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新世代热门游戏的3个核心技术
商机篇:玩家开眼界 厂商找门道

【作者: 許哲豪】2010年09月16日 星期四

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最吸睛的莫过于微软的Kinect(2009 E3展时称为诞生计画Project Natal),发表会上竟然把大象和知名的太阳剧团都搬出来了,也一口气推出六大款不用摇杆的新体感模式游戏,一补去年展示时望机兴叹的遗憾。


对手索尼不甘示弱推出自家最拿手的光球式摇杆(PlayStation Move)来应战,虽然摇杆控制精细度略胜于于任天堂的Wii Plus,且搭配的多款扩增实境(augmented reality;AR )游戏互动性也不错,但面对对手微软舍弃摇杆作法,相较之下就稍嫌逊色。而任天堂此次则选择避开摇杆之争,主推全新裸视3D掌上型游戏机3DS,的确在评价上加分不少。


微软体感新趋势 肢体动作即摇杆

微软于2009年初花了3500万美金并购了一家以色列公司3DV Systems,这家公司类似台湾原相科技,具有设计制造红外线深度影像感测器(IR CMOS Image Sensor)的能力,主要是应用光飞行时间(Time of Flight, TOF)技术来侦测物体距离镜头的远近。简单来说,就是类似一般红外线监视器,许多红外线LED照着物体,摄影机则会计算发出和回返的时间差,如果时间越短就表示距离越近,反之则较远。


目前如Optrima及广达投资的Canesta,皆是以TOF技术制作深度影像感测器。去年E3展微软发表诞生计画时,业界就猜测将会以此技术进行相关软体开发,但出人意料的是,最后竟选择了同样是以色列公司Primesense进行合作,据称是微软为了避免及阻扰对手发展类似技术而使出的策略。


Primesense提供的感测模组(如图一所示)包含一个VGA(640*480 32bit @ 30fps)彩色影像感测器,可用来拍摄使用者影像,一个Class1红外线雷射发射器,可配合扩散片(Diffuser),产生雷射光斑,一个红外线灰阶QVGA(320×240 16bit @ 30 fps)影像感测器,可用于撷取红外线光斑即侦测物件距离(产生深度影像),一组麦克风阵列,可用来语音输入及消除回音杂讯及一颗专用处理晶片(PS1080)。此外,正式发行版加上了微软专利的旋转云台,可自动追踪动作者的左右旋转、前后倾斜,以解决玩家经常跑出感测器视野范围问题。


雷射光斑编码是技术主轴

和其它家TOF技术有很大不同,Primesense深度侦测主要应用雷射光斑编码(Light Coding)技术。所谓雷射光斑(Laser Speckle)是指当雷射光经过扩散片时,会产生随机散光点,随着距离不同亦会产生变化,相当于在可视范围内每处空间都作了不同的记号,因此当物体进入侦测距离内或产生变化时,经计算比对后即可得知物体距离,产生3D深度图以供后续应用。


不过,不管是TOF或是Light Coding,因为都是以红外线作为回返参考光,因此使用上须避开阳光直射的窗边或高温物体或过多反射面的环境,且距离太近(一米内)或太远(五米以上)都会造成反射量太多或太少,进而造成误判现象。


《图一 微软Kinect体感传感器》
《图一 微软Kinect体感传感器》Source:Microsoft 官网Facebook

虽然Primesense提供了微软Kinect不错的深度侦测技术及简易骨架分析(如图二所示),但对肢体动作辨识这个部份看来较为不足,因此微软自行整合此部份技术,提供协力软体开发商一些骨架追踪系统,同时可辨识六人,包含二人的动作追踪,每人能追踪二十个节点,使其较容易开发相关游戏。



《图二 3D深度图及简易骨架侦测系统》
《图二 3D深度图及简易骨架侦测系统》Source:Primesense官网

索尼实境互动 跨越真实与虚拟

索尼此次E3展并没有太令人惊艳的内容,可能是因为PlayStation Move已经于今年3月初,在旧金山的GDC2010现身之故。 PS Move所强调的,就是扩增实境与体感功能。


现今大多数的3D游戏多半属于虚拟实境(Virtual Reality;VR)的领域,电玩商致力建构逼真的视觉效果,使玩家分不清是真是假;后为了将虚拟3D物件即时加在真实影像上,于是发展出扩增实境(Augmented Reality, AR)技术,随着主机计算能力增强,反应迟缓问题也得到解决,因此电玩厂商也开始应用于游戏之中。


索尼在PS2时就积极推动扩增实境的游戏Eye Toy,但由于多属幼儿互动游戏,多数成人玩家并不热衷。到了PS3时代,索尼推出了一款「审判之眼」,结合摄影机进行卡片战斗游戏,类似知名卡通「游戏王」,一时蔚为风潮。


《图三 左手为PlayStation Navigator,右手为PlayStation Move。》
《图三 左手为PlayStation Navigator,右手为PlayStation Move。》Source:Sony PlayStation官网

精细定位 打造更逼真实境互动

基于扩增实境的经验、加上Wii的体感式操作模式的流行,2009年E3展上正式推出结合三轴加速度计、三轴角加速度计、地磁感测器及可变色圆球的运动控制器(Motion Controller)及没有圆球类似Wii摇杆的导航器(Navigator)(如图三所示)。


其中变色圆球为一光点,须配合PalyStation Eye摄影机侦测光点位置,如此一来玩家手部动作即可融入游戏中,让画面中的光点变成游戏中的各种物件,如手、球杆、球拍、枪、刀剑、盾牌、弓箭、武器等。由于可透过光点精确定位,所以操作精细度较Wii Motion Plus好一些,且部份游戏支援玩家出现在画面中,令人有身历其境的感受。


综观此次E3展出的Move专用游戏,范围相当广泛,其中最有趣且结合扩增实境的游戏为虚拟宠物EyePet。旧版本须拿一张卡片来进行虚拟宠物定位及互动,此次已不用了,除画面中可看到使用者外,且可以移用光球模拟倒洗发精、莲蓬头冲水、吹风机吹风等动作(如图四所示),充份发挥实境互动的娱乐性,这是Kinect所没有的。另外部份游戏亦可搭配3D眼镜及3D TV进行真正3D互动式游戏,亦是卖点之一。


《图四 PlayStation Move光球应用于EyePet虚拟宠物互动游戏中。》
《图四 PlayStation Move光球应用于EyePet虚拟宠物互动游戏中。》Source:Sony PlayStation官网

任天堂裸视3D 摆脱眼镜束缚

任天堂在2006年底推出Wii,以三轴加速度计(重力感测器)作为体感游戏控制方式,大大改变传统以摇杆按键方式操作,成为当年度销售排行榜第一。 2007年底推出Wii Fit平衡板式体感游戏,可作走绳索、滑雪、呼拉圈、瑜珈等游戏,亦造成一阵风潮。 2009年6月再推出Wii Motion Plus,增加三轴角加速度计(陀螺仪感测器)侦测手部细部旋转动作,虽控制精细度有改善但仍略嫌不足;堪称是体感游戏的始祖。


兼具3D摄影机功能

不过,此次E3展,Wii主机及周边并无太大更新,任天堂反而跳脱了体感竞争,主打裸视3D的掌上型游戏机Nintendo 3DS(如图五所示)。此机最主要特色为裸视、免戴眼镜即可看到3D效果,其上萤幕采视差遮障式(Parallax Barrier, 俗称黑光栅)液晶显示器,可同时显示左右两眼视图,故虽解析度为800*240,其实左、右眼只有各看到400*240而已,在3.5吋萤幕下解析度尚可接受,立​​体感亦有不错表现。


除可显示3D影像外,为增加将来3D影像来源,更在外壳上搭配了Sharp生产的双眼式3D摄像模组,让使用者除打电玩外亦可把它当成3D摄影机使用,拍完后可不需戴3D眼镜即可直接于萤幕观赏。机身外侧另有搭配3D效果调整旋钮,玩家可自行调整立体感强度,以减低造成观赏时的不舒适感。


任天堂在前一代DS中就和Wii Motion Plus一样内建六轴感测器(三轴重力加速度计、三轴陀螺仪),所以已有部份3D游戏在玩家移动、倾斜或旋转游戏机时即会同步改变场景画面的视角,产生强烈的立体感。此次3DS除延续之前六轴控制模式,更加入裸视3D视差遮障显示器,摆脱传统3D眼镜束缚,令人大开眼界,不过美中不足的是此次会场上展出的仅为片段游戏场景,并非完整游戏,上市时间也最晚。


《图五 任天堂3DS实机。》
《图五 任天堂3DS实机。》片来源:任天堂美国官网

台湾厂商抓住3D体感商机

在前一波任天堂Wii体感式游戏兴起时,台湾已有不少厂商因此受惠,而此次E3展预计将掀起另一波3D体感​​换机潮,对于本来就是三大主机代工的厂商,如鸿海、和硕、鸿准…等皆有正面助益且会带动相关产业发展。而零组件供应商除原本供应链下的正崴(连接器)、原相(光学感测器)、旺宏(记忆体)…等,此次又多了一个重要供应商新巨,负责供应微软Kinect的光学镜头。


关键零组件与软体延伸力无限

除了代工及周边零件外台湾还能作什么?在触控板、3D显示面板及摇杆主机间的通讯模组这方面台湾厂商已有不错表现,应可积极争取三大主机商青睐,而其它如任天堂3DS的3D摄影模组及信号处理器,三大主机摇杆的重力加速度感测器、角加速度感测器、地磁感测器,微软Kinect的深度影像感测器、云台控制器,甚至是各式体感或触控式游戏软体的开发,相信这都是值得我们去努力的方向。且这些关键零组件及软体除了电玩市场亦有许多领域需要,如数位相机、智慧家电、汽车、保全、居家照护…等,因此如能技术自有化对于国家整体竞争力亦多有助益。


电玩游戏操作方式从键盘、摇杆到直觉式体感到现在实境互动式,虽然声光视听效果及真实度已得到不错效果,但人们总是不满足现状,相信未来可能还需要再加入更多元的操控模式,如声控、情绪控制、脑波控制…等非接触式控制,及更丰富的体感回馈信号,如振动、触觉、嗅觉、温度、湿度、压力…等,而这些亦是台湾厂商可以认真思考投入的方向。


参考资料:

  • 1.微软(Microsoft)XBOX Kinect美国官方网站 http://www.xbox.com/en-US/kinect


  • 2.PrimeSense官方网站 http://www.primesense.com


  • 3.索尼(Sony)PlayStationMove美国官方网站:http://us.playstation.com/ps3/playstation-move/index.htm


  • 4.任天堂(Nintendo)3DS美国官方网站 http://e3.nintendo.com/3ds/


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