Nuo mygtuko paspaudimo iki ekrano – trumpa kelionė per elektronikos pasaulį
Kada paskutinį kartą pagalvojote, kas vyksta jūsų rankose laikomo žaidimų pulto viduje? Greičiausiai niekada, nes tiesiog veikia – spaudžiate mygtuką ir personažas šoka, stumdote svirtį ir herojus bėga. Tačiau už šio paprastumo slypi gana įdomi technologinė istorija ir nemažai inžinerijos gudrybių. Žaidimų pultas, nors ir atrodo kaip paprastas plastikas su mygtukais, iš tikrųjų yra sudėtingas įrenginys, kuris turi greitai ir tiksliai perduoti jūsų komandas į konsolę ar kompiuterį.
Šiuolaikinis pultas – tai ne tik mygtukų rinkinys. Jame rasite judesio jutiklius, vibracijos varikliukus, belaidžio ryšio modulius, kartais net liečiamus paviršius ir jutiklinius trigerius. Visa ši technika turi veikti sklandžiai, be vėlavimų, nes net kelių milisekundžių uždelsimai gali reikšti skirtumą tarp pergalės ir pralaimėjimo dinamiškame šaudyklės žaidime.
Mygtukų anatomija – daugiau nei tik plastiko gabalėliai
Pradėkime nuo to, kas akivaizdžiausia – mygtukų. Kai spaudžiate mygtuką ant pulto, vyksta keli dalykai vienu metu. Po plastikine mygtuko dalimi, kurią matote ir liečiate, yra guminė membrana su specialia grafito arba laidžios gumos dalimi apačioje. Kai paspaudžiate mygtuką, ši membrana įlinksta ir sujungia du kontaktus ant spausdintinės plokštės.
Šis kontaktų sujungimas sukuria elektrinį signalą, kurį nuskaito pulto mikroprocesorius. Skamba paprasta, bet čia slypi keletas subtilybių. Pirma, membrana turi būti pakankamai atspari – geri pultai išlaiko milijonus paspaudimų. Antra, kontaktai turi būti patikimi ir nesioksidavę, kitaip pradės “šokinėti” signalai. Trečia, mygtuko dizainas turi užtikrinti, kad jausmas būtų malonus – nei per kietas, nei per minkštas.
Analoginiai trigeriai ir svirtys veikia šiek tiek kitaip. Jie naudoja potenciometrus arba Holo efekto jutiklius, kurie gali matuoti ne tik tai, ar mygtukas paspaustas, bet ir kaip stipriai. Štai kodėl lenktynių žaidimuose galite švelniai spausti akceleratorių, o ne tik “visiškai įjungtas” arba “visiškai išjungtas”.
Analoginės svirtys – tikslumas iki milimetro
Analoginės svirtys, kurias stumiate nykščiais, yra vienas įdomiausių pulto komponentų. Viduje rasite nedidelį mechanizmą su dviem potenciometrais – vieną X ašiai (kairė-dešinė) ir kitą Y ašiai (aukštyn-žemyn). Kai judinate svirtį, keičiasi šių potenciometrų varža, o mikroprocesorius perskaito šiuos pokyčius kaip skaitines vertes.
Šiuolaikiniuose pultuose dažnai naudojami magnetiniai Holo efekto jutikliai, kurie yra patvaresni už tradicinius potenciometrus. Jie matuoja magnetinio lauko pokyčius, kai svirtis juda, ir neturi mechaniškai trinančių dalių, todėl ilgiau išlaiko tikslumą. Tai ypač svarbu, nes analoginės svirtys yra vienos labiausiai naudojamų pulto dalių.
Problema, su kuria susiduria daugelis žaidėjų, yra “drift” efektas – kai svirtis pradeda registruoti judėjimą, nors jos niekas neliečia. Tai nutinka dėl nusidėvėjimo, purvo patekimo arba jutiklių kalibracijos pasikeitimo. Kai kurie gamintojai dabar pradeda naudoti optinius jutiklius, kurie teoriškai turėtų būti dar patvaresni.
Belaidis ryšys – kaip signalai keliauja oru
Šiuolaikiniai pultai beveik visi yra belaidžiai, o tai reiškia, kad jūsų mygtukų paspaudimai turi kaip nors pasiekti konsolę ar kompiuterį. Dažniausiai tam naudojamas Bluetooth ryšys, nors kai kurios konsolės (pavyzdžiui, Xbox) naudoja savo proprietarinius 2.4 GHz protokolus.
Kai paspaudžiate mygtuką, pulto mikroprocesorius suformuoja duomenų paketą su informacija apie tai, kuris mygtukas paspaustas, kokia analoginių svirčių pozicija, kokia trigerių būsena ir pan. Šis paketas užkoduojamas ir siunčiamas per radijo bangas į konsolę. Visas šis procesas vyksta per kelias milisekundes.
Bluetooth ryšys veikia 2.4 GHz dažniu ir gali perduoti duomenis iki 1 Mbps greičiu, ko su kaupu užtenka pulto duomenims. Tačiau čia svarbus ne tiek duomenų kiekis, kiek vėlavimas (latency). Geri pultai pasiekia 3-8 milisekundžių vėlavimą, ko žmogus praktiškai nepastebi. Prastesni arba per daug užkrauti Bluetooth kanalai gali duoti 15-30 ms vėlavimą, kuris jau jaučiamas.
Vibracija ir grįžtamasis ryšys – kai pultas kalba su jumis
Vienas iš dalykų, kuris daro žaidimus įtraukiančius, yra haptinis grįžtamasis ryšys – paprastai tariant, vibracija. Pirmieji vibracijos varikliai pultuose buvo paprasti ekscentriniai varikliai – maži elektriniai variklėliai su nevienodu svoriu ant veleno. Kai jie sukasi, sukuria vibraciją.
Šiuolaikiniai pultai, ypač PlayStation 5 DualSense, naudoja daug sudėtingesnius linijinio tipo aktuatorius (linear resonant actuators arba LRA). Jie gali sukurti įvairios intensyvumo ir dažnio vibraciją, leidžiančią jausti skirtumą tarp, pavyzdžiui, važiavimo per smėlį ar asfaltu. Tai jau ne tik “brrrr” efektas, o tikrai subtilus grįžtamasis ryšys.
DualSense pultas dar turi adaptyvius trigerius, kuriuose yra maži varikliai, galintys keisti mygtuko pasipriešinimą. Tempiančio lanko įtempimas, šautuvo atkirtis – visa tai galima fiziškai pajusti per trigerių pasipriešinimą. Tai pasiekiama naudojant krumpliaračius ir elektrinius variklius, kurie dinamiškai keičia, kaip sunku paspausti trigerį.
Maitinimas ir energijos valdymas
Belaidžiam pultui reikia energijos, o tai reiškia akumuliatorių. Dažniausiai naudojamos ličio jonų baterijos, panašios į tas, kurias rasite telefonuose, tik mažesnės. Tipinis pultas turi 1000-1500 mAh talpos akumuliatorių, kurio užtenka 6-12 valandų intensyvaus žaidimo.
Energijos suvartojimas priklauso nuo daugelio veiksnių. Vibracija yra vienas didžiausių energijos ryjikų – jei žaidžiate žaidimą su nuolatiniu haptinio grįžtamojo ryšio naudojimu, baterija išseks gerokai greičiau. Šviesdiodės, garsiakalbiai (taip, kai kuriuose pultuose jų yra), jutiklių aktyvus naudojimas – visa tai vartoja energiją.
Pultai naudoja įvairias energijos taupymo strategijas. Kai kurį laiką nieko nedarote, pultas sumažina duomenų perdavimo dažnį arba išjungia kai kurias funkcijas. Po ilgesnio neaktyvumo laikotarpio jis pereina į miego režimą, iš kurio pabunda bet kurio mygtuko paspaudimu. Kai kurie pultai gali net visiškai išsijungti, jei ilgai nenaudojami.
Mikroprocesorius – pulto smegenys
Visą pulto veiklą koordinuoja nedidelis mikroprocesorius arba mikrovaldiklis. Tai nėra galingas CPU kaip jūsų telefone, bet pakankamai protingas lustėlis, galintis greitai apdoroti visus įvesties signalus ir valdyti išvesties funkcijas.
Šis mikroprocesorius nuolat skenuoja visus mygtukus ir jutiklius – paprastai šimtus kartų per sekundę. Jis nuskaito analoginių svirčių pozicijas, patikrina, kurie mygtukai paspausti, gauna duomenis iš judesio jutiklių (jei tokie yra), ir visa tai suformuoja į duomenų paketą, kuris siunčiamas į konsolę.
Be to, mikroprocesorius valdo ir išvesties funkcijas – kada įjungti vibraciją, kaip stipriai, kada šviesinti LED indikatorius, kaip valdyti adaptyvius trigerius. Jis taip pat stebi baterijos būseną ir valdo įkrovimą, kai pultas prijungtas prie USB kabelio.
Įdomu tai, kad šie mikrovaldikliai turi ir atnaujintiną programinę įrangą (firmware). Konsolių gamintojai kartais išleidžia atnaujinimus, kurie gali pagerinti pulto veikimą, pridėti naujų funkcijų ar ištaisyti klaidas.
Judesio jutikliai – kai pultas žino, kur jis yra
Daugelis šiuolaikinių pultų turi įmontuotus judesio jutiklius – akselerometrus ir giroskopu. Akselerometras matuoja pagreitį (judėjimo pokytį), o giroskopas matuoja kampinį greitį (sukimąsi). Kartu jie leidžia pultui žinoti, kaip jis orientuotas erdvėje ir kaip juda.
Šie jutikliai yra mikroelektromechariniai sistemos (MEMS) komponentai – maži lustėliai su mikroskopinėmis judančiomis dalimis. Kai pultas juda, šios dalys taip pat juda, keisdamos elektrinius parametrus, kuriuos galima išmatuoti. Skamba sudėtingai, bet šie jutikliai yra tokie maži ir pigūs, kad juos rasite beveik kiekviename išmaniajame telefone.
Žaidimuose judesio jutikliai naudojami įvairiai. Kai kuriuose žaidimuose galite taikytis pakreipdami pultą, kituose – valdyti transporto priemones. Nintendo Switch pultai net gali aptikti sudėtingesnius gestus, nors tam reikia gana sudėtingų algoritmų, kurie interpretuoja jutiklių duomenis.
Kai viskas sueina į vieną – žaidimo patirtis jūsų rankose
Žaidimų pultas yra puikus pavyzdys, kaip daugelis skirtingų technologijų sueina į vieną kompaktišką įrenginį. Mechaniniai mygtukai, elektroniniai jutikliai, belaidis ryšys, energijos valdymas, haptinis grįžtamasis ryšys – visa tai turi veikti sklandžiai ir patikimai, kad jūs galėtumėte mėgautis žaidimu.
Kai laikote pultą rankose, jūsų pirštai juda automatiškai, nesvarstydate, kaip stipriai spausti trigerį ar kiek pakreipti svirtį. Tai yra gero dizaino požymis – technologija tampa nematoma, lieka tik patirtis. Tačiau už šios paprastumo iliuzijos slypi dešimtmečių inžinerijos patirtis ir nuolatinė inovacija.
Pulto technologija tebevystosi. Matome vis tikslesnius jutiklius, ilgiau veikiančias baterijas, sudėtingesnį haptinį grįžtamąjį ryšį. Galbūt ateityje pamatysime pultus su dar įspūdingesnėmis galimybėmis – gal net tokius, kurie prisitaiko prie jūsų rankos formos ar stebi jūsų fiziologinius parametrus. Bet pagrindinis principas išliks tas pats: greitai ir tiksliai perduoti jūsų ketinimus į virtualų pasaulį, kad žaidimas taptų natūraliu jūsų rankų pratęsimu.