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任天堂Wii遊戲控制器科技解析
印象中，長輩們始終視遊戲機為洪水猛獸，特別是在中國。在他們看來，遊戲機除了會讓人玩物喪志之外，最大的威脅是讓我們連續幾個小時像一尊泥塑般坐在那裏一動不動，從而引發身體上的“遊戲綜合症”。他們的擔心不是沒有道理，至少以往那些遊戲機所帶來的遊戲方式確實存在這樣的問題，直到Wii的出現。
顛覆性的遊戲方式和體驗
以我們從互聯網上採集到的各種資訊來看，已有小部分持“遊戲機威脅論”的人開始認同這款具有革命意義的產品，他們主動購買了Wii，並且樂於和孩子、伴侶，甚至是自己的長輩一起握著遊戲控制器，忘情地在電視機面前手舞足蹈。當然，這要歸功於Wii所帶來的顛覆性的遊戲操作方式和體驗——能讓你在遊戲中不自覺地根據遊戲做出各種動作，進行全身運動。
任天堂Wii上市至今已有3個月，關注它的人大多數都已經瞭解到，Wii使用了一對無線遊戲控制器——右手使用的Wiimote和左手使用的Nunchuk(圖2)。當我們手握遊戲控制器，可以在Wii主機介面和遊戲中進行類似滑鼠的操作，也能夠模仿現實中的動作——在賽車遊戲(如《Excite Truck》)中，玩家可以用雙手握住Wiimote的兩端，向左或向右傾斜來控制方向 (圖3)；在體育運動類遊戲(如《Wii Sports》)中，玩家可以把Wiimote當作球拍、球棒，做出真實的擊球動作，同時還能從控制器上真切地感受到擊中球時的振動和音效(圖4)；而在冒險或解密類遊戲(如《塞爾達傳說之黃昏公主》、《波斯王子：宿敵之劍》)中，玩家可以揮動Wiimote，讓主角揮劍砍殺怪物(圖5)，或配合左手Nunchuk控制器畫圓圈，做出收線、提杆釣魚的動作(圖6)……而且，這些動作能被精確地反映到遊戲中，真是太有趣了！但這一切是如何實現的呢？
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藍牙晶片(圖7)。這款晶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。
符合藍牙2.0規範的BCM2042在單晶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滑鼠所需的所有元件，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滑鼠。由於此款晶片體積小、功耗低，而且具備高性能無線功能，因此也適用于其他應用，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。該晶片還包括低功率模組，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——手柄變滑鼠
Wii的遊戲中不乏要求游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(圖8)和連接在Wii主機上的“Sensor Bar(傳感條)”了(圖9)。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座標。也就是說，要讓Wiimote控制游標像我們平時使用的滑鼠那樣精確，紅外線感應器就是一個必不可少的部分。
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座標的變化，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(圖10)。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操作介面或遊戲的操作介面中，回饋指標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”)
此外，Wiimote中的小型揚聲器也是為增強使用感受而設計的(圖11)，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(圖12)！
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感測器或加速度感測器，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加速度感測器(圖13)。這是一款三維加速度感測器，可偵測X(左右)、Y(前後)、Z(上下)軸方向的加速度，並以類比電壓來表示所偵測的加速度的大小。這顆IC內部主要由雙晶片構成，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)。
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中左上角的社區塊可以看到，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。
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。
通常加速度感測器具備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，加速度感測器就已被廣泛應用——高檔運動器材上的計步器、帶硬碟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”這句話放在這裏是最合適不過的了。
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