Игровые манипуляторы

ГОУ СПО СО Асбестовский политехникум Специальность: Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем

Реферат

на тему: Игровые манипуляторы

по дисциплине: Технические средства информации

2010

История развития

Летом 1996-го мир увидел первые компьютеры с портами USB. Один из самых распространенных сейчас стандартов разработал альянс из семи компаний: Compaq, Digital Equipment, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom. Для игровой периферии изобретение стало во всех смыслах знаковым, так как позволяло избежать большинства проблем - таких как загрузка процессора, малая скорость работы, ограничение по количеству входных сигналов и малое количество кнопок на манипуляторе. После того, как USB стал применяться в производстве консолей, границы между PC были стёрты - геймпад можно подключать и к приставке, и к компьютеру.

Сегодня развитие игровых манипуляторов идет в несколько иной плоскости. Так как вопрос с портом подключения джойстиков, рулей и геймпадов решен (USB 1.1, USB 2.0, Bluetooth - выбирайте сами), производители игровой периферии пытаются стереть последние грани между реальностью и виртуальностью. Рули небезуспешно пытаются передать вибрацию от дорожного покрытия, педали приобретают необходимую жесткость, геймпады учатся воспринимать не только нажатия на кнопки, но и перемещения в пространстве. Насколько далеко зайдут конструкторы игровых манипуляторов, предположить несложно, ведь реальнее жизни ничего не существует.

Избежать природного любопытства и попытаться понять, какой же игровой манипулятор был самым первым, невероятно трудно. Однако реальность такова, что назвать точную дату появления игрового устройства сложно. Поэтому ограничимся более-менее известными фактами - появление первых джойстиков (именно они "родились" раньше остальных манипуляторов) датируется началом 60-х годов прошлого века. Авторство первого джойстика принадлежит профессору Марвину Мински (Marvin Minsky) и студенту Массачусетского технологического института Стефену Расселу (Stephen Russell), которые были большими любителями компьютерных игр. Их изобретение представляло собой стержень, укрепленный на крестовине, имеющей четыре электрических контакта. Чтобы выбрать одно из четырёх направлений, нужно было наклонить стержень в соответствующую сторону. При замыкании сразу двух контактов добавлялись ещё четыре направления.

Весьма любопытно, что история появления термина "джойстик" имеет, как минимум, два варианта. Согласно официально принятой версии, "джойстиком" именовался один из рычагов управления у биплана, построенного в 1910 году конструктором Джорджем Стиком (George Stick - именно отсюда и пошло "joystick"). Согласно неподтвержденным документально данным, у слова "джойстик" было другое значение - этим термином обозначали самокрутки с марихуаной.

Джойстик (англ. Joystick (Joy + Stick) -- дословно «весёлая палочка») -- устройство ввода информации, которое представляет собой манипулятор, посредством которого можно задавать экранные координаты графического объекта; также может выполняет функции клавиатуры. Джойстик представляет собой ручку, наклоном которой, можно задавать направление в двумерной плоскости. На ручке, а также в платформе, на которой она крепится, обычно располагаются кнопки и переключатели различного назначения. Помимо координатных осей X и У, возможно также изменение координаты Z, за счет вращения рукояти вокруг оси, наличия второй ручки, дополнительного колёсика и т.п. Широкое применение джойстик получил в компьютерных играх, но также может использоваться в других целях. По аналогии с этим устройством, джойстиком шутливо называют ручку управления промышленными механизмами и транспортными средствами (самолётом и т. д.).

Разновидности джойстиков

По количеству степеней свободы и, соответственно, плоскостей, в которых возможно изменение положения контролируемого объекта, джойстики подразделяются на:

· одномерные (управление перемещением объекта либо вверх-вниз, либо влево-вправо)

· двухмерные (управление объектом в двух плоскостях)

трёхмерные (управление объектом во всех трёх плоскостях) Джойстики можно разделить на два вида:

дискретные -- сенсоры таких джойстиков могут принимать два значения: «0» или «1», включён/выключен и т. д. При этом каждое нажатие выдает один управляющий импульс и смещает курсор на одну позицию (длительное нажатие приводит к автоповтору команды), диапазон смещения курсора при этом неограничен и определяется только количеством нажатий. Джойстики такого типа считаются устаревшими в ПК, но широко применяюся в простых игровых приставках, мобильных телефонах и прочих устройствах. аналоговые -- у таковых выходной сигнал плавно меняется от нуля до максимума в зависимости от угла отклонения рукоятки: чем больше рукоять отклонена, тем больше уровень сигнала. Диапазон перемещения курсора ограничен ходом ручки джойстика и разрешением применённых сенсоров. После калибровки, подобные джойстики можно применять для указания абсолютной позиции курсора. В свою очередь, аналоговые джойстики делятся на три типа:

o С аналоговым датчиком. Включает в себя Потенциометр_(резистор) и аналогово-цифровой преобразователь. Преимущества: нет особых требований к механике. Недостатки: требователен к качеству питания и АЦП, сам датчик при этом нестаточно долговечен (но в некоторых джойстиках применяются долговечные бесконтактные датчики: магниторезистивные и датчики на эффекте Холла). Интересно, что в игровом порту АЦП находится в компьютере, а не в джойстике.

o С цифровым датчиком. В таких джойстиках используются энкодеры (оптические датчики наподобие тех, что применяются в компьютерных мышах -- зубчатое колесо, при вращении пересекающее луч от светодиода к фотодиоду). Преимущества: очень чёткий ход, датчик практически вечен. Недостатки: чтобы датчик имел достаточное количество шагов дискретности (примерно 500 шагов на оборот руля, или 150 на движение джойстика от края до края, или 100 на ход педали), нужен или дорогой высокоточный энкодер, или качественный редуктор (мультипликатор).

o С оптическим датчиком. Такие джойстики действуют аналогично оптической мыши и совмещают высокую точность с высокой надёжностью. Недостаток: применимо только для устройств с небольшим ходом ручки.

Ранее джойстики для ПК подключались к нему через игровой порт, далее полностью произошёл переход к стандартному интерфейсу USB. Долгое время у игровых приставок джойстики подключались через специализированный разъём, специфичный для каждой фирмы-производителя, поэтому джойстик для одной приставки не подходил к другой или же к ПК. В настоящее время джойстики имеют стандартный интерфейс USB, поэтому могут подключаться как к приставке, так к персональному компьютеру.

Геймпад, (джойпад, игровой пульт) -- тип игрового манипулятора. Представляет собой пульт, который удерживается двумя руками, для управления используются большие пальцы рук (в современных геймпадах также часто используются указательный и средний пальцы). Стандартное исполнение геймпада таково: под левой рукой кнопки направления (вперёд-назад-влево-вправо), под правой -- кнопки действия (прыгнуть, выстрелить).

Во многих современных контроллерах совместно с направляющими кнопками используются аналоговые джойстики. Впервые подобное решение было представлено на контроллере Emerson Arcadia 2001, но обрело популярность среди игроков только после появления консолей Nintendo 64, Sony PlayStation и Sega Saturn.

Геймпады обеспечивают взаимодействие между игроком и консолью. Тем не менее, геймпады используются и на персональных компьютерах, хотя пользователи в большинстве случаев предпочитают использовать привычные клавиатуру (обычную или игровую) и мышь.

· D-pad (от англ. direction -- направление) -- кнопка-крестовина, объединяющая в себе четыре (иногда восемь). Предназначена для управления движением.

· Кнопки действия (action buttons) -- дают возможность взаимодействовать с объектами игрового мира. Взять, кинуть, зацепиться, выстрелить и т. д.

· Триггеры -- кнопки, располагаемые под указательными пальцами (часто отвечают за стрельбу). На геймпадах появились с увеличением сложности игр, дабы отделить функцию стрельбы от общих действий. Нередко к триггерам привязываются и другие функции, которые удобно отделять от основных функций, привязанных к кнопкам действия.

· Аналоговый стик -- представляет из себя выступающую часть на базе контроллера, от положения которой зависит результат управления. Основная функция -- ориентирование в трёхмерном пространстве. Лишён каких либо дополнительных кнопок. Исключение составляет возможность нажатия на сам стик. Данная функция используется для дополнительных действий, расширяя тем самым функциональность устройства.

Кнопки Start, Select, Mode, Back-- служебные кнопки, обеспечивающие контроль за самим игровым процессом (пауза во время игры, вызов меню опций игры, смена режима работы геймпада). Обратная связь, функция вибрации -- возможность предусмотренная в геймпаде, усиливающая активные события в момент игрового процесса (взрывы, удары и пр.) посредством работы вибромотора.

· Некоторые модели, как например Space Orb, имеют встроенный трекбол.

· В некоторых моделях присутствует высокоточная рулевая ось, упрощающая игру в автосимуляторы.

Изначально, концептуальный геймпад для PlayStation 3, конструктивно был похож на предшественников: Dual Shock, Dual Analog; при этом, он сильно отличался от них по форме, напоминая банан или бумеранг. Такой дизайн вызвал множество насмешек, в результате его часто называли «бананмеранг». На конференции E3, Sony отказалась от подобного визуального исполнения контроллера в пользу формы идентичной моделям Dual Shock, при этом добавив беспроводное подключение к консоли и возможность улавливать изменение положения в пространстве. Однако, функция вибрации, доступная в Dual Shock, была убрана. Сама Sony объясняла это помехами, которые создает вибро-режим, влияющие на работу датчика движения (хотя на самом деле, все объясняется конфликтом между Immersion Corporation -- разработчиком технологии обратной связи и Sony. Компания Immersion подала в суд на Sony и Microsoft, за нарушение патентных прав. Microsoft отказалась от разбирательства, в отличие от Sony, которая решила продолжить тяжбу и проиграла дело). В то же время, Wii Remote, без каких либо проблем сочетает в себе и функцию вибрации, и датчик позиционирования в пространстве. Сама корпорация Immersion выпустила новую версию контроллера с измененной системой вибрации, использующая не два мотора, а один. По словам компании, этот мотор может быть использован в геймпаде для PlayStation 3. Джойпад назвали Sixaxis. Рычаги «L2» и «R2» в задней части стали почти аналоговыми, степень их нажатия можно регулировать подобно педалям в автомобиле. У аналоговых джойстиков был увеличен максимальный угол отклонения и повышена чувствительность. Так, в новом контроллере точность аналоговых джойстиков увеличена с 8 бит (в DualShock 2) до 10. Недавно в продажу поступили джойстики Dual Shock 3, они идентичны джойстикам Sixaxis, но имеют больший вес из-за 2 вибромоторов.

Компьюмтерный руль -- игровой контроллер, имитирующий автомобильный руль. Применяется для игры в компьютерные игры -- автосимуляторы.

Органы управления

Помимо рулевого колеса и двух (трёх) педалей, в компьютерном руле могут быть такие органы управления.

· Переключение передач:

o Последовательное -- подрулевыми рычажками («шифтерами»), как на некоторых новых спортивных автомобилях и в «Формуле-1».

o Последовательное -- отдельным рычагом (как в некоторых классах гонок наподобие Champ Car).

o Прямое -- отдельным рычагом (имитирует обычную механическую коробку передач).

· Стояночный тормоз.

· Расположенные под рулём рычажки ручного управления (некорректно именуемые «аналоговыми шифтерами»). Позволяют полноценно играть без педалей (что важно для самых маленьких); могут также служить суррогатом педали сцепления.

· Дополнительные кнопки, миниджойстики и т. д.

· Кнопки быстрой настройки силовой отдачи (force feedback). Наследие джойстиков

Компьютерный руль является потомком джойстика; первые рули действительно эмулировали двухосный джойстик. Существуют два рудимента того времени; если первый остался лишь в отдельных играх (например, Grand Theft Auto 3), то второй всё ещё активно используется.

При игре на джойстике, если толкнуть ручку от себя, машина разгоняется; если потянуть -- тормозит. В первых рулях нажатие на педаль газа имитировало движение ручки вперёд; нажатие тормоза -- назад. При одновременном нажатии двух педалей они нейтрализовали друг друга. Такая конструкция называется «спаренные педали».

На спаренных педалях невозможны некоторые приёмы экстремального вождения, которым требуется одновременное нажатие газа и тормоза:

· Приём «пятка-носок» -- на машине с несинхронизированной коробкой пилот нажимает пяткой правой ноги на газ, носком на тормоз и левой на сцепление, чтобы за время торможения переключить передачу.

· В 80-е годы водители турбированной «Формулы-1» использовали одновременное нажатие газа и тормоза, чтобы повысить давление в системе турбонаддува в апексе поворота.

· На переднеприводных автомобилях для прохождения поворота в заносе применяют резкое нажатие тормоза при постоянном газе вкупе с задним тормозным балансом.

В современных рулях газ и тормоз являются разными осями; в некоторых моделях спаренные педали можно включить для совместимости со старыми играми.

Последовательное (англ. sequential shifting) переключение передач (R-N-1-2-3-…) является стандартом, который играми поддерживается безусловно, так как для работы в этом режиме достаточно двух кнопок. В реальной жизни на гоночных автомобилях с последовательными коробками нейтраль и задний ход включаются отдельными кнопками, а не основным рычагом переключения.

Современные игры начинают поддерживать «прямое» (англ. direct shifting) переключение передач: игрок, как в обычной механической коробке, переводит рычаг на нужную передачу. В компьютерных рулях высокого класса бывает рычаг прямого переключения на 6--7 передач (не считая заднего хода).

Производители

Наиболее известные производители компьютерных рулей -- Genius, Logitech, Defender, Thrustmaster, Trust. В среде симрейсеров из бывшего СССР популярны модели Logitech -- Momo, Driving Force Pro, G25. Существуют также небольшие компании, производящие элитные компьютерные рули ценой до 1000 долларов.

Система отслеживания движений головы -- устройство ввода информации в персональных компьютерах, преобразующее движения головы пользователя в координаты. В потребительских системах применяются те же технологии, что и в motion capture, но оптимизированные под низкую цену. Впрочем, и движение требуется отслеживать лишь в ограниченном пространстве перед компьютерным монитором.

В русском языке отсутствует краткое наименование этого устройства; игроки обычно его называют «трекером».

Применение

· В шлемах виртуальной реальности трекер отслеживает движения головы, и соответственно изменяется изображение в шлеме.

· Для людей с ограниченной подвижностью как замена мыши.

· В симуляторах для имитации поворотов головы. Особенно это важно в авиасимуляторах, где вражеский самолёт может находиться в любом направлении от вас. Для того, чтобы пользователь не отворачивался от экрана, система настраивается так, что небольшой поворот головы соответствует повороту камеры на 180°.

· В трёхмерном программном обеспечении для имитации трёхмерности «заэкранного» мира -- при поворотах, наклонах и т. д. изображение на экране подстраивается так, что возникает иллюзия, что пользователь смотрит через окно-монитор на трёхмерный объект .

Принцип действия

Маркер и датчик

На голове пользователя крепится маркер. В зависимости от применения, он может наклеиваться прямо на лоб, крепиться к наушникам, к кепке и т. д. Неподвижный датчик отслеживает движения маркера. Отслеживание маркера может быть электромагнитным, лазерным, оптическим или ультразвуковым.

Маркер может быть активным и пассивным. Активный маркер имеет встроенный излучатель (соответственно, он либо имеет встроенный источник питания, либо привязан проводом к основному блоку). Пассивный маркер отражает видимый или инфракрасный свет.

Теоретически возможна (но не применяется в потребительских устройствах) система с неподвижными маркерами и закрепляемым на голове приёмником.

Инерциальное отслеживание

В этом случае на голове пользователя крепится отслеживающий блок с гироскопами и акселерометрами (как в шлемах виртуальной реальности). Привязка к неподвижному маркеру такому устройству не требуется.

Список литературы

1. www.compress.ru

2. www.i-faq.ru

3. www.joysticks.ru