游戏手柄是怎么进化到今天这样的？ - 游戏开发技术论坛 - Powered by Discuz!
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游戏手柄是怎么进化到今天这样的？
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主机玩家最在意的是什么？除了主机的性能独占的游戏之外操作是否舒适，交互是否舒适一定是玩家们考虑的一大重点。每一代新主机发布除了讨论主机的性能以及独占游戏之外，大家最关注的就是新的控制器有什么新功能，能不能带来更好的游戏体验？在公布性能参数之后，索尼 PS5终于发布了新一代游戏手柄。
新的 PS5 手柄被称为 DualSense，布局还是我们熟悉的索尼手柄布局，但它的外形相比上一代更加圆润，当然也更像 Xbox 手柄了。仔细想想，我们可以发现几乎所有主流手柄外观都在向圆润的 Xbox 的手柄趋同。
即使是特立独行的任天堂，也提供了类似 Xbox 手柄的 Switch 手柄。为什么所有厂商都要把手柄做成这样子？这个故事，要从 1961 年讲起。
上古时期，人们用什么玩游戏？
上世纪 60 年代，麻省理工学院铁路模型技术俱乐部的史蒂夫·罗素，在 DEC PDP-1 小型机上开发了一款名叫「太空大战」的视频游戏。
游戏的玩法很简单，两个玩家分别控制两个单位互相发射子弹。由于玩这个游戏需要四个开关，起初他们是通过小型计算机前面板的测试开关进行控制的，但测试开关操作起来非常困难，所以他们开发了一个独立的控制设备。这个控制器拥有一个向左或向右旋转的开关，用以控制飞船左右移动。两个按钮用来发射鱼雷和开启超空间，这可以算是第一个专为游戏而生的控制器。
1972 年。世界上第一台游戏主机奥德赛上市，这一时期的游戏主机并没有太多的功能，支持的游戏也极为有限。所以他们针对不同的游戏，创造了不同的控制设备。比如 Home Pong 专用的旋钮控制器，两个不同的旋钮上下控制于左右控制分离开来。想象一下，左手只能控制物体的上下，右手只能控制物体的左右移动，想要用双手完美控制物体的运动轨迹，你需要经过多少练习？
也正是因为旋钮控制太反直觉，普通消费者对这种游戏机并不是很热情。为了解决控制问题，当时的街机业将工厂的操作杆搬上的游戏机。有了操作杆，人们操作游戏角色时想上就上，想下就下，不需要再经过大脑判断控制器的逻辑。与此同时，操作杆还可以同时激活 X 轴开关和 Y 轴的开关，侧向移动也得以实现。
▲ 图片来自：知乎
70 年代投币式街机游戏的爆火，让操纵杆设计已经逐渐被大众所接受，成为所有游戏机的必备设计。第二代最流行的家庭游戏主机雅达利 2600，也理所当然的采用了一根操纵杆加一颗按钮的控制器，这种设计可以让操作角色在平面空间上自由移动并执行动作。但只有一个按钮，极大地限制了游戏开发者的功能设计。遗憾的是，1983 年北美电子游戏崩溃事件，击垮了所有第二代电视游戏机，这种操作杆式控制器随着雅达利 2600 走进了博物馆。
▲ 雅达利 2600 控制杆 图片来自：Wiki
十字按键出现，手柄初见雏形
1983 年，任天堂在日本发布了 Famicom，也就是我们熟知的红白机。功能和游戏暂且不论，它带来了历史上最经典的游戏控制器设计——十字按键。
▲ 图片来自：Wiki
从功能实现来讲，十字按键可以完美代替传统操作杆的所有功能。上下左右四个维度的按键依旧符合人对空间判断的直觉。边缘翘起的设计，可以让人们准确的判断按键的方向。
从舒适性的角度来看，十字键也远超操纵杆。试想一下，如果让你选择用一只拇指或者一只手控制方向，哪个玩游戏会更轻松呢？
除了功能和舒适之外，控制器的成本也是游戏机公司考虑的一大重点。制造一个控制杆需要更多的塑料和金属。而是到一个十字键只需要一小块电路板和几个导电的胶垫。很显然，十字键的成本更低，兼顾了体验与成本，是厂家与用户的双赢选择。
▲ NES手柄拆解 图片来自：iFixit
在 80 年代早期。十字按键配合 AB 键，几乎可以通吃所有游戏，因为那时的游戏复杂度并不高。通常情况下只有角色移动和一两个功能需要满足。
但游戏机硬件是在不断发展的。更强大的硬件机能，让开发者开始寻找更多样的玩法。比如一个角色要跑、要跳、要攻击、还要捡道具。每一个功能都需要按键来适配，游戏机厂商只能不停地在右侧区域加入新的按键。
但人的注意力是有极限的。通常情况下，分布在上下左右的四个按键，就是拇指所能控制的极限。如果按键超过这个数量，用户的拇指就无法准确定位，游戏的操控难度也会直线上升。虽然手柄中间一般还有两个功能按键，但位置确实不方便操作。
▲ 世嘉 MD I （左）和 MD II 的手柄
1991 年任天堂发布了第四代游戏主机 SFC，新主机的控制器在 NES 的基础上，在右侧新增了 XY 两个按键，并在手柄顶部新增了两个肩部按钮，也就是我们熟悉的 L1、L2 按键。这两个按键的位置正好位于握持手柄时食指的位置，用户不需要改变姿势，就能轻松控制这两个按键，非常符合人体工程学。
▲ SFC 手柄
这两个按键的出现，极大地缓解了手柄右侧功能区的按键紧张情况。一经问世，就迅速得到了玩家和开发厂商的认可，任天堂的竞争对手们也纷纷照搬这一设计。但这并不意味着 SFC 的手柄没有缺点，90 年代初，格斗游戏已经在家用视频主机的市场中流行开来。格斗游戏在街机市场上已经形成了方向键连击+功能键操作方式。方向键是否舒适又成了玩家的迫切需求。
传统的十字方向键在快速连击时，必须要使用搓连招的方式。「搓」这个字就能很形象的表现出玩家使用传统十字按键时的痛苦。搓半个小时还好，如果连搓两个小时左手的拇指都能磨下一层皮来。
出现这个问题的根本原因，是十字按键的物理结构导致的。SFC 和 NES 的按键都是固定的，方向键的键程垂直向下。手指在方向键上滑动时，会直接与按键产生摩擦。
格斗流行大潮中，拇指摇杆诞生
针对这个问题，任天堂的老对手世嘉则提出了另一种解决方案——立体式方向键。所谓立体，就是将四个按键组成一体，整体结构类似一个扁平的摇杆，并在按键的四周添加开关，用户的手指不需要离开方向键，就可以快速连击不同的按键。
可能你会说，立体式方向键的和摇杆有什么区别？至少这两样在外观上是有区别的。当时街机厅格斗霸主的 SNK，就在推出的家庭主机 Neo Geo CD 上将方向键替换成了和街机厅类似的摇杆。当然，家用游戏机上也不能直接照搬街机厅的操作杆，SNK 对操作杆的形态进行了改进。
▲ Neo Geo CD 的拇指摇杆 图片来自：wiki
原理上还是和街机厅操纵杆保持一致，采用四个侧边的簧片检测操作杆的位置，但操作杆被缩小到用一根指头就能操作的长度，并将操作杆顶端做出凹坑，方便用户用指头推动操作杆。这一设计成为了后来游戏手柄上拇指摇杆的标准设计。
除了摇杆和按键的进化外，手柄的外观设计。也越来越注重人体工学。70 年代初的家用游戏机手柄。都是放在桌子上玩的。不需要考虑。用户握在手里有什么样的感觉？只需要实现功能就行。伴随着十字按键和操作杆的退场。手柄开始走向小型化，手柄可以轻松地被玩家拿在手上，玩家以不同的姿势都可以对手柄进行操作。
按键增多，手「柄」被迫出现
起初，手柄只有一个十字键和两个按键。功能简单，即使做成长方形的盒子。玩家拿在手里也不会感觉太累。但后来的手柄按键越来越多。例如 1988 年世嘉在日本发售的 MD 的手柄，已经有四个功能按键。一只大拇指管四个功能按键。就需要大拇指在手柄上快速移动。这会导致握持的稳定性下降，玩的时间长手也比较累。这种感觉就类似在现在的智能手机上横屏玩游戏。两个大拇指就管所有操作，不但手累操作效率也低。
▲ 这时的手柄已经越来越圆了 图片来自：wiki
于是各家在手柄设计时都引入人体工学的设计理念，研究手在放松条件下自然握持的姿势，让手柄的形状匹配手的形状。我们将双手放松，自然放在桌面上，会发现其他四指微曲时，手掌中间刚好能放一根棒子。于是，手柄的「柄」就这样形成了。
从上世纪 80 年代末的第四世代开始。世嘉就在 MD 手柄上用上了这种设计理念，手柄两侧突出的握把部分，既可以提高握持手柄时的稳定性，也可以有效减轻长时间玩游戏的疲劳感。
这种的实用的设计，在第五世代游戏机得到了普及。3DO、世嘉土星、PS、任天堂 64，都采用了不同程度的握把设计。大家发现，握把越长握持的稳定性越高，更长的握把可以让原本用来托住手柄的中指得到解放，转而单独操控两个扳机键，进一步缓解拇指操控多按键的压力。
3D 时代，模拟摇杆来了
至此现代手柄的设计就已初见雏形。这里必须要提一下任天堂 64，作为首款 64 位主打 3D 游戏的家用主机，任天堂很早就意识到 3D 时代即将到来。但当时的游戏手柄对 3D 游戏的支持并不是很好，原因有二。
第一个是当时大部分手柄都采用了十字键控制方向的方案，十字按键只有八个方向控制维度，游戏角色只能在场景中以 45°变换方向。这种方向控制法对 2D 游戏来说是足够的，但放在 3D 游戏中，僵硬的方向控制经常造成角色被场景卡住的情况发生。
▲ 传统的摇杆只能识别8个方向
如何让游戏角色在 3D，世界中可以自由的转身？任天堂给出的答案是加入一个模拟摇杆，这个摇杆与之前街机厅的不同，可以检测 XY 轴的向量信号。它不仅有上下左右+45 度角的 8 个方向，还可以通过向量信号，换算出摇杆旋转的具体角度，并推算出摇杆在某方向的动作幅度。
▲ N64 的控制器
有个模拟摇杆的加持，玩家可以操作角色在 3D 场景中原地转圈，还能通过推摇杆的力度控制角色移动的速度。这种跨时代的操作体验。让马里奥 64 在 N64 平台获得了 1100 万的销量，也为家庭主机跨入 3D 游戏时代，探索出了一条新的道路。
开发触感交互，手柄出现震动
除了以模拟摇杆之外，任天堂 N64 的手柄还带来一个重要的功能——震动。在手柄没有震动功能以前，电视游戏对人的反馈只有电视上画面和游戏音效，只占视、听，嗅，味，触其中两项，手柄本身除了按键的确认感外只是指令的输入工具。
▲ N64 手柄可外接震动模块
有了震动后，游戏可以利用触觉做出一定反馈。比如我们在玩赛车游戏的时候将车开到泥土路上，手柄就会通过震动反馈路面的触感，借此提示我们车辆目前状态。手柄的震感如何也是我们选择手柄的一个重要因素。初代 PS 的 DUALSHOCK 手柄，就在任天堂 N64 的基础上，将震动功能集成的手柄内部，并通过两个不同的马达，使震感更加多样化。
初代 DUALSHOCK 手柄，也带来了手柄上的另一个设计——双摇杆。一根摇杆已经可以控制角色的运动，那第二根摇杆有什么意义呢？我们知道3D游戏除了需要控制角色运动外，还需要控制相机视角，如果没有第二根摇杆，视角就只能在几个固定的方向来回转动，这对开放式场景的3D游戏来说是极大的限制。左右各一根摇杆的设计可以让玩家控制角色方向的同时，自由控制视角方向。至于一些闪避攻击的动作，则交给食指和中指的R/L按键控制。
至此，传统游戏手柄已经进化成了完整体，第六世代的游戏手柄也只是对这一设计上进行修补。比如 Xbox 平台枪车球的游戏更多，所以 Xbox 将定位更精细的摇杆放在了方便拇指操作的十字按键的位置。Xbox360 还顺应当时已经兴起的无线趋势，利用无线网技术，去掉手柄连接线，将手柄带入无线时代。
总体来说，以 Xbox 手柄为主的传统的游戏手柄已经进入了「小修小补」的情况。手柄现有的按键足以满足当前的游戏功能。想添加更多的功能时，却发现玩家已经没有多余的手指可用。所以游戏巨头任天堂直接选择了另一条路。
次时代交互，体感控制来临
2006 年，任天堂推出了第七世代的游戏机 will，将重力感应放进了游戏手柄中，并将左右手分离。左手操控摇杆和扳机，右手操控功能性按键。通过陀螺仪监测手柄的动作状态，将现实世界的挥动同步到虚拟世界中。从玩法上来，Wii 反而更加符合人类的直觉，这也让 wii 获得更多家庭用户的青睐。但体感操作在精确度上并不能达到传统手柄的效果，在枪车球之类的竞技游戏上比较吃亏。
到了第八世代，游戏主机只剩下三家，任天堂放下了激进的体感控制，重新回归传统手柄，不过依旧在手柄中采用了重力感应设计。索尼也在手柄中加入了重力和触摸板，用来丰富手柄的操作功能。
传统手柄再次统一市场
即将来临的第九世代中，索尼和微软已经公布了 PlayStation 5 和 Xbox Series X 的手柄设计。这两款手柄都是在过去设计的基础上进行进一步修补，比如将跑马灯换一个位置、减少手柄能耗、换更好的震动马达、为扳机键加入自适应阻尼、内置麦克风、更换 USB type-c 接口、优化人体工学等等。
▲ 手柄设计走向同质化
它们在交互方式和内在功能上相对传统手柄并没有质的变化，更多的是改善功能的体验，并优化各个功能的联动效果。对于开发商来说，传统的设计意味着不会有太大的商业风险，对于玩家来说，设计继承适应起来更加轻松。
但这样的改进终究还是太慢了些，代表未来的体感设备何时才能彻底成熟？游戏交互方式会有新革命么？传统游戏手柄会不会被其他交互设备替代？
如果会，我希望能早点看到这一天。
作者：李晨
来源：爱范儿
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发表于 2020-4-13 10:43:43
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