichen.

Der Wechsel zum Ruck bedeutet auch, dass unregelmäßige Aktionen für Ausweichmanöver natürlich nerfed werden, da das System jetzt etwas langsamer ist, um gegenteilige Aktionen durchzuführen - dedizierte Eingaben, wie sie beim Versuch, aus einer Folie herauszuziehen, verwendet werden, sind weitgehend unbeeinflusst. Bewegungen dritter Ordnung sind auch viel natürlicher für das menschliche Gehirn, sich zu verinnerlichen, so dass die Steuerung intuitiver ist und das Überschwingen seltener auftritt.

Wenn der Ruck als Parameter zur Verfügung steht, wird ein neues "stabilisiertes Flugverhalten" verfügbar. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass durch die Einstellung eines niedrigen Ruckwerts ein Motor so eingestellt werden kann, dass er im Verhältnis zu seiner Größe eine höhere Tragfähigkeit aufweist, so dass wir Schiffe wie den Rumpf oder die Aurora bauen können, die in der Lage sind, viel Ladung zu transportieren, ohne im unbeladenen Zustand auch die schnellsten Schiffe des Universums zu werden. Und während alle Schiffe ohne Ladung schneller sind, als sie voll beladen sind, können wir verschiedene Schiffe auf unterschiedliche Leistungseinbußen einstellen, wenn sie Fracht übernehmen.

Der erste Durchgang, den wir an die PTU freigeben, ist einfach: ein erster Durchgang. Es ist beabsichtigt, den allgemeinen Ton der Richtung für jedes Schiff festzulegen, nicht das endgültige Ziel. Wie immer werden wir weiterhin Playtest und Tuning durchführen und Ihr Feedback beobachten, um zu sehen, wo wir möglicherweise an Ecken und Kanten oder unbeabsichtigten Folgen ansetzen müssen.

Es gibt noch ein paar weitere ordentliche kleine Konsequenzen dieser Änderung, aber im Moment sprechen wir über das Schubrangieren.

Guter Wille Rangieren
Thrust Shunting ist der Prozess, bei dem Schub im Hauptmotor erzeugt und dann durch das Rohrsystem zu den verschiedenen Düsen (oder "mavs", wie die Gemeinschaft sie genannt hat) geschoben wird, wo diese Kraft tatsächlich genutzt wird. Das bedeutet, dass die Hauptmaschinen weitaus wichtiger werden, als wir es bisher in Arena Commander gesehen haben, und dass wir auf der ganzen Linie volle Maschinenräume auf unseren Hauptschiffen haben werden. Anstatt Motoren auf dem ganzen Schiff verputzt zu haben, haben wir jetzt nur noch Düsen betätigt, also wenn die Hauptmaschine beschädigt wird, dann gehen alle Manövriertriebwerke mit. Wenn dies geschieht, haben Schiffe interne Gyros, die für Notfall- oder Ultra-Low-Power-Manöver verwendet werden können, aber sie sind sehr schwach und langsam. Das Fantastische ist, wie sich dadurch neue Möglichkeiten eröffnen, das Flugverhalten von Schiffen zu schädigen.

Ein beschädigtes Schubrohr würde den verfügbaren Schub an der Düse verringern und könnte sogar einen unbeabsichtigten Schub an der Schadstelle erzeugen.

Die Düsen selbst haben Nennwerte für Wärme und Leistung und begrenzen den verfügbaren Gesamtschub - eine Grenze, die Sie möglicherweise überschreiten können, obwohl Sie dies auf eigenes Risiko tun. Das Ergebnis ist ein Gleichgewicht des Flugverhaltens, das durch das Design des Schiffes und den Zustand der Komponenten verstärkt wird, Verhaltensweisen, die ein erfahrener Pilot bis an die absolute Grenze bringen kann, um die Linie zwischen Sieg und Katastrophe zu überwinden.

Triebwerksfehler und Turbulenz
Es gibt viele Möglichkeiten, wie der tatsächliche Zustand eines Schiffes vom vom IFCS geforderten Idealzustand abweichen kann. Bis zu diesem Punkt haben wir der Steuerung eine perfekte Kontrolle unter idealen Bedingungen ermöglicht, was zu einer übermäßig mechanischen und oft "tot" aussehenden Bewegung führt. Mit dem neuen Release wird das nicht mehr der Fall sein. Es wird immer ein gewisses Maß an Triebwerk und Systemfehler auf der Flugsteuerung geben. Dies äußert sich in leichten Turbulenzen in der Bewegung unter optimalen Betriebsbedingungen, wird aber durch Schäden am Triebwerk, Überhitzung und viele andere Faktoren noch extremer.

Die Grafik in Abb. 5 zeigt ein exemplarisches ideales Geschwindigkeitsprofil 3. Ordnung. IFCS würde vom Triebwerkssystem einen Schub anfordern, um diese Bewegung zu erreichen.

Aufgrund eines Triebwerksfehlers, der eine Reihe von Quellen beinhalten kann, wie z.B. falsche Vektor- oder Schubpegel, instabile Vektor- oder Schubpegel usw., kann die tatsächliche Bewegung des Schiffes jedoch von der idealen Bewegung abweichen. Die folgende Grafik zeigt ein extremes Beispiel für einen zufälligen Triebwerksfehler, bei dem die Geschwindigkeit des Schiffes von der idealen Geschwindigkeit über den Übergang von 0 auf 100 m/s abweicht. Aufgrund von Fehlern bei den tatsächlich angewandten Beschleunigungen (alle Aktionen für ein Schiff werden letztendlich als Beschleunigungen, nie direkt als Positions- oder Geschwindigkeitskorrekturen, angewendet) im Laufe der Zeit kann die Endgeschwindigkeit, die bei einer Änderung der Schiffsgeschwindigkeit erreicht wird, erheblich von der beabsichtigten Geschwindigkeit abweichen. IFCS forderte die obige Geschwindigkeitsänderung an und erhielt die in Abb. 6 dargestellte.

An dieser Stelle kommt das originale Rückmeldesystem ins Spiel. Es betrachtet den Ist-Zustand des Schiffes im Vergleich zum Soll-Zustand und erzeugt zusätzliche Korrekturbeschleunigungen, um die Bewegung so nah wie möglich am Ideal zu halten.

Das hier in Abb. 7 gezeigte Beispiel ist für Velocity Error und Feedback Correction, aber ein naheliegenderes Beispiel im Spiel ist die Lageregelung. IFCS verfügt über ein Reaktionskontrollsystem (RCS), das die vom Lotsen (Steuerrahmen) festgelegte Schiffslage beibehält. Aufgrund von Triebwerksfehlern sowie anderer externer Faktoren kann die tatsächliche Einstellung des Schiffes von der idealen Einstellung abweichen. Das RCS verwendet das Rückkopplungssteuerungssystem, um Schub zu erzeugen und die Schiffslage im vorgesehenen Zustand zu halten. In der Praxis erzeugen Turbulenzen des Triebwerks durch unvollkommene Triebwerksleistung ein kleines Spiel in der Nase des Schiffes, insbesondere wenn die Triebwerke mit voller Kapazität abgefeuert werden und wenn sie sich zum ersten Mal in einen bewegungslosen Zustand versetzen. Aber auch hier ist es das Ziel, dass diese Fehlerstufe außer unter extremen Schadensbedingungen subtil ist. Hier geht es mehr um die Ästhetik der Bewegung als um das Flugverhalten.

Kampffähig
Letztendlich ist die Erfahrung von Star Citizen die Kombination aller seiner Systeme, also müssen wir, um das Fliegen wirklich zu erklären, auch über den Kampf sprechen.

Das Ziel des Kampfes in Star Citizen ist es, rasante, schnelle Action zu bieten und gleichzeitig durchdachte Taktiken und Planungen zu belohnen. Das bedeutet, dass verschiedene Dinge auf verschiedenen Schiffsebenen - von den intensiven Pelzbällen der einsitzigen Hundekämpfer über die im Stil des Zweiten Weltkriegs ausgetragenen Schlachten, um volle Geschütze in der Mehrbesatzung zum Einsatz zu bringen, bis hin zu den offenen Kriegen der Flucht und des Abstands auf diesen riesigen Hauptschiffen - sie alle bieten ihren eigenen einzigartigen Kampfgeschmack. Die Philosophie ist jedoch für sie alle weitgehend gleich: Der Kampf macht am meisten Spaß, wenn man mit verschiedenen Ebenen von Risiko, Belohnung und Engagement jongliert.

Für die meisten Schiffe ist der kleinste gemeinsame Nenner einer Eingabe die Drehung. Die Sicherheit der Besatzung verhindert, dass die wirklich großen Schiffe aggressive Saltos ziehen, aber für die kleineren Schiffe ist das Drehen viel einfacher. Offensiv ermächtigt dies das Ziel (wiederum mit abnehmenden Renditen nach Maßstab), aber defensiv werden erfahrene Piloten versuchen, unvermeidliche Auswirkungen dort zu nehmen, wo ihre Schilde und Rüstungen am stärksten sind. Die Rotationseingänge werden auch durch einen Eingangsstabilisierungsmodus verbessert, der die Rotationen auf die niedrigste verfügbare maximale Rate klemmt und so einen großen Betrag an Skalarfehlern im Steuerrahmen beseitigt. Die Schiffseigenschaften bleiben dabei unverändert, so dass Manöver nach wie vor realistisch eine bestimmte Achse entsprechend ihrem Design bevorzugen, aber die Eingabe selbst ist berechenbarer und intuitiver.

Schiffe werden im Allgemeinen zu Gunsten der Hauptmaschinen gebaut, obwohl die Festigkeitsverhältnisse davon sehr stark zur Persönlichkeit jedes Schiffes beitragen. Das bedeutet Drift, wie wir bereits in den letzten Patches gesehen haben, und dass Flugmanöver ein wenig Voraussicht erfordern, auch bei Verwendung von Boost. Das macht das Schießen wieder einfacher, aber Schaden anzurichten ist ein großer Teil der Erfahrung von Star Citizen und wird von uns auf allen Ebenen unterstützt. Die Wahl, mehrere Komponenten eines jeden Typs einzubinden, ermöglicht eine sinnvollere Verschlechterung der Leistungsfähigkeit und die Möglichkeit, dass Schiffe bei viel größeren Schäden in Betrieb bleiben. Nach dem Kampf wird Ihr Rumpf mit Erinnerungen an Ihr letztes Abenteuer vernarbt sein. Oder, wenn die Dinge schlecht aussehen, können Sie Schiffe im Feld reparieren und eingehende Schäden auswerten. Es wird wahrscheinlich eine gute Idee sein, sich um die ausfallenden Kühlmittelleitungen zu kümmern, bevor sie zu einem ungeprüften Motorbruch und einer Kernschmelze des gesamten Kraftwerks führen, die Ihr Schiff in die Luft jagt (und Sie anschaut, Connie).

Mit der Fähigkeit, mehr Schaden zu nehmen, kommt ein längeres Maß an Engagement, was auch ein besseres Management von Dingen wie Treibstoff, Wärme und g-Kräfte bedeutet. Je mehr Abkürzungen genommen werden, desto mehr werden Sie in eine Ecke gedrängt. Kapitäne müssen das längerfristige Risiko der kurzfristigen Belohnung abwägen, wenn sie den Sieger hervorbringen wollen.

Saldo
Natürlich sind all diese Dinge letztendlich auf Balance angewiesen, um die Systeme zu unterstützen, und Balance ist ein langer und tief verwickelter Prozess. Es wird einige Zeit dauern, bis dieses Gleichgewicht stimmt, aber das Ziel ist es, die Stärken auf jeder Skala und die Spielmöglichkeiten, die diese bieten, zu nutzen. In den kleinsten Schiffen ist die Manövrierfähigkeit König, so dass die Oberhand verdient wird, indem man den Gegner zwingt, mehr Risiken einzugehen, seine Hand zu überspielen und anfällig für einen tödlichen Schlag zu werden. Die Drehung ist im Weltraum einfach, so dass Sie sicher sein können, dass jedes kleine Schiff, auf das Sie schießen, kurz darauf zurückschießt. Einer der Gründe dafür ist die einfache Physik, da die Schiffe immer massiver werden, um schnelle Drehungen drastisch zu skalieren, und aus Gründen der Steuerrückmeldung und der reaktionsschnellen Handhabung haben die Drehungen unserer Schiffe kleinere Fehlerfenster als die Übersetzung. Multi-Crew-Schiffe können sich auch größere Zeiten der Anfälligkeit leisten, da die bevorstehende Reparaturmechanik, Schildmanipulation und Rohrführung einem Schiff unter Beschuss viele Möglichkeiten bietet, die Situation zu verbessern und die Flut der Schlacht zu überwinden.

Da diese Schiffe immer größer werden, drängt das Gameplay weiter in taktische Voraussicht, wobei die Positionierung und das Management der Schiffsressourcen während eines Kampfes immer größere Sorgen bereiten. Ein Hauptziel dieser Art von Kampf ist es, Erfolg und Misserfolg davon abzuhalten, jemals zu binär zu werden, oder den Kampf durch immer weniger und immer kleinere Fehler bestimmen zu lassen. Auf einer grundlegenden Ebene ist Star Citizen ein Spiel, in dem der Kampf von Schiff zu Schiff Spaß und Fairness bleiben soll, auch wenn ein Frachtschiff von Piraten überfallen wird, ein Großschiff Einsitzer übernimmt und der Verlust von Eigentum und Leben einen hohen Preis hat. Du wirst nicht immer gewinnen, und wenn du einen Verlust erleidest, wollen wir, dass es sich so anfühlt, als ob es hauptsächlich auf eine Frage der Geschicklichkeit ankommt. Wir wollen, dass dies auf Fähigkeiten basiert, aber wir wollen auch ein Gefühl des Fortschritts in der PU haben. Eine Hornet F7C sollte objektiv ein besseres Schiff sein als eine Mustang Alpha, aber die Leistungsunterschiede sollten nicht so extrem sein, dass der Mustang-Pilot nie eine Hornisse schlagen wird - es wird nur ein anspruchsvollerer Kampf.

Star Citizen ist ein Spiel über Wahlmöglichkeiten, so dass Sie jedes Mal, wenn Sie den Hangar verlassen, entscheiden müssen, welches Schiff Sie fliegen wollen, welche Ausrüstung Sie installieren müssen, wer als Besatzung dabei sein soll, welche Routen Sie nehmen müssen, sogar wo und wann Sie Fracht lagern müssen. Jedes Schiff hat seine Persönlichkeit, jede Waffe hat ihren Handel vor sich - jeder Weg hat seine Gefahren. Ziel ist es nicht, allen Menschen alles zu bieten, sondern ein Ökosystem zu schaffen, in dem die Spieler den richtigen Mix für sie finden. Einige werden es vorziehen, ein Boot zu fahren, und in dem engen Fenster ihrer Spezialität werden sie Erfolg haben; andere werden es vorziehen, sich selbstständig zu machen und eine abwechslungsreiche Auslastung zu finden, die den vielfältigen Hindernissen, die auf sie warten, entspricht. Diese Entscheidungen wirken sich auf alles aus, von der Leistungsaufnahme über die Wärmelast bis hinunter zur Fluggeschwindigkeit des Schiffes, wie stark es driftet.

Es gibt kein perfektes Schiff - nur das perfekte Schiff für dich.
Nehmen Sie an der Diskussion hier teil: https://forums.robertsspaceindustries.com/discussion/293412/flight-model-ifcs-2-0-feedback-and-discussion

THE FUTURE OF FLIGHT
Since the initial release of Arena Commander, we’ve increased top speed, scaled down the availability of boost, and reduced the power of maneuvering thrusters. While these have all had drastic effects on the game, none have been a fundamental change in the way the game actually works – which goes to show how much stat balance can affect a system! However, behind the scenes, we have been working on some deeper changes to the flight model, and are nearing a point where some of that work can be put in front of players.

Flight Modes (aka IFCS 2.0)
The flashiest new feature is the additional flight modes: Precision, Space Combat Maneuvers (SCM), and Cruise. These are all IFCS profiles that focus ship behaviors toward the highly different goals of close tolerance adjustments, combat actions, and long distance flight respectively. Though you can only use one flight mode at a time, coupled/decoupled and the collection of flight assists can still be used to further customize handling.

Precision Mode
When you take off you’ll start out in Precision Mode. In Precision Mode, the maximum velocity is significantly reduced and the throttle and acceleration are rescaled to provide improved control when maneuvering in close proximity to other objects. This makes take off and landing much easier, but will also improve control around other objects such as asteroids, derelict craft or when approaching other live craft during In-Flight Refueling or Boarding maneuvers.

SCM Mode
Once you’ve cleared any nearby objects and have come up to speed you’ll want to switch into Space Combat Maneuvering mode. SCM is one of the biggest changes to the flight control system, but on the surface it closely mimics the current flight mechanics that you may already be used to in Arena Commander. The real power of SCM mode is that maximum velocity is a now dynamically calculated as a function of force and mass: F/m * T = SCM Max Velocity – this means anything that any changes to the acceleration of the ship (such as loadout changes, picking up cargo etc) will impact the maximum SCM speed. We’ve incorporated the SCM calculation in such a way that it is your ability to brake to 0 on any turning axis (x or z) that determines the top speed your ship is allowed to fly. This means that upgrading the ships maneuvering thrusters generally results in a higher max velocity being allowed by IFCS. Further, this speed is determined by the strongest turning axis of the ship, meaning the best drift control will be achieved by turning on the strong axis, rather than the weak axis. Each ship has a different configuration of strong and weak axes and its up to the pilot to learn them and fly to their strengths.

Afterburner
There is another exciting benefit to SCM: Afterburner. Where the current boost mechanic gives you better acceleration and drift control, Afterburner gives you more maximum velocity while maintaining the same relative control. Here’s how it works: In SCM mode the top speed is set according to your ability to accelerate to a given velocity in a set time. Since boost raises your acceleration your maximum speed also increases. Boost as it currently works is still sticking around, but now players will have the choice on how to spend their limited boost fuel: on max velocity to rapidly change distance, or better braking to improve handling.

Cruise Mode
For longer distance travel in the same local area Pilots now have the ability to utilize Cruise Mode. If the speed limit defined in SCM gives the pilot control at the expense of velocity, Cruise Mode gives the pilot velocity at the expense of control. And while the top speed is high, the available acceleration doesn’t change, meaning that reaching maximum Cruise velocity will take 15-20+ seconds, turning ability does not scale with velocity and coming to a stop can take much longer using the normal ship retro thrusters.

Since cruise velocities can easily reach 5x or more of the safely controllable velocities allowed by SCM, IFCS enforces controlled turning to ensure pilots do not get into uncontrollable slides. This means that the nose of the ship is locked to the velocity vector and maneuvers in Cruise mode become more about adjusting course than making turns. It goes without saying that Cruise is absolutely not intended to be used in combat, asteroid fields or high-traffic space lanes.

Of course, decoupled mode can always be used to rotate freely at cruise velocity. Savvy pilots will quickly learn to use decoupled mode and boost to brake with their mains as quickly as possible. Conversely, pilots will find that attempting to change course 90 degrees by using decoupled mode is an express ticket to sleepsville since the high sustained g-forces of such a maneuver lead to rapid black or red-out.

Quantum Leap
Beyond those flight modes will be Quantum Travel, the one place where all ships are limited to the same 0.2c max speed. Once the Quantum Drive is active, the ship will quickly ratchet up the velocity to the 0.2c limit – short jumps might never get going that fast – with the ship itself experiencing relatively little acceleration. At these speeds, tiny variations in angle will result in massively different flight paths, so this is where slower ships will have the chance to escape a faster ship accosting them. Of course, traveling at these incredible speeds is quite dangerous, so the ship computer will automatically pull you out of Quantum Travel if the possibility of collision is detected or the ship has any downed shields.

Flight Control Modules and Upgrades
One of the design goals that goes back to the dawn of the project is the concept that the flight control software should be physically represented as an item within the game world. But up until now the IFCS system has been completely behind the scenes and managed through (relatively) static ship definition XML files. Much work has been done over the last few months to prep the IFCS parameter blocks for migration into an avionics module that can be swapped out and upgraded. Each module is used with a specific ship and contains all of the settings and parameters that IFCS needs to know about the craft to make it fly within the established engineering spec. Behind the scenes this makes it vastly easier for designers to tune and balance ships and thruster upgrades and gives us more flexibility in giving unique characteristics to hull variant ships. But the most exciting part is that soon players will be able to upgrade their flight control software right along with their thruster hardware to build a ship that suits their style.

Motion Control
The biggest change to IFCS is the move to a 3rd order motion control system. Prior to this release, IFCS has used a feedback control system for spaceship motion control. The motion profile for this feedback control system (a PI controller) is an exponentially damped sinusoid. The graph in Fig. 1 shows both acceleration and velocity control as the velocity set-point changes from 0 to 100 m/s.

This is an iterative control system that makes no assumptions about the past or future state of a system, and merely acts to smooth out the error between the ship’s current state and its goal state. Because of this, it is well suited to our needs, where damage conditions and unexpected external forces can cause unpredictable motion.

To further complicate matters, because IFCS is limited by the actual thrust available from ship thrusters, the true in-game motion profile is capped. This profile is shown in Fig. 2, with the uncapped profile shown behind it for reference.

The graph in Fig. 2 is a fairly accurate depiction of the current velocity control for spaceships in Star Citizen, both for linear and rotational control. While there are many advantages to this motion profile, there are some significant downsides, including a) difficulty predicting the future state of a ship that is moving under this controller and b) an asymmetrical control response with an extended settling time. In particular, players have frequently noted that the extended settling time makes the ships in Star Citizen feel “sloppy”.

To address these issues, the new release of IFCS will begin using a bi-level control system. The first level, feed-forward control, will calculate the ideal motion of the ship, while the second level, feedback control, will provide error correction to keep the ship as close to the ideal motion as possible, even under damage conditions and unexpected external forces. So the current motion algorithm will still be part of the system, providing the same error tolerance, but it will no longer be the dominant motion profile (except under extreme system error).

The feed-forward control system will use ideal 3rd order motion, as the graph in Fig. 3 shows.

Unlike the feedback algorithm, this motion profile is completely predictable. At any moment, it is known how long it will take a ship to reach a new velocity or position from any set of initial conditions. Also, the acceleration ramp-up phase can be tuned so that ships have a natural, smooth motion, without the excessive settling behavior of the current control system.

In practice, this will result in a wide range of ship flight behaviors from highly responsive and jerky, like a high performance sports car, to less responsive but smooth control, like a luxury car.

The rate of change of acceleration is called “jerk,” and it is essentially the acceleration of your acceleration. An easy way to understand jerk is to think about how you drive a car. When decelerating your car to a stop if you apply constant and even pressure to the brake pedal your car will decelerate at a linear rate. But if you apply this same pressure to the pedal all the way to a stop the transition to 0 velocity is not smooth and feels abrupt. But if you progressively apply less pressure to the brake as you approach 0 velocity (or ‘feather’ the brake) you change the rate of the deceleration and the stop is much smoother and more comfortable. Feathering the brake is a low-jerk action, while suddenly depressing it is a high jerk action.

For reference, the graph in Fig. 4 shows the typical 2nd order motion (constant acceleration, linear velocity) used in many games.

While 2nd order motion is a much simpler control model, it provides a very stiff, mechanical ship movement. The 3rd order system will allow us to tune ships to be as stiff or as smooth as we need.

Balancing
Ship flight balancing is one of the most difficult and delicate tasks that we have on this project. The move to a 3rd order system and the addition of a dynamically determined velocity mode have necessitated a nearly complete from-the-ground-up re-balance of the ship handling characteristics. This means that each of the ships are likely going to feel quite different from what you’re used to in Arena Commander. Great care has been taken to ensure that each ship retains its own place relative to the other ships in the universe. We’re aware that any change of this magnitude will likely kick off lively and passionate debate about the old vs the new, but we’re confident that the changes will allow us to make the ships feel more real, and allow them to have more unique personality than has been previously possible and allow more precise control.

The switch to jerk also means that erratic actions for evasive maneuvers are nerfed naturally, since the system is now slightly slower to make contrary actions – dedicated inputs, like the kind used when attempting to pull out of a slide, are largely unaffected. Third order motion is also much more natural for the human brain to internalize, so control will be more intuitive, and overshoot will be less frequent.

With jerk available as a parameter, a new ‘stabilized flight’ behavior becomes available. Essentially. this means that by setting a low jerk value, an engine can be tuned to perform at a greater Load Rating relative to its size, allowing us to create ships – like the Hull or Aurora – capable of hauling plenty of cargo without also becoming the fastest ships in the universe when unladen. And, while all ships will be faster without cargo than they are fully loaded, we can set different ships to have different levels of performance loss when they take on cargo.

The first pass we release to the PTU is simply that: a first pass. It is intended to set the general tone of the direction for each ship, not the final destination. As always we will continue to playtest and tune, and will be watching your feedback to see where we may need to address rough edges or unintended consequences.

There are a few more neat little consequences of this change, but for now, let’s talk about thrust shunting.

Good Will Shunting
Thrust shunting is the process by which thrust is generated in the main engine and then pushed through the pipe system to the various nozzles (or ‘mavs’ as the community has dubbed them) where that force will actually be used. This means that the main engines will become far more important than we’ve seen so far in Arena Commander, and down the line, will mean we can have full engine rooms on our capital ships. Instead of having engines plastered all over the ship we now just have actuated nozzles, so if the main engine gets damaged then all the maneuvering thrusters go with it. When this happens, ships have internal gyros that can be used for emergency or ultra-low power maneuvers, but they are very weak and slow. The fantastic thing is how this opens up new opportunities for damaging ship flight behaviors.

A damaged thruster pipe would scale down the available thrust at the nozzle, and could even introduce unintended thrust at the point of damage.

The nozzles themselves have ratings for heat and power, limiting the total thrust available – a limit you may be able to exceed, though you do so at your own risk. The result is an equilibrium of flight behaviors that are enforced by the design of the ship and the state of the components, behaviors that a skilled pilot will be able to push to the absolute limit to ride the line between victory and catastrophe.

Thruster Error and Turbulence
There are many ways that the actual state of a ship can deviate from the ideal state as requested by IFCS. Up to this point we’ve allowed the control system to have perfect control under ideal conditions, and this results in overly mechanical and often “dead” looking motion. With the new release, that will no longer be the case. There will always be some level of thruster and system error overlaid on flight control. This will manifest as minor turbulence in motion under optimal operational conditions, but will become more extreme because of thruster damage, overheating and various other factors.

The graph in Fig. 5 shows a sample ideal 3rd order velocity profile. IFCS would request thrust from the thruster system to achieve this motion.

However, because of thruster error, which can include a number of sources such as incorrect vector or thrust level, unstable vector or thrust level, etc., the actual motion of the ship can deviate from the ideal motion. The following graph shows an extreme example of random thruster error causing the velocity of the ship to deviate from the ideal velocity over the transition from 0 to 100 m/s. Because of errors in actual applied accelerations (all actions for a ship are ultimately applied as accelerations, never directly as positional or velocity corrections) over time, the final velocity achieved during a change in ship velocity can be significantly different from the intended velocity. IFCS requested the above velocity change and it got the one shown in Fig. 6.

This is where the original feedback system comes into play. It looks at the actual state of the ship compared to the intended state and generates additional corrective accelerations to keep the motion as close to the ideal as possible.

The example shown here in Fig. 7 is for velocity error and feedback correction, but a more obvious example in-game will be attitude control. IFCS has a reaction control system (RCS) that maintains the ship’s attitude as set by the pilot (the control frame). Because of thruster error, as well as other external factors, the actual attitude of the ship can deviate from the ideal attitude. The RCS uses the feedback control system to generate thrust and maintain the ship’s attitude at its intended state. In practice, thruster turbulence from imperfect thruster performance will generate a small amount of play in the nose of the ship, especially when firing thrusters at full capacity and when first settling in to a motionless state. But again, the goal is for this error level to be subtle except under extreme damage conditions. This is about the aesthetics of motion more than it is about flight behavior.

Ready to Fight
Ultimately, the experience of Star Citizen is the combination of all of its systems, so to really explain flight, we also need to talk about combat.

The goal of combat in Star Citizen is to provide frenetic, fast paced action while rewarding thoughtful tactics and planning. This means different things at different scales of ship – from the intense furballs of the single-seater dogfighters, to WWII style turning battles to bring full guns to bear in multi-crew, to outright wars of attrition and spacing on those giant capital ships – they each offer their own unique flavor of combat. However, the philosophy for all of them is largely the same: combat is most fun when juggling different levels of risk, reward, and commitment.

For most ships, the lowest common denominator of any input is rotation. Crew safety limits the really big ships from pulling aggressive flips, but for the smaller crafts, turning is much easier. Offensively, this empowers aim (again, with diminishing returns by scale), but defensively, skilled pilots will try to take unavoidable impacts where their shields and armor are strongest. Rotation inputs will also improve with the addition of an input stabilization mode, which clamps rotations to the lowest maximum rate available, removing a large amount of scalar error in the control frame. The ship properties remain unchanged by this, so maneuvers still realistically favor a particular axis according to their design, but the input itself is more predictable and intuitive.

Ships are generally built to favor main engines, although the strength ratios of this are very much a part of the personality of each vessel. This means drift, as we’ve seen already in recent patches, and that flight maneuvers require a bit of thinking ahead, even with use of boost. This again makes shooting easier, but taking damage is a big part of the experience of Star Citizen and is something we support at every level. The choice to include multiple components of each type allows for more meaningful capability degradation and for ships to remain operational at much greater levels of damage. After the fight, your hull will be scarred with reminders of your most recent adventure. Or, if things are looking dire, you’ll be able to repair ships in the field and triage incoming damage. It’ll probably be a good idea to take care of those failing coolant lines before they lead to an unchecked engine breach and a full power plant meltdown that blows up your ship (looking at you Connie).

With the ability to take more damage comes longer levels of commitment which also means increased management of things like fuel, heat, and g-forces. The more shortcuts that get taken, the more backed into a corner you will become. Captains will have to weigh the longer term risk of the short term reward if they want to emerge the victor.

Balance
Of course, all of these things ultimately rely on balance to support the systems, and balance is a long and deeply involved process. It’ll take some time to get this balance right, but the goal is to play into the strengths at each scale, and the gameplay opportunities that these afford. In the smallest ships, maneuverability is king, so the upper hand is earned by forcing your opponent to take more risks, overplay their hand, and become vulnerable to a killing blow. Rotation is easy in space, so you can be sure that any small ship you shoot at will be shooting back soon after. One of the reasons for this is simple physics, as the ships become more massive the thrust required to offer quick rotations scales drastically, and for reasons of control feedback and responsive handling, our ship’s rotations have smaller windows for error than translation does. Multi-crew ships can also afford larger periods of vulnerability, as the upcoming repair mechanics, shield manipulation, and pipe routing offers a ship under fire plenty of ways to improve the situation and swing the tide of battle.

As these ships get larger and larger, the gameplay pushes further into demanding tactical forethought, with positioning and the management of ship resources becoming increasing concerns during a fight. A key goal of this kind of combat is to keep success and failure from ever becoming too binary, or to allow the battle to be determined by ever-fewer, ever-smaller mistakes. At a fundamental level, Star Citizen is a game in which ship-to-ship combat should remain fun and fair even when a cargo ship’s ambushed by pirates, a capital ship’s taking on single-seaters, and the loss of property and life comes at a high price. You won’t always win, and when you do suffer a loss, we want it to feel like it mostly came down to a matter of skill. We want this to be skill based, but we also want to have a sense of progression in the PU. A Hornet F7C should be objectively a better ship than a Mustang Alpha, but the power differences should not be so extreme that the Mustang pilot will never beat a Hornet – it will just be a more challenging fight.

Star Citizen is a game about choices, so every time you leave the hangar you’ll have to decide which ship to fly, what equipment to install, who to have on as crew, what routes to take, even where and when to store cargo. Each ship has its personality, each weapon has its trade off – each path has its dangers. The goal is not to make all things to all people, but to create an ecosystem in which players can find the exact right mix for them. Some will prefer to monoboat, and in the narrow window of their specialty they will find success; others will prefer self-reliance, and will find a varied loadout to suit the varied obstacles that await. These choices affect everything, from the power draw to the heat burden, all the way down to how fast the ship flies, how much it drifts.

There’s no perfect ship – only the perfect ship for you.
Join the discussion here: https://forums.robertsspaceindustries.com/discussion/293412/flight-model-ifcs-2-0-feedback-and-discussion