Tag-/Nachtsimulation

Die Tag-/Nachtsimulation war beim MECF schon länger Zeit oder genauer, seit dem Jahr 2013, im Bau. Da mit der Tag-/Nachsimulation nicht nur die Helligkeit der Anlagenbeleuchtung gesteuert wird, sondern auch noch weitere Objekte auf der Anlage animiert sind, erhielt die Steuerung den Namen "Animationssteuerung".

Am Anfang wurde definiert, was die Animationssteuerung alles umfassen soll:

  • Tag-/Nachsimulation mit Morgen- und Abendrot
  • Beleuchtung der Häuser, Strassen und Bahnhöfe
  • Gewitter Simulation

Während der Bauzeit kamen jedoch viele weitere Ideen dazu. So zum Beispiel:

  • Beleuchtete Strassenfahrzeuge mit individueller Ansteuerung
  • Häuser mit wechselnder Beleuchtung
  • Kirchenglocken (Geläut und Stundenschlag)
  • Bahnhofsdurchsagen
  • Tag-/Nachtsimulation auf dem Führerstandsimulator
  • Tiergeräusche

Auch jetzt haben wir noch viele Ideen (Dem Modellbähnler gehen die Ideen bekanntlich nie aus!), welche wir nach und nach umsetzen.

Konzept

Die Animationssteuerung besteht aus einer selbst geschriebenen Software sowie aus der ebenfalls selbst entwickelten Hardware. Mit der Software werden die Eigenschaften eines Tagesverlaufs (z.B. die Intensität des Morgenrots) definiert und während der Simulation eines Tages erfolgt damit die Berechnung der Zustände der Hardware. Diese Zustände werden über eine Schnittstelle an die Beleuchtungselemente ausgegeben. Bei Soundeffekten erfolgt zusätzlich die Ausgabe der Geräusche über handelsübliche Soundkarten und Lautsprecher.

Üblicherweise dauert ein Modell-Tag (24 Stunden) beim MECF ca. 15 Minuten. Natürlich kann die Länge eines Tages über die Software-Einstellungen variiert werden.

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Software

Um auch neue Ideen zu einem späteren Zeitpunkt in die Software zu integrieren, besteht die Software aus zwei Programmen mit den dazu notwendigen Schnittstellen:

  • AnimationServer: Dies ist die zentrale Software der Animations-Steuerung. Der Server weist eine TCP/IP Schnittstelle auf, über welche sich beliebige Clients (z.B. der AnimationEditor oder der Führerstandsimulator) anmelden können. Im Server erfolgt die Berechnung der Animation aufgrund der Eingabe durch einen Client und die audiovisuelle Ausgabe der Effekte. Eine Eingabe ist zum Beispiel die Aktion "Ambulanz" vom Client "AnimationEditor". Bei dieser Aktion wird das Blaulicht animiert und aus den Lautsprechern ertönt das Martinshorn.
  • AnimationEditor: Mit dem Editor können verschiedene Tagesverläufe grafisch definiert und editiert werden. Ein Tagesverlauf kann mit unterschiedlichen Aktionen (z.B. Ambulanz, Kirchenglocken usw.) ergänzt werden. Mehrere Tagesverläufe bilden dabei einen Wochenverlauf. Beim Abspielen eines Tagesverlaufs werden die Aktionen per TCP/IP Schnittstelle zum AnimationServer übertragen.
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Licht

Die vom AnimationServer berechneten Zustände der Beleuchtung werden über das LAN an einen LAN-DMX Konverter ausgegeben. Vom Konverter erfolgt die Übertragung der Signale per seriellem DMX-Bus, welcher aus der Lichttechnik bekannt ist, an die selbstentwickelten DMX-Knoten. Mit diesen Knoten kann die Beleuchtung auf unterschiedliche Art angesteuert werden:

  • Standard-Knoten: Mit dem Standard-Knoten können bis zu 16 LED direkt ein- und ausgeschaltet werden.
  • Relais-Knoten: Müssen grössere Ströme (z.B. Relais) geschaltet werden kommt der Relais-Knoten zum Einsatz.
  • Dimmer-Knoten: Für das Tages- und Mondlicht respektive für das Morgen- und Abendrot wird der Dimmer-Knoten verwendet. Dieser hat die Eigenschaften, dass grosse elektrische Lasten mit 16384 verschiedenen Helligkeitsstufen (14 Bit) gesteuert werden können. Versuche zeigten, dass 255 Helligkeitsstufen (8 Bit) für einen sanften Tag-/Nachtwechsel nicht genügen.

Um einen mechanisch einfachen Aufbau zu erreichen, kann der Standard-Knoten einfach auf ein entsprechendes Erweiterungsmodul gesteckt werden und es entsteht z.B. ein Relais-Knoten oder ein Dimmer-Knoten. Aktuell sind 11 Standard-, 3 Relais- und 5 Dimmer-Konten auf der Anlage verteilt.

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Anlagenraum-Beleuchtung

Vor dem Bau der Animationssteuerung wurde die Anlage mit mehreren Glühbirnen, welche hinter einer Blende montiert waren, beleuchtet. Mit der Installation der Animationssteuerung wurden die Glühbirnen durch selbstklebende warmweisse Leuchtdioden Streifen (LED-Streifen, z.B. Distrelec 133-60-655) mit einer Spannung von 12 V ersetzt. Um eine gleichmässige Ausleuchtung der Anlage zu erreichen, wurde ein Blechprofil entwickelt, auf dem zwei LED-Streifen aufgeklebt sind. Ein Streifen leuchtet horizontal den Hintergrund aus und ein Streifen ist zur Ausleuchtung des Vordergrundes 45° nach unten geneigt. Das Blechprofil ist nicht nur Träger der LED-Streifen, sondern dient auch als Montagewinkel der Blenden und als Kabelkanal.

Zur Darstellung des Abend- und Morgenrots sowie des Mondlichtes ist auf dem Blechprofil zusätzlich ein LED-Streifen mit dreifarbigen (rot, grün, blau) Leuchtdioden aufgeklebt. Während der Dämmerung wird durch die Ansteuerung der roten LED der Effekt eines Abend- respektive Morgenrotes erzeugt. Als Ergänzung zum LED-Streifen auf dem Blechprofil befinden sich an gewissen Stellen zwischen der Anlagenrückseite und der Hintergrundkulisse ebenfalls dreifarbige LED-Streifen. Auf diese Weise werden die Berge auf der Hintergrundkulisse am Morgen und Abend zusätzlich mit rotem Licht angestrahlt.

Damit die Zuschauer auch in der Nacht die Konturen der Modelllandschaft erkennen, wird die Anlage in dieser Zeit mit blauem Licht beleuchtet. Dafür werden ebenfalls die dreifarbigen LED-Streifen verwendet. Natürlich kann die Intensität des Nachtblaus beziehungsweise die Helligkeit des Mondes über den AnimationEditor eingestellt werden.

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Ton

Bestimmte Aktionen (z.B. Ambulanz, Kirchenglocken, Vogelgezwitscher, …) haben auch einen akustischen Effekt auf der Modellbahnanlage. Diese akustischen Effekte werden über ein Surround-System (Raumklang-System) an 5 Satellitenlautsprecher und einem Tieftonlautsprecher ausgegeben. Aufgrund einer vorgegebenen Position der Tonquelle im Anlagenraum, welche über eine X- und Y-Koordinate definiert ist, wird durch die Programmierschnittstelle Microsoft DirectX die Lautstärke jedes Lautsprechers berechnet und das Audiosignal über eine PC-Soundkarte dem Surround-System ausgegeben. Auf diese Art kann der Eindruck einer fahrenden Ambulanz, inklusive Doppler-Effekt, simuliert werden.

Die Bahnhofsdurchsagen sind ebenfalls in die Animationssteuerung integriert. Die Funktionsweise vom Dispras (Digitales-Sprachansagesystem) ist im Artikel Bahnhofsdurchsagen: Dispras beschrieben.

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Effekte
Diverse akustische und visuelle Effekte bereichern eine Tagessimulation beim MECF:

  • Kirchenglocke
  • Kirchenuhr (Stundenschläge, Viertelstundenschläge)
  • Ambulanz mit Martinshorn und Blaulicht
  • Bahnhofsdurchsagen
  • Gewitter mit Blitz, Donner und Regen
  • Vogelstimmen
  • Bauernhoftiere
  • Beleuchtete Häuser mit Lichtwechsel
  • Bahnhofsbeleuchtung
  • Strassenlampen und Autos mit Beleuchtung
  • Strassenbaustellen Warnleuchten
  • Schweinwerfer bei der Gleisbaustelle

Die erwähnten Effekte werden entweder individuell über bestimmte Aktionen im AnimationEditor angesteuert oder automatisch beim Eindunkeln eingeschaltet.

Was es alles braucht

Neben den mehreren 1000 Zeilen Code der Software, ca. 250 Ausgängen der Hardware wurden viele LED in der Anlage verbaut. Dies ist zum Teil sehr aufwändig. Die LED-Technik ermöglicht aber auch viele verschiedene Lichteffekte. Für einen guten Gesamteindruck wurde auch die Beleuchtung und Bevölkerung der Personenzüge nicht vergessen.

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