Los joysticks pueden llevar los videojuegos a otro nivel. Los joysticks logran un truco realmente bueno. Toman algo completamente físico, el movimiento de tu mano, y traducen convertirlo en algo completamente matemático:una cadena de unos y ceros (el lenguaje de las computadoras). Con un buen joystick, la traducción es tan perfecta que te olvidas por completo. Cuando estás realmente involucrado en un juego, sientes que estás interactuando directamente con el mundo virtual.
En este artículo, descubriremos cómo varios diseños de joystick comunes manejan esta traducción. Como veremos, la tecnología ha evolucionado mucho desde los primeros diseños de consolas de juegos hasta los sofisticados modelos de "retroalimentación de fuerza" disponibles en la actualidad.
El Sistema Más Simple:Diseño
Un primer joystick de Atari La idea básica de un joystick es traducir el movimiento de un palo de plástico en información electrónica que una computadora pueda procesar. Los joysticks se utilizan en todo tipo de máquinas, incluidos aviones de combate F-15, retroexcavadoras y sillas de ruedas. . En este artículo, nos centraremos en los joysticks de computadora, pero los mismos principios se aplican a otros tipos de joysticks.
Las diversas tecnologías de joystick difieren principalmente en la cantidad de información que transmiten. El diseño de joystick más simple, utilizado en muchas de las primeras consolas de juegos, es solo un interruptor eléctrico especializado. .
Este diseño básico consiste en un palo que se sujeta a una base de plástico con una funda de goma flexible. La base alberga una placa de circuito que se encuentra directamente debajo del palo. La placa de circuito se compone de varios "cables impresos", que se conectan a varios terminales de contacto . Los cables ordinarios se extienden desde estos puntos de contacto hasta la computadora.
Los cables impresos forman un circuito eléctrico simple compuesto por varios circuitos más pequeños. Los circuitos solo transportan electricidad de un punto de contacto a otro. Cuando el joystick está en la posición neutral, cuando no está empujando hacia un lado u otro, todos menos uno de los circuitos individuales están rotos. El material conductor de cada cable no se conecta del todo, por lo que el circuito no puede conducir la electricidad.
Cada sección rota está cubierta con un simple botón de plástico que contiene un pequeño disco de metal. Cuando mueve la palanca en cualquier dirección, presiona uno de estos botones, presionando el disco de metal conductor contra la placa de circuito. Esto cierra el circuito -- completa la conexión entre las dos secciones de cable. Cuando el circuito está cerrado, la electricidad puede fluir por un cable desde la computadora (o consola de juegos), a través del cable impreso y hacia otro cable que conduce de regreso a la computadora.
El Sistema Más Simple:Comunicación
Cuando la computadora detecta una carga en un cable en particular, sabe que el joystick está en la posición correcta para completar ese circuito en particular. Al empujar la palanca hacia adelante se cierra el "interruptor de avance", al empujarla hacia la izquierda se cierra el "interruptor de la izquierda", y así sucesivamente. En algunos diseños, la computadora reconoce una posición diagonal cuando la palanca cierra dos interruptores (por ejemplo, cerrar el interruptor delantero y el interruptor izquierdo simultáneamente significaría una posición diagonal hacia adelante/izquierda). Los botones de disparo funcionan exactamente de la misma manera:cuando presiona hacia abajo, completa un circuito y la computadora reconoce un comando de disparo.
Dos variaciones del diseño de "interruptor":en ambos, el movimiento de la palanca cierra los contactos metálicos móviles. Este diseño comunica el movimiento del joystick en una especie de abreviatura:procesa el movimiento como valores absolutos en lugar de gradaciones sutiles. En otras palabras, no puede distinguir entre presionar un poco la palanca hacia adelante y empujarla hasta donde sea posible; solo hay un valor para avanzar.
Esto está bien, incluso ideal, para algunos juegos. Es el diseño perfecto de algo como Pac Man o Tetris, por ejemplo. Pero puede ser bastante limitante para otros juegos, como los simuladores de vuelo. En la siguiente sección, veremos el analógico convencional. diseño de joystick que puede detectar cambios sutiles en la posición.
Analógico Convencional:Diseño
Para comunicar un rango completo de movimiento a la computadora, un joystick necesita medir la posición del joystick en dos ejes -- el eje X (de izquierda a derecha) y el eje Y (arriba y abajo). Al igual que en la geometría básica, las coordenadas X-Y señalan exactamente la posición de la palanca.
En el diseño de joystick estándar, el mango mueve una varilla angosta que se asienta en dos ejes ranurados giratorios. Al inclinar la palanca hacia adelante y hacia atrás, el eje del eje Y gira de lado a lado. Inclinándolo de izquierda a derecha gira el eje del eje X. Cuando mueve la palanca en diagonal, gira ambos ejes. Varios muelles centra la palanca cuando la sueltes.
Para determinar la ubicación de la palanca, el sistema de control del joystick simplemente monitorea la posición de cada eje. El diseño de joystick analógico convencional hace esto con dos potenciómetros , o resistencias variables .
Analógico Convencional:Potenciómetros
Cada potenciómetro consta de una resistencia, en forma de pista curva , y un brazo de contacto móvil . La fuente de alimentación de la computadora conduce la electricidad a la terminal de entrada, a través de la resistencia curva, a través del brazo de contacto y de regreso al puerto del joystick en la computadora.
Al mover el brazo de contacto a lo largo de la pista, puede aumentar o disminuir la resistencia que actúa sobre la corriente que fluye a través de este circuito. Si el brazo de contacto está en el extremo opuesto de la ruta desde el terminal de conexión de entrada, la electricidad tendrá que fluir a través de una resistencia larga, por lo que enfrentará la máxima resistencia. Si el brazo de contacto está cerca del terminal de entrada, el potenciómetro tendrá una resistencia mínima.
Cada potenciómetro está conectado a uno de los ejes de la palanca de mando, de modo que al girar el eje, el brazo de contacto gira. En otras palabras, si empuja la palanca completamente hacia adelante, el brazo de contacto del potenciómetro girará hacia un extremo de la pista, y si lo tira hacia usted, girará el brazo de contacto hacia el otro lado.
La variación de la resistencia del potenciómetro altera la corriente eléctrica en el circuito conectado. De esta forma, el potenciómetro traduce la posición física de la palanca en una señal eléctrica, que pasa al puerto del joystick en la computadora.
Esta señal eléctrica es totalmente analógica:es una onda variable de información, como una señal de radio. Para que la información sea utilizable, la computadora necesita traducirla a una señal digital -- un valor numérico estricto.
Analógico convencional:a digital
Los controles del volante y del pedal funcionan con el mismo sistema básico que los joysticks convencionales. En el sistema convencional, una tarjeta (una placa de circuito impreso) dentro de la computadora maneja esto con un convertidor de analógico a digital muy rudimentario. . La idea básica es usar el voltaje variable de cada potenciómetro para cargar un capacitor, un dispositivo eléctrico simple que almacena electricidad (consulte Cómo funcionan los capacitores para obtener más información). Si el potenciómetro se ajusta para ofrecer más resistencia, el condensador tardará más en cargarse; si ofrece menos resistencia, el capacitor se cargará más rápido.
Al descargar el condensador y luego medir el tiempo que tarda en recargarse, el convertidor puede determinar la posición del potenciómetro y, por lo tanto, del joystick. La tasa de recarga medida es un valor numérico que la computadora puede reconocer. La computadora realiza esta operación cada vez que necesita obtener una lectura en el joystick.
Puede aplicar potencialmente este sistema a una variedad infinita de controles conectando un potenciómetro a diferentes componentes giratorios. Por ejemplo, los controladores de volante convencionales funcionan exactamente de la misma manera, con el volante girando directamente el brazo de contacto del potenciómetro. Algunos joysticks usan un potenciómetro adicional para un eje Z , activado girando el propio palo.
Algunos joysticks también tienen un "sombrero de copa ":un controlador en miniatura que se activa con el pulgar en la parte superior del joystick. Este pequeño joystick utiliza el mismo sistema de interruptores que el joystick simple de la última sección.
El sistema analógico convencional funciona bien, en general, pero tiene limitaciones. En la siguiente sección, descubriremos cuáles son los principales problemas y luego veremos algunas soluciones recientes.
El Flighterstick, un moderno joystick USB programable de Productos CH , utiliza el mismo sistema de palanca y acelerador manual (HOTAS) que el real aviones de combate -- los botones individuales tienen formas y texturas únicas para que pueda identificarlos al tocarlos.
El problema con lo analógico
Hay un par de grandes problemas con el sistema de joystick analógico convencional. En primer lugar, el crudo proceso de conversión de analógico a digital no es muy preciso, ya que el sistema no tiene un verdadero convertidor de analógico a digital. Esto compromete un poco la sensibilidad del joystick.
En segundo lugar, la computadora host tiene que dedicar mucha potencia de procesamiento para "sondear" regularmente el sistema de joystick para determinar la posición del joystick. Esto le quita mucho poder a otras operaciones.
A continuación, echemos un vistazo a cómo los diseñadores han abordado estos problemas hasta la fecha.
Nuevas incorporaciones
Los fabricantes de joysticks han abordado estos problemas de diferentes maneras. Una solución es agregar un chip convertidor de analógico a digital sensible en una tarjeta adaptadora de juegos especializada o en el mismo joystick. En este sistema, el convertidor escupe información digital directamente a la computadora, lo que mejora la precisión del dispositivo y reduce la carga de trabajo en el procesador principal. Estos nuevos modelos de joystick generalmente se pueden conectar a puertos USB, lo que también mejora la velocidad y la confiabilidad (consulte Cómo funcionan los puertos USB para obtener más información).
Otra solución es omitir la tecnología de potenciómetro analógico por completo. Muchos controladores más nuevos usan sensores ópticos para leer el movimiento de la palanca digitalmente.
En este sistema, los dos ejes están conectados a dos ruedas ranuradas . Cada rueda se coloca entre dos diodos emisores de luz (LED) y dos fotocélulas (el gráfico solo muestra una fotocélula, un par de LED por motivos de simplicidad). Cuando la luz de cada LED brilla a través de una de las ranuras, hace que la fotocélula del otro lado de la rueda genere una pequeña cantidad de corriente. Cuando la rueda gira ligeramente, bloquea la luz y la fotocélula no genera corriente (o genera menos, de todos modos).
Cuando el eje gira, hace girar la rueda y las ranuras en movimiento rompen repetidamente el haz de luz que brilla en la fotocélula. Esto hace que la fotocélula genere rápidos pulsos de corriente . Según la cantidad de pulsos que han generado las fotocélulas, el procesador sabe cuánto se ha movido la palanca. Al comparar los patrones provenientes de ambas fotocélulas que monitorean una rueda, el procesador puede determinar en qué dirección se mueve la palanca. Este es el mismo sistema básico utilizado en muchos ratones de computadora. (Consulte el archivo de referencia de circuitos electrónicos para obtener más información).
Una de las mayores incorporaciones al mundo de los joysticks es la retroalimentación de fuerza. tecnología. En la siguiente sección, descubriremos cómo estos joysticks te permiten experimentar el juego en un nuevo nivel.
Fuerza de respuesta
La idea básica de una retroalimentación forzada joystick (también llamado retroalimentación háptica joystick) es mover el joystick junto con la acción en pantalla. Por ejemplo, si estás disparando una ametralladora en un juego de acción, el palo vibraría en tus manos. O si chocaste tu avión en un simulador de vuelo, la palanca empujaría hacia atrás repentinamente.
Los joysticks Force Feedback tienen la mayoría de los mismos componentes que los joysticks comunes, con algunas adiciones importantes:un microprocesador integrado, un par de motores eléctricos y un tren de engranajes o un sistema de correa.
Los ejes del eje X y del eje Y conectados a la palanca se acoplan a una polea de correa . El otro extremo de la correa para cada eje se acopla con el eje de un motor. En esta configuración, girar el eje del motor moverá la correa para girar el eje y girar el eje moverá la correa para girar el eje del motor. La función de la correa es transmitir y amplificar la fuerza del motor al eje.
Tanto una señal eléctrica del procesador integrado como el movimiento físico del joystick harán girar el eje del motor. De esta manera, aún puede mover el joystick incluso cuando el motor lo está moviendo.
En el extremo opuesto del motor, el eje está conectado a los sensores de posición del joystick. (sus potenciómetros o sensores ópticos, por ejemplo). Cada vez que el stick se mueve, ya sea por el motor o por el jugador, los sensores detectan su posición.
El joystick tiene un incorporado ROM chip que almacena varias secuencias de movimiento del motor. Por ejemplo, podría tener una secuencia de ametralladora que instruya a los motores para que cambien rápidamente de dirección, o una secuencia de bazuca que instruya al motor para que mueva el joystick hacia atrás repentinamente y luego hacia adelante nuevamente. El software del juego solicita una secuencia particular y la computadora transmite la solicitud al procesador integrado del joystick, que trae los datos apropiados de su propia memoria. Esto reduce la carga de trabajo en la computadora y hace que los tiempos de reacción sean más rápidos.
A medida que los joysticks continúen evolucionando, los fabricantes llevarán la tecnología Force Feedback a niveles completamente nuevos. Esto es genial para los jugadores ávidos, por supuesto, pero también podría tener un gran efecto en el resto de la población. La tecnología de controlador Force Feedback podría conducir a cambios significativos en maquinaria industrial, sillas de ruedas y otros equipos para personas discapacitadas, e incluso en la atención médica. Los investigadores también están desarrollando controladores de retroalimentación de fuerza para que las personas "sientan" Internet mientras navegan.
¡Las posibles aplicaciones son infinitas! En el futuro, los joysticks podrían ser tan omnipresentes como lo son hoy los teclados de computadora.
Para obtener más información sobre estas perspectivas futuras, así como la tecnología de joystick actual y pasada, consulte los enlaces a continuación.
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