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超精密圖解》Wii遙控器完全解體
話說任天堂的Wii上市已近4個月,其掀起的旋風相信不用筆者再多言,成為各搜尋引擎、購物網站的熱門關鍵字。而其引爆熱潮的主要因素──操作介面,也就是遙控器,這次電腦王就來帶大家看看Wii遙控器拆解後基本的元件組成與運作原理。
【文/劉大維】

一窺Wii的魅力來源、使用技術

話說任天堂的Wii上市已近4個月,其掀起的旋風相信不用筆者再多言,成為各搜尋引擎、購物網站的熱門關鍵字。而其引爆熱潮的主要因素──操作介面,也就是遙控器,從Wii推出以來,也已有不少玩家將其拆解,看看脫光後長什麼樣子,這次電腦王就來帶大家看看Wii遙控器拆解後基本的元件組成與運作原理。整個拆解過程相當簡單,只要去光華買一隻Y字螺絲起子,加上不會太短的指甲就可以搞定。

Wii係蝦米?

Wii是日本任天堂在去年11月,首先在北美推出的新一代電視遊樂器,主機附加了影音播放、網路及社群交流功能,並加上其主打的遙控器體感操作方式,例如棒球遊戲就是把遙控器當球棒,朝螢幕投來的球揮擊、格鬥射擊遊戲就是把遙控器當拳頭刀槍,往螢幕上的敵人揮拳射擊。由於不同於其他兩家競爭廠商產品的高效能畫質取向,任天堂欲藉此開發不玩遊戲的族群,截至目前為止的銷售情形,也的確邁出了成功的第一步。

Wii遙控器電路板元件

首先是BROADCOM的BCM2042藍牙晶片,一般使用於無線鍵盤與滑鼠,主要有體積小、功耗低、無線效能高等特性。兩條青、紅線路連接著Rumble Pack(震動包)。最大最顯眼的元件是RUBYCON製3300uF電容,有整流穩壓功能,而也有其他拆解遙控器的玩家指出,如果使用者在長時間或激烈操作使遙控器過熱,其上的2顆3A電池會推擠遙控器內的彈簧,暫時與遙控器電力中斷,這時這顆大電容也能暫時提供電力,好比一個迷你UPS。兩個印有100跟一個4R7編號的三個黑色扁圓形是電感器,有防止電磁波干擾、過濾電流雜訊等作用。

採MEMS技術的加速度感測器

Wii遙控器掀起的遊戲革命,其上最主要的元件就是運用了MEMS技術的三軸加速度感測器。根據MEMS and Nanotechnology Clearinghouse網頁上對MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems──微機電系統)的定義是:把機械元件、感應器、存取機構等電子機械元件,透過微型封裝技術將其整合在一塊矽晶片基座的IC上,自成一個系統,具備小體積、低耗電、低成本等優點。如果一層晶片不夠還可以再加疊以塞入更多元件,就跟半導體產業在同樣晶圓面積塞入更多電晶體的奈米製程演進道理相同。

Wii遙控器主要只需要知道兩個變因:加速度跟時間(一個持續動作),並不能也不需要測知速度,因為比方你坐在時速300公里的高鐵列車上玩Wii,這時你跟列車是同一個系統以時速300公里行進中,如果Wii遙控器可以測得這個速度,那你什麼遊戲也不用玩了,因為除非你是超級賽亞人,否則怎麼也沒辦法做出一個超過時速300公里的動作。

加速度的感測基本原理為,在感測器的晶片上有兩片帶電板,一片固定在晶片上,另一片以彈簧連接在第一片板子上,如果有加速度產生,以彈簧連接的那一片帶電板,就會靠近或離開固定在晶片上的帶電板,而彈簧改變的長度跟產生的加速度兩者間會有比例關係。而兩片不相連接的帶電板,就是一個平板電容,電容值與彼此的距離成反比(彈簧被壓縮時電容上升;被拉開時則電容下降)。如此從電容變量就可反推得到一個方向的加速度,而三軸加速度感測器則是在晶片上採用三個互相垂直的電容測量器,以測得沿三度空間X、Y、Z軸所產生的加速度。而Wii遙控器上的三軸加速度感測晶片,可以辨識在靜止與傾斜狀態下的重力加速度,以及移動、顫動與震動形成的加速度。遊戲設計者便可依此讓Wii變成各種工具,除了熱門的兩款遊戲:《Wii Sports》跟《Wii第一次接觸》,充滿惡搞風格的《舞動壞利歐工作室》更是以眾多的小遊戲把Wii遙控器的不同角色扮演充分發揮,比方把遙控器當成拖把、吸塵器、鋸子、手指(挖鼻孔)、蒼蠅拍、打氣機、刨木機等等。

Wii遙控器的三軸加速度感測器可以感應沿X、Y、Z三軸的平移與轉動,共六個自由度。不同PS3手把以陀螺儀定位,Wii遙控器並沒有內建陀螺儀,而是將此工作交給了一根長條型的感應棒(Sensor bar)。將其拆開後,可以發現內部只有兩端各5個IR LED(紅外線發射二極體)負責發出紅外光,兩端最外側的IR LED微朝向外偏離中央,最內側的則往內微朝向中央,中間三個彼此則較靠近成一群,朝向與感應棒垂直的正前方,且跟內外側的兩個IR LED間隔稍遠。再由Wii遙控器前端紅外線感應裝置上的小鏡頭,根據其捕捉到IR LED訊號的位置、距離、方向,來判斷遙控器跟螢幕間的距離以及在螢幕上的位置與動作的方向。

當然即使Wii遙控器可以辨認具高複雜度的各種動作,但你也可以完全不理,照以往的操控方式設計遊戲,因為只要把它橫起來擺,就可以當成傳統控制器使用,只是如果這樣就好像叫霹靂遊俠李麥克開夥計去跑小黃一樣,什麼意思?浪費嘛!看到Wii遙控器可以達到如此的操控互動性,許多遊戲開發者都表達想在Wii上開發遊戲的濃厚興趣,比方潛龍諜影系列(Metal Gear Solid,老一輩的玩家叫特攻神諜Orz)的製作人小島秀夫,不久前才表示PS3上MGS 4代的遊戲資料量將使用單層50GB的藍光光碟才夠,也說自己在做完MGS 4後,希望能在Wii上開發遊戲,因為相對PS3的高畫質取向,遊戲開發就是在光碟中塞入更多材質塞給它爆,但Wii則拋開此一方向,對遊戲設計者而言加入的是力學的考量,如何把現實世界習以為常的物理動作藉由遙控器轉化到遊戲上?筆者試想光這一點應該就可以讓遊戲開發者興奮很久。

加速度感測器其他應用

編號1:BROADCOM BCM2042藍芽晶片 編號6:RUBYCON 3300uF 電容
編號2:128KB EEPROM 編號7:原相科技 CMOS感應器,其上有一個CCD相機鏡頭,用來捕捉感應棒發出的紅外光
編號3、4、5:為過濾電流雜訊的電感器

其實加速度感測器在日常生活中的應用已不少,例如建有加速度感測器的筆記型電腦,如果感測到加速度比方從桌面不慎掉落,可以啟動硬碟防護,鎖住讀寫頭避免撞擊造成損壞;運用在數位相機或隨身影音播放器則可依機器放置的角度,自動橫向或縱向顯示、投影機是否水平正確擺放;同樣道理將加速度感測技術應用於手機,則可以直接傾斜機身,達成以上下左右的擺動進行功能選擇。而LG也有內建三軸加速度感測器的手機,用來玩滑雪遊戲就是拿手機當滑雪板左右傾斜玩。還可以用手機在空氣中劃出數字藉由加速度感測器辨識出來。運用在MP3上的道理也一樣,比方用不同方向的搖動,控制音樂的播放、停止、選取等功能,不用再按來按去,也可以節省機身按鈕數目(低調儉約設計風?),而車用電子領域相關應用更是豐富,比方使用3軸加速度感測器來進行胎壓的監控與校正;發生車禍撞擊時,感測晶片受到瞬間加速度可以開啟安全氣囊等。而以重力加速度g為標準,不同感應靈敏度(比方Wii遙控器上ST的加速度感測晶片宣稱在0.1毫秒內最大可以承受到10000g)的加速度感測器,搭配上無線傳輸及愈來愈進化的微型封裝技術,未來各種加速度感測的應用遠比想像的還要多,筆者還看到有日本廠商在棒球內置入三軸加速度感測器,可以用無線方式發送投球速度、旋轉方向等數據(破解王葛格的伸卡球?)。其他還有整合三軸加速度與地磁感測的定位用晶片、與電子羅盤整合的星座搜尋系統等等。而加上MEMS技術的加持,相關產業未來發展更是相當具前景。

如果大家有興趣,網路上也有許多相關的技術文件可以研究,如果具備電機相關背景會比較容易上手,不然可能會像筆者一樣,覺得像在看火星文天書OX#@*&%…。

網站資源

ANALOG DEVICES:按我
STMicroelectronics:按我
MEMS and Nanotechnology Clearinghouse:按我
原相科技:按我

Wii功能追加

Wii頻道的News Channel在1月26日正式上線,筆者也帶大家來看看這個新服務。這裡以日版主機為例,進入News Channel首頁,可以看到簡單的目前日期顯示及新聞更新的時間,下方是很像小學功課表的新聞分類,有政治、經濟、國際、社會、體育、藝能文化共六大類,可以直接選取想看的新聞類別,也可以點選右下角的區塊,便會自動播放(只播放新聞標題)。操作跟之前先上線的Forecast Channel(天氣預報)一樣,用遙控器從NASA提供的那顆地球儀,看今天世界各地有哪些新聞發生。

自己選取,比方操作地球儀很直覺,一樣按住A亂轉地球儀,選取各地想看的新聞即可。自動播放時遇到想看仔細一點的新聞,也可以按A選取進入內文,就會停下來讓你慢慢看,再按一次A就繼續播放,也可以設定播放的速度,按1螢幕右下就會增加一個點,代表一則新聞標題停留時間增加一秒,按2則是減少一秒,而最少一秒,最多則可停留十秒,也可以不受設定速度的限制,直接用左右方向鍵做上/下一則新聞的選取。

不論是自動播放或是自己轉動地球儀,配合背景音樂看世界各地新聞,有一種說不出來的感覺,有玩家說是專業感,筆者則覺得很像高中時生物課在視聽教室,看NHK驚異小宇宙的紀錄片,格外有種沉靜感,不像看電視新聞,主播比觀眾還要激動。而筆者也借用了G編大的美版機試用相同功能,除了是以美國地區新聞為主以外,其他差異不大,發現較特別的是,自動播放時的背景音樂與日版機不同,節奏較輕快,大概是配合民族性,從這個小地方再度感受到任天堂的用心。

這裡還是要提一下台灣公司貨上市的問題,如果台灣機是要將各種Wii的服務功能中文化,比方天氣預報跟新聞頻道,那筆者認為上市時間的延遲可以理解,消費者也值得等待,如果不是,就只能無言以對了。而筆者對於News Channel的介面覺得相當親和,即使是家中長輩也可以輕鬆使用,不必再拿著放大鏡看報紙,唯一需要加強的就是筆者的日文能力(或是再買一台美版機XD)。

而接下來Wii的新玩意,就是任天堂先前已宣佈會在3月推出的Opera網頁瀏覽器正式版,如果夠好玩到時再來跟大家報告分享。

PChomeAdvance電腦王32期

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