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量的機關謎題，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。在這其中便會出現一些機械結構與電氣元件，以提升游戲本身的機關趣味性、多樣性和復雜性。為此，本文將從密室逃脫的常用的機械結構和電子元件來展開討論這些機關。

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境

一個好的環境可以給玩家一個好的氛圍，優化玩家的游玩體驗，給玩家一種身臨其境的感覺。真人密室逃脫游戲的環境一般由燈光、聲音、溫度、裝飾物和空間結構組成，它們會最大限度地還原劇情中所出現的場景，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

機關是真人密室逃脫游戲中核心，破解機關所設計的謎題就是密室逃脫的核心玩法，同時機關的設計與布置也是最讓玩家期待的部分。在密室逃脫中，機關是必不可少的，它是玩家與密室互動的唯一通道。機關的外表看似復雜，實際其內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，大部分的執行元件就是簡單的機械結構與電子元件。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中的機械結構，由機械進行執行下一步的操作。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、力甚至是熱轉化成電信號，傳輸給數字電路，其中在密室逃脫中實現判斷“答案是否正確”這一過程通過數字電路實現，數字電路可以通過電平的高低實現是非的判斷。

3.2 簡單的機械機關結構解析

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構實現，而“尋寶”也可以成為一個密室逃脫的主題。

圖2 機械結構簡圖

圖2是一個簡單的機械結構簡圖（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，玩家便發現不了目標物體，但是當玩家破解謎題成功之后，傳感器發出信號，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，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在玩家的面前。

這個簡單的機械結構，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構淺析

3.3.1 齒輪機構

在許多的密室空間中運動以及力的傳遞往往會成為驅動整個謎題的關鍵，以一個齒輪為例，在機械設計領域，齒輪機構是應用最為廣泛的一種傳動機構。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、工作可靠等優點[3]。齒輪可以穩定的傳遞力和速度，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定地傳遞功率的情況，可以考慮以齒輪為主的輪系結構。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，降低了謎題被玩家解出但是機關失靈的可能性，也是間接了保證了密室機關的穩定性。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，C齒輪是一個固定的內嚙合齒輪，B是一個復合齒輪，可以與E齒輪內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），玩家需要轉動D輪所連的直桿，當D輪開始轉動的時候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，傳感器才會發出信號，該機關才算破解成功。齒輪有精準的傳動比和傳遞運動的特點，可以幫助此類機關設置謎題。

3.3.2 連桿機構

還有一種就是在機械領域中經常使用到的連桿機構。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，也保證了密室機關的壽命。在連桿機構中，原動件運動規律不變的情況下，可用改變各構件的相對長度來使從動件得到不一樣的運動規律，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。利用連桿機構還可很方便地達到改變運動的傳遞方向、擴大行程、實現增力和遠距離傳動等目的[3]。因為密室逃脫機關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作為純機械謎題的主體，這是由于連桿機構的形式多樣化。

圖4 連桿簡圖

當連桿之間的相對長度不發生變化的時候，它們的運動軌跡也會發生變化，如圖4連桿簡圖所示，當4號桿固定時，機構為曲柄搖桿機構，當1號桿固定時，機構為雙曲柄機構，當3號桿固定時，為雙搖桿機構。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的運動軌跡發生不一樣的變化。因此連桿機構同樣也可以應用到密室逃脫的機關中去。但是連桿近似實現給定的運動規律或運動軌跡，設計起來比較復雜，其工作效率比較低，而且容易發生自鎖，在平面做復雜運動和做往復運動的構件所產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

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

圖5 凸輪機構

圖五是最為常見的凸輪機構，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化成對應的直線或曲線規律，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，而將電的作用體現得淋漓盡致的媒介，就是各種電子元件，其中LED所產生的視覺效果，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的簡單電子元件。

3.4.1 DSP芯片

最為常見的就是DSP芯片，經常出現在真人密室逃脫游戲中的系統便是DSP的運動機關控制系統。運動控制系統機關是密室逃脫機關群中最重要的執行機構，當玩家成功按照邏輯定義完成游戲指定操作，前端傳感器觸發將信號傳遞給MCU，MCU解算，并使能DSP控制標志位，驅動運動機構執行伺服工作，基于時序關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律的運動手段[4]。真人密室逃脫通常有三四個有聯系的房間組成，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]，這些優點可以大幅度減少機關失控的可能性，同時也延長了機電機關的壽命。

3.4.2 PLC

要談論到真人密室逃脫游戲中的數字解謎元素，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、質量優、使用安裝便捷的特點，在許多密室逃脫機關謎題設計的過程中會經常見到它。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的可靠性和壽命得到大大提升。

4.結語

機電一體化是現在機械制造行業的流水線，其中汽車生產的流水線、數控車床的大幅度應用，可以大大提高生產力，提高制造的精度。而在娛樂減壓行業中，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律性。

綜上所述，簡易的機電構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，從而使得密室的機關得到了到多方面的豐富。