小霸王游戏机的光枪的原理(转载)

大家小时候都玩过吧,打鸭子, 打飞碟啥的.

小霸王那个机器跟现在的机器机能肯定是没法比.那时候的电视也不可能跟游戏机进行数据交互.

那个光枪更是非常廉价,不大可能有太高级的sensor或者啥.

刚才和朋友聊天突然就想到这个东西了. 那么,那么简单的一个枪,一个简陋的游戏机,是怎么实现定位的呢. 而且似乎 小时候玩过的体验来看,定位还相当准确….

于是就上网查了一下,结果发现.这个设计太牛B了…. 利用当时那么有限的技术,实现这样的用户体验…. 这个放到现在 也是很赞的了. 现在的更多的东西都是,发展更牛的性能,更牛的设备,来提高体验. 那个光枪的设计的感觉,就有点当年编程的高人们为了节省几K几K的内存空间,对代码进行各种折腾的境界…

以下是光枪原理的内容:

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和我们想象的不同,光线枪不会射出光线,只能接收光线。在接收到光线后,光线枪会把枪口对准点的信号传回给游戏机,对应的软件就会告诉主机枪口所瞄准的位置在哪里。

那么软件又是怎么测量位置的呢?如果你仔细观察的话,当按下扳机后,无论枪口是否对着屏幕,屏幕上总会有一道闪光,而这道由软件控制发出的白色帧就是光枪测位的关键。在此之前我们还有必要先来看一下隔行扫描电视机的成像方式:

在PAL\NTSC的CRT电视中,扫描线是影像生成的方式。以NTSC为例,每次影像扫描时,在六十分之一秒内并非从头到尾连续扫描525条扫描线,而是只扫描一半,也就是262.5线,剩下一半在另外一个六十分之一秒时扫描。第一次扫描时只由上而下水平扫描奇数线,第二次扫描时扫描偶数线。二次扫描所生成的图场(Field)就结合成一幅完整的图像帧(Frame)。由于扫描时是以奇数、偶数扫描线做交替隔行扫描,所以叫隔行扫描。
按下扳机后,游戏软件控制主机发送一个全白色的帧,正如前面提到的,电视机显示这个白色帧是需要从上到下,从左往右扫描的,所以从这一帧扫描第一个点开始,到枪口收到白色光(注:尽管枪口看上去较大,但真正能接受光的感光机构可接受范围很小,所以它只会对准屏幕上很小的一块范围,这个范围略大于两行扫描线距离,可以认为其对准的是一个“点”)这个时间差T(pos),就可以算出坐标位置,这里假定从屏幕到光线枪的光线传播时间为0。NTSC情况下一个隔行帧显示的时间是:0.0167秒 (60Hz),这里 为了方便大家理解计算过程,暂定理想状况:扫描线无消隐时间,帧无消隐时间,扫描线回扫时间为0,扫描线共480线(扫描线实际上是525条,但真正有成像能力的只有480线左右),水平点数为640。

所以每一行扫描线需要的扫描时间为 T(scanline)=0.0167/480,我们就可以计算出
垂直位置:
Y=Trunc(T(pos)/T(scanline))
水平位置:
X=(T(pos)-Y×T(scanline))/T(scanline)×640
如果把所有情况(扫描线消隐、回扫,有效扫描线等等)考虑到,计算过程要复杂很多,但是原理仍然基于上面de“理想状况”。
实际上,发送全白色帧之前,游戏机还会发射一帧全黑帧,这样可以去除游戏画面上高亮颜色的干扰。

简单的来说,光枪的工作原理就是:
抠下扳机――――线缆将信号传给主机――――软件命令电视机发出一个白色帧――――枪口将接受到的光信号传回给主机――――软件计算时间差从而算出位置――――命令电视机发出一个击中点――――如果刚好在目标上,那么恭喜,你击中了!

基于以上分析我们可以得出结论:
1,光枪对电视没有任何损害,因为它只接受光而非发射光。
2,光枪不能用在逐行电视上,因为逐行电视的成像原理和隔行电视完全不同,它是从屏幕图像第一条扫描线一直连续扫描到最后一条,而非先扫奇数条再扫描偶数条。当然更不能应用在加了电视卡的显示器以及液晶显示设备上了。实际上现在SEGA和NAMCO都已研制出对应逐行设备的光线枪系统,但由于造价昂贵,目前还不太可能出现在家用机上。
3,其他注意问题。a.光枪不能用在14寸以下的电视机上;b.对于某些老式电视机可能需要调低亮度和避开日光灯以提高定位精度;c.对于某些过扫描比例过大的电视机,边缘有可能射不到的情况是正常的,并非原装光枪的问题。

注:什么叫过扫描?一般来说电视机都会有5%左右的过扫描,以避免产生呼吸效应时(内部电压变化大时画面伸缩)露出难看的黑边和弯曲的边缘。在众多的CRT中,低档显示器的边缘几何变形要比高档显示器如SONY特丽珑要严重的多,这是因为控制几何变形需要精湛的制造技术,即使是SONY也不能做到100%垂直,这是CRT本身的缺点。电视机也一样,甚至要比显示器明显的多,某些厂商为了掩盖自身技术的缺陷和变形过大的观感,故意将过扫描做到10%的上限,使得显示面积和清晰度都有所下降,甚至有可能影响光枪的边缘定位。

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reference:
http://zhidao.baidu.com/question/4722924.html

 
 
大宝的话:
写程序的逆向思维很重要,在往前走怎么都是死胡同的情况下,有的时候稍微换一个角度直接就是柳暗花明啊。
By | 2017-06-07T13:59:43+00:00 一月 21st, 2011|blog, 技术|0 Comments

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