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健身環——更懂你的健身設備

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合起來的產品，任天堂的Switch健身環就很有代表性（圖1）。Switch健身環的本體外形像一個普拉提圈，功能則像我們日常健身器材中使用的一種阻力環。不同的是它內置力敏電阻（可以感應用戶的拉伸/壓縮力度），同時通過插入的Joy-Con控制器，通過它可以結合用戶的身體運動來控制游戲的各種進程，而且可以偵測用戶的心率、血壓等數據。

健身手環背后的秘密

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

任天堂的這款游戲設備是通過用戶的身體運動來控制游戲進程，所以實際上整套鍛煉系統是一款體感游戲。它的關鍵是“體感”，這包括游戲對身體動作的感應和對用戶健身數據的處理。

比如在Switch的《健身環大冒險》游戲中，當用戶擠壓Switch健身環并放開時，此時游戲中的人物會顯示對應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。

這個體感游戲中首先是對用戶拉伸環力度的感應，它通過Switch健身環連接處內置的力敏電阻感應器實現，當用戶對環進行拉伸、擠壓動作時，感應器就會偵測到這些變化（圖4）。

同時力敏電阻會根據環的拉伸產生模擬信號，然后將這個信號傳輸到Joy-Con控制器（右）的電路板上。電路板上的單片機STM32芯片再將模擬信號轉換為Joy-Con可以識別的數字信號，最后信號通過藍牙無線傳輸到主機，主機根據信號對游戲程序發出相應的指令完成操作。這樣就完成一個典型的“拉伸手環到游戲反應”的體感動作（圖5）。

當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的動作。比如會對手環進行翻轉、前后左右的移動及上下晃動等常見的操作。對于Switch健身環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行檢測并轉換為數字信號傳輸給主機，主機收到這些信號時同樣會發出指令控制游戲相應的動作。它的具體傳輸原理和上述力敏電阻感應器類似（圖6）。

對于用戶下肢的變化數據則是通過綁在腿部的Joy-Con控制器（左）中的陀螺儀來進行感應的。當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。這樣通過偵測Joy-Con控制器和地面的角度變化，健身系統就可以感應到用戶踏步和屈膝等動作（圖7）。

其次用戶健身的生理感應，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，然后通過內置的算法進行計算得出數據。再比如對手指末端透光度的監測，可以計算出脈搏信號，從而顯示用戶的心率數據（實際上手機上很多健康APP獲取的血壓、心率數據也是通過類似的方法獲取），最后這些數據通過藍牙無線傳輸到主機并顯示在外接屏幕上（圖8）。

這樣健身系統通過力敏電阻感應器、Joy-Con控制器、藍牙無線傳輸和主機的響應，就可以通過體感控制游戲的各個進程和讀取用戶的運動數據，讓用戶在娛樂中完成健身了。

用好體感設備健身不出門

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