光線槍

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更新時間: 2013-08-29

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光線槍 -第一代控制器

紅白機光線槍控制器(1984年)
早期的光線槍遊戲機台或玩具多半使用會發出光線的槍與能偵測光線的標靶所構成,不過電視遊樂器所使用的屏幕本身並無法偵測光線,因此電視遊樂器光線槍採用相反的設計,將光線偵測器裝在槍口內部,以感應電視屏幕亮度的方式來反推瞄準的位置。
紅白機光線槍採用了比較簡單的方式,開槍時首先是讓畫面變黑,之後依序讓目標物以白色區塊方式顯示在畫面上,藉由槍口內部光線偵測器偵測到亮光的時間,來判定槍口擊中哪個目標,當目標物不只1個的時候,則是透過二分搜尋法來縮短判定的過程。
由於上述方式並無法精確的判定槍口瞄準哪個點,而且目標物數量越多判定過程就越長,因此從SFC之後的電視遊樂器光線槍多半改采更為精確的掃描線偵測方式。
光線槍 -第二代控制器


第2世代光線槍控制器(1993年)
以往作為電視屏幕主流的映像管屏幕,是以陰極射線管發射電子束照射屏幕表面的螢光物質,讓螢光物質發出紅綠藍3原色的光,並讓電子束由左至右從上到下以Z字型的軌跡掃過整個屏幕來構成完整的畫面,類似打字時逐字換行拼湊出整頁文章的模式。
掃描線偵測式光線槍就是利用偵測電子束掃瞄亮點的方式來掌握槍口瞄準位置。當玩家按下扳機時,電視遊樂器就會讓屏幕閃出純白高亮度的感應畫面,光線偵測器也會同步開始運作,偵測電子束掃瞄亮點通過槍口鏡頭的時間。之後電視遊樂器只要從畫面開始輸出/輸出結束/偵測到電子束掃瞄亮點的時間,就可以推算出槍口瞄準的位置。
由於光線槍的操作非常直覺簡單,充分滿足許多玩家夢寐以求的射擊快感,因此推出后廣受全球玩家歡迎,在槍枝文化淵遠流長的美國尤其熱賣。後續包括SFC、PS、SS、DC、PS2、Xbox等遊樂器也都推出了同類型的控制器,在PS/PS2上推出的GUNCON/GUNCON2光線槍並透過將影像訊號輸入光線槍內部同步感測的方式來強化精確度。
由於掃描線偵測式光線槍是利用映像管特有的掃描成像方式來偵測瞄準位置,因此在會改變掃描頻率的倍頻電視,或是非掃描成像的液晶/電漿屏幕上並無法運作。
第2世代光線槍控制器原理 
和我們想象的不同,光線槍不會射出光線,只能接收光線。在接收到光線后,光線槍會把槍口對準點的信號傳回給遊戲機,對應的軟體就會告訴主機槍口所瞄準的位置在哪裡。
那麼軟體又是怎麼測量位置的呢?如果你仔細觀察的話,當按下扳機后,無論槍口是否對著屏幕,屏幕上總會有一道閃光,而這道由軟體控制發出的白色幀就是光槍測位的關鍵。在此之前我們還有必要先來看一下隔行掃描電視機的成像方式:
在PAL\NTSC的CRT電視中,掃描線是影像生成的方式。以NTSC為例,每次影像掃描時,在六十分之一秒內並非從頭到尾連續掃描525條掃描線,而是只掃描一半,也就是262.5線,剩下一半在另外一個六十分之一秒時掃描。第一次掃描時只由上而下水平掃描奇數線,第二次掃描時掃描偶數線。二次掃描所生成的圖場(Field)就結合成一幅完整的圖像幀(Frame)。由於掃描時是以奇數、偶數掃描線做交替隔行掃描,所以叫隔行掃描。
按下扳機后,遊戲軟體控制主機發送一個全白色的幀,正如前面提到的,電視機顯示這個白色幀是需要從上到下,從左往右掃描的,所以從這一幀掃描第一個點開始,到槍口收到白色光(註:儘管槍口看上去較大,但真正能接受光的感光機構可接受範圍很小,所以它只會對準屏幕上很小的一塊範圍,這個範圍略大於兩行掃描線距離,可以認為其對準的是一個「點」)這個時間差T(pos),就可以算出坐標位置,這裡假定從屏幕到光線槍的光線傳播時間為0。NTSC情況下一個隔行幀顯示的時間是:0.0167秒 (60Hz),這裡為了方便大家理解計算過程,暫定理想狀況:掃描線無消隱時間,幀無消隱時間,掃描線回掃時間為0,掃描線共480線(掃描線實際上是525條,但真正有成像能力的只有480線左右),水平點數為640。
所以每一行掃描線需要的掃描時間為 T(scanline)=0.0167/480,我們就可以計算出
垂直位置:
Y=Trunc(T(pos)/T(scanline))
水平位置:
X=(T(pos)-Y×T(scanline))/T(scanline)×640
如果把所有情況(掃描線消隱、回掃,有效掃描線等等)考慮到,計算過程要複雜很多,但是原理仍然基於上面de「理想狀況」。
實際上,發送全白色幀之前,遊戲機還會發射一幀全黑幀,這樣可以去除遊戲畫面上高亮顏色的干擾。
簡單的來說,光槍的工作原理就是:
摳下扳機――――線纜將信號傳給主機――――軟體命令電視機發出一個白色幀――――槍口將接受到的光信號傳回給主機――――軟體計算時間差從而算出位置――――命令電視機發出一個擊中點――――如果剛好在目標上,那麼恭喜,你擊中了!
基於以上分析我們可以得出結論:
1,光槍對電視沒有任何損害,因為它只接受光而非發射光。
2,光槍不能用在逐行電視上,因為逐行電視的成像原理和隔行電視完全不同,它是從屏幕圖像第一條掃描線一直連續掃描到最後一條,而非先掃奇數條再掃描偶數條。當然更不能應用在加了電視卡的顯示器以及液晶顯示設備上了。實際上SEGA和NAMCO都已研製出對應逐行設備的光線槍系統,但由於造價昂貴,還不太可能出現在家用機上。
3,其他注意問題。a.光槍不能用在14寸以下的電視機上;b.對於某些老式電視機可能需要調低亮度和避開日光燈以提高定位精度;c.對於某些過掃描比例過大的電視機,邊緣有可能射不到的情況是正常的,並非原裝光槍的問題
光線槍 -第三代控制器


第3世代光線槍控制器(2006年)
在液晶屏幕逐漸成為電視屏幕主流之際,任天堂在Wii率先引進了大型電玩光線槍機台常用的紅外線感應技術來克服這個難題,透過屏幕上/下方額外裝設的紅外線感應條兩端所發出的紅外線(肉眼無法察覺),來讓Wii遙控器前端的紅外線攝影機定位。
由於作為Wii標準控制器的Wii遙控器本身就具備了光線槍的功能,因此光線槍類型的遊戲如雨後春筍般紛紛出籠,任天堂也順勢推出了安裝后可讓Wii遙控器更具槍戰射擊臨場感的「Wii槍架」周邊。後續NBGI也在PS3推出新一代光線槍「GUNCON3」,同樣也是利用屏幕上方額外安裝的2組紅外線定位裝置,讓槍口的紅外線攝影機定位。

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