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前掌机时代:计算器、游戏手表和Game & Watch

Game & Watch从计算器上获得灵感,在有限的硬件条件下实现了更多可能。

作者投稿张贝2020年06月11日 11时12分

任天堂,这家从1889年就存在的纸牌公司,当你在今天搜索它的起源时,也许有机会看到横井军平开发Game & Watch时的小故事:当横井在新干线上看到一个商人无聊地摆弄着自己的计算器时,一个想法在他的脑海中萌生——如果能有一种游戏设备像计算器一样随身携带,这漫长的新干线旅程也就不会无聊了。

1980年,任天堂的掌机Game & Watch正式发售。

横井的故事并非凭空捏造,Game & Watch不仅因新干线上的计算器偶遇而诞生,它在技术上与计算器的发展也密不可分。

Game & Watch的系列产品一直卖到1991年

对“过时”技术的当下思考

上世纪70年代前后,液晶显示屏(LCD)技术已经经过了几轮简单的迭代,可用的液晶显示屏终于面向商业市场推出。夏普、德州仪器等厂商迅速闻到了应用的先机,取代了原有用发光二极管(LED)作为显示设备的方案,为旗下的手持计算器配备了这种液晶显示屏——也就是我们后来熟知的TN-LCD。

TN-LCD的原理图。TN-LCD的出现,满足了当时电子手表、计算器和仪表显示屏等LCD器件的性能要求,从而真正形成了TN-LCD产业时代

在TN-LCD的工作原理中,格外引人注目的是带有数字图案的玻璃基板(如上图中的数字2)。玻璃基板上面有带氧化铟锡的透明电极,打开电源后,光线无法通过的区域就会显示出预先设定好的形状。

你或许有过这样的体验:小时候乱打计算器、来回插拔电池时,显示屏一瞬间可能会显示出一连串“8888”,就是电子计算器预设好的图案(7段数码管)。这种图形的实现方法,被横井军平巧妙地应用在了后续的开发工作上。

一个典型的Game & Watch的LCD屏幕玻璃基板,卡通人物的动作活灵活现,表情栩栩如生,与之相配的游戏是1983年发售的《Mario’s Cement Factory》

借助TN-LCD独特的特性,横井将角色卡通化预设在玻璃基板上,不仅是动作,甚至表情也能通过一定的艺术化改造表现出来,这无疑给硬件机能捉襟见肘的手持机赋予了在当时看来强大的画面表现力。

横井本人多年后回忆自己的开发理念,将它总结为“对‘过时’技术的当下思考”。当时,为争夺市场,夏普与卡西欧正在进行激烈的价格战,导致日本计算器用的电子元器件产能过剩,价格低廉。所以,不只是TN-LCD屏幕,Game & Watch在其他硬件选材上也沿用了当时主流的低端计算器配置:处理器选用了夏普的4位处理器“SM-5”系列(早期多是SM-510),整个设备使用两枚LR44纽扣电池供电。这样一来,不仅大大压低了生产成本,更是保证了产品的稳定性。

解决了硬件上的痛点,在游戏软件的开发思路上,横井与他的小组也有不同于业界的想法:他们极为聪明地回避了CPU的操作,只使用少量代码和成熟的电子配件就能实现复杂的逻辑、控制图形的操作和显示。比如在游戏中最关键的逻辑上,与当时主流的Atari 2600等家用机控制X、Y坐标精灵图的思路不同,Game & Watch完全依赖于直接运算。因为“SM-5”系列芯片提供有内嵌的LCD驱动,显示器是内存直接映射的,所以,显示器RAM地址中的$60至$80,对于程序来说也是直接可以访问的。

Game & Watch使用的处理器SM-510的电路框图。有趣的是,横井军平曾有在夏普公司实习的经历,他对这块处理器可能非常熟悉

不想看下面几段的朋友可以直接跳过,但我想简单解释一下原理。

Game & Watch以一个由微处理器生成的多项式代码发起,当它开始时,每次都会产生一段相同的输出流,这些输出流都会传入数据选择器(Demultiplexer)。数据选择器的下方,控制着多个移位寄存器(Shift Registers),这些寄存器通常可以被用来操作栈中的Bit,彼此同步向左或是向右进行移位。

游戏依赖多个这样的移位寄存器一起进行工作,这些寄存器中的每一个Bit都与LCD上的元素有所关联,$60至$80分别被映射在了微处理器的a1~a16、b1~b16以及H1~H4上。这些Bit并没有存储具体的位置信息,它们使用硬连线来确定位置之间的冲突。

比如在游戏画面中,一个游戏角色拥有3个可能的位置,它们在RAM中分别对应$62上的Bit 2、$6D上的Bit 1以及$6B上的Bit 2。游戏代码并不知道屏幕上任何可见游戏对象的具体坐标,子程序只是在这一行第一个位置$62上的Bit 2开始进行偏移,与CF位进行比较,然后继续将RAM地址移动到下一位,调用相应的子程序交换要访问的位。这样循环往复,直到线路可以连通。

同样的,游戏中还有其他移位寄存器,用于碰撞检测等内容,原理也大致类似。团队中的成员都在有限的条件下创造新的想法,比如,由于微处理器支持外接晶体振荡器添加时钟功能,这样可以将对应的游戏速度相应加快,同时还并不影响用户的输入速度,给加入高难度的快速游戏模式提供了可能。

趁热打铁

1980年,任天堂终于推出了第一批Game & Watch游戏,借助TN-LCD所呈现的卡通游戏画面和低廉的价格,一时间,市面上几乎没有任何可能的竞争对手。第一批上市的6款游戏,立刻被抢购一空,因其包装上的银色外壳,也被玩家亲切的称为“银”系列。

当然,如此显著的成功不可能不引起其他电子巨头的注意,原本就率先使用LCD生产电子表的卡西欧也发现了商机,Game & Watch的简单可复制性,促使卡西欧在同年推出了真正的游戏“Watch”——CASIO GM-10游戏手表,为原有的电子手表提供了一片专门可以用来进行太空飞船射击的区域,随时可以让佩戴者来一局星战冒险。

Game & Watch“银”系列的早期游戏《Flagman》(1980年),举旗子的形象在任天堂的后续游戏《任天堂明星大乱斗》中出现过——Mr. Game & Watch

市场极好的反应和销售额给了任天堂十足的信心,横井等人又加班加点完成了3款游戏。任天堂对原有工艺积极做出改进,为原有的LCD屏幕上增加了一层彩色图案的透明塑料,用以装饰只有黑白图像的颜色,这种廉价又方便的做法填补了这类游戏缺乏背景的技术空白。区别于上一系列Game & Watch的金色外壳,这些游戏被称为“金”系列。

1981年,面对市场上蜂拥而至的竞争者,任天堂决定将原有的LCD显示屏两边扩大,以宽屏为系列卖点再次发售新游戏。不同于之前只是做技术革新,这次任天堂在游戏内容上也着实下了功夫。

香港开奖结果2019+开奖记录表以《OCTOPUS》为例,作为最先推出的两款宽屏游戏之一,它最初由出石武宏进行程序制作,加纳诚进行设计,他们把日本漫画《蛸の八ちゃん》里的章鱼形象用在了游戏里,设计了有趣的冒险场景。宽屏让游玩变得更容易,宽阔的空间也更容易设计场景。

香港开奖结果2019+开奖记录表玩家拥有3次机会,控制船上的潜水员下海,从章鱼的眼皮子底下夺取沉船宝箱的财宝。每从包厢里抓取一次宝藏得1分,回到船上再得4分,每增加到100分时章鱼触手的速度会突然变慢。游戏分为两种模式,GAME B的触手速度会更快,游玩起来轻松上瘾。

1981年推出的宽屏游戏《OCTOPUS》大获成功,销量超过25万套

《蛸の八ちゃん》(昭和10年刊)是由田河水泡创作的冒险漫画,以章鱼为主人公,因其滑稽和有趣的故事,在日本本土有很大的影响力

任天堂趁热打铁, 一口气在接下来一年内发布了近10款游戏。在1981年下半年,更是借助之前与迪士尼日本等动画公司的合作关系,相继推出了以米老鼠、大力水手、史努比为题材的作品,大大扩展了市场认可度。

到1991年停产时,Game & Watch一共发售了近60款游戏,总销量超过了8100万,这一掌机销售纪录直到2003年才被横井军平策划的另一台掌机Game Boy打破。那又是另外一个故事了。

* 本文系作者投稿,不代表触乐网站观点。

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