oldi

Игровые манипуляторы

Сергей Асмаков

Обратная тактильная связь

Интерфейсы: все пути ведут к USB

Основные классы игровых манипуляторов

   Геймпады

   Классические и «авиационные» джойстики

   Рули и педали

 

В течение ряда последних лет прогресс в области компьютерных игр напрямую зависит от расширения возможностей и увеличения вычислительной мощности ПК. Получая в свое распоряжение все новые и новые аудиовизуальные технологии, разработчики игровых приложений шаг за шагом наращивают возможности виртуального пространства, достигая подчас удивительного сходства с реальным физическим миром. Особенно это заметно на примере динамичных аркадных игр, а также многочисленных симуляторов  — автомобильных, авиационных и др.

Однако по мере развития некоторых игровых жанров (в частности, тех же симуляторов транспортных средств) стало ясно, что использование традиционных устройств ввода (мыши и клавиатуры) не может обеспечить надлежащих удобства и гибкости в управлении игровым процессом. В связи с этим вполне закономерным стало появление специализированных устройств управления, оптимизированных в соответствии с особенностями игр тех или иных жанров.

Хотя с игровыми манипуляторами довольно часто происходили те или иные метаморфозы, это касалось главным образом внешнего вида, а их внутреннее устройство и принцип действия на протяжении многих лет оставались практически неизменными. Так продолжалось до тех пор, пока в середине 90-х годов не произошел качественный скачок — появились игровые манипуляторы, оснащенные механизмом обратной тактильной связи (force feedback).

Обратная тактильная связь

Основная цель внедрения механизмов обратной тактильной связи в игровые манипуляторы — придать игровому процессу большую реалистичность и увлекательность. К двум основным каналам, через которые пользователь воспринимает виртуальное пространство (слуху и зрению), добавляется третий — осязательный.

Вполне очевидно, что для полноценной реализации функций обратной тактильной связи необходимы два непременных условия: во-первых, оснащение игровых манипуляторов соответствующими механическими приводами, а во-вторых, создание унифицированного набора команд, позволяющего игровым приложениям управлять механизмами манипуляторов. Иными словами, возникла необходимость в разработке специализированного интерфейса прикладного программирования (API).

В 1995 году силами разработчиков корпорации Immersion были реализованы оба условия: созданы технологии TouchSense и API I-Force. К тому времени специалисты Immersion уже имели опыт решения подобных задач — с момента своего основания в 1992 году компания специализировалась на разработке систем с обратной тактильной связью для медицинского оборудования.

Впоследствии I-Force стал самым распространенным API обратной тактильной связи для компьютерных игровых манипуляторов на платформе РС, оснащенных подвижными органами управления (то есть джойстиков, рулей и штурвалов). В немалой степени этому способствовало тесное сотрудничество Immersion и Microsoft: усовершенствованная версия этого API (I-Force 2.0) была включена в состав DirectX 5 и сохранялась в последующих версиях DirectX.

I-Force предусматривает возможность реализации трех различных видов тактильных воздействий:

• реакция манипулятора на различные игровые события, не зависящие от текущего положения органов управления манипулятора. В качестве примеров можно привести отдачу при стрельбе, а также удары при столкновениях и наезде на различные препятствия;

• усилие, противодействующее перемещению органов управления манипулятора. Подобные эффекты позволяют изменять усилие, противодействующее перемещению рукоятки или руля, а также возвращать органы управления в исходное (нейтральное) положение в том случае, если пользователь их отпускает;

• динамически изменяющиеся эффекты сочетают в себе возможности двух вышеописанных видов воздействий, позволяя реализовать множество различных вариантов «поведения» органов управления манипулятора на основе заложенных производителем программ. В качестве примера подобного эффекта можно привести резкое уменьшение усилия противодействия вращению рулевого колеса при «срыве в занос» или при «выезде на лед».

Стоит отметить, что, поскольку игровое приложение осуществляет управление работой манипулятора посредством команд высокого уровня, тактильные ощущения при схожих ситуациях в одной и той же игре могут существенно различаться для разных моделей манипуляторов. Кроме того, гибкость настройки эффектов обратной тактильной связи во многом зависит от возможностей, заложенных разработчиками той или иной игры.

Разработанная специалистами Immersion технология TouchSense позволила реализовать эффекты обратной тактильной связи в самых различных манипуляторах — как в игровых, так и в обычных (например, в мышах). В зависимости от спектра поддерживаемых манипулятором возможностей все устройства, оснащенные механизмом обратной тактильной связи, можно разделить на три класса:

• полная поддержка обратной тактильной связи (full force feedback). Эти устройства поддерживают все типы тактильных эффектов — связанных как с воспроизведением точечных воздействий, так и с имитацией усилия, противодействующего перемещению органов управления. В этот класс попадают многие модели джойстиков, рулей, штурвалов и подобных манипуляторов;

поддержка тактильных воздействий (tactile feedback). Данные устройства позволяют точно воспроизводить касания, толчки, текстуры и вибрации. Однако в отличие от манипуляторов full force feedback здесь отсутствует возможность имитации усилия, противодействующего перемещению органов управления либо самого манипулятора. К этому классу относится подавляющее большинство оснащенных механизмом обратной тактильной связи мышей;

поддержка виброэффектов (rumble feedback) подразумевает возможность приблизительного воспроизведения сотрясений и вибраций. В данный класс попадает большинство оснащенных механизмом обратной тактильной связи геймпадов.

Первый джойстик с force feedback выпустила в 1996 году компания СН. В течение двух последующих лет практически все ведущие производители игровых манипуляторов лицензировали технологию TouchSense и приступили к выпуску игровых манипуляторов, оснащенных механизмом обратной тактильной связи. По мере распространения подобных устройств стало расти и число игр с поддержкой force feedback.

Стоит отметить, что появление обратной тактильной связи повлекло за собой значительные изменения во внутреннем устройстве игровых манипуляторов. Во-первых, в них появились электродвигатели, механически воздействующие на органы управления и корпус манипулятора для создания «силовых» эффектов. Во-вторых, для управления работой электроприводов (что требует обработки в реальном времени большого потока информации, поступающей как от компьютера, так и от датчиков органов управления) стали использовать специализированный процессор, встраиваемый непосредственно в корпус манипулятора. Таким образом, игровые манипуляторы, которые изначально были довольно примитивными конструкциями, построенными на нескольких пассивных элементах, за очень короткое время превратились в достаточно сложные электронные устройства, оснащенные собственным микропроцессором.

Сегодня на прилавках компьютерных магазинов можно найти огромное количество самых разнообразных игровых манипуляторов, оснащенных механизмом обратной тактильной связи. Имеющиеся в распоряжении разработчиков средства позволяют применять тактильные воздействия не только в играх, но и при работе с широким спектром приложений  — офисными программами, flash, Интернет-браузерами и т.д.

Тем не менее до сих пор доля игр с полноценной поддержкой управления тактильными воздействиями остается сравнительно небольшой. Конечно, использовать некоторые возможности оснащенных механизмом обратной тактильной связи манипуляторов можно даже в играх, не имеющих встроенной поддержки соответствующего API. Но в этом случае пользователю будут доступны лишь не меняющиеся в зависимости от контекста игры эффекты — в частности, имитация усилия, противодействующего перемещению органов управления.

Между тем специалисты Immersion уже активно заняты поиском новых решений. Так, в начале марта нынешнего года была выпущена бета-версия TouchWare Gaming — нового программного продукта, позволяющего реализовать тактильные эффекты в любых компьютерных играх (даже там, где такая возможность изначально не была предусмотрена). Известно, что TouchWare Gaming формирует тактильные воздействия на основе анализа звукового сопровождения игры. «В настоящее время менее 5% от общего количества выпускаемых компьютерных игр имеют встроенную поддержку эффектов обратной тактильной связи. TouchWare Gaming позволит вдохнуть новую жизнь в игры, созданные для платформы Windows», — заявил глава технологического отдела и вице-президент Immersion Corporation Дин Чен (Dean Chang). И вполне возможно, что появление TouchWare Gaming может инициировать новую волну интереса к устройствам с обратной тактильной связью.

В начало В начало

Интерфейсы: все пути ведут к USB

Независимо от конструкции и принадлежности к тому или иному классу, все игровые манипуляторы являются периферийными устройствами и соответственно оснащаются интерфейсами для подключения к компьютеру.

В настоящее время в мире компьютерной периферии наблюдается устойчивая тенденция к переходу от морально устаревших legacy-интерфейсов к USB. И игровые манипуляторы в данном случае не являются исключением. Переход на использование USB сделал подключение игровых манипуляторов более простым и удобным, а также устранил ряд проблем, возникших с появлением манипуляторов, оснащенных механизмом обратной тактильной связи1.

Одним из преимуществ USB является возможность одновременного использования нескольких различных манипуляторов (например, джойстика и блока педалей), что было практически невозможно для устройств, подключаемых к геймпорту.

С внедрением USB уходит в прошлое довольно многочисленный класс аналоговых джойстиков (подобные устройства рассчитаны на подключение только к геймпорту). Однако, учитывая низкий уровень цен на младшие модели манипуляторов с интерфейсом USB, это вряд ли можно считать поводом для беспокойства.

А вот мода на беспроводные интерфейсы игровые манипуляторы почти не затронула. Впрочем, это вполне объяснимо: наиболее распространенные типы игровых манипуляторов (классические джойстики, рули и штурвалы) требуют жесткого крепления к поверхности стола и наличие интерфейсного кабеля в данном случае никоим образом не влияет на удобство их эксплуатации. Единственным исключением являются геймпады, однако и в этом классе манипуляторов количество моделей, оснащенных беспроводным интерфейсом, пока невелико.

В начало В начало

Основные классы игровых манипуляторов

Мир современных игровых манипуляторов столь велик и разнообразен, что описать все выпускаемые сегодня модели подобных устройств вряд ли возможно в рамках одной журнальной статьи. Поэтому мы в общих чертах рассмотрим основные тенденции в развитии различных классов игровых манипуляторов и подробнее поговорим о наиболее интересных и оригинальных решениях.

Геймпады

Игровые планшеты, или, как их чаще называют, геймпады (gamepad), пришли в мир компьютерных аксессуаров из родственной сферы игровых телевизионных приставок. Классический геймпад представляет собой компактный блок с размещенными на нем кнопками. Благодаря меньшему (по сравнению со стандартной компьютерной клавиатурой) количеству кнопок и особой форме корпуса можно пользоваться геймпадом, держа его в руках.

По мере развития геймпадов их конструкция постепенно усложнялась. Наряду с традиционными для данного класса манипуляторов кнопками постепенно стали появляться и иные органы управления. Так, в современных моделях геймпадов широко распространен мини-джойстик — небольшой четырехпозиционный качающийся указатель, которым можно легко управлять одним пальцем. В продаже можно встретить модели геймпадов, оснащенные как одним, так и двумя мини-джойстиками.

На некоторых моделях геймпадов устанавливаются плоские многопозиционные указатели. Функционально они схожи с мини-джойстиками, но при этом выполнены в виде плоской качающейся клавиши, позволяющей в зависимости от конструкции воспринимать нажатия в четырех или восьми направлениях.

В ряде моделей современных геймпадов (например, Logitech WingMan RumblePad) предусмотрены даже ползунковые регуляторы, дающие возможность плавно изменять значения того или иного параметра.

Экспериментируют производители и c нетрадиционными способами управления. Так, в ряде моделей геймпадов (как правило, в их названии присутствует слово Tilt) применяются специальные датчики (акселерометры), позволяющие фиксировать наклон корпуса манипулятора в четырех направлениях (вперед, назад, влево и вправо). В качестве примеров подобных устройств можно привести Gravis Destroyer Tilt и Saitek P2000 Tilt Pad. Однако подобные решения пока не пользуются популярностью у пользователей.

Выпускаются также модели геймпадов, оснащенные механизмами обратной тактильной связи. Правда, в большинстве из них реализована поддержка лишь ограниченного набора тактильных воздействий, а именно виброэффектов (rumble feedback).

Помимо множества геймпадов, выполненных в ставшем уже привычным корпусе «двурогой» формы, выпускаются и весьма оригинальные конструкции. Например, в прошлом году компания Belkin представила устройство под названием Nostromo n50 SpeedPad, предназначенное для использования совместно с традиционной компьютерной мышью. Конструкция этого геймпада, устанавливаемого на поверхность стола, рассчитана под левую руку. Nostromo n50 оснащен десятью «клавиатурными» кнопками, размещенным под большим пальцем плоским восьмипозиционным указателем, а также вращающимся колесиком.

До недавнего времени любители стратегических игр не были избалованы вниманием производителей игровых манипуляторов. Данный пробел решила восполнить компания TrustMaster, создавшая специализированный «стратегический» геймпад под названием Tacticalboard. Он оснащен 42 клавишами, для удобства пользователей окрашенными в различные цвета и распределенными по нескольким функциональным группам.

Классические и «авиационные» джойстики

Джойстики классической конструкции (выполненные в виде вертикального рычага) стали первым массовым видом компьютерных игровых манипуляторов. Наиболее популярны подобные джойстики у поклонников авиационных симуляторов и иных игр, связанных с управлением разнообразными летательными аппаратами.

Со времени своего появления джойстики прошли несколько этапов эволюции, и сегодня в продаже можно встретить как довольно простые, так и весьма изощренные конструкции, оснащенные механизмами обратной тактильной связи и рукоятками самых причудливых форм. Некоторые производители экспериментируют со «скрещиванием» манипуляторов различных классов, например Saitek SP550 Pad & Stick Fusion представляет собой оригинальный гибрид классического джойстика и геймпада.

В настоящее время выпускается довольно много моделей специализированных «авиационных» джойстиков, выполненных в виде органов управления реально существующих моделей самолетов (например, TrustMaster HOTAS Cougar копирует органы управления американского военного самолета F-16). Такие манипуляторы оснащаются дополнительной рукояткой управления двигателем (throttle), которая в некоторых случаях выполнена в отдельном корпусе и при необходимости может отсоединяться от основного модуля.

В последнее время у поклонников авиационных симуляторов становятся все более популярными модели джойстиков, оснащенные механизмом обратной тактильной связи. В качестве наиболее яркого примера можно привести TrustMaster Top Gun AfterBurner Force Feedback, имеющий съемный блок с рукояткой управления двигателем. Механизм обратной тактильной связи данного устройства реализован по технологии Immersion TouchSense: два мощных электродвигателя, размещенных внутри джойстика, имитируют вибрации корпуса самолета, аэродинамическую нагрузку на элементы управления, удары при столкновениях, толчки при запуске ракет и прочие эффекты.

Рули и педали

Заметную часть выпускаемых компьютерных игр составляют автосимуляторы. Поэтому неудивительно, что с каждым годом возрастает число игровых манипуляторов, выполненных в виде органов управления наземных транспортных средств — рулей и педалей. В настоящее время наибольшим спросом пользуются модели рулей, оснащенные механизмом обратной тактильной связи.

Одной из важнейших характеристик манипулятора-руля является максимальный угол поворота рулевого колеса. Он может колебаться от 160-180° в недорогих модификациях манипуляторов до 270-280° у топ-моделей. Чем больше угол поворота, тем более точно позволяет манипулятор задавать направление движения виртуального автомобиля.

В большинстве моделей манипуляторов данного класса предусмотрены подрулевые рычаги (одна или две пары). Чаще всего эти органы управления представляют собой обычные переключатели (используемые для управления КПП), однако в некоторых моделях манипуляторов (например, в TrustMaster F1 Force Feedback Racing Wheel) подрулевые рычаги позволяют плавно изменять значения ассоциированных с ними параметров — в этом случае их можно использовать вместо педалей для управления акселератором и тормозом.

Несколько менее распространенный орган управления — рычаг переключения передач. Он может быть установлен непосредственно на блоке руля либо выполнен в виде отдельного модуля. В большинстве моделей манипуляторов рычаг отклоняется в двух направлениях, позволяя осуществлять лишь секвентальное (последовательное) переключение передач. Однако в ряде дорогих моделей «автомобильных» манипуляторов предусмотрена возможность произвольного переключения передач по более привычной для дорожных машин Н-образной схеме. Например, в дополнение к базовому комплекту манипулятора Act Labs Force RS можно приобрести отдельный блок RS Shifter, позволяющий осуществлять переключение передач как по Н-образной схеме в произвольном порядке, так и в секвентальном режиме (в последнем случае необходимо установить специальную накладку).

Что касается педалей, то подавляющее большинство «автомобильных» манипуляторов комплектуется напольной платформой с двумя педалями (по умолчанию — акселератор и тормоз). Для ценителей бескомпромиссного реализма выпускаются комплекты, оснащенные тремя педалями. В этом случае третью педаль делают съемной — чтобы манипулятор можно было использовать в играх, не поддерживающих функцию управления сцеплением. Однако за такие изыски приходится выкладывать весьма внушительную сумму, к тому же нельзя не учитывать тот факт, что возможность полноценного управления сцеплением имеется лишь у очень ограниченного числа автосимуляторов.

Стоит отметить, что в последние годы в среде «автомобильных» манипуляторов также распространяется мода на копирование органов управления реально существующих прототипов. Например, среди рулей, выпускаемых компанией TrustMaster, представлены сразу несколько моделей-«репликатов»: целая серия Thrustmaster 360 Modena (в качестве оригинала были взяты руль и педали дорожного автомобиля Ferrari 360 Modena), а также «гоночный» Thrustmaster F1 Force Feedback Racing Wheel, рулевое колесо которого является точной копией аналогичного органа управления болида «Формулы-1» Ferrari F399.

Наряду с занимающими доминирующие позиции «автомобильными» манипуляторами в последнее время в данном классе развивается и «мотоциклетное» направление. Количество моделей выпускаемых «моторулей» пока значительно уступает «автомобильным» манипуляторам, однако они уже появились на прилавках отечественных компьютерных салонов. В качестве примера «мотоциклетного» руля можно привести Thrustmaster FreeStyler Bike. Этот манипулятор позволяет фиксировать не только поворот руля, но и наклон верхней части корпуса относительно основания. На руле FreeStyler Bike имеются одна вращающаяся ручка и два рычага. Предусмотрены и гораздо более привычные органы управления  — 11 кнопок и плоский 4-позиционный указатель.

КомпьютерПресс 6'2003