2008年3月23日 星期日
【科普】Wii控制器火星技術解析(ZT)
1.藍牙架起主機與手柄間的通信之橋
進行短距離無線信號傳輸,藍牙無疑是當前最成熟、應用最廣泛的技術。Wiimote中的藍牙方案是採用了Broadcom公司的BCM2042藍牙芯片。這款芯片最初是針對無線鍵鼠而設計,以幫助延長電池壽命,並節省成本。
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符合藍牙2.0規範的BCM2042在單芯片上集成了高性能藍牙無線與基帶技術,以及製造無線鍵盤與鼠標所需的所有元件,以幫助外設生產商製造出壽命 更長、價格更低的無線鍵盤與鼠標。由於此款芯片體積小、功耗低,而且具備高性能無線功能,因此也適用於其它應用,例如無線遊戲控制器和消費電子遙控器。
由於採用0.13μm CMOS工藝製造,BCM2042更有助於節省電力。該芯片還包括低功率模塊,在啟動時立即喚醒狀態下的電流消耗僅10μA。
基於這些特性,任天堂自然將其納入了Wiimote的設計中。由於其功耗極低,根據一些用戶的實際測試,一對普通AA電池就足以讓Wiimote連續使用25小時,這是相當不錯的成績。
2.光的魔法——手柄變鼠標
Wii的遊戲中不乏要求光標定位精確的射擊類遊戲,這時Wiimote的正常運作就依賴於其頂部的紅外線感應器和連接在Wii主機上的「Sensor Bar(傳感條)」了。此處的紅外線感應器與後文將提到的動作感應器不同,後者只能感應相對運動而不能感應絕對坐標。也就是說,要讓Wiimote控制光 標像我們平時使用的鼠標那樣精確,紅外線感應器就是一個必不可少的部分。
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Wiimote無線手柄頂端的紅外線感應器。
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Sensor Bar可發出紅外線
事實上,Wiimote並不是主動發出紅外線讓「Sensor Bar」去感應,Wii設計的「Sensor Bar」其實是兩個可發出紅外線的燈,而Wiimote上的紅外線感應器則像一個攝像頭那樣去接收、捕捉「Sensor Bar」所發出的光,再由兩點光的位移感應出絕對坐標的變化,並反應出精確的定位。
國外有玩家前不久就針對Wiimote的紅外線感應做了一個有趣的實驗,任何有紅外線的光源都可替代「Sensor Bar」讓Wiimote正常工作——你甚至可以用兩支蠟燭來實現這一功能。
3.振動、發聲,更真實的體驗
Wiimote的振動是由一個微型電機所產生的。Wiimote的振動功能並不像以往我們所接觸的振動手柄的功能那樣簡單。它的意義在於,在Wii的OS 操作界面或遊戲的操作界面中,反饋指針的是否正確移動到相應的按鈕上(移動到按鈕上時Wiimote會發出輕微的振動,如「確定」或「取消」)。
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讓Wiimote產生振動的就是這個小小的馬達
此外,Wiimote中的小型揚聲器也是為增強使用感受而設計的,配合振動裝置、動作感應器,玩家在擊球或揮劍時所體驗到的遊戲效果實在是太棒了!
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Wiimote之所以能夠發聲,全靠這個微型揚聲器
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可振動、發聲的手柄能帶給我們不一樣的遊戲體驗
4.Wiimote的精髓——動作感應器
相比前文所介紹的幾部分,動作感應器可以稱得上是Wiimote機能的靈魂。在遊戲中玩家之所以能做出各種與現實中相差無幾的動作並能被轉化為操控遊戲人物的指令,動作感應器功不可沒。
動作感應器又稱為慣性傳感器或加速度傳感器,可用於偵測傾斜、振動及撞擊。Wiimote中使用的是Analog Devices(模擬器件公司)開發的ADXL330加速度傳感器。這是一款三維加速度傳感器,可偵測X(左右)、Y(前後)、Z(上下)軸方向的加速 度,並以模擬電壓來表示所偵測的加速度的大小。這顆IC內部主要由雙芯片構成,即重力感測單元(負責加速度的偵測,下稱「g感測單元」)與控制IC單元 (負責信號處理)。
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可別小看這顆小小的芯片。Wiimote之所以能感應我們所做出的各種動作,完全依賴於它的神奇技術
為了說明X軸向和Y軸向g感測單元的感測原理,我們不妨簡單瞭解一下電容的物理特性:電容值的大小與電極板的面積大小成正比,和電極板的間隔距離成反 比。g感測單元就是利用電容原理設計出來的,在圖14中左上角的小區塊可以看到,深色部分代表可移動的電極板,而在可移動電極板的上方左偏置與下方右偏置 板塊則是固定的電極板,此時可移動電極板與左右偏置板形成兩個電容,當可移動電極板因加速度的影響而改變與左右偏置板的間隔,則使得電容值改變進而促使電 容電壓值的改變,因此可借助此特性計算出加速度的大小。
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圖14 動作感應器裡面對應不同的軸向,有多個可移動的電極板根據電容原理來獲得計算加速度的數據
玩家用Wiimote進行揮棒打高爾夫球的動作與ADXL330芯片內電極板的移動示意圖,更容易讓我們理解芯片的工作原理。
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玩家做出揮棒擊球的動作時,芯片內的電極板也做出相應的位移,並改變電容值
相比X軸向和Y軸向,Z軸向垂直g感測單元的感測原理相同,只是架構有所差異。如圖16所示,由兩根彈簧支撐的部分為震動塊,代表可移動的電極板,而 在其上下兩端的頂板與底板則是固定的極板。當可移動極板因為加速度的影響而改變與上下極板的間隔,則將產生電容值的改變。因此,可借此特性計算出此加速度 的大小。圖中的Z字折線代表彈簧裝置,用來緩衝可移動電極板的移動。
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圖16 Z軸向垂直g感測單元的結構與X、Y軸向的有所不同
加速度傳感器狹小的空間內竟然具有如此複雜的結構,並可實現讓人驚嘆的功能,這不得不讓人讚嘆科技的神奇。
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電子顯微鏡下的加速度傳感器內部結構
通常加速度傳感器具備6種感應功能:傾斜度偵測、運動檢測、定位偵測、震動偵測、振動偵測、以及自由落體偵測。其實早在Wii發佈之前,加速度傳感器 就已被廣泛應用——高檔運動器材上的計步器、帶硬盤保護系統的筆記本電腦、數碼相機中的防抖功能、LCD投影機防震功能、洗衣機滾筒的平衡性監控、汽車中 的安全氣囊、飛機上的黑匣子、地震監測儀……它早已和我們的生活密不可分。
結語:科技,快樂之源
外形看似簡單的Wiimote控制器,其中卻蘊含了諸多先進的科技。在藍牙裝置、紅外線感應器、振動裝置、小型揚聲器,以及動作感應器的綜合作用下, Wiimote為使用者提供了更多的互動、直觀和趣味的遊戲體驗。另一方面,Wiimote似乎正在向人們傳達一種新的運動方式。雖然我們不能武斷地作出 通過Wii做運動完全可以替代常規運動的結論,但可以肯定的是,Wii的運動方式比起枯燥的常規運動更讓人容易接受,「科技改變生活、科技帶來快樂」這句 話放在這裡是最合適不過的了。
來自:微型計算機
[轉貼]你準備進入《關鍵報告》的世界了嗎?
[看過電影關鍵報告的觸控螢幕技術嗎?不久以後就會落實在生活上!](圖片來源)
不 知道大家平時有沒有用到觸控式螢幕的機會?公務繁忙的你會隨身攜帶PDA手機管理大量的行事曆和聯絡人;一些新的 ATM 提款機,尤其是便利商店裡的 ATM,幾乎都是觸控式的,而且偶而還可以玩玩拉霸之類的小遊戲;有在車上裝 GPS 衛星導航的朋友,沒觸控螢幕可能非常難用吧!如果你是階層很高的經理或超級業務員,一台昂貴,有觸控螢幕的平板電腦絕對是簡報提案的強力武器。
WAMCOM觸控螢幕繪圖板Cintiq 12WX,要價新台幣五萬,是繪圖專業人士的夢幻逸品。
上 面觸控螢幕的應用,除了提款機以外,大部分都是商業應用,或者商務高階應用。而且說實在的,這些觸控的應用,其實也沒什麼了不起,ATM 用一樣的螢幕我還是可以提錢;簡報重點在於個人的提案能力,用不用平板電腦到無所謂,其實觸控式螢幕也沒那麼重要啊!而且每每觸控螢幕的產品都貴死人不償 命,阿弟甚至懷疑這根本就是科技廠商的陰謀,隨便一個產品,裝上一個觸控螢幕,就給你收很多很多錢。直到今年初我去了拉斯維加斯看了 CES 電子大展,我心中給了我很大的震撼:
Dell Latitude XT 平板電腦要價9萬!
那天是CES大展的 最後一天,累積了幾天的勞累以後,我和同事打算以走馬看花的方式逛完最後幾個攤位,微軟是其中一個。看到微軟的攤位,我的心中是選擇忽略的,微軟除了 VISTA 作業系統和 Zune MP3 播放器以外,我還能看到什麼新穎的創新發明...但神奇的事情來了,我在最外側的走道,看到攤位裡面有一個小小的區塊,裡面有一個微軟工程師,他坐在一張 咖啡桌前,然後愉快地喝起咖啡...喔不!這位工程師竟然揮舞自己的雙手,在咖啡桌上「喬來喬去!」在我繼續談這位工程師到底在幹麼之前,大家看看這個稱 作 Surface 的神奇咖啡桌影片:
原來這就是傳說中的觸控式桌面應用「Surface」,工程施開使示範起了這張具有觸控式功能的咖啡桌:「各位親愛的朋友,大家如果去咖啡 廳談公事的時候,第一件事情就是交換名片對吧,現在兩邊只要把手機放上這張咖啡桌上,兩台手機的資料就會互傳喔!」然後我就親眼看到了兩款手機一放上這張 桌子,就辨識出這是哪款手機,有一個光圈包圍著螢幕,然後兩道光圈之間會有一道光線連接著,光線上面還會寫著「目前資料正在傳輸」的訊息。
[透過Surface,不僅可以快速辨識出手機樣式,也可以快速互相傳遞資料]
「傑克,這真是太神奇了!」我心中不經這麼驚呼。接著工程師開始展示下一個功能:「大家到咖啡廳或餐廳,常常會因為不知道點餐而考慮半天吧!現在我 們這張和surface連結的會員卡放在桌上,桌面的螢幕馬上就會顯示出兩個選項,一個是你點過餐點的排名順序,一個是目前為止該餐廳最熱門的餐點順序, 你可以直接在用手指直接在桌面上點餐。」
[在Surface上面付款畫面]
我心中不停的驚呼,這不可能吧...以前用想像著打打嘴泡還行,現在竟然一幕幕浮現在我眼前。展示還沒結束,工程師繼續說道:「在美國,大家其實很 煩惱給小費的問題吧,現在我按下光圈上小費的按鈕,馬上就出現一道光譜,你可透過拖曳的方式隨意選擇0-99%的小費金額。」微軟展示人員繼續說道:「最 後還有一個問題,要一起結帳還是分開結?這問題很簡單,兩個人只要都拿出各自的會員卡放在上面,就可以分別扣款了。」
[在Surface桌面上,要給多少小費就給多少!]
一階段的展示到此,但我心中的激動卻仍為消失。我隨意想像,這桌面可應用的還不只如此,兩邊如果要討論任何的想法或合作案,就可以隨意的透過這個桌 面找到想要的資料,團體間約會的時候可以在等待餐點來的時候在這張桌子上玩各種互動遊戲,甚至以後夜店裡都會擺上一張又一張的桌子,型男想要找辣妹搭訕的 話,直接透過 Surface 傳遞訊息就可以了,這玩意可以做的東西實在太多太多了!重點是,我真的親眼見到了,而不只是天方夜譚而已...
[在CES上現場DEMO的Surface,我就在現場啦!]
幾個月過去了,我正埋頭翻譯德國Cebit漢諾威大展的新聞中,美國的朋友傳來下面這段影片;「還記得阿湯哥的關見報告嗎?未來警察透過雙手在大型 的觸控螢幕上查找資訊,這項產品已經在 Cebit 上展出了!」我一面看影片一面想像,觸控螢幕在未來的應用真的令人期待呢!
[台灣在觸控式桌面的技術也不徨多讓,推出i-m-Top概念性產品]