Световой пистолет

Световой пистолет — указывающее устройство для компьютеров и телевизионных игровых приставок. Данное устройство позволяет «стрелять» в экран телевизора, с соответствующей реакцией «попал-промахнулся».

С появлением вакуумных фотоэлементов (1930-е годы) электронщики начали экспериментировать со световыми тирами. При этом конструкция была такой: в мишени располагался фотоэлемент, в стволе — источник света. Очко засчитывалось, если в момент выстрела свет попадал в фотоэлемент. Первым коммерческим автоматом, который работает на таком принципе, был Seeburg Ray-O-Lite (1936)^[2].

Для стрельбы в экран эту систему пришлось перевернуть: на экране подсвечиваются мишени, а в стволе ружья — фотоэлемент. Первое устройство, действующее на таком принципе (световое перо), было разработано для компьютера Whirlwind I.

На массовый рынок световой пистолет вышел вместе с приставкой Magnavox Odyssey. Ружьё Shooting Gallery («тир») стало необязательным аксессуаром для этой приставки. Впоследствии пистолетом снабжали приставки NES, Sega Megadrive, SNES. Для приставок типа NES он был обязательным в наборе, вкупе с джойстиками и картриджем.

Пистолет применялся в играх Duck Hunt, Wild Gunman, Hogan's Alley, Clay Shooting, Baby Boomer и некоторых боевиках.

Переход на HD-телевизоры, начавшийся с конца 1990-х^[3], закрыл самую простую разновидность пистолета, к тому же развитие геймдизайна создало новые жанры и усложнило геймплей имеющихся — с пистолетом такое провернуть сложно (хотя несколько раз это всё же пытались сделать: например, в Time Crisis под ногами игрока была педаль). Ностальгирующие геймеры испытывают различные конструкции, но ни одна из них не стала новым стандартом.

В стволе пистолета расположен узконаправленный фотоэлемент. Фотоэлемент в момент выстрела считывает освещение и передаёт информацию на процессор приставки.

При стабильном заводском изготовлении таким пистолетам вообще не нужна пристрелка (калибровка), что особенно ценно для домашних приставок. В момент выстрела изображение на долю секунды заменяется особой картинкой, это может быть как белая вспышка, так и сложная чёрно-белая сетка. Невозможно непрерывное отслеживание: точка, в которую наведено ружьё, определяется только при нажатии спускового крючка. Соответственно, враги не могут чувствовать, что оружие наведено на них, невозможна стрельба очередями, затруднена навигация по интерфейсу с помощью пистолета. Некоторые модели привязаны к особенностям кинескопов и не будут работать на других телевизорах — ЖК-, плазменных, проекционных^[4]. Если у телевизора велико время реакции, такой пистолет тоже никуда не попадёт.

Мишени делаются светлыми на тёмном фоне. В момент выстрела фотоэлемент сообщает «1» (светло) или «0» (темно).

Некоторые игроки, раскусив этот принцип, в момент стрельбы направляли пистолет просто на включенную лампочку. От этого фотоэлемент быстро отказывал из-за ослепления. Опытным путём было вычислено, что лучше всего для такой цели подходит окно в дождливый день или в сумерки.

• Возвращаемые величины: попал/промахнулся.
• Преимущества: простота, работает с любым светящимся экраном (ЭЛТ, ЖК, плазма).
• Недостатки: реакция на любой освещённый объект; ровно одна мишень; мишени должны быть яркими на тёмном фоне.
• Автоматы: Зимняя охота
• Приставки: Magnavox Odyssey, клоны Pong.

В момент нажатия на спусковой крючок экран телевизора на доли секунды становится чёрным, с белым прямоугольником вместо цели. Опять-таки, пистолет возвращает «1», если он наведён на мишень, и «0» в противном случае. Если мишеней несколько, подбитая определяется двоичным поиском. В игре Hogan’s Alley в режиме «стрельба по банкам» целых три мишени, для снижения мигания сделан чёрный фон.

• Возвращаемые величины: в момент выстрела — номер сбитой мишени из небольшого количества.
• Преимущества: простота, работает с любым малоинерционным светящимся экраном.
• Недостатки: небольшое количество мишеней, заметное чёрное мигание, на ЖК-телевизорах может и не сработать.
• Приставки: NES

Причина, почему NES Zapper не работает с большинством HDTV, двойная. Во-первых, у ЖК есть задержки буферизации.^[5][6] Один полукадр (на PAL) длится всего 20 миллисекунд, задержки ЖК-телевизоров порядка 60 мс.^[5] Во-вторых, пистолет сделан на дешёвой элементной базе и реагирует на инфракрасное излучение, коего у ЖК недостаточно.^[6] По другим данным, дело в скорости реакции пикселей изображения: за 1⁄60 секунды ЖК не может сделать чистый чёрный или белый^[7]. Задержки буферизации бывают и у больших 100-герцовых кинескопов, их удаётся разрешить дорогими масштабирующими устройствами (HDTV upscalers), дающими задержку в 4 миллисекунды.^[8] Реагирует ли игра на включенную лампочку — это зависит от само́й игры, большинство NES-игр на лампочку всё же не реагирует.^[5]

Эта система аналогична световому перу. Экран на мгновение освещается белым цветом. Система вычисляет время от начала развёртки до момента «встречи» пистолета и луча; таким образом вычисляются координаты точки попадания.

• Возвращаемые величины: в момент выстрела — (X,Y).
• Преимущества: простая конструкция; можно реализовать сколь угодно сложную логику попаданий (большое количество мишеней, мишени с кольцами, «критические зоны» на фигурах врагов и т. д.); высокая точность даже на домашней приставке; мигание экрана, хоть оно и есть, выглядит более естественно.
• Недостатки: требуется отдельный блок обработки пистолета, привязанный к генератору видеосигнала; привязано к особенностям аналогового телевизора с кинескопом и не работает даже на HD-кинескопах, не говоря уже о ЖК, плазменных, проекционных.
• Приставки: SNES, Namco GunCon 1 и 2 для PlayStation 1/2.

В момент выстрела изображение на экране заменяется калибровочной сеткой, в ружье — цифровой фотоаппарат с небольшим числом пикселей, но малым углом обзора. Сетка устроена таким образом, что даже по снимку небольшой её части можно определить точку попадания.^[9]

• Возвращаемые величины: в момент выстрела — (X,Y).
• Преимущества: сложная логика попаданий, работает с любым малоинерционным светящимся экраном.
• Недостатки: мигание (причём не чёрное и не белое); экран всё ещё должен быть малоинерционным; для быстрой реакции нужна быстродействующая система обработки изображений; непонятно, как делить ответственность между игрой и API. Потому дальше патента дело не ушло.

Ружьё реагирует на контуры изображения^[10]. Рекламируется как единственный метод, повторяющий функциональность старых ЭЛТ-пистолетов.

• Возвращаемые величины: непрерывно — (X, Y).
• Преимущества: сложная логика попаданий без всякого мигания, реакция на наведённое ружьё, совместимость со всеми видами телевизоров (инерция мешает стрелку, но не аппаратуре), могут имитировать мышь для игры на эмуляторах.
• Недостатки: точность неизвестна, но из-за широкоугольной камеры вряд ли 1 пиксель FullHD; для быстрой реакции нужна быстродействующая система обработки изображения; рамка вокруг тёмного изображения.
• Периферия: Sinden Light Gun^[10] (выпускаемый малыми сериями с 2020 года и на начало 2024 ещё действующий проект Kickstarter)

Эти способы определения точки попадания не привязываются к изображению на экране.

Все эти методы требуют точной настройки, поэтому применяются в основном в игровых автоматах. Зато в момент выстрела не меняется изображение, это важно в парной игре. Многие варианты передают точку попадания постоянно — таким образом, на экране может отображаться прицельная сетка; враги могут изменять своё поведение, когда оружие направлено на них; возможна стрельба очередями и навигация по интерфейсу с помощью пистолета.

Около экрана располагаются ИК-излучатели. Датчик в стволе (это может быть как фотоэлемент, так и камера, последнее применено в Wii Remote) принимает их излучение, и решается задача решения треугольников. Бывает и наоборот: в пистолете излучатель, а датчики около экрана (PlayStation Move).

• Возвращаемые величины: непрерывно — (X,Y).
• Преимущества: независимость от экрана; сложная логика попаданий; в игровом автомате (где положение излучателей относительно экрана фиксировано) операции по настройке минимальны; из-за непрерывного отслеживания на экране можно показывать прицельную сетку (Ghost Squad); враги могут изменять своё поведение, когда игрок наводит оружие на них.
• Недостатки: в домашних устройствах — потребность в пристрелке (калибровке), желательно в исполнении опытного стрелка. Либо, как альтернатива, у пистолета нет прицела, а прицельная сетка рисуется прямо на экране^[11]. Игроки на Wii жалуются на неточность^[12], игроки на PlayStation Move — на задержку^[11].
• Приставки: Wii Remote для Nintendo Wii, Namco GunCon 3 для PlayStation 3, PlayStation Move+Eye, EMS TopGun для X-Box^[13].
• Автоматы: Ghost Squad

В игровых автоматах иногда применяется оружие, прикреплённое к качающейся подставке. Подставка является, по сути, аналоговым джойстиком (в стволе оружия ничего нет). Встречаются автоматы, в которых на подставке находится оптическое ружьё (например, Crossbow).

• Возвращаемые величины: непрерывно — (X,Y).
• Преимущества: простота, независимость от экрана; сложная логика попаданий; из-за непрерывного отслеживания к ружью можно прикрепить «оптический прицел» (Silent Scope) или постоянно показывать на экране прицельную сетку (Gunblade NY); враги могут изменять своё поведение, когда игрок наводит оружие на них. Возможна имитация отдачи оружия.
• Недостатки: оружие нельзя снять с подставки, непригодно для домашних приставок, требуется тонкая настройка.
• Автоматы: Silent Scope, Gunblade NY.

В стволе ружья находится яркий лазер. Экран (обычно проекционный) снимается камерой, которая не реагирует на изображение, но реагирует на световое пятно от лазера.

• Возвращаемые величины: в момент выстрела — (X, Y).
• Преимущества: простота, экран огромного размера в нескольких метрах от стрелка, произвольная логика попаданий. Калибровка под силу даже неопытному стрелку: поставил ружьё на станок, указал мышью пятно от лазера; либо просто показ на экране калибровочной сетки.
• Недостатки: слишком специфичное для домашнего применения оборудование. Требуется хорошо сбалансированное освещение — в темноте не видно прицела, на ярком свету слепнет экран.
• Применяется повсеместно в различных аттракционах.

После того, как кто-то нажал на спусковой крючок, запускается один из вышеперечисленных алгоритмов для определения, в какую точку он попал.