Статья предоставлена сайтом 3DNews

I. Общие вопросы:

IV. Force Feedback

Еще вопросы? Пишите...

I. Общие вопросы:

Q: Что такое стандартный игровой порт?
Стандартный игровой порт является специализированным интерфейсом для подключения игровых манипуляторов. В настоящее время практически всегда располагается на звуковых картах и имеет совмещенный с MIDI разъем (не путать с интерфейсом - интерфейсы никак не связаны друг с другом). Существуют также отдельные платы игровых портов, такие, как Thrustmaster ACM Game Card, CH Gamecard CG3, PDPI L4 Gameport и т. д.

Q: Что такое "Dual Gameport" (двойной игровой порт) и где его взять?
Все игровые порты на всех современных платах являются "двойными", или Dual Gameport. Название "двойной" объясняется тем, что на определенном этапе в прошлом интерфейс игрового порта был усовершенствован, и количество воспринимаемых входных сигналов возросло вдвое. Этот усовершенствованный интерфейс и получил название Dual Gameport.

Q: Сколько и какие входные сигналы поддерживает современный игровой порт?
Современный игровой порт поддерживает следующие аналоговые сигналы: 4 оси (X1, Y1, X2, Y2) и четыре кнопки (Button1, 2, 3 и 4). Все, что выходит за эти рамки, поддерживается в цифровом виде при помощи специальных нестандартных интерфейсов.

Q: Каковы преимущества и недостатки игрового порта?
Преимуществом игрового порта является абсолютная совместимость и поддержка всеми операционными средами (начиная от DOS и заканчивая Win2000), обеспечение поддержки устройств ввода практически во всех играх и иных приложениях. Недостатками его являются низкая для современных компьютеров скорость и ограниченные возможности, а также просто колоссальная загрузка ЦП. Интерфейс игрового порта был разработан около 15 (!) лет назад, и с тех пор он остался практически без изменений.

Q: Какие функции управления присваиваются различным аналоговым осям?
Чаще всего оси присваиваются следующим образом: (приводятся также наиболее часто встречающиеся английские термины, используемые в играх для обозначения осей).
X1 (или Х) - "вверх-вниз" джойстика (pitch - тангаж)
Y1 (или Y) - "вправо-влево" джойстика (roll - крен)
Х2 (или rZ) - "вправо-влево педалей" (rudder - руль направления; или yaw - курс, рысканье)
Y2 (или Z) - "вперед-назад" сектора газа (throttle - тяга)
Естественно, для автомобильных рулей ситуация иная:
X1 - руль вправо-влево (steer right-left)
Y1 - газ-тормоз (accelerate-brake)
или:
X1 - руль вправо-влево
Y1 - газ
X2 - тормоз
Q: Что такое "аналоговый хэт"? Что такое "ТМ-совместимый хэт" и "СН-совместимый хэт"?
Хэт, или переключатель вида, является многопозиционным (4, 5, 8 или 9 положений) переключателем, перемещаемым крестообразно в 4 или 8 сторон. Аналоговым хэтом называется хэт, использующий стандартный набор аналоговых входных сигналов игрового порта.
Различные производители используют различный способ считывания положений хэта. "Пионерами" в этой области были компании Thrustmaster и CH Products. Они применили различные подходы к реализации функций хэта:
У ТМ хэт имеет 5 различимых положений (вверх-вниз-вправо-влево-центр), мэппится на ось Y2 (или Z), и эмулирует ступенчатое изменение сопротивления.

У СН положения хэта эмулируются как одновременное нажатие двух или более стандартных кнопок джойстика (BUTTON 1-4). Хэт имеет 4 различимых положения. Кстати, так же мэппятся и дополнительные кнопки джойстиков СН (BUTTON 5, 6). Этот подход оставляет свободным одну аналоговую ось, зато на джойстиках СН по этой причине нельзя нажимать одновременно несколько кнопок, так как результат может оказаться самым непредсказуемым.

Отсюда и обозначение типа хэта на джойстиках других производителей: ТМ-совместимый (мэппинг на 3-ю ось) и СН-совместимый (мэппинг по кнопкам).

Q: Что такое "аналоговый джойстик" и "цифровой джойстик"?
Аналоговым джойстиком является игровой контроллер, который посылает в игровой порт аналоговый сигнал - то есть некий переменный электрический сигнал определенного напряжения и силы тока. Сигнал обрабатывается контроллером игрового порта и ЦП, а дальше, уже в цифровом виде, используется программными интерфейсами. Аналоговые джойстики имеют в своей основе потенциометры.

Цифровыми джойстиками в современном мире называют устройства, в которых на компьютер подается уже цифровой сигнал, который был сгенерирован самим джойстиком. При этом такие джойстики также чаще всего тоже используют потенциометры, просто их аналоговый сигнал оцифровывается внутри устройства. Преимуществом такого решения является то, что аналоговый сигнал превращается в цифровой до того, как он попал в игровой порт в сильно зашумленное в электронном смысле внутреннее пространство компьютера. Недостатками такого решения являются возможные проблемы с совместимостью с играми и нестандартными игровыми портами, так как передача цифровых данных через игровой порт не стандартизирована, и каждый производитель делает это своим способом.

!!! Не путайте то, что я описал выше, с джойстиками типа ATARI, времен компьютеров Amiga, Commodore 64 и MSX, когда джойстик был цифровым от начала до конца - по сути, это были просто 5 кнопок, смонтированные в коробочке с торчащей из нее палкой, четыре из который отвечали за перемещение в восьми направлениях, а пятая - за стрельбу.

Q: Что такое "оптический джойстик"?
В "оптическом" джойстике вместо потенциометров используются оптические сенсоры, похожие на те, которые применяются в мышках. Естественно, сигнал на компьютер подается в цифровом виде, отсюда следуют те же преимущества и недостатки, что и у цифровых джойстиков. Однако оптические системы считывания не подвержены механическому износу, что является известной проблемой потенциометров.

Q: Почему со временем у многих джойстиков появляется "дрожание" и "скачки" сигнала?
Потенциометры, используемые джойстиками, являются обычными переменными резисторами с определенными характеристиками. Эти резисторы подвергаются постоянным нагрузкам, что приводит к износу рабочего слоя и изменению его электрических характеристик на отдельных участках. Помимо этого, с течением времени на скользящих контактах и рабочем слое скапливается налет, состоящий из пыли и продуктов окисления, что ухудшает их контакт между собой. Лечится чисткой или заменой потенциометров.

Q: Почему иногда наблюдается "увод" джойстика по одной из осей?
Причин может быть несколько:
а) Неправильная калибровка - возможно, в ходе калибровки было неточно указано центральное положение. Повторите калибровку.
б) Механический дефект джойстика - к примеру, проворот оси потенциометра в шестеренке или иной детали передачи движения джойстика, или появление большого люфта между ручкой и потенциометром. Тогда в отпущенном положении, когда ручка джойстика стоит вертикально, один из потенциометров может быть смещен относительно требуемого среднего положения. Естественно, обнаружить можно только путем вскрытия.
в) (самое распространенное) Хорошо известный недостаток игровых портов, выполненных на старых ISA-звуковых картах или "мультяхах" (Multi IO Cards) - наводки соседних элементов платы и недостаток питания. Дело в том, что при считывании положения джойстика используется константа - напряжение в 5 вольт. Если эта величина по тем или иным причинам изменяется, смещается и вся позиционная шкала. Если вы хотите избежать подобных проблем, купите новый саунд или отдельных игровой порт.

Q: Почему иногда джойстики подключаются не только к игровому порту, но и к СОМ или клавиатурному порту?
Это применяется для реализации дополнительных возможностей джойстиков, к примеру, программирования и эмуляции клавиатурных команд, использования более 4 кнопок, обмена цифровой информацией и т. д. Все подобные джойстики требуют специального программного обеспечения либо для их программирования, либо для их работы.

Q: Чем отличаются джойстики USB?
Конструктивно - ничем. Отличается электронная начинка, так как они все "цифровые" в том смысле, который вкладывается в это понятие применительно к джойстикам. Понятно, что через USB - порт невозможно подавать аналоговые сигналы. USB позволяет избавиться от типичных проблем игрового порта, как то малая скорость, высокая загрузка ЦП и ограничения по количеству входных сигналов. За USB, видимо, будущее игровых контроллеров.

Q: Как правильно калибровать джойстики в меню Game Controllers?
Самым правильным является точное следование инструкциям по калибровке :-)
Единственный совет касается калибровки секторов газа: для обеспечения четкого "нуля" при полном отклонении сектора газа назад, при калибровке рекомендую отклонять сектор газа назад не до упора, а до первого промежуточного положения (Idle Detente), если оно есть. Если нет - примерно до 8-10% хода сектора газа.

II. Force Feedback

Q: Что такое Force Feedback?
A: Force Feedback (далее - FF), или обратная связь, это передача воздействия внешних сил на устройства (органы) управления в компьютерных играх, для которого используется специальный API - I-Force. Разработчиком этого API является Immersion.

Q: Каковы программные требования для поддержки эффектов обратной связи?
A: В результате сотрудничества Immersion с Microsoft поддержка API I-Force (I-Force 2.0) была введена в DirectX 5, данная версия и является минимальной для работы устройств FF. Стандартный API I-Force не поддерживает DOS.

Q: Какова механика устройств с обратной связью?
A: Эффекты обратной связи транслируются в электрические сигналы, подаваемые на специальные электромоторы, соединенные с органом управления (рулем или РУС) через стальные тросики определенной жесткости или ременную передачу.

Q: Какие типы эффектов могут реализоваться через интерфейс I-Force?
A: Существуют три основных категории "событий" обратной связи: "временнЫе волны", "пространственные условия" и "динамическое воздействие".

"Временными волнами" называются предустановленные эффекты, воспроизводимые в ответ на какие-либо события или действия в игре, и длящиеся определенное время. Эти эффекты не зависят от воздействия пользователя на органы управления. Типичными примерами являются: отдача от выстрелов, толчки от попаданий, удары, проезд неровностей, и так далее.

"Пространственные условия" - класс эффектов, связанный с воздействием пользователя на органы управления. Эти эффекты не связаны с событиями или действиями в игре, и зависят исключительно от того, как игрок перемещает контроллер. Типичными эффектами этого класса являются возвращающее воздействие (центрующее усилие) и общий уровень "тугости" управления.

"Динамическое воздействие" - наиболее сложный и интересный класс эффектов, являющийся сочетанием временнЫх волн и пространственных условий. При реализации данных эффектов осуществляется модификация предустановленных пространственных волн в зависимости от воздействия пользователем на органы управления, и наоборот, моментальное изменение характеристик пространственных условий в зависимости от реализуемых в данный момент времени предустановленных эффектов. Примеры: резкое снижение возвращающего усилия на руле при срыве колес в занос, изменение силы эффекта от столкновения с объектом в зависимости от величины компенсирующего (или, наоборот, усугубляющего) отклонения органов управления.

Q: Какие интерфейсы соединения могут использоваться в устройствах с обратной связью?
A: В силу двунаправленности информационного потока устройства с обратной связью требуют двунаправленного соединения. Традиционно, это либо COM, либо USB, причем последний предпочтительнее, так как объем обмениваемой информации достаточно велик.

Q: Где именно осуществляется обработка команд интерфейса обратной связи?
A: В силу большого объема информации и вых требований к скорости обмена наиболее распространенной является т. н. Архитсокиектура Распределенной Обработки. Компьютер отсылает в устройство некие макро-инструкции, которые затем обрабатываются специальным I-Force-контроллером в самом периферийном устройстве. Наибольшая нагрузка по обмену информацией ложится на "малый цикл":

Q: Можно ли использовать эти устройства как обычные игровые манипуляторы?
A: Да. Во всех устройствах FF есть понятие "возвратной пружины по умолчанию" (default spring). Этот эффект позволяет использовать манипуляторы в тех играх, где нет поддержки интерфейса обратной связи. "Пружина по умолчанию" состоит из двух параметров: усилие центровки (то, что удерживает включенные джойстик или руль с обратной связью в центральном положении) и кривая нарастания жесткости (это характеристика нарастания усилия при отклонении органов управления).

Q: Почему на моем устройстве обратной связи какие-то невнятные и слабые эффекты?
A: Качество и сила эффектов FF зависит от трех вещей: качества самого манипулятора и мощности его моторов, настроек драйвера манипулятора и реализации эффектов в игре. То есть у вас может быть маломощный манипулятор, либо в панели управления вы задали слабые величины эффектов обратной связи, либо в игре эти эффекты реализованы не очень ярко (известный пример - FreeSpace 2: при всех очевидных достоинствах этой игры реализация FF оставляет желать много лучшего).

Q: Какие именно манипуляторы бывают с обратной связью?
A: По протоколу обратной связи I-Force в настоящий момент работают только рули и джойстики. Геймпэды используют другую технологию, Rumble Feedback, о которой будет рассказано более подробно в одной из последующих статей раздела.

Q: Какой был первый коммерческий манипулятор с обратной связью для PC?
A: Первым был джойстик с обратной связью от компании CH Products - CH Force FX Joystick
Правда, по некоторым причинам, у СН он же стал и практически последним - компания не стала активным игроком на этом рынке.

Q: Какие компании сейчас производят устройства с обратной связью?
A: В последнее время манипуляторы Force Feedback выпускает целый ряд производителей - от "грандов" Thrustmaster (Guillemot), Logitech, Microsoft, Genius, до компаний менее известных, таких, как AVB Tech, InterAct, SC&T и другие.

Q: Обратная связь - что же все-таки это такое? Необходимое добавление реализма играм или излишество, роскошь для богатых?
A: Ответ на этот вопрос каждый должен для себя найти сам. Однако мы считаем, что Force Feedback в целом повышает интересность игрового процесса и является технологией, резко изменившей облик современных игровых манипуляторов, сделав из устройств "односторонних" интерактивную схему взаимодействия игрока и игры.