NPC-Fahrverhalten

Das NPC-Fahrverhalten ist die Steuerlogik, mit der OmegaSim echte Carrera HYBRID-Autos ohne menschlichen Fahrer über die Bahn bewegt. Ein solches Auto heißt in der App NPC (non-player character, computergesteuerter Gegner); im Quelltext und in älteren Fassungen hieß es „Ghost“. Jeder NPC ist ein per Bluetooth Low Energy verbundenes Auto mit der Garagenrolle NPC. Die App rechnet für ihn im selben 45-ms-Takt wie für das Fahrerauto ein Zieltempo und eine gewünschte Querlage aus Streckenlayout, Ideallinie, Rennsituation und den anderen Autos, führt beides durch ein eigenes Fahrzeugmodell und schickt das Ergebnis als Gas- und Lenkbyte an das Auto. Weil das Auto weder seine Position auf der Kachel noch seine Querlage meldet, ist fast alles daran Schätzung und Steuerung ohne Rückmeldung; die Seite beschreibt, welche Formeln und Schwellen dabei im Code stehen.

Dieser Abschnitt erklärt die Begriffe, die man für die tieferen Abschnitte braucht. Ausführlicher stehen sie im Glossar.

Ein NPC oder Bot ist ein Fahrzeug, das ein Programm statt eines Menschen steuert. In einem Videospiel kennt der Bot seine Position exakt, weil die Spielwelt selbst im Rechner liegt. Bei OmegaSim fährt der Bot ein echtes Modellauto auf dem Teppich. Die App „sieht“ es nur über die Funkmeldungen des Autos, und die sind spärlich.

Das Auto schickt etwa alle 45 ms eine Meldung (eine Notification im Sinne von Bluetooth Low Energy). Für die NPC-Steuerung zählen zwei Bytes:

• Byte 11: ein Kachelzähler, der um eins weiterspringt, wenn das Auto auf ein neues Streckenteil fährt.
• Byte 12: der Code des gerade gelesenen Streckenteils, etwa 0x02 für eine Gerade oder 0x06 für die Haarnadel (zur Schreibweise siehe Hexadezimalsystem; 0x0A ist dezimal 10, binär 00001010). Liest das Auto nichts, steht dort 0x00.

Was fehlt: wo genau auf dem 43 cm langen Teil das Auto steht, wie schnell es wirklich ist und wie weit links oder rechts es fährt. Kein Byte meldet die Querlage.

Die App schätzt deshalb den Ort wie ein Seefahrer ohne Satellitennavigation: Sie kennt den Zeitpunkt des letzten Kachelwechsels (ein echtes Ereignis) und rechnet mit dem Tempo des eigenen Fahrzeugmodells, wie weit das Auto seitdem gekommen ist. Diese Schätzung heißt Koppelnavigation (englisch dead reckoning). Beim nächsten Kachelwechsel wird sie wieder auf den gemessenen Wert gesetzt. Den Anteil des Weges über die Kachel, von 0 am Eingang bis 1 am Ausgang, nennt der Code Phase.

Ein Regelkreis vergleicht einen Sollwert (wie schnell soll das Auto sein?) mit einem Istwert (wie schnell ist es?) und stellt aus der Abweichung ein Stellglied (hier Gas und Bremse). Der NPC-Tempo-Regler ist ein PI-Regler:

• Der P-Anteil (proportional) reagiert sofort und umso stärker, je größer die Abweichung ist.
• Der I-Anteil (integrierend) sammelt die Abweichung über die Zeit auf und findet so das Gas, mit dem ein Tempo dauerhaft gehalten wird.
• Ein Totband ist ein kleiner Bereich um den Sollwert, in dem der P-Anteil nichts tut, damit der Regler nicht dauernd hin und her pendelt.
• Eine Ratenbegrenzung legt fest, wie schnell sich ein Ausgang höchstens ändern darf, zum Beispiel „Gas von 0 auf voll frühestens in 0,6 s“.

Die Ideallinie ist der schnellste Weg durch eine Kurve: außen anfahren, innen den Scheitelpunkt (Apex) treffen, außen herausfahren. Bei einer Carrera-Bahn ist das Besondere, dass das Auto in einer Schiene geführt wird und der Lenkbefehl die Querlage nur verschiebt. Die Linie ist deshalb in OmegaSim ein Querversatz von −1 (ganz links) bis +1 (ganz rechts) entlang der Strecke.

Viele Abläufe (Überholen, Boxenstopp, Parken) sind als Zustandsmaschine gebaut: Das Auto ist immer in genau einem benannten Zustand, etwa „ansage“ oder „vorbei“, und eine Bedingung (Zeit abgelaufen, Abstand erreicht) schaltet in den nächsten. Solche Abläufe stehen unten als Tabellen Zustand | Bedingung | nächster Zustand.

Alle Tempozahlen im Code (0,35, 0,55 …) sind Anteile des Gasbytes, nicht der Höchstgeschwindigkeit eines bestimmten Autos. Gesendet werden Δ = round(Anteil × 127) Gasschritte. Gemessen entspricht ein Gasschritt rund 0,0119 m/s, also 0,55 → Δ 70 → etwa 0,83 m/s.^[1]

1. Alle Autos verbinden (siehe OmegaBle). Das erste verbundene Auto wird Spieler 1, jedes weitere bekommt automatisch die Rolle NPC, sofern für dieses Auto keine andere Rolle gemerkt ist.
2. Unter FAHREN → Autos → Garage für jeden NPC die Stufe wählen (einfach, mittel, schnell, MAX). Der Knopf ↻ stellt „mittel“ wieder her. Dort lassen sich auch NPC-Ton und Motor je Auto wählen.
3. Ein Streckenlayout bereitstellen: im Strecken- und Raum-Editor bauen, einscannen oder beim Fahren lernen lassen (Strecke beim Fahren lernen). Ohne Layout mit mindestens drei Teilen fallen Kurvendrosselung, Ideallinie und Vorausblick weitgehend aus.
4. Unter Optionen → NPCs die gewünschten Regler setzen (siehe Tabelle unten).
5. Ein Rennen starten (siehe Rennarten) oder in der Garage NPCs frei fahren lassen. Die Startaufstellung wird unter Optionen → Renneinstellungen sortiert; Automatisch aufstellen lässt die NPCs selbst auf ihre Plätze fahren.
6. Zum Ausprobieren ohne Autos: Optionen → NPCs → Rennen simulieren, Anzahl NPCs und Runden wählen, Simulation starten.

Die Standardwerte sind die Werte, mit denen die Regler im Markup stehen; beim Laden schickt die App jedem Regler einmal sein Eingabe-Ereignis, sodass genau diese Werte wirken (ältere Anzeigetexte wie „100 %“ bei der Ideallinie waren dadurch überholt).^[2]

ghostTick(car) läuft für jeden NPC einmal je Sendetakt (45 ms).^[3] Der Ablauf, gekürzt auf die tragenden Schritte:

1. Zeitschritt dt aus der Uhr, höchstens 0,25 s. Läuft der Zieleinlauf, übernimmt ghostFinishTick und der Takt endet hier.
2. Sonderrollen: Safety Car (Neustart, Heimweg) und Reinigungswagen bekommen ihren Zusatztick (siehe Safety Car und Reinigungswagen).
3. Weg integrieren: kachelWeg += |Tempo| × KMH_TO_UNITS × dt aus dem Modelltempo.
4. Motor einstellen: ghostMaxMotor (Rückschaltdrehzahl, MAX-Beschleunigung) und Reifengriff je Wetter.
5. Kachelwechsel? Hat Byte 11 gewechselt, werden Dauer und Weg der verlassenen Kachel gelernt, tileIndex erhöht, bei Index 0 eine Runde gezählt (und der Lernschritt bewertet), Ort abgeglichen und die Fälligkeit des Boxenstopps geprüft.
6. Boxen- und Randhalt-Zustandsmaschinen weiterschalten (pitTick, randHaltTick).
7. Abgang prüfen: liest das Auto 0x00 länger als die Schwelle (Gerade 900 ms, Kurve 1200 ms, Haarnadel 1800 ms, in der Aufstellung doppelt) oder zählt es unplausibel schnell weiter (Kachelmittel unter 250 ms, dann schon nach 300 ms), wird es geparkt oder der Rückweg versucht. Meldet ein Auto bei Zieltempo über 0,2 drei Sekunden lang gar nichts Neues, gilt es als „stumm“ und wird ebenfalls geparkt.
8. Zieltempo berechnen (nächster Abschnitt).
9. Tempo-Regler (PI) liefert Gas und Bremse, dazu Vorsteuerung aus dem Bremsprofil und, beim Boxenstopp, Vollbremsung am Regler vorbei.
10. Querlage berechnen und ratenbegrenzen.
11. Fahrzeugmodell mit Lenkung, Gas und Bremse einen Schritt rechnen; daraus kommen Servowinkel und Motor-PWM.
12. Lichter setzen (Lichthupe beim Überholen, Doppelblitz an der Box, Blinken unter Gelb) und das Paket mit writeToCar senden. Im Leitplanken-Modus kommen in Byte 16 bis 18 die Codes der nächsten drei Teile mit.

Das Zieltempo entsteht als Produkt mehrerer Faktoren, danach greifen Böden und Deckel in fester Reihenfolge:^[4]

v0  = Stufe(Kachel)                         (ghostStufeFaktor)
v1  = v0 × Lernfaktor.pace × Streuung       (nicht bei MAX)
v2  = Gelb: min(v1, Gelbziel) × Abstand     (nur unter Gelb, siehe Safety-Car-Seite)
v3  = v2 × Würze.faktor × Reihe             (Würze vor einer Haarnadel höchstens 1)
v4  = v3 × (1 − A)                          A = max(A_Profil, A_Kachel), nicht bei MAX außerhalb der Haarnadel
v5  = min(v4, Grundtempo × (1 − A))         nur wenn A > 0
v6  = v5 × 0,95                             nur in Kurven mit nahem Nachbarn
v7  = v6 × Staffel × Reifen                 Staffel vor Haarnadel höchstens 1
v8  = Einführungsrunde, Aufstellung, Startversatz, Startreaktion, Anfahrrampe
v9  = max(v8, min(0,37, Grundtempo))        Mindesttempo (GHOST_FAHR_MIN)
v10 = min(v9, Haarnadel-Höchsttempo)        in Haarnadel, Engstelle und 2 Teilen davor
v11 = Boxen- und Randhalt-Ziel überschreibt alles

Die Größen im Einzelnen:

• Stufe(Kachel): Auf einer Geraden ist sie Stufenwert ÷ 0,55 × Grundtempo (bei Grundtempo 0,55 also genau 0,45, 0,55 oder 0,65); steht das Auto auf einem Kurvencode, gilt für alle Stufen das Grundtempo. Für MAX liefert ghostMaxTempo den Reglerwert der Teilart (Gerade, Radius 1, Radius 2, Haarnadel) unter dem Auto; beim Bremspunkt „Schiene“ das Minimum aus diesem und dem nächsten Teil, begrenzt auf 0,05 bis 1.
• Lernfaktor pace: 1, solange das Lernen aus ist; sonst 0,75 bis 1,30 (siehe unten).
• Streuung: 1 + p/100 × z mit z zufällig in [−1; 1] je Auto und Start; nur auf Geraden.
• Würze: Produkt aus Tagesform, Fahrfehler, Windschatten, Angriffsschub, Blaue-Flagge-Abschlag und Abstandhalter (siehe Überholmodell).
• A_Kachel = min(0,85; curveSlow × Charakter.kurvenAbzug × Enge). Die Enge ist das Maximum aus dem Teil unter dem Auto und dem engsten Teil in Reichweite: vor einer normalen Kurve ein Teil, vor Haarnadel oder Engstelle zwei Teile. Haarnadel und Engstelle zählen doppelt (Enge 2).
• A_Profil = min(0,85; 2 × curveSlow × Charakter.kurvenAbzug × bd), wobei bd der Bremsbedarf der berechneten Linie an der aktuellen Stelle ist (0 bis 1). Er ist stetig und sitzt an der richtigen Stelle innerhalb der Kachel. Es gilt das Maximum beider Abzüge, nicht die Summe: zwei Abzüge für dieselbe Sache würden das Auto zum Stehen bringen.
• Deckel v5: damit alle Stufen gleich schnell in die Kurve gehen, wird vor und in Kurven auf Grundtempo × (1 − A) begrenzt. Ohne ihn käme ein schneller NPC mit 0,65 × 0,8 = 0,52 statt 0,44 in die Kurve.
• Staffel siehe nächster Abschnitt; unter Gelb, in der Einführungsrunde und für MAX auf reinen Geraden (Enge 0) gleich 1.
• Reifen: basis × √(Griff ÷ Griff der passenden Mischung), basis = 1 + (0,85 − 1) × Nässe², mit der Grifftabelle trocken (Slick 1,00 / Regenreifen 0,88) und nass (Slick 0,45 / Regenreifen 0,80). Trocken mit Slicks ergibt genau 1.
• Mindesttempo 0,37 (Δ 47), aber nie über dem eingestellten Grundtempo; nicht bei Randhalt, Box, Anfahrrampe, Einführungsrunde und Aufstellung. Liest das Auto 250 bis 700 ms lang 0x00, hebt ein kurzer Lese-Schub auf 0,40.^[5]
• Haarnadel-Höchsttempo gilt zuletzt und damit auch über dem Mindesttempo: in der Haarnadel endet jede Kette bei höchstens 0,35.^[6]

Die Gründe für die Reihenfolge stehen im Code: Die Staffel stand früher hinter dem Abstandhalter und multiplizierte dessen Abzug weg, sodass ein Auto, das gerade Abstand hielt, als Letzter wieder hochgezogen wurde und auffuhr. Deshalb darf sie, solange der Abstandhalter greift, nur noch bremsen.

Werte bei Grundtempo 55 %, Kurvendrosselung 20 %, ohne Würze, Staffel 1. In der Haarnadel wäre die Rechnung 0,55 × (1 − 0,4) = 0,33, das Mindesttempo hebt auf 0,37, das Haarnadel-Höchsttempo senkt auf 0,35.

MAX-Motormodell (seit 1.2.5). Das Fahrzeugmodell eines NPCs ist eine Kopie der Abstimmung von Spieler 1 (ohne Tankgewicht, Reifenverschleiß, Lenkexpo und Tempo-Lenkbegrenzung, immer Automatik). Das gesendete Gas ist der Tempoanteil dieses Modells. Auf einer 43-cm-Geraden, die bei diesen Tempi 0,3 bis 0,5 s dauert, kam ein MAX-NPC damit kaum über 0,5, weil der Schub mit dem Tempo fällt und jedes Hochschalten 120 ms ohne Antrieb kostet. ghostMaxMotor setzt deshalb für MAX:

// src/90-ghosts.js, ghostMaxMotor()
e.config.downshiftRpm = NPC_RUECKSCHALT_RPM;          // 5200/min, für alle NPCs
if (ghostIstMax(car)) {
  e.config.accelerationFactor = g.basisBeschl * (ghostCfg.maxBeschl || 1);
  e.config.shiftMs = 0;                               // keine Schaltpause
} else {
  e.config.accelerationFactor = g.basisBeschl;        // zurück auf die Kopie
  e.config.shiftMs = g.basisShiftMs;
}

Für MAX gelten außerhalb der Haarnadel weder Kurvenabzug noch der Deckel auf das Grundtempo, und Lernfaktor, Streuung und (auf Geraden) die Staffel nehmen ihm kein Tempo. Haarnadel, Engstelle und die zwei Teile davor, Mindesttempo, gelbe Flagge und Einführungsrunde gelten unverändert. Beim Bremspunkt „Beginn des Kurventeils“ wechselt das Zieltempo erst, wenn das Auto auf dem Kurvencode ist.

ghostFeldStaffel sortiert alle laufenden NPCs nach ihrem geschätzten Gesamtfortschritt (vorn zuerst) und gibt jedem Platz einen Faktor:^[7]

lage    = 2 × platz / (n − 1) − 1          (−1 für den Ersten, +1 für den Letzten)
Staffel = 1 + leaderBrakePct × lage

• platz: 0 für den Führenden, n − 1 für den Letzten
• n: Zahl der laufenden NPCs (ab zwei; bei einem gibt es 1)
• leaderBrakePct: Regler „Stärke der Staffel“, Standard 0,10

Bei drei NPCs und 10 % fährt der Erste mit 0,90, der Zweite mit 1,00, der Dritte mit 1,10. Das mittlere Tempo des Feldes bleibt gleich, deshalb ist es kein versteckter Langsamer-Schalter.

ghostSpeedControl(g, ziel, v, dt) mit v = Modelltempo ÷ Höchsttempo:^[8]

e      = ziel − v
I_neu  = clamp(I + e × 1,2 × dt, 0, 1)
wenn |e| < 0,015:   Gas_roh = I_neu,                 Bremse_roh = 0
sonst:              Gas_roh = clamp(I_neu + e × 2,2 × d),  Bremse_roh = clamp(−e × 3,0 × d)
wenn Bremse_roh > 0,02:      I_neu = I × (1 − min(1, 3,0 × dt))      (Anti-Windup 1)
sonst wenn Gas_roh = 1 und e > 0:   I_neu = I                        (Anti-Windup 2)
Gas    = Rate(Gas_alt → Gas_roh, höchstens 1,6 × d × dt je Takt)
Bremse = Rate(Bremse_alt → Bremse_roh, höchstens 4,0 × d × dt je Takt)

• d: Regler „Brems- und Gasverhalten“ (gasDynamik, Standard 4,0, mindestens 0,1)
• 0,015: Totband (GHOST_DEADBAND), 2,2 und 3,0: Verstärkungen für Gas und Bremse, 1,2/s: I-Verstärkung, 3,0/s: Abbau des I-Anteils beim Bremsen, 1,6/s und 4,0/s: Ratengrenzen

Der I-Anteil bleibt im Totband stehen. Vorher fiel das Auto im Totband auf null Gas und erzeugte einen Sägezahn um den Sollwert. Bremsen ist absichtlich entschlossener als Gasgeben.

Zusätzlich gibt es eine Vorsteuerung: Ist das Auto schneller als ziel + 0,015 und meldet die Linie Bremsbedarf bd, gilt mindestens Bremse = min(1; bd × curveSlow × 1,5), und bei Bremse über 0,02 wird das Gas auf null gesetzt.

Woher die Linie kommt. Mit einem Layout ab drei Teilen rechnet ghostLine() aus der Mittellinie (rund 180 Abtastpunkte je Strecke) eine Linie als Querversatz α je Punkt, dazu ein Bremsprofil. Gewählt wird sie über das Linienmodell; dieselbe Linie zeichnet der Strecken- und Raum-Editor. Das Modell SIMULATOR (seit 1.0.14) fährt zuerst die acht anderen Linien als Saat und dann Abwandlungen davon (eine weiche „Beule“ mit Kosinusprofil über 6, 10 oder 18 Punkte, oder eine gerade „Sehne“ über 8 bis 41 Punkte), jeweils drei Runden mit einer stummen Instanz desselben Fahrzeugmodells, gewertet werden Runde 2 und 3. Die sechs besten bleiben im Pool; nach höchstens 200 Auswertungen gilt die schnellste. Die Suche pausiert im Rennen, wird je Strecke und Fahrgrenzen gespeichert, und bis sie fertig ist, gilt die Luuke-Linie.^[9]

Phase auf der Kachel. Der Linienwert wird über (Kachel, Phase) nachgeschlagen. Die Phase kommt bevorzugt aus dem Weg:

Phase_Weg  = clamp(kachelWeg / Weg_soll(Typ), 0, 1)
Phase_Zeit = clamp((jetzt − Kachelbeginn) / Dauer(Typ), 0, 1)     (Rückfall)

Weg_soll und Dauer sind gleitende Mittelwerte je Kacheltyp mit Gewicht 0,3 für den neuen Wert (neu = 0,7 × alt + 0,3 × Messung). Eine Dauer zählt nur zwischen 250 und 4000 ms, ein Weg nur zwischen dem 0,4- und 2,5-Fachen der geometrischen Kachellänge, und genutzt wird ein Typ erst ab zwei Messungen; vorher gilt das Gesamtmittel (Vorgabe 800 ms) × Länge des Typs ÷ mittlere Kachellänge.^[10] Der Weg ist selbstkalibrierend: Ein konstanter Skalenfehler im Modelltempo kürzt sich in Weg ÷ erwartetem Weg heraus. Gemessen gegen die wahre Phase der Rennsimulation sank der mittlere Fehler von 0,097 (Uhr) auf 0,073 (Weg), und der Anteil der Takte, in denen die Phase am Deckel 1 klebte, von 6,2 % auf 0.^[11]

Ohne Layout gibt ghostLineFromCode eine Dreiecksform je Kurvenkachel:

apex = 0,62 (Haarnadel) bzw. 0,5 (sonst)
L(ph) = −dir + 2·dir·ph/apex                     für ph < apex
L(ph) =  dir − 2·dir·(ph − apex)/(1 − apex)      sonst

dir ist +1 in Rechtskurven und −1 in Linkskurven, +dir ist innen. Bei ph = 0 steht das Auto außen (−dir), im Scheitel innen (+dir), am Ausgang wieder außen.

Gewünschte Querlage. Im Leitplanken-Modus (Standard) gilt die erste zutreffende Quelle:

1. Rückweg, Box, Vorbeifahrt am Safety Car oder Aufstellung (fester Wert),
2. unter Gelb 0 (mittig),
3. beim Überholen oder Ausweichen die Seite × min(1; seitlicher Versatz × 0,8),
4. zu zweit in einer Kurve die Paarvorgabe (0,8 innen, 0 Mitte),
5. sonst die Ideallinie: L × Ideallinie × G_Linie × (0,15, wenn das Auto gerade jemandem ausweicht, sonst 1).

Dazu kommen Ausweichverteilung (bias × seitlicher Versatz × 0,25), eigene Spur (±1 × Spuren × 0,16 × G_Spur) und beim Fahrfehler 0,35 nach außen. Die Gewichte hängen von der „Kurvenmischung“ m ab (0 Gerade, 1 Kurve, mit 350 ms Nachlauf):

ü(x)     = clamp(x − 1, 0, 1)
G_Linie  = g + (1 − g)·m      mit g = 0,35 + 0,65·ü(Ideallinie)
G_Spur   = 1 − 0,5·(1 − ü(Spuren))·m

Bei Ideallinie 200 % ist g = 1: Die Linie wirkt auch auf der Geraden voll.

Querträgheit und querSoll. Die Summe wird ratenbegrenzt, und zwar abhängig vom Tempo, weil ein stehendes Auto nicht zur Seite rückt:

tempoAnteil = min(1, v / 0,35)
querMax     = Querträgheit × dt × tempoAnteil         (Bahnbreiten je Takt)
querIst     = querIst_alt ± höchstens querMax
querSoll    = querSoll + (querRoh − querSoll) × (1 − 0,75^(dt/0,045)) × tempoAnteil

querIst geht als Lenkwunsch ins Fahrzeugmodell; querSoll ist die Schätzung, wo das Auto tatsächlich steht. Andere Autos lesen sie, um ihre Überholseite zu wählen. Sie ist eine Modellgröße, keine Messung.^[12]

Messungen aus der Technik-Dokumentation: Das Auto liest die Schiene auch bei vollem Lenkanschlag (in 67 830 Meldungen mit Code vier Abrisse, alle bei kleineren Lenkwerten). Für die Form der Linie ist 100 % am besten (Spanne des Lenkbytes in Kurven 55 von 127); bei 200 % wird das Auto schräger (Mittel 106 statt 89), aber die Linie flacher (Spanne 36), weil 39 % der Anforderung am Anschlag abgeschnitten werden.^[13]

Ein Angriff ist eine Zustandsmaschine in ghostSpice():^[14]

Sperren: kein Angriff in der Einführungsrunde, unter Gelb, auf das Safety Car, mit Haarnadel oder Engstelle in den nächsten vier Teilen, ohne freie Seite (ein naher Nachbar mit Querlage ≥ 0,30 belegt seine Seite), wenn schon zu viele angreifen (höchstens max(1; ⌊Autos/4⌋) gleichzeitig) und im Rennen ohne Überholguthaben. Das Safety Car greift nie an.

Seitenwahl: die Seite, auf der der Vordermann laut seiner geschätzten Querlage nicht ist; sind beide frei, die Innenseite der nächsten Kurve in vier Teilen. Der Angreifer schreibt dem Vordermann einen Ausweichauftrag (andere Seite, 2600 ms). Mit „Verteidigen“ deckt dieser in 50 % der Fälle (× Charakter.verteidigung) stattdessen dieselbe Seite; Überrundete verteidigen nicht. Während des Manövers ersetzt der Versatz die Ideallinie, statt sich zu ihr zu addieren; vorher hoben sich die Kräfte auf und die Autos schoben sich „ewig gegenseitig an“.

Überholguthaben: Alle 200 ms wächst ein gemeinsames Konto um Rate × (Autos/4) × d, wobei d der Zuwachs des mittleren Rundenfortschritts ist (gedeckelt 0,5); das Konto ist auf 1,5 begrenzt, jeder Angriff kostet 1. Bei Standardrate 0,1 und vier Autos gibt es so etwa alle zehn Runden einen Angriff im Feld.

Rennhärte setzt fünf Größen aus einem Wert i = Regler/100:

zu  = i / 0,5            (0 … 2)
von = 1,5 − i            (1,5 … 0,5)
p_Angriff   = 0,45 × zu          Wartezeit vor Angriff = 900 ms × von
Zeitlücke   = 1,2 s × von        Abstand (Rückfall)    = 1,2 Kacheln × von
Reichweite  = 1,3 Kacheln × von

Abstand halten rechnet mit der Zeitlücke zum Vordermann (Differenz der Zeitstempel, zu denen beide dieselbe Kachel erreichten, höchstens 5 s):

nötig = 1,2 s + 0,30 × max(0, Annäherung)
wenn Lücke < nötig:  Würze × (1 − 0,26 × (1 − Lücke/nötig))

Die Annäherung ist die geglättete Abnahme des Kachelabstands je Sekunde (Glättung 0,3). Fehlt die Zeitlücke, gilt derselbe Ausdruck in Kacheln mit 1,2 Kacheln und 0,5 je Kachel/s. Der Wert 1,2 s ist gemessen gewählt: Bei 0,35 s waren die Autos 86 % der Zeit in Berührung, bei 1,2 s 61 %, bei 13 % weniger Überholmanövern.

Die weiteren Würz-Zutaten: Windschatten × (1 + 0,11 × (1 − Abstand ÷ (1,3 × Auffächern))) nur auf Geraden; Fahrfehler mit Wahrscheinlichkeit 0,055 × Charakter × (1 + 0,8 × Nässe) × (1,5 bei falschen Reifen) × (1,3 mit Verfolger in 1,6 Kacheln), einmal je Kurve gewürfelt; Blaue Flagge × 0,88 und Ausweichen nach außen für 1600 ms, wenn ein Auto mit mehr Runden innerhalb 1,6 Kacheln folgt; Tagesform als Zufallslauf. Vor und in einer Haarnadel (vier Teile Sicht) darf die Würze nur bremsen.

• Ausweichverteilung (ghostAssignBias, alle 200 ms): Autos, deren Abstand höchstens 0,6 s beträgt, bilden Gruppen; jede Gruppe wird nach aktueller Querlage sortiert und gleichmäßig über die Breite verteilt (bei zwei −1/+1, bei drei −1/0/+1). Der Zielwert wird in Schritten von 0,25 je 200 ms angefahren.
• Paare (seit 1.0.31): Zwei Autos in höchstens 1,0 Kachel Abstand (lösen ab 1,4) fahren links/rechts mit 0,9, in der Kurve außen nur 0,55, nicht in Haarnadelzonen und nur bei Grün.
• Reihe: hinter einem fremden Paar und vor der Haarnadel fährt man hintereinander (Abstand 1,0 Kachel, Faktor bis 0,6).

Mit „lernt von Runde zu Runde“ führt jedes Auto eine einfache Zufallssuche (eine (1+1)-Evolutionsstrategie):^[15]

w       = (U1 + U2)/2,   U gleichverteilt in [−1; 1]     (Dreiecksverteilung)
pace'   = clamp(pace + w·σ, 0,75, 1,30)
push'   = clamp(push + w·σ, 0,40, 1,25)
Runde schneller und ohne Abgang:  übernehmen, σ × 1,15 (höchstens 0,10)
Runde langsamer:                  verwerfen, σ × 0,9 (mindestens 0,012)
Abgang:                           verwerfen, pace × 0,97, push × 0,95, σ × 0,6

σ beginnt bei 0,055. pace multipliziert das Zieltempo, push den Linienversatz. Zusätzlich deckelt eine Lenkgrenze aus den Messungen des Querablage-Prüfstands den Linienwert (ohne Messung 1,0).

• Kurvendrosselung: siehe A_Kachel; vor einer 60°-Kurve ab einem Teil, vor Haarnadel/Engstelle ab zwei Teilen.
• Bremsprofil: A_Profil und Vorsteuerung aus der Linie, stetig innerhalb der Kachel.
• Kein fester Bremspunkt: Ein Bremspunkt nach der Lehrbuchformel a = (v² − v_Ziel²)/(2s) wurde gebaut und verworfen. Der nötige Bremsweg liegt bei 1,4 bis 2,0 cm, also rund 4 % einer 43-cm-Kachel; er fällt immer in den Takt, in dem der Regler ohnehin bremst. Rundenzeit 16,227 gegen 16,240 s, im Rauschen.^[16]
• Haarnadel-Höchsttempo: 0,35 in Haarnadel, Engstelle und den zwei Teilen davor, als letzte Grenze (seit 1.1.37). Die alte Grenze (0,55 × 0,6 = 0,33) wurde vom Mindesttempo 0,37 überstimmt; „Die NPCs fliegen mir in der Haarnadel alle paar Runden raus“ war die Meldung dazu.
• MAX-Bremspunkt: siehe oben.

Startplätze. aufstellZielOrt(platz) rechnet einen Ort in Kacheln (Ganzzahl = Teil, Rest = Anteil) relativ zum ersten Start/Ziel-Teil s:

Ort(k) = s − 1 + Seite(k) − ⌊k/2⌋ × 0,5
Seite(k) = 0,15 (rechts, gerade k) bzw. 0,0 (links, ungerade k)

Fällt ein Platz in Haarnadel oder Engstelle, rücken er und alle dahinter um ganze Teile zurück. So stehen zwei Autos je Reihe, jede Reihe eine halbe Kachel hinter der vorigen, ab Reihe 2 vier Autos je Teil. Die NPCs fahren mittig im Aufstelltempo (Formationstempo 0,35, in Kurven × 0,9, in Haarnadeln × 0,8, Boden 0,28) und parken mit der aufgenommenen Einparkfolge des Safety Cars, für linke Plätze gespiegelt und mit 70 % ihres Gases (Renneinstellung „Einparken: Gas der Safety-Car-Folge“). Autos innerhalb von zwei Kacheln starten im Abstand von 500 ms; Zeitgrenze 60 s plus 500 ms je Auto.^[17]

Start. Mit „Start je Startreihe versetzt“ wartet Reihe r = ⌊Startplatz/2⌋ ab Grün r × 250 ms. Mit „Startreaktion“ kommt je Auto eine zufällige Reaktionszeit von 80 bis 300 ms dazu und für die folgenden 2,5 s ein Faktor 0,85. In den ersten 600 ms nach dem Scharfschalten bleibt die Lenkung gerade, und drei Sekunden lang verhindert eine „Gnade“, dass das Anrollen als Abgang zählt.

Nach dem Rennen. Auf der Bahn mit Layout fahren die NPCs zurück in die Startaufstellung: Platz = Zahl der menschlichen Fahrer + Reihenfolge des Zieleinlaufs. Ohne diese Bedingungen rollen sie aus: der Erste min(5; n − 1 − Platz) Kacheln weit, mindestens 700 ms, höchstens 4000 ms, abwechselnd links und rechts am Rand, dann 450 ms Bremse und dreimal Blinken.

Fälligkeit. Nach jedem Stopp zieht der NPC

fällig = Runden + max(1, lo + Zufall(0 … hi − lo) + Charakter.pitVersatz)

mit lo = „frühestens“, hi = „spätestens“. Außerdem kommt er herein, wenn seine Reifen nicht zum Wetter passen. Es gibt genau einen Boxenplatz (PIT_PLAETZE_MAX = 1); wer gleichzeitig fällig ist, wartet.

Lage der Box. Ohne verbundenes Safety Car ist es das erste Start/Ziel-Teil. Mit Safety Car ist es das erste Teil i, das mindestens drei Teile hinter dessen Parkplatz liegt und bei dem i und i + 1 Geraden sind (sonst Parkplatz + 3).^[18]

Die anderen NPCs weichen auf der Boxenkachel und dem Teil davor nach links aus (400 ms, laufend erneuert), ihre Querlage ist dort nach rechts gesperrt. Während des ganzen Stopps wird die Abgang-Gnade laufend erneuert, sonst würde der stehende NPC nach etwa vier Sekunden als „Bahn verlassen“ geparkt. NPCs haben keinen Reifenverschleiß und kein Tankmodell; ihr Reifengriff hängt nur am Wetter (siehe Verschleiß).

Mehrere NPCs teilen sich ein Budget von 30 Paketen je Sekunde:

Abstand = max(45 ms, round(1000 × n / 30)) − 5 ms      (n ≥ 2 laufende NPCs)
unveränderter Befehl: höchstens alle max(Abstand, 200 ms)

Ein Halt (Gas 0) und Einparkfolgen gehen sofort und im vollen Takt. Spieler-Autos sind davon nicht betroffen.^[19]

Mit NPC-Motorsound bekommt jeder laufende NPC eine eigene Motorstimme auf einer eigenen Stereoseite, 40 % leiser als das Fahrerauto (GHOST_LEISE = 0.6). Drehzahl und Last kommen aus seinem Fahrzeugmodell. Seit 1.2.5 schalten alle NPCs bei 5200/min zurück statt bei 4200/min, damit man Gänge hört; höher geht nicht, weil die Drehzahl nach dem Hochschalten bei 8800/min auf 5585 (1→2) bis 7170/min (5→6) fällt und der NPC sonst sofort zurückschalten und pendeln würde. Die Knaller: Faktor 0,8 (neu) statt 0,45 (alt), jeweils × 0,6; neu kommt bei jeder Bremsflanke (Bremse über 0,25 nach höchstens 0,05, Drehzahl über 35 % des Bereichs) ein Schub von ein bis drei Knallern mit Stärke 0,12 × Knallerlautstärke × Faktor hinzu, zufällig bis 0,2 s verzögert.^[20]

Die Rennsimulation legt 2 bis 6 Attrappen-Autos in die Garage und ruft für sie dieselbe ghostTick-Funktion auf. Statt eines Funkbefehls wird aus dem Modelltempo der Weg auf der Bahn, daraus Kachelzähler und Kachelcode, die zurück in die Attrappe gehen. Einzelheiten zu Takt und Berührungszählung stehen bei Virtuelles Fahren#Rennen simulieren. Die Ergebnisse beschreiben das Modell, nicht den Teppich.

Annahmen: Standardregler (Grundtempo 0,55, Kurvendrosselung 0,20, Haarnadel-Höchsttempo 0,35, Staffel 10 %), trocken, kein Lernen, keine Streuung, Würze = 1 (niemand in Reichweite), Bremsprofil kleiner als die Kachelregel. Drei NPCs, unser Auto liegt in der Mitte (Platz 1 von 3, Staffel = 1 + 0,1 × (2·1/2 − 1) = 1,00). Strecke: … Gerade · Gerade · 60°-Rechtskurve · Gerade · Gerade · Haarnadel …

Wäre unser Auto der Führende, lägen die Geraden bei 0,65 × 0,90 = 0,585; die Haarnadel bliebe bei 0,35, weil die Staffel dort nur bremsen darf und der Deckel zuletzt gilt. Mit Nachbar in 0,6 s käme in der Kurve × 0,95 hinzu: 0,418, vom Mindesttempo auf 0,37 gehoben.

Standardregler MAX (Gerade 1,00, Radius 1 0,52, Bremspunkt eine Schiene vorher): auf der Geraden zwei Teile vor der Kurve 1,00; ein Teil vorher min(1,00; 0,52) = 0,52, Staffel greift hier wieder (Enge 1), als Mittlerer 0,52; in der 60°-Kurve 0,52; vor und in der Haarnadel normale Logik, also 0,35.

Gas 0,65, I-Anteil 0,60, Bremse 0, Ziel springt an der Kachelgrenze von 0,65 auf 0,44, d = 4,0, dt = 0,045 s:

1. e = 0,44 − 0,65 = −0,21; Bremse_roh = min(1; 0,21 × 3,0 × 4) = 1; Gas_roh = clamp(0,59 − 0,21 × 2,2 × 4) = 0.
2. Bremse über 0,02: I-Anteil wird abgebaut: 0,60 × (1 − 0,135) = 0,52.
3. Ratengrenzen: Bremse steigt höchstens um 4,0 × 4 × 0,045 = 0,72 → 0,72; Gas fällt höchstens um 1,6 × 4 × 0,045 = 0,288 → 0,362.
4. Nächster Takt: Bremse 1,0, Gas 0,074; danach Gas 0.

Mit d = 1,0 dauerte derselbe Wechsel rund viermal so lange (Bremse 0,18 je Takt).

Querträgheit 4,0, Tempo 0,44 (tempoAnteil = min(1; 0,44/0,35) = 1): querMax = 4,0 × 0,045 = 0,18 je Takt. Ein Wechsel von −1 nach +1 (2 Bahnbreiten-Einheiten) braucht 2/0,18 ≈ 11 Takte ≈ 0,5 s. Bei Tempo 0,20 ist tempoAnteil 0,57 und der Wechsel dauert gut 0,9 s.

i = 1: p = 0,9, Wartezeit 450 ms, Zeitlücke 0,6 s, Reichweite 0,65 Kacheln. Ein Verfolger, der 0,5 Kacheln hinter dem Vordermann klebt, darf nach 450 ms würfeln und trifft in 90 % der Fälle; bei 50 % (p = 0,45, alle 1,2 s) vergehen im Mittel 1,2/0,45 ≈ 2,7 s zwischen zwei Versuchen.

Zeitlücke 0,8 s, Annäherung 0: nötig 1,2 s; Würze × (1 − 0,26 × (1 − 0,8/1,2)) = × 0,913. Bei Annäherung 1 Kachel/s steigt „nötig“ auf 1,5 s und der Faktor auf × 0,879.

• Keine Querlage-Messung. Kein Byte meldet, wo das Auto quer steht. Randlage, Überholseite und Ideallinie sind Befehle, keine Messungen; querSoll ist eine Modellschätzung.
• Ort ist geschätzt. Zwischen zwei Kachelwechseln kommt die Phase aus dem Modelltempo. Gegen die wahre Phase der Simulation bleibt ein systematisches Hinterherlaufen von etwa 0,07 Kachellängen.
• Leseschwelle nicht gemessen. Die 0,35 („Leseschwelle“) ist die alte Untergrenze des Tempo-Reglers, keine Messgröße; Beobachtungen sprechen für eine tiefere Grenze um Δ 20 bis 25. Noch nicht gesichert.
• Simulationszahlen. Berührungen und Überholmanöver aus der Rennsimulation rauschen stark (Spanne 41 % bzw. 17 % zwischen identischen Läufen); belastbar ist dort vor allem die Rundenzeit (0,4 %).
• „Eigene Spuren“ bei einem NPC tut nichts: unter zwei NPCs gibt ghostLane 0 zurück.
• Funklast: Probleme mit mehreren NPCs liegen erfahrungsgemäß eher an der Bluetooth-Last als an der Logik (siehe Abschnitt Funklast).
• In Arbeit: MAX, Haarnadel-Höchsttempo, SIMULATOR, NPC-Boxenstopp und NPC-Klang sind als WIP markiert; „Rückweg mit Lenkung“ ist an einem echten Auto ungeprüft.

Die Patchnotes der App sind nach Nebenversionen (1.2, 1.1 …) gegliedert; genaue Patchnummern stammen aus Kommentaren im Code.

• Safety Car und Reinigungswagen
• Rennarten
• Boxenstopp
• Fahrverhalten
• Strecken- und Raum-Editor
• Strecke
• Virtuelles Fahren
• Mehrspieler
• Glossar
• Aufbau von OmegaSim

• src/90-ghosts.js: ghostTick(), ghostSpeedControl(), ghostStufeFaktor(), ghostMaxMotor(), ghostMaxTempo(), ghostFeldStaffel(), ghostSpice(), ghostRennhaerteAnwenden(), ghostLineOffset(), ghostLineFromCode(), ghostTilePhase(), ghostNoteTileTime(), ghostNoteTileWeg(), ghostHaarnadelDeckel(), ghostFahrBoden(), ghostReifenTempo(), ghostAssignBias(), ghostPaare(), learnSettle(), aufstellZielOrt(), aufstellenStarten(), pitTick(), pitKachel(), pitFaelligZiehen(), npcSendeAbstand(), startGhost(), finishGhost()
• src/61-simlinie.js: simulatorLinie(), simSuche(), simFahren()
• src/80-sound.js: Regler-Anbindung, updateGhostSound()
• src/90b-sim.js: simStart(), simTeilschritt()
• CARRERA_HYBRID.md: Abschnitte zu Tempo-Grenzen, Überholmodell, Querlage, Kacheldauer und Kennzahlensonde

• Browserfassung, Android-App und Quellcode: Links auf der Hauptseite