交互视角下的游戏输入设备

当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这是摩尔定律。

但是，人与计算机的交互方式并没有遵循摩尔定律。1973年，Xerox PARC 发布了个人电脑Alto，首次引入了桌面隐喻和图形用户界面。现在我们所有的界面，分辨率更高，设计更美观易用，但仍未脱离当时的设计范式。主流的交互设备如鼠标、键盘，在那时也已经出现。

同样的事情也发生在游戏业，五十年来，交互设备的演进速度远比不上算力的发展速度。

故事从PONG开始

1946年，世界上第一台通用计算机 ENIAC 诞生于宾夕法尼亚大学。
1972年，米罗华（Magnavox）公司基于 拉尔夫·贝尔发明的Brown box 改良的电视游戏机奥德赛发售，售价100美元。作为世界上世界上第一款电子游戏机，奥德赛最终销量33万套。

但故事的主角却属于雅达利。

同样在1972年，雅达利公司的创始人诺兰·布什内尔受奥德赛启发，找人开发了名为PONG 的游戏街机。PONG 更为方便廉价，遍布酒吧、桌球厅，成为了许多美国人接触的第一款游戏。

PONG 足够简单，屏幕两边有两条可以上下移动的短线，之间有一个可以被短线反弹的圆点。从名字也能看出，游戏模仿了两个人打乒乓球。

Pong 游戏界面

游戏的控制设备只是两个旋钮，能精准地控制两条短线上下移动。玩家只需要控制一个维度的移动，旋转按钮可以很快和短线的移动方向匹配上。

后来，有人基于 PONG，开发了新的玩法。比如这款用按钮操作，支持五人同时游戏的PONG。这款游戏的特别之处在于，除了短线的横向移动，玩家可以用另外两个按钮控制短线的角度。游戏有了两个自由度，玩家有了更多的操作空间，球的运动也会变得更加丰富，极大地增强了游戏性。

复杂的 PONG

当玩家看到一个可以操作的系统，会根据已有的经验有一个预期。这个预期叫做心智模型。心智模型越接近实际系统，玩家掌握这个系统的学习成本越低。显然，当玩家看到这里的四个按钮，很难想到如何按钮和短线运动的对应关系。这里的交互设计是反直觉的。

2D游戏的控制

1977年，雅达利公司推出了Atari 2600。Atari 2600自带的控制器，左上角是一个按键，中间则是一个巨大的支持八方向移动的摇杆。

Atari 2600

新的交互设备很好地匹配了平面像素游戏。许多人的童年记忆里都会有吃豆人的影子。玩家需要控制角色在平面里四向移动。Atari 2600的八向摇杆完全能满足游戏里上下左右移动的需求。同时，摇杆的方向，也是游戏角色移动的方向。玩家看到摇杆，就会知道如何控制，之前旋钮控制不一致的问题，终于得到了解决。但摇杆也有缺点，体积巨大，需要单手完全握住才能操作。长时间使用后，玩家会感觉劳累。

Pac-man (Atari 2600)

作为大摇杆的后继者，十字键最早出现于任天堂的 GameWatch Donkey Kong。被大众熟知则是1983年任天堂FC的控制器。十字键首先减小了控制器的体积，提高了便携性。同时，玩家只用一个拇指就可以轻松地使用。

任天堂 FC

随着游戏需要越来越多的交互，两个按键已经不太够用。部分两键手柄开始用按键时间来区分轻重。在下一代手柄中，基本都采取了6键配置，以满足复杂的游戏操作。大部分公司惯性地将按键添加到右手区域。但是，密集的按键使误按概率明显上升。

任天堂提出了创造性的解决方案——LR键。手柄侧面的按键，开创性将食指引入了游戏操作，极大地解放了拇指。

任天堂 SFC 手柄

3D 游戏世代

1990年，3D渐渐成了游戏的未来趋势。但3D游戏的交互如何设计，仍没有统一的方案。四方向键控制的角色，最多只能向八个方向移动，操作十分生硬。

任天堂给出的答案是N64 手柄和超级马里奥64。

N64 手柄，因为外形又被成为“三叉戟”。这款手柄开创性地引入了模拟摇杆、震动反馈和扳机键。传统的按键和摇杆只能输出0或1两个状态。模拟摇杆能输出一个包含方向和强度的向量。玩家能够更加自由地控制游戏角色，根据力度的不同还能产生不同的效果。

任天堂 N64

根据 Donald Norman 的 Action theory，人的行动是有过程的，从确定目标、意图、行为，到执行，再感知、解释外部世界的变化，最后评估行动的结果。人的皮肤可以感应三种变化，温度、压力和震动。N64手柄的震动功能，提供了一种全新的反馈方式，配合画面和声音的反馈，整个反馈过程更加沉浸，极大地增强了玩家的带入感。

图片来自网络

扳机键，是对侧面按键的改进。相比于需要去摸索位置的普通按键，只要弯曲手指，就能勾到扳机键，显然更容易控制。

1996年发布的神游马里奥64，充分地利用了手柄硬件上的可能性，作为第一款3D游戏，直接定义了3D游戏标准。

操作摇杆：操作马里奥移动。
A键：跳跃、阅读、交谈、翻页等。
B键：攻击、举起、投掷、翻页等。
Z键：下蹲等。
C上下键：控制视点的远近。
C左右键：旋转视点。
R键：切换成马力欧或朱盖木的视点。
START键：暂停游戏，可以查看力量之星获得情况。

模拟摇杆能够控制马里奥在3D世界灵活运动。C键则用来控制摄像机。与现在左右摇杆分别控制角色移动与摄像机移动的操作差别不大。开场镜头的引导动画，帮助玩家理解摄像机视角，从2D过渡到3D。

上帝说，要直接

人机交互领域有一个词，Direct Manipulation，指直接操作对象。比如著名的桌面隐喻，在早期的交互界面设计中，设计者借用了桌面的概念，来帮助用户理解整个系统。用户可以将文件放在桌面上，在桌面上移动文件，或者把文件移到文件夹里。

任天堂在2006年推出的Wii，第一次将体感引入了游戏主机。体感的优势是更加直接，更加贴近用户的心智模型。以打网球的挥拍动作为例，传统手柄上需要按某个按键，但在Wii上，玩家只需要挥动控制器，就可以做出挥拍的动作。显然体感，更加接近玩家的真实操作。体感的交互设计，在很大程度上降低了玩家的学习成本。玩家可以利用他们在真实世界的经验，简单上手。

说起交互方式，手柄、键鼠都是不直接的。用户需要借助一个工具来操作对象。直接的交互方式，比如体感、语音、手势等，用户直接控制交互对象，不需要工具。因为人类对自己身体的天然熟悉，直接的交互具有更好的易用性。但是，直接操作也有缺点。长时间使用体感或者手势时，玩家会感到劳累。在设计动作集或手势集时，也有一些问题，比如动作的区分度。不同的命令间的手势应该有足够的区别。这一点在操作较少时容易做到，但当操作数较多，设计出易学易区分的手势还是很有难度的。

未来随着VR、AR游戏的普及，解放人类双手的直接操作会迎来新的发展机遇。

任天堂的LABO套件，给出了另一个方向的探索。手柄与纸板组合而成的“工具”，让玩家使用“真实”的工具去游戏。

任天堂 LABO

第二块屏幕

在给硬件增加更多的交互性上，一些厂商做出了尝试。

2011年，任天堂给家用机Wii u的gamepad手柄装上了一块屏幕。Ganepad的这块屏幕可以显示电视上的内容，让玩家不用和家人争抢电视。同时，第二屏幕，也给游戏玩法增添了更多可能性。比如游戏里的部分GUI可以在手柄上的屏幕显示。

2012年，雷蛇设计了一款带有触控屏的键盘。雷蛇的屏幕更像是进阶版的可编程按键，屏幕会根据当前运行的程序显示对应的操作键。键盘的键位从固定变为了动态。但屏幕中的内容需要第三方适配。

2017年，苹果在macbook pro上推出了touch bar。将功能键区换成了一块触摸屏。刚推出时，用户的反馈较为负面，认为没有意义，操作时需要低头看，容易误操作等。现在用户逐渐习惯了touch bar的存在。touch bar在一些应用比如，photoshop和Final Cut Pro上，也表现出了效率上的优势。

又是任天堂

2017年3月，任天堂发布了一部模糊掌机与主机界限的新机器——Nintendo Switch。

一块触摸显示屏，配上两个可拆卸的手柄。可拆卸的设计让多人游戏更加容易。任天堂还在手柄里加入了更多的东西。Joy-con控制器拥有三轴陀螺仪，HD震动，甚至还有一个红外摄像头。陀螺仪使手柄拥有了体感的功能，比如塞尔达里射箭时移动手柄瞄准。HD震动能够表现出更丰富精准的震动效果。在演示游戏 1，2，Switch中，晃动手柄，震动能模拟出不同个数的小球在盒子里晃动的效果。红外摄像头，配合LABO，带来了更多的可能性。比如，LABO的纸片钢琴。通过红外摄像头感应按键背面的反射条带，当按下某个按键时，距离变化，摄像头就可以探测到是哪一个键被按下。

任天堂在新的交互方式上仍在不停探索。我期待着任天堂的下一款作品。

附

2019/6/15

学了一年交互后，想用交互的视角来梳理下游戏交互的进展。查了一些资料，写着写着，竟然变成了任天堂的NC粉。嗯，任天堂天下第一。

感谢您的阅读，后面可能还会补充一些新的东西。