真人密室逃脫游戲中的機電設計解析

黃 逸

（南京理工大學紫金學院，江蘇 南京 210023）

1.引言

壓力無時無刻地困擾著我們，我們所要面對的壓力或多或少，而合法的娛樂場所，也就成為了高壓人群減負的去處。真人密室逃脫游戲，在近幾年來逐漸走進了人們的視野，它也是眾多有空閑時間的人民選擇的娛樂項目。密室逃脫游戲一般由三個及以上相對封閉的房間組成，每個房間都有一定數(shù)量的機關(guān)謎題，玩家在游戲中扮演一個“探索者”，他們需要在有限的時間內(nèi)尋找線索并且解開謎題，只有解開當前房間的謎題，才可以通往下一個房間。當所有房間的謎題都解開，玩家也就可以“逃離”這個密室了，游戲就成功通關(guān)。在這其中便會出現(xiàn)一些機械結(jié)構(gòu)與電氣元件，以提升游戲本身的機關(guān)趣味性、多樣性和復雜性。為此，本文將從密室逃脫的常用的機械結(jié)構(gòu)和電子元件來展開討論這些機關(guān)。

2.真人密室逃脫游戲的組成

2.1 真人密室逃脫游戲的劇情

在真人密室逃脫游戲中最為基礎的部分便是劇情了，一個好的劇情可以吸引顧客前來游玩，劇情同時也是一整個密室逃脫游戲的線索來源，一個好的線索可以給異想天開的設計師提供好的設計方案。劇情可以說是密室逃脫中的骨架，它密室逃脫游戲的基礎。

2.2 真人密室逃脫游戲的環(huán)境

一個好的環(huán)境可以給玩家一個好的氛圍，優(yōu)化玩家的游玩體驗，給玩家一種身臨其境的感覺。真人密室逃脫游戲的環(huán)境一般由燈光、聲音、溫度、裝飾物和空間結(jié)構(gòu)組成，它們會最大限度地還原劇情中所出現(xiàn)的場景，同時它們也有可能會為玩家提供線索以推進玩家的游戲進度。

2.3 真人密室逃脫游戲的機關(guān)

機關(guān)是真人密室逃脫游戲中核心，破解機關(guān)所設計的謎題就是密室逃脫的核心玩法，同時機關(guān)的設計與布置也是最讓玩家期待的部分。在密室逃脫中，機關(guān)是必不可少的，它是玩家與密室互動的唯一通道。機關(guān)的外表看似復雜，實際其內(nèi)部所涉及的機械原理與控制原理并不復雜。

3.真人密室逃脫游戲的機關(guān)淺析

3.1 玩家與密室房間的互動流程

當玩家進入到密室逃脫的房間中，用流程圖便可以很簡易地標出來。如圖1玩家密室互動流程圖所示，玩家在密室房間中的基本活動過程，而在這個流程中，大部分的執(zhí)行元件就是簡單的機械結(jié)構(gòu)與電子元件。最為直觀的就是傳感器可以用來判斷“答案是否正確”，然后把反饋信號傳交給機關(guān)中的機械結(jié)構(gòu)，由機械進行執(zhí)行下一步的操作。玩家也可以通過聲音來判定自己給出的答案是否正確。

圖1 玩家密室互動流程圖

當玩家解答完房間的所有謎題以后，并且沒有任何錯誤，通往下一個房間的門才會打開，這個房間的解密就結(jié)束了。傳遞玩家的答案一般使用傳感器，通過不一樣的傳感器可以把聲、光、力甚至是熱轉(zhuǎn)化成電信號，傳輸給數(shù)字電路，其中在密室逃脫中實現(xiàn)判斷“答案是否正確”這一過程通過數(shù)字電路實現(xiàn)，數(shù)字電路可以通過電平的高低實現(xiàn)是非的判斷。

3.2 簡單的機械機關(guān)結(jié)構(gòu)解析

對于一些簡單的機械，設計起來并不復雜，成本也并不是非常的高。就武俠電視劇里的尋寶元素為例也可以通過簡單的機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，而“尋寶”也可以成為一個密室逃脫的主題。

圖2 機械結(jié)構(gòu)簡圖

圖2是一個簡單的機械結(jié)構(gòu)簡圖（電動機、減速器、齒輪齒條沒有標注），上方粗實線部分是擋板，可以擋住視線，玩家便發(fā)現(xiàn)不了目標物體，但是當玩家破解謎題成功之后，傳感器發(fā)出信號，兩邊的滑塊通過連桿連接遮擋板，電動機通過減速器連接齒輪齒條可以使滑塊向下運動，從而打開遮擋板。當擋板完全打開之后，底部的滑塊由兩邊向中間移動，又通過連桿機構(gòu)，把物品所在的平面往上托舉，當下方滑塊十分接近的時候，上方的目標物體便可以呈現(xiàn)在玩家的面前。

這個簡單的機械結(jié)構(gòu)，在許多的機械密室逃脫十分常見，而它的作用機理也并不難。

3.3 常用于設計的簡單機械結(jié)構(gòu)淺析

3.3.1 齒輪機構(gòu)

在許多的密室空間中運動以及力的傳遞往往會成為驅(qū)動整個謎題的關(guān)鍵，以一個齒輪為例，在機械設計領域，齒輪機構(gòu)是應用最為廣泛的一種傳動機構(gòu)。它們具有傳遞功率范圍大、傳動效率高、傳動比準確、使用壽命長、工作可靠等優(yōu)點[3]。齒輪可以穩(wěn)定的傳遞力和速度，因此在真人密室逃脫游戲中，謎題的設計涉及到需要同步而且穩(wěn)定地傳遞功率的情況，可以考慮以齒輪為主的輪系結(jié)構(gòu)。而齒輪精準的傳動比為設計謎題也提供了可能，純機械保險箱上的密碼鎖便是最為直接的體現(xiàn)，降低了謎題被玩家解出但是機關(guān)失靈的可能性，也是間接了保證了密室機關(guān)的穩(wěn)定性。而對于齒輪的制造和安裝精度要求高的缺點[3]，由于密室對精度要求相對與其他設計領域而言要低，而且可以通過3D打印得到齒輪，成本不會過高。

圖3 輪系簡圖

如圖3輪系簡圖所示，這也是常用于密室逃脫的機構(gòu)，C齒輪是一個固定的內(nèi)嚙合齒輪，B是一個復合齒輪，可以與E齒輪內(nèi)嚙合齒輪同時也可以與D齒輪外嚙合，A是一個外嚙合齒輪，它們的圓心都是I且圓心固定，D、E的圓心分別在兩個剛性直桿上，而D、E上都搭載著傳感器（圖上沒有標注），玩家需要轉(zhuǎn)動D輪所連的直桿，當D輪開始轉(zhuǎn)動的時候E輪也會隨之運動，當D、E齒輪共線的時候或D、E輪均到達指定位置，傳感器才會發(fā)出信號，該機關(guān)才算破解成功。齒輪有精準的傳動比和傳遞運動的特點，可以幫助此類機關(guān)設置謎題。

3.3.2 連桿機構(gòu)

還有一種就是在機械領域中經(jīng)常使用到的連桿機構(gòu)。它的運動副元素為面接觸，壓強較小，承載能力較大，潤滑性好，磨損小，加工容易制造，而且連桿機構(gòu)中的低副一般是幾何封閉的，對保證工作的可靠性有利[3]。連桿的這一特點也給密室謎題的設計降低了成本，也保證了密室機關(guān)的壽命。在連桿機構(gòu)中，原動件運動規(guī)律不變的情況下，可用改變各構(gòu)件的相對長度來使從動件得到不一樣的運動規(guī)律，連桿上各點的軌跡是各種不同形狀的曲線，其形狀隨著各構(gòu)件相對長度的改變而改變，故連桿曲線的形式多樣，可用來滿足一些特定工作的需要。利用連桿機構(gòu)還可很方便地達到改變運動的傳遞方向、擴大行程、實現(xiàn)增力和遠距離傳動等目的[3]。因為密室逃脫機關(guān)的多樣性可以提升整個密室謎題的豐富度，而眾多機械密室會選擇連桿機構(gòu)作為純機械謎題的主體，這是由于連桿機構(gòu)的形式多樣化。

圖4 連桿簡圖

當連桿之間的相對長度不發(fā)生變化的時候，它們的運動軌跡也會發(fā)生變化，如圖4連桿簡圖所示，當4號桿固定時，機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)，當1號桿固定時，機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)，當3號桿固定時，為雙搖桿機構(gòu)。因此連桿的設計是多樣化的，固定不一樣的桿件，改變其中一桿件的長度或者把連桿的某一個連接點焊死，一點點的改變都可能讓連桿機構(gòu)的運動軌跡發(fā)生不一樣的變化。因此連桿機構(gòu)同樣也可以應用到密室逃脫的機關(guān)中去。但是連桿近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律或運動軌跡，設計起來比較復雜，其工作效率比較低，而且容易發(fā)生自鎖，在平面做復雜運動和做往復運動的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，因此它常用于低速場合[7]。

3.3.3 凸輪機構(gòu)

還有一種機構(gòu)在密室中也會出現(xiàn)它的身影，那就是凸輪機構(gòu)，凸輪機構(gòu)的最大特點是只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓線，就可以使推桿得到各種預期的規(guī)律，而且響應快速，機構(gòu)簡單緊湊。因此凸輪機構(gòu)不可能被數(shù)控、電控等裝置完全代替[3]。這一特點使得機械機關(guān)的復雜度和趣味度上升了一個檔次。

圖5 凸輪機構(gòu)

圖五是最為常見的凸輪機構(gòu)，凸輪的形狀可以自行設計，它可以按照預先所設計的輪廓轉(zhuǎn)化成對應的直線或曲線規(guī)律，因此它有一定的不可替代性。

3.4 常用于設計的簡單電子元件淺析

在真人密室逃脫游戲中，電是必不可少的，而將電的作用體現(xiàn)得淋漓盡致的媒介，就是各種電子元件，其中LED所產(chǎn)生的視覺效果，可以讓密室的氛圍為之改變。在這里我們將解析其他可以充當解密機關(guān)的簡單電子元件。

3.4.1 DSP芯片

最為常見的就是DSP芯片，經(jīng)常出現(xiàn)在真人密室逃脫游戲中的系統(tǒng)便是DSP的運動機關(guān)控制系統(tǒng)。運動控制系統(tǒng)機關(guān)是密室逃脫機關(guān)群中最重要的執(zhí)行機構(gòu)，當玩家成功按照邏輯定義完成游戲指定操作，前端傳感器觸發(fā)將信號傳遞給MCU，MCU解算，并使能DSP控制標志位，驅(qū)動運動機構(gòu)執(zhí)行伺服工作，基于時序關(guān)系精準控制某一個物體運動到特定位置或打開一道門。其中伺服控制原理是對機械運動部件位置、速度、力矩等特定邏輯和運行規(guī)律的運動手段[4]。真人密室逃脫通常有三四個有聯(lián)系的房間組成，而每一個房間中大約有三四個謎題，當玩家把房間中的謎題解決以后，就要開門，通過門進入下一個的房間，而實現(xiàn)謎題解答完畢到打開門這一過程的處理需要交給DSP芯片進行處理，而DSP面向硬件的編程方式完美繼承純硬件電路高速高可靠性的特[4]，這些優(yōu)點可以大幅度減少機關(guān)失控的可能性，同時也延長了機電機關(guān)的壽命。

3.4.2 PLC

要談論到真人密室逃脫游戲中的數(shù)字解謎元素，就要談到PLC了。PLC對于連接計算機和機械這兩種技術(shù)起到了重要作用。PLC中文名字為“可編程序控制器”，采用了CPU、存儲器等外部設備，而且結(jié)合了電源的設計[5]。PLC在密室逃脫中都可以看到它的身影，最為常見的就是簡易的電子密碼鎖。PLC因為其重量輕、質(zhì)量優(yōu)、使用安裝便捷的特點，在許多密室逃脫機關(guān)謎題設計的過程中會經(jīng)常見到它。它有強大的抗干擾能力與自我檢測能力，這使得在密室逃脫游戲中解密系統(tǒng)的可靠性和壽命得到大大提升。

4.結(jié)語

機電一體化是現(xiàn)在機械制造行業(yè)的流水線，其中汽車生產(chǎn)的流水線、數(shù)控車床的大幅度應用，可以大大提高生產(chǎn)力，提高制造的精度。而在娛樂減壓行業(yè)中，真人密室逃脫游戲中多處會應用到機電，簡單的純劇情密室逃脫，有很好的沉浸式體驗，但是缺乏了與劇情互動的機制，而以機電為基礎設計的謎題，給予了劇情與玩家互動的可能。齒輪精密的傳動特性，可以提高密室的可靠性，連桿的多樣化提高了密室機關(guān)的豐富度，DSP和PLC作為電元件可以讓密室的整體運作具有一定的規(guī)律性。

綜上所述，簡易的機電構(gòu)造可以提高真人密室逃脫游戲的可玩性、多樣性以及可靠性，機電一體化已經(jīng)是多方面地應用在密室中，它的存在讓很多謎題的設計方案得到了實現(xiàn)，從而使得密室的機關(guān)得到了到多方面的豐富。