Bewaffnung

Es ist faszinierend und beeindruckend, wie vielfältig die Militärtechnologie verschiedener Nationen war und ist. In War Thunder versuchen wir stets, das Verhalten unserer virtuellen Modelle dem Verhalten ihrer realen Gegenstücke anzugleichen. Daher legen wir auch großen Wert auf die realitätsnahe Abstimmung der Bewaffnung im Spiel - denn nur so können wir den Charakter der unterschiedlichen Militärfahrzeugen bewahren und gleichzeitig ihre Feuerkraft getreu dem Original wiedergeben. Jedes Geschütz und jede Kanone ist auf ihre eigene Art und Weise einzigartig, und um diese Einzigartigkeit wiederzugeben, haben wir uns mit akribischer Genauigkeit unzählige Dokumente und Daten angeschaut und nicht nur die Bewaffnung selbst,  sondern auch jede einzelne Munition penibel genau ihrem realen Gegenstück nachempfunden. Dank diesem Ansatz ist es uns in War Thunder möglich, das wahre ‘Wesen’ eines jeden dargestellten Militärfahrzeugs so präzise wie möglich zu vermitteln.

Fangen wir also damit an, wie wir Maschinengewehre und Kanonen abstimmen. Flugzeug- und Landfahrzeugbewaffnung verhält sich dabei im Grundprinzip ähnlich. Zur Veranschaulichung widmen wir uns daher einem Panzergeschütz - dem 12,2-cm-D-25T sowjetischer Produktion, das in Panzer und Selbstfahrlafetten wie IS-2, IS-3 und IS-4M verbaut wurde. Am Beispiel dieses Geschützes möchten wir zeigen, wie auch alle anderen Bewaffnungen im Spiel eingestellt und abgestimmt werden.

An dieser Stelle sei anzumerken, dass Parameter wie das Richtfeld des Geschützes nicht zum Geschütz selbst, sondern zum Fahrzeug gehören, in das das Geschütz verbaut wurde - wir werden uns solche Werte in diesem Kontext also nicht anschauen. Zu den Parametern der Bewaffnung  gehören Variablen wie die ballistische Streuung und das technische Maximum für die Schussfrequenz bzw. Kadenz. Die Suche nach der richtigen Dokumentation stellt dabei den schwierigsten und langsamsten Teil des Prozesses dar, da unterschiedliche Quellen häufig unterschiedliche oder sogar gegensätzliche Daten angeben. Manchmal kostet es Zeit Quellen zu verifizieren, da wir weitere Nachforschungen basierend auf den gegebenen Informationen anstellen müssen. In unserem Fall nutzen wir Daten aus ‘Schusstafeln für die 12,2-cm-Panzerkanone D-25T, 1943’ des Publikationsbüros der Roten Armee, Moskau, UdSSR, von 1969, sowie aus ‘Munition für Feldgeschütze, Panzerkanonen und Selbstfahrlafetten im Kaliber 12,2 cm”, des Kriegsministeriums der UdSSR, 1952, und dem “Nachschlagwerk des Artillerie-Feldwebels”, Publikation des NKO, UdSSR, 1944.

^{Waffenhandbuch zur 12,2-cm-D-25T sowie die Schießtafel der Granate ‘BR-471’. die vom D-25T-Geschütz verschossen wurde}

Momentan ist die Schussfrequenz bzw. Kadenz von Geschützen im Spiel ein Durchschnittswert, da im echten Leben die Nachladezeit von einer Vielzahl von Variablen abhängig ist. Unter anderem gehören dazu Faktoren wie die Position der Munition im Panzer (sowie die Tatsache, dass der Ladeschütze mit fortschreitendem Munitionsverbrauch zum Heranziehen von Munition aus entlegeneren Stellen des Panzers gezwungen wird), sowie Gewicht und Form der Granate, da das vermehrte Nachladen von schweren und klobigen Granaten mit der Zeit immer anstrengender für den Ladeschützen wird.

Ellipse und Abweichungsgrade nach Entfernung, Richtung und Höhe

Momentan planen wir für die Simulation der Nachladegeschwindigkeit statt einem statischen Durchschnittswert künftig einen variablen Wert zu verwenden, der vom Zustand der Munitionszuladung, der Erschöpfung des Ladeschützen und der Position des Turms abhängig ist - denn die Position gibt an, welche Munitionsvorräte leicht und welche nur schwer zu erreichen sind. Als Beispiel: Im Patton wird nur eine geringe Menge an Munition direkt neben dem Richtschützen gelagert. Alle anderen Granaten befinden sich in Ladungsbehältern am Wannenboden, auf die natürlich vergleichsweise schwierig zugegriffen werden kann. Die Einführung des besagten variablen Systems würde dabei bedeuten, dass Munition in der Nähe des Geschützes schneller nachgeladen werden kann als jene, die sich weit entfernt davon befindet. Die Mechanik befindet sich jedoch erst noch in der Entwicklungsphase.

Die Schussfrequenz wird in Schuss pro Sekunde gemessen. Unser besagtes Geschütz erreicht dabei eine Geschwindigkeit von 0.048 Schuss pro Sekunde, oder einem Schuss alle 20,8 Sekunden. Dabei handelt es sich um die minimale Nachladezeit für alle Granaten des Fahrzeugs mit vollständig ausgebauten Fähigkeiten der Besatzung.

Die Streuung wird folgendermaßen berechnet: Über die Schusstafeln ermitteln wir die  Kreisfehlerwahrscheinlichkeit bzw. den Streukreisradius, kurz CEP, für beide (horizontale und vertikale) Abweichungsachsen auf eine Entfernung von 1000 Metern; im Beispiel gleicht die CEP für unser Geschütz 0.3 Metern. Auf der Basis der CEP können wir nun den Abweichungswinkel unseres Geschützen bestimmen: Da die Halbachsen der Streuungselipse gleich dem vierfachen Wert der CEP sind, entspricht dieser Wert in unserem Fall 1,2 Metern - beziehungsweise 0.069 Grad, erneut sowohl horizontal wie auch vertikal. Als Ergebnis bedeutet das, dass die maximale Streuung des D-25T-Geschützes auf 1000 Metern etwa 2,4 Meter beträgt. Sogar bei maximaler Streuung ist es bei solchen Werten wahrscheinlich, ein Zielfahrzeug durchschnittlicher Größe auch auf diese Entfernung zu treffen.

Viele Waffen werden natürlich über unterschiedliche Streukreisradii in der Horizontalen und Vertikalen verfügen, wodurch die Streuung dann bildlich dargestellt schon eher einer tatsächlichen Ellipse entspricht. Gleichzeitig wird die Granate in 50% der Fälle eher nahe dem Zentrum mit halber, statt mit maximaler Abweichung aufschlagen. Diese Simulation ist hinsichtlich ihrer Genauigkeit mit dem Verhalten echter Kampffahrzeuge vergleichbar.

Granaten

Nun da unser Geschütz hinsichtlich ihrer primären Parameter definiert und bereit für die Schlacht ist, fahren wir mit der Abstimmung ihrer Munition fort. Im Zweiten Weltkrieg wurden viele unterschiedliche Munitionsarten verwendet und sie alle aufzuzählen wäre Aufgabe eines separaten und spezialisierten Dokuments. Um zu zeigen, welche Anpassungen wir vornehmen, werden wir eine Granate für unser Geschütz als Beispiel auswählen - eine spitz zulaufende, panzerbrechende Hochexplosivgranate.

Für den Beginn definieren wir Parameter wie das Gewicht der Granate (25 kg), ihr Kaliber (0.122m), ihre Mündungsgeschwindigkeit (795 m/s) und ihren grundsätzlichen Geschosstyp (panzerbrechende Hochexplosivgranate - APHE). Diese Werte definieren grundlegende Parameter wie Abprallwahrscheinlichkeit, Normalisierungswert, den grundsätzlichen kinetischen Schaden sowie zusätzliche Eigenschaften, z.B. das Vorhandensein einer Sprengkapsel oder Sprengladung. Es folgen ballistische Einstellungen (der Energieverlust der Granate)  und die Festlegung mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Treffer einen Brand an einem brandgefährdeten Modul auslösen wird - dieser Wert ist übrigens unabhängig von einem eventuellen Vorhandensein einer Explosivladung. Wir nutzen ihn, um die Brandwirkung von Leuchtspurladungen (falls Leuchtspurmunition genutzt wird) sowie die Funken beim Aufschlag auf ein Objekt zu simulieren.

Die Mauer schützt einen Teil des Panzers vor Splitterwirkung und der Schockwelle der Explosion​

Zünder verfügen in War Thunder über eine Zündverzögerungsstrecke (bei unserer Granate 0.9 Meter) sowie eine Zünderempfindlichkeit (15 mm). Letzte gibt an, wie stark das durchschlagene Material sein muss, bevor der Zünder aktiv wird. Ist das durchschlagene Material stark genug und hat die Granate die Verzögerungsstrecke nach Durchschlag hinter sich gebracht, so löst der Zünder die Explosivladung aus und die Auswirkung der daraus resultierenden Explosion wird kalkuliert. Jede individuelle Granate verfügt in unserem Physikmodell dabei über eigene Parameter, wie z.b. die Explosionskraft, also die Materialstärke, die die Schockwelle auf kurze Distanz durchdringen kann.

Hinzu kommen die Radii für maximale Schadenswirkung und den Grenzwert, ab dem jegliche Schadenswirkung ausbleibt. Neben der Explosion selbst produziert die Granate eine Splitterwirkung, deren Auswirkung ebenfalls über einen Wirkungsradius, die Anzahl der Splitter und deren Durchschlagsleistung definiert wird. An dieser Stelle lohnt es sich anzumerken, dass auch sekundäre Splitterwirkung berücksichtigt wird. Diese tritt auf, sobald ein Fahrzeug von einer Granate durchschlagen wird und hängt von der Stärke der durchschlagenen Panzerung sowie des Materials ab.

Wie gesehen werden kann, verfügt unsere Munition in War Thunder über eine Vielzahl von Einstellungs- und Abstimmungsmöglichkeiten, die wir als wichtigen Teil unseres Spiels betrachten. Um unseren Spielern das Studieren langer Listen und aufwendiger Dokumentation zu ersparen, zeigen die automatisch generierten Symbole der jeweiligen Munition genau die zu erwartende Wirkung an. Verfügt eine Granate über eine hohe Durchschlagsleistung, so wird das bei Betrachten des Symbols sofort deutlich. Auch das Vorhandensein einer Explosivladung und/oder die Splitterwirkung wird veranschaulicht. Bei der Auswahl der geeigneten Granate ist jedoch Vorsicht geboten, denn neben den genannten Parametern unterscheiden sich die Granaten auch in ihrem Energieerhalt. In der Informationskarte zur Munition ist deshalb zum besseren Verständnis die Durchschlagsleistung auf unterschiedlichen Entfernungen angegeben.

Die Wirkungsweise der einzelnen Granaten wird anschaulich über deren Symbole verdeutlicht​

Ferner ist es wichtig, dass wir bei der Betrachtung unseres Schadensmodells festhalten, dass wir die spezifischen Eigenschaften von unterschiedlichem Material, wie Glas, Panzerglas, Holz oder den verwendeten Metallarten bei Flugzeugen und Landfahrzeugen in unseren Kalkulationen berücksichtigen. Dabei verfügt jedes Material über seinen individuellen Äquivalenzwert hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit im Vergleich zu Panzerstahl. Als Beispiel: 40 mm gewalzte Panzerung entspricht tatsächlich 40 mm Panzerstahl, während gegossene Panzerung gleicher Stärke 37,6 mm entspricht. 40 mm verstärktes Glas erreichen einen Äquivalenzwert von 8 mm Panzerstahl, während Holz gleicher Stärke 4 mm erreicht.

Die Feststellung des Aufschlagpunktes

Eine der wichtigsten Fragen, insbesondere in Online-Spielen, ist die Frage nach der Feststellung des Aufschlagpunktes eines Projektils auf einen Feind, wenn zwei Spieler möglicherweise über Internetverbindungen völlig unterschiedlicher Qualität verfügen. Diese Frage wird besonders dann relevant, wenn es sich um ein Spiel handelt, in dem sich die Kontrahenten mit hoher Geschwindigkeit bewegen können - in unserem Fall in Luftschlachten.

Für unser Spiel haben wir ein System entwickelt, dass die Position eines jeden Spielers unabhängig von der jeweiligen Latenz (Signalverzögerung) des einzelnen Teilnehmers an einer Schlacht bestimmen kann. Ohne zu sehr in technische Details gehen zu wollen, funktioniert das System wie folgt: der Server empfängt die Steuerungsbefehle des Spielers (z.B. Joystickbewegung, Betätigung eines Abzugs oder die Bedienung der Klappen etc.) sowie die unterschiedlichen Aktionen (z.B. die Verwendung eines Feuerlöschers oder die Anfrage nach einem Wiedereinstieg) und kalkuliert auf deren Basis die Bewegung und ausgeführten Handlungen eines jeden Spielers in der Schlacht. Gleichzeitig werden in separaten Berechnungen jeder abgefeuerten Schuss inklusive dessen Ballistik kalkuliert. Dabei wird auch der Unterschied in der Geschwindigkeit zweier Fahrzeuge berücksichtigt: Eine Granate wird bei einem Frontalangriff zweier Flugzeuge mehr Schaden verursachen als die gleiche Granate, die auf ein sich entfernendes Flugzeug abgefeuert wird.

Ferner werden alle möglichen Auswirkungen, die jeder Schuss haben kann, individuell berechnet - völlig unabhängig von der Schussfrequenz des Fahrzeugs und ohne jegliche Vereinfachung! Als Beispiel: Die Maschinengewehre der Hawker Hurricane verfügen über eine Kadenz von 1,000 Schuss pro Minute. Wird  der Abzug betätigt, dann feuert die Hurricane mit 12 Maschinengewehren 200 Schuss pro Sekunde ab, wovon jeder einzelne über eine eigene Flugbahn und Auswirkung verfügt - und sie alle werden individuell vom Server berechnet! Der Server versendet dann die Ergebnisse dieser Kalkulation zur Synchronisation an die beteiligten Spieler, deren Clients die gleichen Berechnungen parallel durchgeführt haben.

An dieser Stelle möchten wir euch daran erinnern, wie die Schadenskalkulation nach einem Treffer sowohl für Flug- als auch Landfahrzeuge funktioniert:

• Überprüfung auf Durchbruch: Ist das Kaliber der Granate sechsmal größer als die Stärke der Panzerplatte, so wird sie sofort durchbrochen.
• Findet kein Durchbruch statt, wird auf einen Abpraller geprüft.
• Ist der Schuss kein Abpraller, wird auf erfolgreichen Durchschlag überprüft. Dabei werden die folgenden Charakteristika berücksichtigt: momentane Durchschlagsleistung der Granate, Winkel der Panzerung sowie der Winkel des Fahrzeugs selbst und der Aufschlagwinkel der Granate. Nach der Berechnung der effektiven Panzerungsstärke wird überprüft, ob die Granate die Panzerung durchschlagen kann oder nicht. Falls nicht, so explodiert die Sprengkapsel der Granate (falls vorhanden) und kann dabei an der Außenhaut angebrachte Teile beschädigen.
• Findet ein Durchschlag der Panzerung statt, dann richtet die Granate an der Panzerung entsprechenden Schaden an und verliert dabei Durchschlagsleistung und kinetische Schadenswirkung proportional zur Stärke der Panzerung, ehe sie weiter in den Fahrzeuginnenraum fliegt. Wuchtgeschosse verursachen dabei einen Splitterkegel, der Module und Besatzung im Wirkungsbereich beschädigen kann.
• Während des Flugs durch den Fahrzeuginnenraum wird die zuletzt genannte Überprüfung für alle eventuell in der Flugbahn liegenden Module und Besatzungsmitglieder durchgeführt. Einziger Unterschied in der Berechnung bilden hier Fälle, in denen Komponenten mit einer äquivalenten Panzerungsstärke unter ~3 - ~4 mm durchschlagen werden: Hier findet keine splittererzeugende Wirkung statt. Diese Überprüfungen werden wiederholt, bis die Granate ihre Durchschlagsleistung verloren hat oder der Zünder der Sprengkapsel auslöst - sofern das bis dato durchschlagene Material äquivalent zur Mindeststärke der Zünderempfindlichkeit ist. Die durchschnittliche Entfernung, auf die ein Zünder auslöst, beträgt 0.5 bis 1.5 Meter ab dem Durchschlagpunkt, je nach Kaliber und Typ.
• Löst der Zünder aus, werden die Wirkungssphären für Hochexplosiv- und Splitterschaden berechnet. Module und Besatzungsmitglieder im Bereich dieser Sphären werden dabei von der Explosionswucht und Schrapnellen beschädigt.

Dank unserer Verfahren zur Kompensation individueller Verzögerungswerte, die aus physikalischen Hochrechnungen, der mathematischen Interpolation der visuellen Modelle und dem Zeitrücklauf mit zusätzlichen physikalischen Hochrechnungen besteht, werden unsere Spieler lokal die Positionen der sie umgebenden Schlachtteilnehmer immer so nah wie möglich an ihrer tatsächlichen Position wiederfinden.

Damit ist es, ungeachtet der Latenz aller Beteiligten - natürlich nur bis zu einem bestimmten Punkt - möglich, problemlos den richtigen Vorhaltewinkel zu halten oder spezifische Module eines feindlichen Flugzeugs zu treffen. Jedes physikalische Objekt, insbesondere ein schweres Flugzeug, verfügt über eine gewisse physikalische Trägheit und damit nur über einen begrenzten Kegel an möglichen Punkten im Raum, zu denen es sich in einer bestimmten Zeit bewegen kann. Diese Tatsache hilft uns dabei, eine wesentlich bessere Kompensation der Verzögerung zu erreichen, als das für gewöhnlich bei Online-Shootern möglich ist. Gleichzeitig bedeutend das auch, dass das Spiel ohne die ständige wechselwirkende Antwort des Servers lokale Berechnungen durchführen kann. Aktionen wie Schießen und Manövrieren werden damit sofort und ohne Verzögerung im lokalen Client sichtbar. Wir versuchen unser bestmögliches, damit die Verzögerung zwischen Spieler und Server so geringe Auswirkungen auf das Spielgefühl wie möglich nimmt und dank unseres Systems können Spieler mit den unterschiedlichsten Verzögerungswerten auf verschiedenen Servern nahezu ohne spürbare Auswirkungen gegeneinander antreten. Nur wenn Spieler von einer extrem hohen Signalverzögerung zum Server betroffen sind, werden sie insbesondere scharfe Manöver des Feindes verzögert und mit stärkerer Intensität wahrnehmen, als sie eigentlich geschehen sind.

Natürlich kann kein Algorithmus eine instabile Internetverbindung völlig kompensieren. Erreichen die Datenpakete nicht den Server oder den Client, so kann es vorkommen, dass die Spieler die Bewegungen ihrer Gegner mit Verzögerung oder verzerrt erleben und auch von weiteren negativen Auswirkungen betroffen sind. Die Intensität hängt dabei voll und ganz von der Ausprägung des Paketverlusts ab. Aber auch hier haben wir spezielle Mechanismen entwickelt, die sicherstellen, dass auch solche Probleme das Spielgefühl so wenig wie möglich trüben. Als Beispiel: Die primären Steuerungen für die Bewegung von Fahrzeugen und das Abfeuern von Bewaffnung können einen Paketverlust von über 50% widerstehen. Damit ist es uns möglich, die negativen Auswirkungen einer schlechten Internetverbindung noch weiter zu reduzieren. Allgemein gilt jedoch noch immer: jedes Online-Spiel ist besser, wenn man über eine gute und stabile Internetleitung verfügt.

Wir hoffen, euch hat dieser kleine Einblick in die tiefgreifenden Mechaniken von War Thunder gefallen. Hinterlasst eure Kommentare und Fragen in unserem Forum!

Euer War Thunder Team