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聊聊游戏力回馈

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 楼主| 发表于 6 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 leonstone 于 2019-5-16 23:23 编辑

力回馈,英文为Force Feedback,简称FFB。一种通过机械表现出的反作用力,将游戏数据通过力反馈设备表现出来,可以让用户身临其境地体验游戏中的各种效果。

模拟赛车游戏物理引擎会根据转向模拟效果计算力的大小和方向给方向盘反馈,这种计算的原始力度是接近现实力度的,可能会是几牛顿或者几十牛顿。这样问题就来了,最终这些数据会交给FFB方向盘系统来表现,但是这些方向盘系统能提供的最大扭矩却有大不同,例如G27只能提供3Nm左右的扭矩,T300这些只能提供4Nm左右的扭矩,CSW峰值也就8Nm。(现在的大扭矩直驱系统可以在一定程度上缓解这件事,只是缓解,因为会有其他问题。)游戏输出的力度远远大于方向盘系统所能表现的力度,所以游戏会有一个红线,如果超过这个线只会输出一个定额力度。这就是我们说的力反馈剪裁——FFB Clipping。

194610piki5rzuu62h5kmu.jpg 图1
图1里面左侧为我们期望的效果,右侧为发生力剪裁的效果。一旦出现力剪裁,你在转向的时候只会感受到一个恒定力,不会有任何变化,最多也是因力方向的不同使盘子左右摇摆,无法感觉到力度变化带来的细节反馈。因为细节表现主要是通过高频的力大小和方向表现的。

实际上我们玩家还是希望能通过感受FFB细节来提升驾驶感受,所以是不希望这种力剪裁情况发生的。


195027rbrr0xlssrs2qq7r.jpg 图2
图2我们可以看到力回馈表现3种状态:
重度剪裁:基本上不会有什么细节表现了,只有恒定力,这是不应该在任何方向盘上发生的。
中等剪裁:部分力剪裁,还有一些细节表现。对于一些扭矩较小的方向盘有点力剪裁有助于提升感受。
零剪裁:最佳效果。
关于力剪裁红线的标准,这个本来应该是设备支持力度的最大上限,但是具体怎么工作的我不是很了解,只有游戏开发人员才能知道更多了。

零剪裁的实现。其实游戏内置有一个力回馈增益调整功能(gain或者是FFB Multiplier),可以对输出力度信号进行缩放。所以有很多人把这个和音乐音量联系到一起,而方向盘系统就是播放器。这个并不会影响游戏输出的力回细节,只是影响实际的力回力度。我们通过这个调节这个增益值就可以达到一个理想的值。方向盘最大力表现一般值为0~100%。

Capturar2-1.jpg
图3我们可以看到,蓝线是游戏计算的轴力度,最大都能超过25Nm。橙色线为方向盘实际反馈表现,已经出现了大量的力剪裁,峰值部分基本上都成为恒定力,细节变化丢失。绿线为缩放后效果,原始细节基本保留,只是力度峰值整体缩小到正常工作范围内。

理论上只要方向盘能力够,就可以表现这些细节。力反馈主要部件就是电机,是否电机扭力越大就越好呢?这些就是电机制造领域的事了,电机有更大扭矩是可以涵盖游戏输出范围,这也会带来其他问题。电机惯性问题、玩家是否可以承受的住那种力度等等(既然力度玩家无法承受那为什么会有这种力度呢)。

所有FFB调整优先从游戏开始,先要避免游戏输出信号力剪裁的发生,然后才是方向盘的力度设置。多数情况下方向盘的反馈力是指方向盘电机工作力度百分比,控制方向盘电机工作功率。

怎么能知道我的力回馈已经有剪裁了呢?
一种简单的方式是我们直接去感受,但是这个因为有主观原因所以很难解决实际问题(因为有些人很喜欢这种力剪裁效果)。所以我们需要借助一些工具,更直观的观察到力剪裁。
一些游戏内置了FFB meter很方便,例如赛车计划2、Raceroom(R3E)、AC可以使用“FFB Clip”这个插件实现。

PQaKZOJ.jpg
cOSlR2Rl.jpg
ACC、IRacing这种游戏内置了一个FFB检测器。这种检测器工作方式在只要发生力剪裁进度条就会变为红色,如果红的很频繁证明需要降低增益了。
QQ截图20190515110908.jpg

之前罗技时代因为G25这种方向盘硬件限制没有足够的力度去表现这些细节,一些较小的力度无法表现。转向角度越大力度会增加,转动幅度较小虽然也会有力回馈但是因为盘子内的机械阻力大于电机输出的力度(也有可能是传感器等部件性能导致的),这时玩家不会在盘子上感觉到任何反馈,只有转到一定度数才有力回馈感受,这段区间就称之为力回馈死区。不同盘子力回死区也不同,为了避免这种情况游戏提供了一个调整功能叫最小力(Minimum Force)。现代一些高端方向盘力回死区都可以忽略不计。
qH26mw4.jpg
黄色的线就是最小力,也就是说游戏会一直输出以这个黄线为基准的力度给方向盘,让方向盘即使微小的转动都能感觉到力。一般通俗的解释就是有力回死区转动中间比较松,加了最小力会让方向盘中间转动比较紧。

最后来说一下游戏FFB设置另一个有影响的设置——过滤器 Filter
因为游戏计算并输出的FFB信号可能因为一些效果会包含很多高频的信息,这些“细节”一些情况下会对驾驶产生干扰,所以游戏提供一个过滤器来过滤掉这些信息,让FFB曲线变得平滑。
smoothing_zpsb46e26af.jpg

这个图我们可以看的很清楚(从上到下表示过滤的强度),过滤器带来的效果。(rfactor 2 的过滤器设置参数叫smooth)让FFB过度表现的更加平滑。可以消除一些抖动。玩家可以根据自己的需求来调整这个值。

我对FFB的理解目前只有这些了,希望对玩家们有帮助,更好的FFB设置达到最佳的模拟驾驶体验。哪里有问题希望大家指正。大家可以留言积极参与讨论共同进步。

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发表于 6 天前 | 显示全部楼层
潜水艇来冒个泡~~~
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发表于 6 天前 | 显示全部楼层
我擦,不明白,但是还是膜拜下楼主,非常认真,富有钻研精神。
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