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健身環(huán)——更懂你的健身設(shè)備

為了解決在家就可以健身的問題，游戲廠商們推出不少將游戲和健身結(jié)合起來的產(chǎn)品，任天堂的Switch健身環(huán)就很有代表性（圖1）。Switch健身環(huán)的本體外形像一個普拉提圈，功能則像我們?nèi)粘＝∩砥鞑闹惺褂玫囊环N阻力環(huán)。不同的是它內(nèi)置力敏電阻（可以感應(yīng)用戶的拉伸/壓縮力度），同時通過插入的Joy-Con控制器，通過它可以結(jié)合用戶的身體運動來控制游戲的各種進(jìn)程，而且可以偵測用戶的心率、血壓等數(shù)據(jù)。

健身手環(huán)背后的秘密

我們先來了解一下整個健身系統(tǒng)的組成，它主要包括Switch健身環(huán)本體、Joy-Con控制器（兩個，機(jī)身右側(cè)的插在Switch健身環(huán)上，機(jī)身左側(cè)的綁在腿上）、游戲主機(jī)、游戲軟件和外接顯示設(shè)備（非必需）等（圖2）。

任天堂的這款游戲設(shè)備是通過用戶的身體運動來控制游戲進(jìn)程，所以實際上整套鍛煉系統(tǒng)是一款體感游戲。它的關(guān)鍵是“體感”，這包括游戲?qū)ι眢w動作的感應(yīng)和對用戶健身數(shù)據(jù)的處理。

比如在Switch的《健身環(huán)大冒險》游戲中，當(dāng)用戶擠壓Switch健身環(huán)并放開時，此時游戲中的人物會顯示對應(yīng)的壓縮和釋放的畫面效果（圖3）。同樣，人體在房間不斷抬腳原地運動的時候，游戲中的人物也會顯示在不斷跑步的狀態(tài)。

這個體感游戲中首先是對用戶拉伸環(huán)力度的感應(yīng)，它通過Switch健身環(huán)連接處內(nèi)置的力敏電阻感應(yīng)器實現(xiàn)，當(dāng)用戶對環(huán)進(jìn)行拉伸、擠壓動作時，感應(yīng)器就會偵測到這些變化（圖4）。

同時力敏電阻會根據(jù)環(huán)的拉伸產(chǎn)生模擬信號，然后將這個信號傳輸?shù)絁oy-Con控制器（右）的電路板上。電路板上的單片機(jī)STM32芯片再將模擬信號轉(zhuǎn)換為Joy-Con可以識別的數(shù)字信號，最后信號通過藍(lán)牙無線傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)根據(jù)信號對游戲程序發(fā)出相應(yīng)的指令完成操作。這樣就完成一個典型的“拉伸手環(huán)到游戲反應(yīng)”的體感動作（圖5）。

當(dāng)然在實際的健身鍛煉中，用戶并不是只有一個簡單的拉伸手環(huán)的動作。比如會對手環(huán)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、前后左右的移動及上下晃動等常見的操作。對于Switch健身環(huán)這些三維空間的變化，Joy-Con控制器（右）里自帶的陀螺儀會自動進(jìn)行檢測并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸給主機(jī)，主機(jī)收到這些信號時同樣會發(fā)出指令控制游戲相應(yīng)的動作。它的具體傳輸原理和上述力敏電阻感應(yīng)器類似（圖6）。

對于用戶下肢的變化數(shù)據(jù)則是通過綁在腿部的Joy-Con控制器（左）中的陀螺儀來進(jìn)行感應(yīng)的。當(dāng)偵測到綁在用戶腿部的控制器是和地面垂直時，就判定用戶的腿是靜止的，而偵測到控制器是處于水平（或者和地面有一定的角度），那么就判定用戶的腿是抬起狀態(tài)。這樣通過偵測Joy-Con控制器和地面的角度變化，健身系統(tǒng)就可以感應(yīng)到用戶踏步和屈膝等動作（圖7）。

其次用戶健身的生理感應(yīng)，如運動過程中血壓的變化，通過Joy-Con控制器（右）自帶的紅外攝像頭捕捉用戶特定部位的影像，然后通過內(nèi)置的算法進(jìn)行計算得出數(shù)據(jù)。再比如對手指末端透光度的監(jiān)測，可以計算出脈搏信號，從而顯示用戶的心率數(shù)據(jù)（實際上手機(jī)上很多健康A(chǔ)PP獲取的血壓、心率數(shù)據(jù)也是通過類似的方法獲?。?，最后這些數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙無線傳輸?shù)街鳈C(jī)并顯示在外接屏幕上（圖8）。

這樣健身系統(tǒng)通過力敏電阻感應(yīng)器、Joy-Con控制器、藍(lán)牙無線傳輸和主機(jī)的響應(yīng)，就可以通過體感控制游戲的各個進(jìn)程和讀取用戶的運動數(shù)據(jù)，讓用戶在娛樂中完成健身了。

用好體感設(shè)備健身不出門

現(xiàn)在大家的工作節(jié)奏越來越快，壓力也越來越大，很多朋友都處于亞健康狀態(tài)，因此加強(qiáng)自己的體能鍛煉是保持良好工作狀態(tài)的一個好方法?，F(xiàn)在借助Switch健身環(huán)這類體感設(shè)備，它們將娛樂和健身結(jié)合起來，游戲通過冒險模式吸引玩家上手，形成習(xí)慣后就可以達(dá)到輕松堅持的目的。希望市面上類似的設(shè)備越來越多，讓每一個人都可以在娛樂中實現(xiàn)強(qiáng)身健體！