運(yùn)動(dòng)元素：直觀游戲設(shè)計(jì)中的3D傳感器

簡(jiǎn)介

視頻游戲系統(tǒng)包括平臺(tái)，顯示器，稱為控制器的一個(gè)或多個(gè)I / O接口，以及軟件。平臺(tái)可以是計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ每刂婆_(tái);可以與平臺(tái)一起容納的顯示器通常是視聽(tīng)的;用于玩游戲的控制器，包括鼠標(biāo)和鍵盤，面板按鈕，滾輪，操縱桿，雙手“游戲手柄”以及模擬游戲中涉及的物理動(dòng)作的自由移動(dòng)無(wú)線設(shè)備。 / p>

最近幾個(gè)月，推出了包含使用雙核處理器的高端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的新一代復(fù)雜游戲硬件。此外，目前競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)關(guān)注的三個(gè)新控制臺(tái)系統(tǒng)比許多計(jì)算機(jī)具有更多的計(jì)算和圖形處理能力。對(duì)于認(rèn)真的游戲玩家來(lái)說(shuō)，多GPU（圖形處理單元）視頻卡被認(rèn)為是值得投資的。在處理，圖形，聲音甚至游戲本身的所有進(jìn)步中，最重大的變化是引入直觀的，基于動(dòng)作的游戲控制。這種變化是由使用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）構(gòu)建的新一代超低功率運(yùn)動(dòng)傳感器推動(dòng)的，這是加速計(jì)技術(shù)首先用于汽車行業(yè)的安全氣囊碰撞傳感?；贛EMS的3D動(dòng)作感應(yīng)游戲控制器不僅影響游戲的播放方式，更重要的是，它們正在極大地影響游戲的設(shè)計(jì)方式。

本文回顧了游戲系統(tǒng)的當(dāng)前功能，描述了游戲元素如何啟用或防止直觀的游戲設(shè)計(jì)，以及現(xiàn)有控制硬件如何限制游戲設(shè)計(jì)。還討論了：下一代游戲系統(tǒng)中使用的3D運(yùn)動(dòng)傳感器的操作原理，運(yùn)動(dòng)感應(yīng)如何減少初學(xué)者和專業(yè)游戲玩家的學(xué)習(xí)曲線，以及游戲開(kāi)發(fā)者需要熟悉的重要規(guī)范和開(kāi)發(fā)原則。

限制直觀游戲的設(shè)計(jì)元素

“當(dāng)然，在玩游戲時(shí)，最接近玩家的是控制器。因此，控制器應(yīng)被視為播放器的擴(kuò)展，而不是控制臺(tái)的一部分。我始終牢記這樣一個(gè)事實(shí)的重要性：玩家將比控制臺(tái)本身與控制器和UI [用戶界面]有更多的聯(lián)系?！?/p>

-Akio Ikeda，負(fù)責(zé) Nintendo Wii ?中的加速度計(jì)硬件，在接受Silau Iwata，Wiilaunch網(wǎng)站，2006年夏季采訪時(shí)。

每個(gè)游戲的情節(jié)都假定玩家擁有一些先前的知識(shí)，包括拾取卡片，擲骰子或按下按鈕的效果 - 也許還有策略和策略。通常，這是在游戲包裝上的“推薦年齡”中向購(gòu)買者建議的。例如，游戲二十一點(diǎn)（或“21”）使得初始玩家擁有或可以輕松獲得以下知識(shí)的假設(shè)：

如何添加

比較的概念，例如“小于”，“等于”和“大于”

熟悉卡片及其數(shù)值;特別是，ace卡上沒(méi)有數(shù)字標(biāo)簽 - 并且在游戲中可以選擇兩個(gè)值。

一旦玩家開(kāi)始將二十一點(diǎn)視為賭博游戲，學(xué)習(xí)風(fēng)險(xiǎn)和獎(jiǎng)勵(lì)，比較對(duì)于經(jīng)銷商的“手” - 無(wú)論是21還是其他一些價(jià)值，以及諸如倍增的策略，他們從初學(xué)者成長(zhǎng)為專家。在二十一點(diǎn)中，不同的用戶交互格式不會(huì)改變游戲本身，無(wú)論是使用物理卡片組還是鼠標(biāo)在計(jì)算機(jī)上的位置。動(dòng)作“擊中我！”的效果始終相同，目標(biāo)始終為21。

虛擬游戲環(huán)境可以從根本上改變玩家與游戲的互動(dòng)方式，尤其是在速度和維度運(yùn)動(dòng)方面。參與其中?？刂破骱陀脩艚缑妫║I）之間的交互的性質(zhì)在歷史上已經(jīng)對(duì)用戶體驗(yàn)施加了不自然的約束。例如，考慮傳入基本的美式足球視頻游戲，其中玩家選擇使用鍵盤或游戲控制器向三個(gè)虛擬玩家中的一個(gè)投擲球（圖1）。

< p>標(biāo)準(zhǔn)控制器和接口微弱地取代了直觀的自然空間關(guān)系。圖1顯示了將球（（a）中的綠色區(qū)域）投擲到三個(gè)玩家中的一個(gè)的進(jìn)度，與按鈕 X ， Y 和 Z <相關(guān)聯(lián)/ em>的。在（b）中，投擲者選擇使用按鈕 Z 傳遞給右側(cè)的玩家。在圖（c）中，投擲者的方塊不再有球，而球員 Z （現(xiàn)在為綠色）已經(jīng)接到投球。這當(dāng)然與在真實(shí)場(chǎng)上玩游戲有很大的不同 - 當(dāng)傳給隊(duì)友時(shí)，你不會(huì)考慮將手指移動(dòng)到 Z 按鈕上，你只需要將球傳給正確的。所以，那些玩很多運(yùn)動(dòng)但沒(méi)有在虛擬環(huán)境中玩過(guò)的人，必須學(xué)會(huì)將投擲與按下 Z 按鈕聯(lián)系起來(lái)（在這個(gè)版本的游戲中）。

因此，游戲玩家不必將自己的真實(shí)體驗(yàn)轉(zhuǎn)移到虛擬世界，而是必須學(xué)習(xí)特定于平臺(tái)的技能才能玩。這會(huì)阻礙新手玩家并將游戲的可銷售受眾限制為那些想花時(shí)間學(xué)習(xí)在現(xiàn)實(shí)世界中不一定有用的新技能的人。幾乎所有符合規(guī)定的二十一點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)的人都可以在任何地方坐在二十一點(diǎn)桌上并且第一次玩，但很少有經(jīng)驗(yàn)不足的電子游戲玩家可以像初學(xué)者一樣拿起游戲控制器并立即與其他玩家一起玩電子足球 - 沒(méi)有感到緊張或過(guò)度緊張。不同之處在于，二十一點(diǎn)在任何媒介中所需的物理技能都是簡(jiǎn)單，直觀，易于學(xué)習(xí)和有趣的。

直觀游戲設(shè)計(jì)：運(yùn)動(dòng)的歷史運(yùn)用

“運(yùn)動(dòng)傳感器提供了一種直觀，易于理解的操作機(jī)器的方式，這與我們的便攜式游戲機(jī)配合得非常好。我們相信各種年齡段的人都會(huì)喜歡玩'Yosshie-no Banyu-Inryoku'?！?/p>

-Satoru Okada，總經(jīng)理，研究與發(fā)展任天堂工程部引用ADI公司新聞稿，2004年推出 i MEMS ADXL202 1 Yosshie-no Banyu-Inryoku 應(yīng)用程序。

今天游戲中最大的新聞是將動(dòng)作感應(yīng)融入主流游戲機(jī)和游戲設(shè)計(jì)中。 Nintendo Wii ?和 Sony PlayStation 3 ?游戲均采用MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器。然而，更大的影響是運(yùn)動(dòng)感應(yīng)現(xiàn)在正在推動(dòng)實(shí)際游戲設(shè)計(jì)以及以現(xiàn)有游戲格式報(bào)告一組動(dòng)作。任天堂正在使用ADI公司的ADXL330 2 三軸 i MEMS傳感器，為革命性的“Wii?-Mote”控制器提供3D運(yùn)動(dòng)感應(yīng)功能。

然而，這不是第一次將MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器用于控制器設(shè)計(jì)。微軟和羅技于1998年憑借 SideWinder ? Freestyle Pro 和 WingMan Gamepad Extreme 游戲控制器開(kāi)創(chuàng)了這一理念。采用ADI公司的ADXL202雙軸 i MEMS傳感器。 Freestyle Pro于1998年在電子娛樂(lè)博覽會(huì)上榮獲“最具潛力的新周邊”獎(jiǎng)。

在游戲開(kāi)發(fā)的這個(gè)階段，很少有設(shè)計(jì)師將動(dòng)作感應(yīng)作為游戲設(shè)計(jì)的內(nèi)在元素。如果用戶想要通過(guò)傾斜而不是按下按鈕來(lái)控制游戲，則雙軸傾斜感應(yīng)簡(jiǎn)單地替換D-pad（方向板）。傾斜可以做一些突破性的事情來(lái)增加游戲體驗(yàn)：當(dāng)你向后傾斜控制器時(shí)，你可以在騎馬游戲中騎摩托車騎自行車。在飛行模擬器中，向左和向右傾斜控制器可能會(huì)導(dǎo)致星球大戰(zhàn)X翼戰(zhàn)斗機(jī)向左或向右俯沖運(yùn)動(dòng)。在駕駛和飛行游戲中，嚴(yán)重依賴D-pad進(jìn)行控制的體驗(yàn)從這種類型的傾斜運(yùn)動(dòng)控制中獲益最多。但這個(gè)概念并非游戲設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分，并沒(méi)有找到主要的消費(fèi)者牽引力。支持運(yùn)動(dòng)的控制器的成本增加以及缺乏真正的基于運(yùn)動(dòng)的體驗(yàn)限制了微軟和羅技產(chǎn)品的吸引力。

任天堂是第一個(gè)采用運(yùn)動(dòng)傳感來(lái)協(xié)調(diào)硬件和游戲概念，在他們的 Yosshie-no Banyu-Inryoku 和 Koro-Koro Kirby（Kirby Tilt'n'Tropble） GAMEBOY游戲中。這些創(chuàng)新游戲證明了直觀的基于動(dòng)作的游戲市場(chǎng)存在。兩者都在游戲卡盒本身中加入了ADXL202加速度計(jì)，使用傾斜來(lái)以很多年齡和技能水平可以理解的方式移動(dòng)角色。 Koro-Koro Kirby 在傾斜的桌子上使用大理石的原理，這是許多兒童和成人在現(xiàn)實(shí)生活中玩過(guò)的玩具。當(dāng)將這種游戲體驗(yàn)轉(zhuǎn)移到虛擬世界時(shí)，任天堂不需要學(xué)習(xí)新技能，因?yàn)橥婕铱刂浦锢韮A斜的大理石Kirby。 MEMS加速度計(jì)使用的功率非常小，可以用作便攜式應(yīng)用中整個(gè)游戲過(guò)程的主要控制，而不會(huì)過(guò)度消耗電池。使用IC加速度計(jì)增加運(yùn)動(dòng)的成本也達(dá)到了不會(huì)影響消費(fèi)者價(jià)格的程度。這些標(biāo)題吸引了廣泛的觀眾，直觀，易學(xué)，有趣。全世界銷售了數(shù)十萬(wàn)份。

直觀游戲設(shè)計(jì)：開(kāi)發(fā)基于運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用程序

“由于我以前使用過(guò)加速度傳感器的產(chǎn)品，我對(duì)我可以期待的特性和限制有一個(gè)大概的了解。這項(xiàng)技術(shù)。根據(jù)這一經(jīng)驗(yàn)，我已經(jīng)知道我們需要在電視附近有一個(gè)絕對(duì)的參考點(diǎn)，以提高控制的可靠性“。

-Akio Ikeda，在接受Satoru Iwata，Wii采訪時(shí)啟動(dòng)網(wǎng)站，2006。

設(shè)計(jì)任何游戲的第一步是生成核心情節(jié)和用戶概念。這包括UI設(shè)計(jì)者將創(chuàng)建的虛擬世界，每個(gè)玩家的目標(biāo)以及玩家與用戶界面的交互。直觀設(shè)計(jì)的最基本要素是捕捉某人已經(jīng)在現(xiàn)實(shí)世界中所做的活動(dòng)并將其帶入虛擬世界，在那里可以存在創(chuàng)造力，不同挑戰(zhàn)和幻想 - 但玩家不需要學(xué)習(xí)任何新技能玩。將物理活動(dòng)轉(zhuǎn)換為控制開(kāi)始于運(yùn)動(dòng)傳感器。在游戲設(shè)計(jì)中使用傳感器數(shù)據(jù)有幾種主要的方法，但它們都是從運(yùn)動(dòng)傳感器如何工作的基礎(chǔ)開(kāi)始 - 特別是加速度計(jì)。 [參見(jiàn)操作原理。]

最重要的是要記住加速度計(jì)測(cè)量加速度。任何包含運(yùn)動(dòng)（包括振動(dòng)和沖擊）的東西都可以通過(guò)加速度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，因此每個(gè)應(yīng)用都有不同的加速度計(jì)要求和限制。

運(yùn)動(dòng)游戲應(yīng)用類別

簡(jiǎn)單的傾斜閾值

Kirby Tilt'n'Tropble 是使用的一個(gè)主要示例傾斜閾值。使用傾斜相當(dāng)于使用地球重力場(chǎng)作為沿垂直（Z）軸的1- g 參考加速度（取決于位置，g約為9.8 m / s 2 ，或32英尺/秒 2 ）。當(dāng)設(shè)備處于完全水平狀態(tài)時(shí)，X和Y軸將分別經(jīng)歷0 g （圖2）。

當(dāng)玩家傾斜控制器時(shí)，游戲設(shè)計(jì)師想要知道傾斜量是否超過(guò)特定閾值。用于測(cè)量?jī)A斜的方法是固有的三角關(guān)系。加速度計(jì)的X和Y輸出作為傾斜角度的函數(shù)，θ x 和θ y （X和Y軸與水平面成角度），與 g sinθ x 和 g sinθ y 成比例。

在游戲中比如 Tilt'n'Tropble ，玩家試圖模仿真實(shí)重力的影響，沒(méi)有必要知道實(shí)際角度（通過(guò)反三角函數(shù)計(jì)算）;設(shè)備的輸出物理模擬影響虛擬大理石運(yùn)動(dòng)的力。

對(duì)于這個(gè)僅取決于與水平方向的X軸和Y軸角度的游戲，不需要三軸加速度計(jì)。實(shí)際上，在X軸和Y軸水平且Z軸垂直的情況下，器件的Z輸出與角度偏差的余弦成比例，θ z ，與垂直 - 在沒(méi)有進(jìn)一步處理的情況下，這個(gè)應(yīng)用程序不是很有用。

歷史上，Kirby使用了XY加速度計(jì)。微軟的 Sidewinder Freestyle Pro 使用XY傳感器測(cè)量?jī)A斜度，以控制D-Pad上左右上下動(dòng)作的速度。如果應(yīng)用僅需要傾斜，則2軸加速度計(jì)是低成本替代方案。

手勢(shì)識(shí)別：用戶生成的加速

感興趣的更多比重力測(cè)量？像2006年E3媒體和商業(yè)峰會(huì)所展示的 Wii Sports Tennis 等游戲使用的玩家生成的動(dòng)作遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了重力加速度。對(duì)于此類應(yīng)用，ADXL330的每個(gè)軸的最小測(cè)量范圍為±3 g。不幸的是，涉及高速運(yùn)動(dòng)的游戲概念，例如高爾夫揮桿，可能超過(guò)許多低g加速度計(jì)的測(cè)量范圍。為了獲得活動(dòng)的加速感，如果手臂被認(rèn)為圍繞身體擺動(dòng)一圈，則角加速度為：

A = v 2 < / SUP> / - [R

包含x，y和z方向的分量。如果最大加速度暫時(shí)超出設(shè)備的測(cè)量范圍，設(shè)計(jì)選擇包括使用具有更高最大范圍但犧牲分辨率或模擬過(guò)載條件的加速度計(jì) - 這需要測(cè)量過(guò)載何時(shí)開(kāi)始以及何時(shí)結(jié)束。這需要在整個(gè)范圍內(nèi)具有非常線性的性能，直至達(dá)到飽和。

用戶生成的運(yùn)動(dòng)難以建模，因?yàn)槿祟愡\(yùn)動(dòng)員具有解剖學(xué)差異并且以相同的意圖以不同的方式直觀地移動(dòng)。游戲開(kāi)發(fā)人員需要進(jìn)行大量的測(cè)試和調(diào)整才能成功地模擬這種交互。在可測(cè)試模型中記錄大量運(yùn)動(dòng)并生成運(yùn)動(dòng)匹配算法和閾值已被證明是最有效的方法。

位置測(cè)量：加速度的整合

一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題面向設(shè)計(jì)師的是加速度計(jì)是否可以成功地用于測(cè)量位置變化，因?yàn)槲恢檬羌铀俣认鄬?duì)于時(shí)間的雙重積分。顯而易見(jiàn)的方法是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間段內(nèi)加倍整合加速度。沿X軸，

對(duì)于恒定加速度， a ，

因此，任何時(shí)候的X位置都取決于初始位置，即初始速度隨時(shí)間增加的位置，和時(shí)間的平方。

在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)整合是合理的。長(zhǎng)期以來(lái)，風(fēng)險(xiǎn)在 t 2 術(shù)語(yǔ)中。錯(cuò)誤隨著時(shí)間的推移而增加; 1000秒后的錯(cuò)誤比1秒大1,000,000倍。加速度測(cè)量中的任何小偏移誤差，特別是對(duì)于消費(fèi)級(jí)設(shè)備，將很快產(chǎn)生難以忍受的誤差水平，并最終（小時(shí)，甚至幾分鐘）將計(jì)算位置驅(qū)動(dòng)到其極限。即使沒(méi)有錯(cuò)誤的無(wú)噪聲加速度計(jì)也會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)集成其他問(wèn)題。例如，持有控制器的人可能會(huì)撞擊一個(gè)物體或?qū)⑵涞袈涞降孛?，?dǎo)致成千上萬(wàn)的 gees 震動(dòng)，從而將加速度計(jì)輸出驅(qū)動(dòng)到極限。

任天堂通過(guò)結(jié)合加速度計(jì)使用位置參考來(lái)解決Wii中的這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)將位置與參考相關(guān)聯(lián)，任天堂可以通過(guò)周期性重置來(lái)限制集成的長(zhǎng)度，從而適當(dāng)?shù)販p少誤差增長(zhǎng)。

設(shè)計(jì)直觀的基于動(dòng)作的游戲：選擇傳感器

“當(dāng)人們抱怨舊控制器的用戶友好程度如何時(shí)，我表示同情;我記得在我第一次玩Marathon時(shí)嘗試掌握鼠標(biāo)和鍵盤界面，然后是Halo的雙操縱桿設(shè)置，這是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)......相比之下，Wii控制器非常簡(jiǎn)單。任天堂真的已經(jīng)取消了非專業(yè)人士的主要障礙。根本沒(méi)有學(xué)習(xí)曲線。“

-Lev Grossman，回應(yīng)讀者對(duì)他的文章”所有年齡的游戲“的反饋，時(shí)代雜志，2006年5月15日。

本文的第一部分描述了在游戲控制中測(cè)量和使用加速度數(shù)據(jù)的一些方法。然而，現(xiàn)實(shí)世界的加速度計(jì)的問(wèn)題在于它們不能完美地運(yùn)行，它們占據(jù)空間，它們需要電力，它們易受溫度變化的影響，并且它們可能受到濫用。最后一節(jié)提供了對(duì)游戲所需的性能特征，傳感器供應(yīng)商的期望，以及如何測(cè)試這些參數(shù)的一些見(jiàn)解。

線性

牛頓世界是線性的和運(yùn)動(dòng)的是線性的，因此加速度計(jì)應(yīng)該是線性的。在整個(gè)范圍內(nèi)的線性行為是必不可少的，因?yàn)槿祟惼谕庇^游戲的可預(yù)測(cè)響應(yīng)。如果您的手臂移動(dòng)速度提高兩倍，則屏幕操作應(yīng)該快兩倍。如果實(shí)際速度更快或更慢，您必須學(xué)習(xí)非線性運(yùn)動(dòng)作為一項(xiàng)特殊技能，使游戲不直觀。傾向于在沒(méi)有相應(yīng)用戶動(dòng)作的情況下意外地從一個(gè)角度跳到另一個(gè)角度的游戲可能會(huì)讓人感到不安。

在±1- g 范圍內(nèi)測(cè)試線性度相對(duì)簡(jiǎn)單。使用旋轉(zhuǎn)插座，每個(gè)軸都可以根據(jù)重力，與重力相反，以及在中間位置進(jìn)行測(cè)試，記錄每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的角度和輸出加速度。超過(guò)1 g ，振動(dòng)器和速率表變得必要。加速度計(jì)供應(yīng)商可提供線性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以驗(yàn)證數(shù)據(jù)表值。更復(fù)雜但可能更快的方法是使用交流運(yùn)動(dòng)測(cè)試和總諧波失真測(cè)量來(lái)直接與線性關(guān)聯(lián)。

功耗

消費(fèi)類MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器必須用于低壓無(wú)線設(shè)備。降低加速度計(jì)的功耗可以節(jié)省功耗預(yù)算，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的通信，設(shè)計(jì)其他部分的更便宜的組件以及更長(zhǎng)的電池壽命。低功耗器件，如ADXL330，通?？梢詮? V電源吸收200 mA電流 - 即使沒(méi)有電源循環(huán) - 有助于開(kāi)發(fā)無(wú)線控制器，除了具有較長(zhǎng)的播放時(shí)間外，還可以自由移動(dòng)游戲玩家希望使用動(dòng)作的直觀方式。具有快速開(kāi)啟時(shí)間的加速度計(jì)允許循環(huán)供電，從而節(jié)省更多功率。游戲設(shè)計(jì)師可以打開(kāi)和關(guān)閉它們，以人類玩家預(yù)期移動(dòng)的速度進(jìn)行采樣。建議采用100 Hz采樣率作為平滑運(yùn)動(dòng)游戲的底線，實(shí)現(xiàn)50 Hz的帶寬。

溫度性能

考慮到運(yùn)動(dòng)敏感設(shè)備，溫度性能至關(guān)重要通常被握在一個(gè)人的手中，因此在比賽期間變得更加溫暖。出色的溫度特性也很重要，因?yàn)闊o(wú)論是室外還是室內(nèi)，性能必須能夠在任何游戲環(huán)境中預(yù)測(cè)?？刂婆_(tái)甚至可用于配備視聽(tīng)系統(tǒng)的汽車的低溫下。

溫度性能對(duì)游戲的最關(guān)鍵影響是 zero-g 偏差隨溫度變化的線性度，以及靈敏度的溫度系數(shù)。零g輸出電壓基本上是器件的直流偏移。許多加速度計(jì)供應(yīng)商在零g偏差上發(fā)布“盒子規(guī)格”，聲明輸出可以通過(guò)的任意誤差范圍。一些加速度計(jì)使用溫度傳感器來(lái)提供數(shù)字溫度補(bǔ)償。雖然這些技術(shù)可以將偏移保持在一定范圍內(nèi)，但是當(dāng)輸出掃過(guò)溫度時(shí)常常發(fā)生階梯不連續(xù) - 有時(shí)高達(dá)25毫克，對(duì)應(yīng)于傾斜應(yīng)用中超過(guò)1度的誤差。測(cè)試此性能非常簡(jiǎn)單，只需將加速度計(jì)掃描一系列溫度并監(jiān)控輸出即可。強(qiáng)烈建議進(jìn)行此測(cè)試;一些傳感器可以產(chǎn)生令人驚訝的結(jié)果。

穩(wěn)健性和自檢

因?yàn)闆_擊，振動(dòng)和掉落的控制器會(huì)導(dǎo)致成千上萬(wàn)的 gees 輸入加速度計(jì)，堅(jiān)固的機(jī)械傳感器設(shè)計(jì)是必要的。 ADXL330具有與惡劣汽車環(huán)境相同的機(jī)械特性，可用于車輛穩(wěn)定性控制等功能。如果出現(xiàn)問(wèn)題，一個(gè)好的MEMS傳感器應(yīng)具有完整的機(jī)械和電氣自檢功能，以便在玩家拿起控制器之前幫助診斷問(wèn)題。

前進(jìn)

歷史上，標(biāo)準(zhǔn)游戲控制器限制直觀游戲，要求玩家學(xué)習(xí)特定的控制技能。隨著游戲的進(jìn)展，開(kāi)發(fā)人員開(kāi)始將現(xiàn)實(shí)世界的體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為虛擬世界游戲?，F(xiàn)在，直觀游戲中的最新方法使用動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)新一代設(shè)計(jì)，使游戲更直觀，更有趣。本文為在游戲控制器中使用加速度計(jì)提供了基礎(chǔ)，包括操作機(jī)制，測(cè)量技術(shù)和直接影響游戲性能，價(jià)格，可靠性，驗(yàn)證和測(cè)試的特定參數(shù)。

加速度計(jì) - 操作原理

最新游戲中常用的運(yùn)動(dòng)傳感器是3軸加速度計(jì) - 三維運(yùn)動(dòng)傳感器，其電輸出對(duì)應(yīng)于 x 中的加速度分量， y < / em>和 z 指示。圖A顯示了完整的3軸加速度測(cè)量系統(tǒng)的電氣框圖，±3 g ADXL330，一個(gè)微型（4毫米見(jiàn)方，1.45毫米高）集成電路。它的工作電壓范圍為1.8 V至3.6 V，電流僅為180 mA。它可以感知?jiǎng)討B(tài)（運(yùn)動(dòng)，沖擊和振動(dòng)）和靜態(tài)（重力）加速度。

傳感器是一種建立在硅晶片頂部的多晶硅表面微加工結(jié)構(gòu)。多晶硅彈簧將結(jié)構(gòu)懸掛在晶片表面上并趨于抵抗加速力。結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)是使用差分電容器測(cè)量的，該差分電容器由連接到移動(dòng)質(zhì)量塊的板組成 - 在成對(duì)的獨(dú)立固定板之間移動(dòng)，電壓由異相方波驅(qū)動(dòng)。加速度使移動(dòng)質(zhì)量偏轉(zhuǎn)并使差分電容器失衡，從而產(chǎn)生方波輸出，其幅度與加速度成比例。相敏解調(diào)技術(shù)用于讀取加速度的幅度和極性。

每個(gè)解調(diào)輸出通過(guò)32kV電阻放大并通過(guò)芯片外部提供。用戶選擇的外部電容器提供濾波和設(shè)置帶寬。該設(shè)備還具有自檢功能，可檢測(cè)故障。圖B是加速度計(jì)芯片的照片。