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任天堂Wii游戏控制器科技解析
印象中，长辈们始终视游戏机为洪水猛兽，特别是在中国。在他们看来，游戏机除了会让人玩物丧志之外，最大的威胁是让我们连续几个小时像一尊泥塑般坐在那里一动不动，从而引发身体上的“游戏综合症”。他们的担心不是没有道理，至少以往那些游戏机所带来的游戏方式确实存在这样的问题，直到Wii的出现。
颠覆性的游戏方式和体验
以我们从互联网上采集到的各种资讯来看，已有小部分持“游戏机威胁论”的人开始认同这款具有革命意义的产品，他们主动购买了Wii，并且乐于和孩子、伴侣，甚至是自己的长辈一起握着游戏控制器，忘情地在电视机面前手舞足蹈。当然，这要归功于Wii所带来的颠覆性的游戏操作方式和体验——能让你在游戏中不自觉地根据游戏做出各种动作，进行全身运动。
任天堂Wii上市至今已有3个月，关注它的人大多数都已经了解到，Wii使用了一对无线游戏控制器——右手使用的Wiimote和左手使用的Nunchuk(图2)。当我们手握游戏控制器，可以在Wii主机介面和游戏中进行类似滑鼠的操作，也能够模仿现实中的动作——在赛车游戏(如《Excite Truck》)中，玩家可以用双手握住Wiimote的两端，向左或向右倾斜来控制方向 (图3)；在体育运动类游戏(如《Wii Sports》)中，玩家可以把Wiimote当作球拍、球棒，做出真实的击球动作，同时还能从控制器上真切地感受到击中球时的振动和音效(图4)；而在冒险或解密类游戏(如《塞尔达传说之黄昏公主》、《波斯王子：宿敌之剑》)中，玩家可以挥动Wiimote，让主角挥剑砍杀怪物(图5)，或配合左手Nunchuk控制器画圆圈，做出收线、提杆钓鱼的动作(图6)……而且，这些动作能被精确地反映到游戏中，真是太有趣了！但这一切是如何实现的呢？
1.蓝牙架起主机与手柄间的通信之桥
进行短距离无线信号传输，蓝牙无疑是当前最成熟、应用最广泛的技术。Wiimote中的蓝牙方案是采用了Broadcom公司的BCM2042蓝牙晶片(图7)。这款晶片最初是针对无线键鼠而设计，以帮助延长电池寿命，并节省成本。
符合蓝牙2.0规范的BCM2042在单晶片上集成了高性能蓝牙无线与基带技术，以及制造无线键盘与滑鼠所需的所有元件，以帮助外设生产商制造出寿命更长、价格更低的无线键盘与滑鼠。由于此款晶片体积小、功耗低，而且具备高性能无线功能，因此也适用于其他应用，例如无线游戏控制器和消费电子遥控器。
由于采用0.13μm CMOS工艺制造，BCM2042更有助于节省电力。该晶片还包括低功率模组，在启动时立即唤醒状态下的电流消耗仅10μA。
基于这些特性，任天堂自然将其纳入了Wiimote的设计中。由于其功耗极低，根据一些用户的实际测试，一对普通AA电池就足以让Wiimote连续使用25小时，这是相当不错的成绩。
2.光的魔法——手柄变滑鼠
Wii的游戏中不乏要求游标定位精确的射击类游戏，这时Wiimote的正常运作就依赖于其顶部的红外线感应器(图8)和连接在Wii主机上的“Sensor Bar(传感条)”了(图9)。此处的红外线感应器与后文将提到的动作感应器不同，后者只能感应相对运动而不能感应绝对座标。也就是说，要让Wiimote控制游标像我们平时使用的滑鼠那样精确，红外线感应器就是一个必不可少的部分。
事实上，Wiimote并不是主动发出红外线让“Sensor Bar”去感应，Wii设计的“Sensor Bar”其实是两个可发出红外线的灯，而Wiimote上的红外线感应器则像一个摄像头那样去接收、捕捉“Sensor Bar”所发出的光，再由两点光的位移感应出绝对座标的变化，并反应出精确的定位。
国外有玩家前不久就针对Wiimote的红外线感应做了一个有趣的实验，任何有红外线的光源都可替代“Sensor Bar”让Wiimote正常工作——你甚至可以用两支蜡烛来实现这一功能。
3.振动、发声，更真实的体验
Wiimote的振动是由一个微型电机所产生的(图10)。Wiimote的振动功能并不像以往我们所接触的振动手柄的功能那样简单。它的意义在于，在Wii的OS操作介面或游戏的操作介面中，回馈指标的是否正确移动到相应的按钮上(移动到按钮上时Wiimote会发出轻微的振动，如“确定”或“取消”)
此外，Wiimote中的小型扬声器也是为增强使用感受而设计的(图11)，配合振动装置、动作感应器，玩家在击球或挥剑时所体验到的游戏效果实在是太棒了(图12)！
4.Wiimote的精髓——动作感应器
相比前文所介绍的几部分，动作感应器可以称得上是Wiimote机能的灵魂。在游戏中玩家之所以能做出各种与现实中相差无几的动作并能被转化为操控游戏人物的指令，动作感应器功不可没。
动作感应器又称为惯性感测器或加速度感测器，可用于侦测倾斜、振动及撞击。Wiimote中使用的是Analog Devices(模拟器件公司)开发的ADXL330加速度感测器(图13)。这是一款三维加速度感测器，可侦测X(左右)、Y(前后)、Z(上下)轴方向的加速度，并以类比电压来表示所侦测的加速度的大小。这颗IC内部主要由双晶片构成，即重力感测单元(负责加速度的侦测，下称“g感测单元”)与控制IC单元(负责信号处理)。
为了说明X轴向和Y轴向g感测单元的感测原理，我们不妨简单了解一下电容的物理特性：电容值的大小与电极板的面积大小成正比，和电极板的间隔距离成反比。g感测单元就是利用电容原理设计出来的，在图14中左上角的社区块可以看到，深色部分代表可移动的电极板，而在可移动电极板的上方左偏置与下方右偏置板块则是固定的电极板，此时可移动电极板与左右偏置板形成两个电容，当可移动电极板因加速度的影响而改变与左右偏置板的间隔，则使得电容值改变进而促使电容电压值的改变，因此可借助此特性计算出加速度的大小。
相比X轴向和Y轴向，Z轴向垂直g感测单元的感测原理相同，只是架构有所差异。如图16所示，由两根弹簧支撑的部分为震动块，代表可移动的电极板，而在其上下两端的顶板与底板则是固定的极板。当可移动极板因为加速度的影响而改变与上下极板的间隔，则将产生电容值的改变。因此，可借此特性计算出此加速度的大小。图中的Z字折线代表弹簧装置，用来缓冲可移动电极板的移动。
通常加速度感测器具备6种感应功能：倾斜度侦测、运动检测、定位侦测、震动侦测、振动侦测、以及自由落体侦测。其实早在Wii发布之前，加速度感测器就已被广泛应用——高档运动器材上的计步器、带硬碟保护系统的笔记本电脑、数码相机中的防抖功能、LCD投影机防震功能、洗衣机滚筒的平衡性监控、汽车中的安全气囊、飞机上的黑匣子、地震监测仪……它早已和我们的生活密不可分。
结语：科技，快乐之源
外形看似简单的Wiimote控制器，其中却蕴含了诸多先进的科技。在蓝牙装置、红外线感应器、振动装置、小型扬声器，以及动作感应器的综合作用下，Wiimote为使用者提供了更多的互动、直观和趣味的游戏体验。另一方面，Wiimote似乎正在向人们传达一种新的运动方式。虽然我们不能武断地作出通过Wii做运动完全可以替代常规运动的结论，但可以肯定的是，Wii的运动方式比起枯燥的常规运动更让人容易接受，“科技改变生活、科技带来快乐”这句话放在这里是最合适不过的了。
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