黃 逸

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇 南京 210023）

1.引言

壓力無(wú)時(shí)無(wú)刻地困擾著我們，我們所要面對(duì)的壓力或多或少，而合法的娛樂(lè)場(chǎng)所，也就成為了高壓人群減負(fù)的去處。真人密室逃脫游戲，在近幾年來(lái)逐漸走進(jìn)了人們的視野，它也是眾多有空閑時(shí)間的人民選擇的娛樂(lè)項(xiàng)目。密室逃脫游戲一般由三個(gè)及以上相對(duì)封閉的房間組成，每個(gè)房間都有一定數(shù)量的機(jī)關(guān)謎題，玩家在游戲中扮演一個(gè)“探索者”，他們需要在有限的時(shí)間內(nèi)尋找線(xiàn)索并且解開(kāi)謎題，只有解開(kāi)當(dāng)前房間的謎題，才可以通往下一個(gè)房間。當(dāng)所有房間的謎題都解開(kāi)，玩家也就可以“逃離”這個(gè)密室了，游戲就成功通關(guān)。在這其中便會(huì)出現(xiàn)一些機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣元件，以提升游戲本身的機(jī)關(guān)趣味性、多樣性和復(fù)雜性。為此，本文將從密室逃脫的常用的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子元件來(lái)展開(kāi)討論這些機(jī)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(chǔ)的部分便是劇情了，一個(gè)好的劇情可以吸引顧客前來(lái)游玩，劇情同時(shí)也是一整個(gè)密室逃脫游戲的線(xiàn)索來(lái)源，一個(gè)好的線(xiàn)索可以給異想天開(kāi)的設(shè)計(jì)師提供好的設(shè)計(jì)方案。劇情可以說(shuō)是密室逃脫中的骨架，它密室逃脫游戲的基礎(chǔ)。

2.2 真人密室逃脫游戲的環(huán)境

一個(gè)好的環(huán)境可以給玩家一個(gè)好的氛圍，優(yōu)化玩家的游玩體驗(yàn)，給玩家一種身臨其境的感覺(jué)。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(huì)最大限度地還原劇情中所出現(xiàn)的場(chǎng)景，同時(shí)它們也有可能會(huì)為玩家提供線(xiàn)索以推進(jìn)玩家的游戲進(jìn)度。

2.3 真人密室逃脫游戲的機(jī)關(guān)

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

3.真人密室逃脫游戲的機(jī)關(guān)淺析

3.1 玩家與密室房間的互動(dòng)流程

當(dāng)玩家進(jìn)入到密室逃脫的房間中，用流程圖便可以很簡(jiǎn)易地標(biāo)出來(lái)。如圖1玩家密室互動(dòng)流程圖所示，玩家在密室房間中的基本活動(dòng)過(guò)程，而在這個(gè)流程中，大部分的執(zhí)行元件就是簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)與電子元件。最為直觀的就是傳感器可以用來(lái)判斷“答案是否正確”，然后把反饋信號(hào)傳交給機(jī)關(guān)中的機(jī)械結(jié)構(gòu)，由機(jī)械進(jìn)行執(zhí)行下一步的操作。玩家也可以通過(guò)聲音來(lái)判定自己給出的答案是否正確。

圖1 玩家密室互動(dòng)流程圖

當(dāng)玩家解答完房間的所有謎題以后，并且沒(méi)有任何錯(cuò)誤，通往下一個(gè)房間的門(mén)才會(huì)打開(kāi)，這個(gè)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(guò)不一樣的傳感器可以把聲、光、力甚至是熱轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，傳輸給數(shù)字電路，其中在密室逃脫中實(shí)現(xiàn)判斷“答案是否正確”這一過(guò)程通過(guò)數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，數(shù)字電路可以通過(guò)電平的高低實(shí)現(xiàn)是非的判斷。

3.2 簡(jiǎn)單的機(jī)械機(jī)關(guān)結(jié)構(gòu)解析

對(duì)于一些簡(jiǎn)單的機(jī)械，設(shè)計(jì)起來(lái)并不復(fù)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(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，而“尋寶”也可以成為一個(gè)密室逃脫的主題。

圖2 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2是一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（電動(dòng)機(jī)、減速器、齒輪齒條沒(méi)有標(biāo)注），上方粗實(shí)線(xiàn)部分是擋板，可以擋住視線(xiàn)，玩家便發(fā)現(xiàn)不了目標(biāo)物體，但是當(dāng)玩家破解謎題成功之后，傳感器發(fā)出信號(hào)，兩邊的滑塊通過(guò)連桿連接遮擋板，電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器連接齒輪齒條可以使滑塊向下運(yùn)動(dòng)，從而打開(kāi)遮擋板。當(dāng)擋板完全打開(kāi)之后，底部的滑塊由兩邊向中間移動(dòng)，又通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)，把物品所在的平面往上托舉，當(dāng)下方滑塊十分接近的時(shí)候，上方的目標(biāo)物體便可以呈現(xiàn)在玩家的面前。

這個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在許多的機(jī)械密室逃脫十分常見(jiàn)，而它的作用機(jī)理也并不難。

3.3 常用于設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單機(jī)械結(jié)構(gòu)淺析

3.3.1 齒輪機(jī)構(gòu)

在許多的密室空間中運(yùn)動(dòng)以及力的傳遞往往會(huì)成為驅(qū)動(dòng)整個(gè)謎題的關(guān)鍵，以一個(gè)齒輪為例，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，齒輪機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它們具有傳遞功率范圍大、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、使用壽命長(zhǎng)、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)[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(shè)計(jì)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(zhǔn)的傳動(dòng)比為設(shè)計(jì)謎題也提供了可能，純機(jī)械保險(xiǎn)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(jī)關(guān)失靈的可能性，也是間接了保證了密室機(jī)關(guān)的穩(wěn)定性。而對(duì)于齒輪的制造和安裝精度要求高的缺點(diǎn)[3]，由于密室對(duì)精度要求相對(duì)與其他設(shè)計(jì)領(lǐng)域而言要低，而且可以通過(guò)3D打印得到齒輪，成本不會(huì)過(guò)高。

圖3 輪系簡(jiǎn)圖

如圖3輪系簡(jiǎn)圖所示，這也是常用于密室逃脫的機(jī)構(gòu)，C齒輪是一個(gè)固定的內(nèi)嚙合齒輪，B是一個(gè)復(fù)合齒輪，可以與E齒輪內(nèi)嚙合齒輪同時(shí)也可以與D齒輪外嚙合，A是一個(gè)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(gè)剛性直桿上，而D、E上都搭載著傳感器（圖上沒(méi)有標(biāo)注），玩家需要轉(zhuǎn)動(dòng)D輪所連的直桿，當(dāng)D輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候E輪也會(huì)隨之運(yùn)動(dòng)，當(dāng)D、E齒輪共線(xiàn)的時(shí)候或D、E輪均到達(dá)指定位置，傳感器才會(huì)發(fā)出信號(hào)，該機(jī)關(guān)才算破解成功。齒輪有精準(zhǔn)的傳動(dòng)比和傳遞運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，可以幫助此類(lèi)機(jī)關(guān)設(shè)置謎題。

3.3.2 連桿機(jī)構(gòu)

還有一種就是在機(jī)械領(lǐng)域中經(jīng)常使用到的連桿機(jī)構(gòu)。它的運(yùn)動(dòng)副元素為面接觸，壓強(qiáng)較小，承載能力較大，潤(rùn)滑性好，磨損小，加工容易制造，而且連桿機(jī)構(gòu)中的低副一般是幾何封閉的，對(duì)保證工作的可靠性有利[3]。連桿的這一特點(diǎn)也給密室謎題的設(shè)計(jì)降低了成本，也保證了密室機(jī)關(guān)的壽命。在連桿機(jī)構(gòu)中，原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變的情況下，可用改變各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度來(lái)使從動(dòng)件得到不一樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，連桿上各點(diǎn)的軌跡是各種不同形狀的曲線(xiàn)，其形狀隨著各構(gòu)件相對(duì)長(zhǎng)度的改變而改變，故連桿曲線(xiàn)的形式多樣，可用來(lái)滿(mǎn)足一些特定工作的需要。利用連桿機(jī)構(gòu)還可很方便地達(dá)到改變運(yùn)動(dòng)的傳遞方向、擴(kuò)大行程、實(shí)現(xiàn)增力和遠(yuǎn)距離傳動(dòng)等目的[3]。因?yàn)槊苁姨用摍C(jī)關(guān)的多樣性可以提升整個(gè)密室謎題的豐富度，而眾多機(jī)械密室會(huì)選擇連桿機(jī)構(gòu)作為純機(jī)械謎題的主體，這是由于連桿機(jī)構(gòu)的形式多樣化。

圖4 連桿簡(jiǎn)圖

當(dāng)連桿之間的相對(duì)長(zhǎng)度不發(fā)生變化的時(shí)候，它們的運(yùn)動(dòng)軌跡也會(huì)發(fā)生變化，如圖4連桿簡(jiǎn)圖所示，當(dāng)4號(hào)桿固定時(shí)，機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)1號(hào)桿固定時(shí)，機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)，當(dāng)3號(hào)桿固定時(shí)，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。因此連桿的設(shè)計(jì)是多樣化的，固定不一樣的桿件，改變其中一桿件的長(zhǎng)度或者把連桿的某一個(gè)連接點(diǎn)焊死，一點(diǎn)點(diǎn)的改變都可能讓連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生不一樣的變化。因此連桿機(jī)構(gòu)同樣也可以應(yīng)用到密室逃脫的機(jī)關(guān)中去。但是連桿近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡，設(shè)計(jì)起來(lái)比較復(fù)雜，其工作效率比較低，而且容易發(fā)生自鎖，在平面做復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時(shí)將引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，因此它常用于低速場(chǎng)合[7]。

3.3.3 凸輪機(jī)構(gòu)

還有一種機(jī)構(gòu)在密室中也會(huì)出現(xiàn)它的身影，那就是凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)的最大特點(diǎn)是只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓線(xiàn)，就可以使推桿得到各種預(yù)期的規(guī)律，而且響應(yīng)快速，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。因此凸輪機(jī)構(gòu)不可能被數(shù)控、電控等裝置完全代替[3]。這一特點(diǎn)使得機(jī)械機(jī)關(guān)的復(fù)雜度和趣味度上升了一個(gè)檔次。

圖5 凸輪機(jī)構(gòu)

圖五是最為常見(jiàn)的凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪的形狀可以自行設(shè)計(jì)，它可以按照預(yù)先所設(shè)計(jì)的輪廓轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)或曲線(xiàn)規(guī)律，因此它有一定的不可替代性。

3.4 常用于設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)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(jué)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(dāng)解密機(jī)關(guān)的簡(jiǎn)單電子元件。

3.4.1 DSP芯片

最為常見(jiàn)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(yùn)動(dòng)機(jī)關(guān)控制系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)機(jī)關(guān)是密室逃脫機(jī)關(guān)群中最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)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(hào)傳遞給MCU，MCU解算，并使能DSP控制標(biāo)志位，驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行伺服工作，基于時(shí)序關(guān)系精準(zhǔn)控制某一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)到特定位置或打開(kāi)一道門(mén)。其中伺服控制原理是對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件位置、速度、力矩等特定邏輯和運(yùn)行規(guī)律的運(yùn)動(dòng)手段[4]。真人密室逃脫通常有三四個(gè)有聯(lián)系的房間組成，而每一個(gè)房間中大約有三四個(gè)謎題，當(dāng)玩家把房間中的謎題解決以后，就要開(kāi)門(mén)，通過(guò)門(mén)進(jìn)入下一個(gè)的房間，而實(shí)現(xiàn)謎題解答完畢到打開(kāi)門(mén)這一過(guò)程的處理需要交給DSP芯片進(jìn)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(diǎn)可以大幅度減少機(jī)關(guān)失控的可能性，同時(shí)也延長(zhǎng)了機(jī)電機(jī)關(guān)的壽命。

3.4.2 PLC

要談?wù)摰秸嫒嗣苁姨用撚螒蛑械臄?shù)字解謎元素，就要談到PLC了。PLC對(duì)于連接計(jì)算機(jī)和機(jī)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(chǔ)器等外部設(shè)備，而且結(jié)合了電源的設(shè)計(jì)[5]。PLC在密室逃脫中都可以看到它的身影，最為常見(jiàn)的就是簡(jiǎn)易的電子密碼鎖。PLC因?yàn)槠渲亓枯p、質(zhì)量?jī)?yōu)、使用安裝便捷的特點(diǎn)，在許多密室逃脫機(jī)關(guān)謎題設(shè)計(jì)的過(guò)程中會(huì)經(jīng)常見(jiàn)到它。它有強(qiáng)大的抗干擾能力與自我檢測(cè)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(yǔ)

機(jī)電一體化是現(xiàn)在機(jī)械制造行業(yè)的流水線(xiàn)，其中汽車(chē)生產(chǎn)的流水線(xiàn)、數(shù)控車(chē)床的大幅度應(yīng)用，可以大大提高生產(chǎn)力，提高制造的精度。而在娛樂(lè)減壓行業(yè)中，真人密室逃脫游戲中多處會(huì)應(yīng)用到機(jī)電，簡(jiǎn)單的純劇情密室逃脫，有很好的沉浸式體驗(yàn)，但是缺乏了與劇情互動(dòng)的機(jī)制，而以機(jī)電為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的謎題，給予了劇情與玩家互動(dòng)的可能。齒輪精密的傳動(dòng)特性，可以提高密室的可靠性，連桿的多樣化提高了密室機(jī)關(guān)的豐富度，DSP和PLC作為電元件可以讓密室的整體運(yùn)作具有一定的規(guī)律性。

綜上所述，簡(jiǎn)易的機(jī)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(jī)電一體化已經(jīng)是多方面地應(yīng)用在密室中，它的存在讓很多謎題的設(shè)計(jì)方案得到了實(shí)現(xiàn)，從而使得密室的機(jī)關(guān)得到了到多方面的豐富。