运动控制的原理

作者:罗伯特·兰姆

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摩西释放了一些动作控制的灾难。
赫尔顿存档/华盖创意

这是《旧约》中有史以来最疯狂的时刻之一:摩西——世界三大宗教(是的,有三个!)中的一位真正的先知——将他的棍子高高举起,指挥风吹散红海。

这就是它变得可怕的地方,因为风就是这么做的;否则,这只是一个关于一个老人对着水大喊大叫的故事。

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现在有了一条逃生路线,摩西带领以色列人穿过海底,两边都是不可能的风暴水墙。当他们出现在遥远的海岸上时,留胡子的人再次举起他的鱼竿,命令海水冲向法老追赶的军队。

当然,对这一壮举的解释各不相同。忠实的文学家将整个事件归因于神的干预,而其他人则关注大气异常或神话的力量。

但是让我们考虑另一种选择:运动控制技术。

哦,当然,这个解释还需要古代技术的存在——能够控制风和转移大量水体的机械。但是摩西可靠的棍子将其全部激发出来,所以让我们打开那根奇特的手杖,看看它可能包含什么样的技术,好吗?

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当陀螺仪转动时

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也许是蛇吃了其中一个?
码头/形象银行/华盖创意

是的,陀螺仪

你可能还记得这个小玩意,在你童年的玩具箱里,它就住在一团打结的绳子旁边的渣滓里。你们当中比较勤劳的人可能会把它像陀螺一样在地板上旋转,或者在一根绳子上舞动,然后把它扔到阴影里去。

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但是陀螺仪--陀螺仪简而言之——不仅仅是被遗忘的玩具。不像你童年时那个没有脸的土豆头先生,这个小装置在地球上或绕地球运行的一些最复杂的机器中起着至关重要的作用。一个飞机它的自动驾驶系统依靠陀螺仪来保持飞行器的水平控制时刻陀螺仪CMGs)帮助确保国际空间站和哈勃太空望远镜当它们绕着地球旋转时,正朝着正确的方向。

这一切都归结为一种称为精确,旋转物体轴的锥形运动。一旦你开始旋转陀螺仪,它的轴继续指向同一个方向。

文章“陀螺仪的工作原理这本书更深入地探讨了精确度,还包括一些有用的插图,但你可以把它想象成简单的方向感。我们知道太阳从西边升起,所以无论你在晚上多么迷茫,至少你会知道黎明的方向。陀螺仪允许我们创建能够测量或保持物理空间方向的机器,当你的飞机被云吞没时,这是一种方便的能力。

这是如何影响运动控制和Moses神奇的控制棒的?好吧,看看iPhone 4、Wii motion Plus和PlayStation Move。这些智能手机和游戏控制器部分依赖于微型陀螺仪,使设备能够检测相对于固定点的运动,如游戏机或手上的智能手机。

所以,想象一下,留着大胡子的希伯来先知举起了一个Wii控制器,而不是一根棍子,你就知道大概意思了。

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加速度计?我几乎不认识她!

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使用前检查电池。
基恩收集/华盖创意

摩西将他的杖指向天空,搅动着耶和华的机器。水的部分。从前的奴隶开始大批离去。陀螺仪可能会在摩西的神奇手杖的设计中发挥重要作用,但就像你的智能手机一样,陀螺仪也可能自夸加速计

加速度计是一种可以测量…的速率的装置加快,由重力或运动引起。摩西在空中挥舞着他的棍子;摩西像棍子一样把棍子扔出去,从另一面接住。如果有加速度计,它可以记录棍子的运动和速度。

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有几种类型的加速度计存在于我们的电子设备中。例如,压电加速度计(比如iPhone中的那个)依赖于晶体等材料,当施加压力时,晶体会产生电荷——这种可测量的现象称为压电效应

其他加速度计通过计算材料在机械应力下的电阻或磁场引起的电阻变化来工作。更先进的加速度计依赖于纳米尺度微机电系统微机电系统技术

你智能手机上或运动短裤上的加速度计会告诉你你在跑步机上跑了多远跑步机.Wii遥控器内的加速计可以感知你手臂疯狂运动的倾斜、移动和速度,当这些输入信息被传送到游戏机上时,你的动作就会影响游戏中的动作。

那么,摩西的杖是不是配备了纳米技术的加速计?一次运动可能会导致水分开,而另一次运动则会导致水在圣经的报复洪流中崩溃。

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灯光、摄像机、动作

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不需要键盘或控制器。
霍克Enamul /杆斯蒂尔/华盖创意

还有另一种可能性:如果摩西那根华丽的手杖实际上只是一根手杖呢?也许,所有那些隐藏的、分开大海的机器,只是在长胡子的先知做出适当的动作时才启动。

同样,这种能够分隔海洋的技术甚至比我们的现代时代还要先进一点——但对我们的运动做出反应的机器?为什么我们周围都是这些机器。

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参观当地的杂货店,你会注意到一个小小的运动探测器,它使用一种简单的雷达来知道什么时候开门。这个运动探测器发射微波无线电能量(或超声波),它会从地板上反弹回来并返回到传感器。走到它的运动检测器前面,这些能量波会反弹得更早一点——就在你的身体上。检测器会记录波返回所需时间的变化,因此它会打开门让变换器通过。

你的动作控制着一扇自动门。同样的雷达技术在有人路过时打开安全泛光灯,或者在足够大的物体穿过房间时触发家庭安全警报。基于灯光的系统有一束光或一束激光,跨越光源和传感器之间的空间。用你的动作打破这束光警报响了。

Xbox 360微软的Kinect传感器代表了一种更为卓越的运动检测系统。这款设备依靠红外线投影仪和传感器,甚至可以用3d方式想象出昏暗的游戏室里的男人洞穴。一旦Kinect系统描绘出房间,它就会转移到人类身上。

Kinect检测和跟踪每个玩家身体上的48个点,并将它们映射到该玩家身体的数字复制品上。即使是不经意的耸肩,或者戏剧性地举起一根神秘的旧约杖,也会成为一种控制输入。

现在你知道了:运动控制系统允许我们用三种关键方式来控制我们身体动作的小工具和程序。他们中的任何一个或所有人都有可能给摩西的杖以力量来启动一个分离大海的超级机器。

当然,摩西也把杖变成了一条蛇。你得靠自己去想办法了。

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作者的注意

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罗伯特·兰姆,资深撰稿人
HowStuffWorks 2009

在研究过程的早期,我起草了摩西出现在这篇文章中。科学很吸引人,但技术也无处不在。我们每天移动身体,看着机器服从我们。大不了的,对吧?

于是,我转向摩西,这位希伯来、基督教和伊斯兰传统的著名人物。你可能还记得他在电影《十诫》(the Ten Commandments)中由查尔顿·赫斯顿(Charlton Heston)饰演、或在动画电影《埃及王子》(the Prince of Egypt)中由瓦尔·基尔默(Val Kilmer)配音的那个长得像巫师的家伙。在将他整合到文章中时,我发现虽然现代技术能够促进基于杆的控制系统,但类似kinect的系统却只能依赖于木棒。

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来源

  • 班克斯,大卫。“Playstation的举动让运动控制游戏变得有趣,而不是令人沮丧。”连线:极客爸爸。2010年11月2日。(2012年5月4日)http://www.wired.com/geekdad/2010/11/playstations-move-makes-motion-controlled-gaming-fun-not-frustrating/
  • "控制力矩陀螺平台"Gyroscope.com。(2012年5月4日)http://gyroscope.com/d.asp?product=CMG
  • SENSR.《加速度计实用指南》(2012年5月4日)http://www.sensr.com/pdf/practical-guide-to-accelerometers.pdf

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