基于模块化的组合式体感设备设计

邓卫斌　刘勇　李淑慧

关键词：模块化 体感游戏设备 组合设计 模块化设计 游戏设备

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2022）02-0109-03

引言

与过去游戏玩家一味追求电子游戏趣味性和竞技感相比，越来越多的年轻人开始将目光投向室内运动和游戏娱乐为一体的体感游戏中。然而传统体感游戏设备由于使用方式和外观造型的局限性导致其并不能很好地适用于不同种类的游戏。体感游戏设备适用范围窄与日益增长的需求之间产生的矛盾成为了众多体感游戏爱好者的困扰。然而模块化设计概念的引入则能有效提升产品适用范围和使用频率，通过对体感设备所具备的功能进行模块化的划分，在不同游戏的使用场景下进行有针对性的拼接组合，可以很好地满足用户在不同类别体感游戏中对设备的操作需求，有利于提升产品利用率避免资源浪费。

一、模块化设计概述

模块化设计理念最早运用在计算机编程领域，与逐条录入语句的传统编程思维不同，模块化概念首先将程序框架按照主程序、子程序搭建出来，再通过逐个填充的方式进行编程;这样分级作业不但降低了程序的复杂程度也更加适合修改。逐渐这样将整体拆分成各个组件的理念就被广泛运用到了各大领域。

直到19世纪50年代一些欧美国家正式提出“模块化设计概念”，模块化便作为一门独立的设计形式被正式用到了产品设计领域，而其在学术上的定义就主要分为两类：一是在固定范围内将功能相同但特性不同的部件通过规范化、系列化的方式进行组合，从而达到拓宽其功能属性与环境属性的目的。二是在特定范围内将功能和形式都相同的单个模块进行叠加或嵌套，使其在组合后拥有更强大的功能属性和适用范围。

作为绿色设计中最具代表性的一类，模块化的设计理念不但对产品外观产生影响，甚至对其功能属性和使用方式也起到决定性作用，同样模块化产品凭借其独特的连接形式和外形特征也使这类产品相较于同类竞品而言更加具备优势：

（一）使用方式多变：相较于一般产品功能性与适用性较为单一的短板而言，模块化产品可以通过对配件的拼接组合来增强产品属性，从而达到增强产品适用范围和功能性的目的。

（二）结构组装标准化：模块化产品在连接结构的设计上普遍采用统一的标准件，让用户无需学习繁多的装配方式，极大地减轻了使用负担。同样在体感设备发生损坏时也可通过更换损坏部件进行维修，极大延长设备整体使用寿命。

（三）生产加工优势：模块化产品大多采用外形较为简单的形体作为其基本单元，后期再通过组合的形式达到复杂形体的构建。这样简化基本单元的方式能很好地降低产品加工难度，从而达到控制生产成本缩短加工周期的效果。

二、模块化设计对体感设备的影响

（_）外观造型的变革

目前市场上现有的体感游戏设备外形具有明确的功能性导向，让人一眼便能从外观造型上看出产品功能点，以“马里奥网球体感游戏手柄”为例，如图1。不论是在外形设计还是在按键分布都有着鲜明的特点，这样独特的外观虽然可以在网球类游戏中发挥得天独厚的操作优势但是在其他游戏上则显得格格不入。这也导致此类产品极低的适用性和通用性，体感设备的这一特点既属于其独特的优势，但也是导致其销量和受众不高的主要原因。而模块化概念的引入则让这一现象发生了变革，简洁的几何形模块组件不但降低了生产加工的难度，更摆脱了传统体感设备在外观上的刻板性和唯一性，如图2。

（二）使用方式的创新

體感游戏不论是在游戏的设计初衷上还是游戏的操作方式上追求的都是玩家的实际操作感，这也导致体感设备在外观设计和使用方式上都非常注重人机工程学的应用，这样的理念虽然能为玩家在使用过程中带来舒适感但过于追求使用舒适和人机尺寸带来的造型刻板也限制了此类设备的用法，使其只具有单一的操作模式，而模块化设备简洁的外观设计既可以满足大多数体感类游戏的操作方式，也可以通过拼接组合的形式得到造型和用法相对专一的设备来式应对操作有一定要求的特定游戏类别，这样多元化的操作方式不但可以同时适用于多款游戏还能激发玩家的创造力，使其主动去探索更多的使用方式。

三、模块化组合型体感游戏设备设计构思

（一）模块化组合体感设备设计需求

1.舒适度与操控性：体感游戏顾名思义就是通过真实的操作和控制让玩家调动全身肌肉进行游戏娱乐的游戏类型，使用的舒适性和操控性一直是这类产品的亮点。所以组合式体感游戏设备在突出模块化的同时更要注重产品在人机工程学上的合理性，尺寸的舒适性、材料的耐摔性和造型比例的合理性都是设计过程中需要考究的。

2.游戏兼容性：从市场调研与同类产品分析中可以了解到，体感游戏设备最大的缺陷就是单个产品的受众较小，不论是使用人群还是游戏种类都会受到产品外观的限制。而模块化设计理念的加入就可通过单个部分的相互拼接来拓宽产品的适用性;

体感游戏的特点便是通过大量的肢体动作搭配有趣的游戏主题，这样的设计理念甚至可以弥补此类设备在硬件上的不足;同样在设计层面上就要对此类游戏的不同类别进行归纳总结，找出不同体感游戏的侧重点再结合这些特点进行模块化设备兼容性的设计。

3.使用与组装的便捷性：模块化设计的一大亮点就是连接方式和部件尺寸的统一性，这样尺寸规格的统一不但可以在生产加工中节约成本，更可以在使用层面上带来很多便捷;不同部件的组合更多的是玩家自己探索出来的，如何拼接出适合使用的操控设备对于玩家来说本身就是一种具有趣味性和探索意义的活动，而便捷通用的连接结构设计更是让这一切成为可能。玩家在自身探索中得到新造型并将这一成果运用到游戏中，这样新的操作体验带来的趣味性在某些情况下甚至已经超过了游戏本身带来的乐趣，这也是模块化设计带来的独特魅力之一。

（二）模块化组合体感设备设计策略

1.体感设备功能点归纳：笔者通过对体感游戏种类进行观察和总结后发现目前此类游戏中占比较高的类型有：运动健身类、枪械射击类、节奏打击类和动作格斗类，因此相应的外接设备也是种类繁多如：体感手柄、枪械外形手柄和健身环等。在对这些游戏和设备的使用方式进行归类和对比再通过模块化的设计理念进行功能区域的划分再设计，大致可将功能模块分为可左右手独立操控的分离控制模块，具有射击功能的枪械模块和具有一定敲击特性的音乐打击模块;玩家只需将具有不同功能属性的模块进行适当的拼接与组装就可以得到与游戏类型对应的外接设备。

2.提升体感游戏设备在电子游戏中的通用性：经市场调研与用户研究得知，体感游戏不论是设备还是玩家数量在整个电子游戏行业的占比都不高，而造成这种现象的主要原因就是硬件上的不匹配。模块化设计可以通过将传统游戏手柄一分为二来实现左右手独立操控，这样的设计理念不但能让外接设备满足体感游戏的操作要求更能在组合之后实现对普通电子游戏的控制，从而打破横亘在体感游戏与传统电子游戏之间的硬件壁垒。

3.简化游戏流程优化游戏体验：由于传统体感游戏设备的适用性差，一款设备只能匹配一类游戏的弊端，笔者通过观察法发现，玩家若在游戏过程中想切换其他类型游戏则需要重新连接新的外接设备，这样繁琐的操作和安装步骤不但缩短了游戏时间也极大地影响了玩家的游戏体验，如图3。而模块化设备则可以很好地避免这样的困扰，各个模块之间相同的连接结构与组合方式让玩家只需通过简单的拼接或拆卸产品模块就可以在无需重新连接的情况下完成对外接设备的更换与匹配，这样快捷自然的转换形式不但能极大缩减游戏之外的准备时间，更能让玩家体验到亲自动手组装时带来的愉悦感和场景代入感，如图4。

四、模块化在体感设备中的设计应用

（一）设计定位与目标

通过对现有体感游戏设备的市场调研与功能性总结，再基于体感游戏设备的用户需求以及使用场景需求分析，总结出体感化设备的设计方法为：提升产品通用性、体感设备功能点归纳以及优化玩家游戏体验。本文的体感游戏设备主要通过模块化拼接与多功能性相结合的形式来拓宽产品使用范围和提升产品利用率的目的。产品设计目标为通过功能模块组合的形式来适应不同游戏种类对硬件设备的要求：动作类游戏对动作捕捉灵敏度的要求、射击类游戏对外接设备操控性的还原以及音乐打击类游戏对外接设备操控方式多元化的要求等。而在设备组装与使用方面则需要达到组装规程流畅，功能部件精简的要求，并且可通过功能模块之间的造型联系对用户装配起到一定的引导性作用。

（二）模块化体感设备基本模块设计

产品基本模块由两个分离式手柄和两个短棒组成，这样的设计在满足玩家左右手同时持握进行操控的同时也能最大限度地保证玩家手臂挥动的幅度;产品通过记录左右手不同的运动频率和状态也能更加精准地捕捉全身动作帮助玩家更好地对游戏进行控制，提升游戏真实性和娱乐性。

1.单个模块设计-分离式手柄：分离式手柄的灵感来源于小型充电枪和单手操控的体感游戏手柄，并且通过参考充电枪的持握方式和传统游戏手柄的按键分布来对手柄的整体造型与细节设计进行把控。玩家不但可以使用分离式手柄来捕捉自己挥舞、甩动、伸展等动作进行游戏更可以通过与其他配件组合拼接的方式得到功能与造型各不相同的体感游戏设备。

手柄小巧独特的枪械外观能真实还原射击类游戏的操控方式，左右手独立持握的优势能满足玩家同时操控两把枪械控制设备的诉求;相比于一般体感枪械笨重复杂的外形而言，分离式手柄在操控方面则显得更加便利轻巧，手柄底部的板机型按键则能真实模拟出枪械使用过程中的触发和射击感。

2.单个模块设计-组合式短棒：组合式短棒的设计灵感和造型来源于鼓棒这种敲击乐器，通过对体感游戏的种类和操作方式进行划分后得知音乐类和打击类体感游戏在整个体感游戏中所占的比例是非常大的，因此在配件的设计上就增加了组合式短棒这样的模块，玩家在使用过程中可通过模拟出敲击、挥动等动作来实现对此类游戏的操控。在外观设计上简洁的柱状造型不但给玩家更多的持握方式，也避免了因产品外观过于复杂而导致的生产加工成本过高等问题。

（三）模块化体感设备组合方案展示

在基本模块适用于大多数类型的体感游戏后，玩家可以通过模块之间相互组合的形式将分离式手柄与短棒进行自由组装，组装后得到的造型可适用于枪械战斗类、狩猎类和格斗类体感游戏。

1.组合形态一组合式手柄：通过将分离式手柄进行拼接组合，可以得到与传统电子游戏手柄功能和造型一致的形态;玩家可以通过组合式手柄对非体感类电子游戏进行操控，这样的组合形式不但弥补了体感游戏和传统电子游戏之间因为硬件不匹配而产生的鸿沟，更可以将大量的电子游戏玩家引流到体感游戏中来，从而达到快速拓宽体感游戏受众基数的效果。

2.组合形态-火铳：利用分离式手柄可作为小型手枪类体感设备的特性，将手柄前端与分离式短棒进行组合则可以得到类似于火铳造型的长筒枪械外观;相比于小巧轻便的小型手枪造型，枪管较长的火铳造型则更适合双手持握，一只手握住枪柄扣动扳机另一只手托住枪管的操控形式更容易提升射击精准度和稳定性。因此相比于对精度要求较低的枪械战斗类游戏而言这样的外接形式更适合对精度有一定要求的狙击类、打靶类和狩猎类游戏。由于基本模块数量的原因这样的火铳造型体感设备可以得到两把，因此不但可以单人使用，更可以满足两人同时使用的状态，更为游戏的竞技性和互动性增添乐趣。

3.组合形态一瑜伽棒：将短棒两端相连可得到和瑜伽棒尺寸相近的长棒造型，该造型不但可以辅助玩家进行一定程度上的拉伸放松起到缓解肌肉压力的效果更可以配合相关体感游戏进行有针对性的肌肉放松;除此之外握住长棍中间部分还可以进行以光剑打击为主题的音乐打击类体感游戏。

4.组合形态一弓箭：利用所有模块部件首尾相接得到的弓箭造型不但弥补了此类体感设备在市场上种类空白的问题，更为玩家提供了全新的操控方式;弓箭造型的出現在一定程度上拓宽了体感设备的操控形式和游戏类别，以更真实的形式还原了弓箭射击类和狩猎类游戏的操控形式。玩家一只手持弓另一只手通过佩戴小型触发设备模拟拉弓射箭的状态来完成一整套拉弓射箭的效果。

此款模块化组合式体感游戏设备通过对功能部件的配件组装可适用于传统电子游戏、体感运动游戏、射击枪战游戏、体感音乐类游戏和狩猎类游戏等多种游戏种类，这样的设计形式不但能很好地满足上文提到的设计需求与设计目标更实现了将原本分散的体感化设备进行集约化设计的目的。

（四）方案装配方式及尺寸展示

模块化单元连接结构展示：装配相同的连接方式可以更好地进行不同部件之间的相互连接，因此在模块化的连接结构上选用了十字形嵌入式的卡扣方式（图5）;用户可以通过将十字形结构嵌入不同模块内部再旋转锁定进行固定的方式快速连接不同模块。这样的连接结构有着结构简单、连接方式稳定和装配便捷的优势。

（五）产品使用方式与基本信息展示

1.产品模块尺寸数据展示：手柄总体高度为60毫米，总长123毫米，顶部与侧面连接连接口直径为33毫米，手柄持握区域为60毫米，操作区长度为73毫米。产品尺寸数据基本符合现有手柄尺寸数据，手柄长度符合成年人单手持握使用。手柄组合后的尺寸与传统电竞游戏手柄尺寸相近，符合玩家双手操作习惯，不会在使用时造成因尺寸不合而带来的不适。组合式瑜伽棒由两个相同尺寸的短棒组成，短棒长度为290毫米，棒体直径为35毫米，可以与手柄前端33毫米的结构相匹配。短棒一段各有一个70毫米长的手部持握区域。

2.考虑到控制部分使用方式和握持方式的不同，于是基于人机工程学和人体尺寸数据考虑，将使用方式大致分为单手操作和双手使用两种状态，单手使用时需要将用户手掌宽度，指节长度以及手掌大小等数据考虑进去（图6）;而在双手使用时则需要考虑到用户肩宽、大拇指长度等数据信息。（图了）以这些数据作为指标可以很好地约束产品尺寸并且符合受众人群使用。

3.模块化组合型体感设备使用场景展示：在分离式手柄使用过程中主要通过动作幅度和频率对游戏进行控制但由于游戏类型和玩法的不同玩家可以在运动操控的基础上通过大拇指来控制手柄按键从未达到提高游戏控制精度的目的（图8）;相较于分离状态而言组合形式的操控方式则于传统游戏手柄类似，这样的操控方式也能避免玩家在游戏过程中因操作方式改变而带来的不适感（图9）。

短棒在外观设计上分出了主体部分和手持防滑区域，玩家只需握住棒体防滑部分即可进行游戏;简单的外观设计与使用方式的多样性更能激发玩家主动去开发不同操控方式的探索欲。通过分离式手柄和短棒组合而成的枪械造型与弓箭形态相对于一般体感游戏而言更多注重的是玩家与设备的操控感而非游戏本身，因此再使用方式和產品外观上都力求与真实枪械和弓箭一致。目前模块化设计在体感游戏设备中的应用并不广泛，文中对此类方法在体感设备中的运用于构思也只是此类设计优势中的冰山一角;相信伴随着越来越多设计师投入到体感游戏设备的设计行列可以让这一小众游戏产业朝着对人类身心健康的有利面发展。

结语

模块化的设计理念为体感化游戏设备提供了一种全新的设计思路和方向，这一概念可极大拓宽体感游戏设备的使用率和适配性，更能很好地满足体感游戏玩家对多种游戏的需求，因此不论是在用户使用和商业价值上还是在经济环保的绿色消费都具有极高的使用价值和实践价值。

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