3D-визуализация полёта¶

Оба нелинейных окружения F-16 предоставляют 3D-визуализацию полёта через стандартный API Gymnasium env.render(). На сцене отображается инерциальная траектория в виде затухающего следа в 3D, сам летательный аппарат — глифом в текущей позе, а ниже размещается полоса синхронных по времени графиков канонических состояний и отклонений органов управления.

Быстрый старт¶

import gymnasium as gym
import numpy as np
import tensoraerospace  # registers env_ids

env = gym.make(
    "NonlinearAngularF16-v0",
    initial_state=np.zeros(14),
    number_time_steps=200,
    dt=0.02,
    airspeed=220.0,
    render_mode="human",
)
env.reset()
for _ in range(200):
    env.step(np.array([2.0, 5.0, 0.0]))  # stab, ail, dir (deg)

fig = env.render()
fig.show()

Тот же шаблон работает и для NonlinearLongitudinalF16-v0 — форма действия (1,) (только руль высоты), и след схлопывается в вертикальную плоскость.

Режимы рендера¶

`render_mode`	Что происходит
`None` (по умолчанию)	`render()` возвращает `None`. История позиции, ориентации и графиков всё равно накапливается, поэтому можно отрендерить позже, установив `env.unwrapped.render_mode` и вызвав `render()`.
`"human"`	`render()` возвращает `plotly.graph_objects.Figure`. Вызовите `.show()`, чтобы открыть в браузере или встроить в Jupyter.
`"rgb_array"`	`render()` возвращает массив `numpy` формы `(H, W, 3)` (PNG, декодированный через PIL). Требует `kaleido` (уже в зависимостях) и `Pillow`. При `kaleido>=1` PNG рендерится через системный Google Chrome, который вы устанавливаете сами (он не входит в поставку TensorAeroSpace). Если Chrome отсутствует, `render()` бросает понятный `RuntimeError`; установите Chrome один раз командой `poetry run plotly_get_chrome`.
`"live"`	`render()` возвращает `plotly.graph_objects.FigureWidget`, обновляющийся при каждом вызове. Отобразите его один раз через `from IPython.display import display; display(env.render())`, затем вызывайте `env.render()` после каждого `env.step()`, чтобы продлевать след и трассы графиков на месте. Только для ноутбука (требует `anywidget`, входит в зависимости).

Параметры конфигурации¶

Параметр	По умолчанию	Описание
`airspeed`	`200.0` (м/с)	Истинная воздушная скорость, используемая для кинематической реконструкции позиции. Постоянна в течение эпизода.
`render_mode`	`None`	Один из режимов выше.
`chart_states`	зависит от алгоритма	Имена каналов состояния модели, которые будут построены под 3D-видом. По умолчанию для угловой модели: `("alpha", "beta", "wx", "wy", "wz", "stab", "ail", "dir")`. По умолчанию для продольной модели: `("alpha", "wz", "stab")`.
`trail_length`	`None`	Если задано, сохраняются только последние N точек следа. Полезно для длинных эпизодов, где полная траектория становится визуально перегруженной.

Как реконструируется позиция¶

Векторы состояния модели F-16 не содержат ни инерциальной позиции, ни истинной воздушной скорости. Визуализация реконструирует позицию интегрированием скорости, исходя из предположения о постоянной airspeed, а также аэродинамических углов и углов Эйлера из состояния:

Скорость в связанной системе: (V·cos α·cos β, V·sin β, V·sin α·cos β).
Матрица направляющих косинусов «связанная → инерциальная» из углов Эйлера (yaw-pitch-roll).
Интегрирование явным методом Эйлера: pos[t+1] = pos[t] + R · v_body · dt.

Для продольной модели угол тангажа θ интегрируется из wz (в состоянии θ отсутствует). Крен, рысканье и угол скольжения остаются нулевыми.

Это намеренно простой кинематический рецепт — без моделирования ветра, гравитации или тяги. Для высокоточной траектории интегрируйте полную 6-DoF трансляцию вне окружения.

Советы¶

Поворот камеры: 3D-сцены Plotly по умолчанию вращаются мышью (перетаскиванием).
Сравнение запусков: вызовите env.render(), чтобы получить go.Figure, и добавьте в неё дополнительные трассы перед показом.
Экспорт в PNG: переключитесь на render_mode="rgb_array" и сохраните через imageio или PIL.Image.fromarray(...).save("flight.png").
Видеть только недавний след: задайте trail_length=200, чтобы оставить лишь последние 200 точек (убирает визуальный шум на длинных эпизодах).
Живое обновление во время роллаута в ноутбуке: см. строку render_mode="live" в таблице режимов рендера выше.

Примеры (ноутбуки)¶

example/visualization/example_f16_3d_angular.ipynb — разомкнутый вираж с креном на 6-DoF угловом окружении.
example/visualization/example_f16_3d_longitudinal.ipynb — кабрирование и нейтраль на 2-DoF продольном окружении (след в вертикальной плоскости).