我們來聊聊任天堂光線槍
在30多年前, 到底是靠什麼黑科技來實現的
小時候只要家裡有任天堂紅白機的
感覺整個屋子都會發光, 走路都有風
有些添購光線槍套件的, 當時看著神一般的科技
根本沒辦法想像到底光線槍怎麼知道我要射向哪裡！？
我們先說說, 早期最紅的光線槍～
光線槍 與 打鴨子DUCK HUNT遊戲
光線槍日本稱"光線銃", 英文稱之為"Zapper"
這款不是世界第一款光線槍, 但是是世界第一款爆紅的射擊電玩遊戲與設備
至於這把光線槍, 我們知道, 不可能射出具體的實物射出來打到電視螢幕
但他會射出光線嗎？是肉眼看不見的光線嗎？
其實正好相反, 光線槍可以理解為一台單像素的黑白相機
槍管呢, 就是相機的鏡頭
我們就從這款光線槍來說起
(1)一開始會出現彩色畫面, 有草原, 有飛翔的鴨子
(2)當扣下板機時, 螢幕會瞬間變成黑屏, 目的是用來檢測光線槍是否對準螢幕
(3)然後螢幕中的鴨子的區域會顯示成白色色塊, 除了這個白色塊之外其他畫面都是黑色
為了保證檢測鴨子的準確性, 在同一個畫面中只會出現一個白色塊
(4)然後才會再依序顯示畫面中的第二, 第三隻鴨子的白色塊
這一整個過程大概只有0.1秒的時間, 我們基本上不會察覺到有黑屏並出現色塊
這段時間裡, 如果光線槍拍到白色塊就代表命中鴨子, 如果拍到黑色區域則判斷沒有射中
是不是很聰明！
但這種方法還是有缺點,
因為光線槍判斷命中依據是白色塊
也就是說如果對著白色紙開槍也是會判斷命中的, 就很容易作弊了
同時這種檢測方法是靠閃爍黑屏與白色塊的方式,
一直閃爍的電視畫面對眼睛仍會產生不適感跟疲勞
第二代光線槍
到了超任(超級任天堂)的年代
光線槍也開始有了新的技術
第二代光線槍稱之為Super Scope
這個光線槍必須要搭配當時主流的電視規格"CRT電視"
所以先說明CRT的工作原理
因為第二代光線槍跟CRT原理有息息相關
CRT（Cathode Ray Tube) 中文稱為陰極射線管電視
電視裡面有一根真空管，一個或多個電子槍
當電子槍射出的電子打到螢幕時
就會讓螢幕內側塗布的螢光粉發光
所有的發光點按照一定的規則顯示, 就形成了影像
當電子打到螢光粉時會瞬間發出光線
因為電子束碰到螢光粉時, 能階轉換成光子, 所以變成光之後能量瞬間就消失
所以發出的光點是很短暫的, 所以要讓螢幕持續發光就需要一直不停發射電子束
但產生電子束的電子槍, 是一次只會發出一到電子束
在同一個瞬間, 電視螢幕只會出一一個光點
所以要顯示整個螢幕的畫面,
就必須透過掃描依序產生光點在螢幕的每個位置
因為速度非常快, 所以肉眼的視覺暫留感覺好像是同時顯示一樣
照理來說, 電子束是一行一行依序來點亮光線, 但事實並不是如此
CRT有分2種規範, 台灣跟美國是NTSC, 大陸是PAL
以PAL為例, 他的垂直方向有625條掃描線, 數量不少
如果一行一行的顯示, 因為人眼視覺暫留關係
還沒顯示到最下面的時, 最上面的第一個光點人眼就察覺就不見了
所以想出一個方法, 就是掃描時先依序顯示1.3.5排的基數行
第二次掃描再顯示2.4.6排的偶數行, 二次疊在一起就是完整畫面了
所以這個掃描方式也稱之為隔行掃描(interlaced scan)
而原本一行一行掃描的方式稱之為逐行掃描(progress scan)
所以顯示的每一幅畫面其實都是一半的, 另一半的畫面人腦會自己腦補出來
第二代光線槍原理
光線槍的槍口內部有透鏡結構, 類似望遠鏡的架構
所以光線槍的感光元件拍攝到電視螢幕的區域是非常小的
範圍大概就是電視二行掃描線的距離, 然後剛好電視是格行掃描,
所以可以視同於對準的是一個像素點了,
這個相較一代光線槍的白色塊精確多了
當按下光線槍的板機時, 電視會開始繪製持續顯示全白的光點,
當光線槍接收到白色訊號時, 遊戲就可以計算光線槍對準的位置了
例如一行有10個點, 每個點依序顯示時間是0.01秒
那當光線槍在0.25秒收到白色訊號時, 就可推斷出位置在第三行的第五列
其實細節還要考慮光點消失時間, 掃描線延遲時間等修正..
但主要原理就是這樣來確認瞄準的位置的
所以利用掃描線跟時間差來計算遊戲的目標物的位置是否相同
如果相同就代表命中目標了
這種第二代光線槍精確度就高出了不少
而且不會有像第一代拿白紙就能作弊的缺點了
且不需要黑屏白色塊的方式一直閃, 對眼睛也舒服多了
但缺點就是只能用CRT螢幕, 若改為LCD液晶電視就不能玩了
第三代光線槍
因為現在沒人用CRT的電視
所以光線槍也要換方式來設計了
這時創意無限的任天堂在2006年發表了第三代光線槍
與當時超火紅的Wii一起發表
這次沒有做成槍的形狀, 反而跟遊戲手柄整合在一起了
可以當遊戲手柄, 也可以當光線槍, 甚至更多玩法
Wii主機有配備一個黑色條狀物的感應器, 稱之為Sensor bar
裡面分別左右各有一顆紅外線LED燈泡, 你可以視為它是港口的燈塔用途
然後Wii手柄內建一個紅外線攝影機, 與前2代光線槍不同,
第三代的感應器是一個相機鏡頭了(像素陣列), 前二代都是一個單項素的點而已
當Wii手柄對準前方時,
手柄的紅外線攝影機會根據感應調中的兩個LED光源位置進行計算
就可知道手柄前方正對著什麼位置
就像你是汪洋中的一艘船, 看到岸邊的燈塔就知道相對距離跟位置了
因為他是透過兩個LED燈來做參考點,
所以如果感應條壞掉了,
也可以拿兩根蠟燭來取代也行, 是不是很有趣～
在一些大型的電玩裡面也有很多射擊的遊戲,
其實接機的光線槍也有分CRT顯示器跟液晶兩種
前者原理跟前兩代光線強相同, 後者的原理就類似於Wii
SONY的光線槍
SONY在PS3和PS4推出了體感控制器PS Move
但是原理卻跟前面的不太一樣
PS Move前端會發出不同顏色光的小燈泡圓球
這顆圓球就等於岸邊的燈塔
遊戲主機上的PS Eye攝影機會以2D影像辨識的方式追蹤圓球位置
也就是說他是透過攝影機來進行捕捉, 跟Wii原理正好相反
而且從紅外線攝影機改成彩色攝影機
體感控制器PS Move
PS Eye攝影機
射擊遊戲其實一直都有死忠玩家推崇著
後來微軟的Kenect用的是結構光與ToF技術來偵測身體動作
之後有機會再來分享3D深度感測的技術～
或者HTC的VR眼鏡的虛擬射擊遊戲也是一些新的技術改進
希望未來有更多的技術讓射擊遊戲可以更貼近真實
我們拭目以待～
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