2:0 в пользу телевизора

2:0 в пользу телевизора

Успехи микроэлектроники позволили создать приставку к телевизору, которая превращает его экран в своего рода спортивную площадку и позволяет вам, не выходя из комнаты, играть в „хоккей“, „теннис“ и другие телевизионные игры.

Очень похоже, что телевизор — это размноженное миллионными тиражами чудо радиотехники и электроники — осваивает новый развлекательный жанр и тем самым выигрывает еще один раунд в борьбе за наш досуг. Речь идет о домашних телевизионных играх, в которых экран телевизора, полностью отключившись от программ, прибывающих из эфира, становится ареной очень забавных состязаний, таких, например, как «теннис», «хоккей», «футбол». Играете вы в них со своим сидящим рядом партнером, и это развлечение чем-то напоминает настоящий теннис или настоящий хоккей. С той, конечно, разницей, что не нужно бегать и прыгать, ударять клюшкой или ракеткой, не нужно преодолевать усталость, утирать соленый пот с лица и в борьбе за победу выкладывать свои физические силы. Все атрибуты телевизионной игры — хоккейные ворота или теннисная сетка, мяч, шайба, клюшки, ракетки, границы поля — в виде некоторых условных фигурок и линий появляются на телевизионном экране, и, сражаясь с противником, вы ударяете «ракеткой» по «мячу», двигая для этого рычажки или поворачивая ручки.

Чтобы читателю легче было представить себе, что такое домашние телевизионные игры, попробуем более или менее подробно описать одну из них — простейший теннис. (Мы, пожалуй, больше не будем употреблять кавычки, иначе они просто заполонят эти страницы; все называемые дальше спортивные игры и предметы спортивного инвентаря — это не более чем условность.)

Игра осуществляется с помощью небольшой, размером с книгу, приставки, от которой идет кусок кабеля со штекером на конце. Этот штекер включается в антенное гнездо телевизора; сама телевизионная антенна при этом, конечно, вынимается из гнезда. На приставке несколько ручек управления, в том числе две ручки, поворотом которых игроки двигают по экрану свои ракетки.

Телевизор включен, нажата клавиша включения приставки, и на экране сразу же появляются две горизонтальные тонкие линии— границы игровой площадки (рис. 2, а). В середине площадки проходит вертикальная линия — это сетка. Справа, у самого края площадки, небольшой, длиной 3–4 см, вертикальный прямоугольник — это наша ракетка. А у левого края площадки такая же ракетка противника.

Вверху по обе стороны от сетки две цифры — это счет. Пока, конечно, счет 0:0, игра еще не начата.

Ну что ж, начнем, пожалуй… Нажимаем соответствующую клавишу приставки, и на экран выплывает яркая белая точка — мяч. Он быстро летит по прямой линии слева направо, перелетает сетку (точнее, проходит сквозь нее — все ведь происходит на плоскости) и движется уже по нашей половине поля куда-то вправо-вниз… Нам нужно быстрее повернуть ручку, переместить свою ракетку вниз и отбить мяч (рис. 2, б)… Кажется, успели — мяч отбит и летит в сторону противника (рис. 2, в)… Теперь уже ему, противнику, нужно вовремя переместить ракетку в предполагаемую точку встречи с мячом… Но противник перестарался — он слишком высоко поднял ракетку, мяч проскочил мимо нее, ушел за пределы площадки (рис. 2, г), и индикатор счета сразу показал 1:0 в нашу пользу. Ура!

Мяч снова в игре, он влетает на площадку в направлении проигравшего… На этот раз противник успевает, отбивает мяч, и тот опять летит на нас, летит вправо-вверх. Ситуация знакомая — быстро поднимаем ракетку (рис. 2, д)… Но что это? Мы, оказывается, просчитались — не учли, что мяч шел под очень большим углом и из-за этого ударился о верхнюю границу площадки…

По правилам данной игры мяч отражается, отлетает от горизонтальных границ поля (обычно вертикальных границ вообще нет, и мяч может легко уйти, но только влево или вправо, а вверх или вниз не может), резко поворачивает вниз, и мы уже не успеваем подставить ракетку (рис. 2, е)… Ничего не поделаешь — 1:1.

Современного человека окружает огромное множество самых разнообразных машин, приборов, аппаратов, и, конечно же, невозможно знать, как все они устроены, как работают. Невозможно и не обязательно. Есть немало фотографов-любителей, которые делают прекрасные слайды, хотя и не знают, как образуется цветное изображение на обратимой пленке. И немало шоферов-любителей, которые прекрасно водят машину и при этом знать не хотят, что происходит, когда нога нажимает педаль сцепления. Ну а без знания заэкранных секретов телевизионной игры наверняка можно прожить: чтобы точно двигать ракетку, совсем не обязательно понимать, как именно эта ракетка нарисована на экране и как перемещается, как двигается мяч, ведется счет, зажигаются цифры.

И все же в расчете на пытливого читателя, на возможные вспышки любопытства мы уделим этим процессам немного внимания. Совсем немного. А попутно заметим: в телевизионных играх электроника использует свои классические методы и сломы, знакомство с ними может пригодиться при встрече с техникой, далекой от развлечений.

Начнем с описания двух простейших опытов. Один из них вы, наверное, уже наблюдали или даже непреднамеренно проделывали сами: если вблизи телевизора включить электробритву с моторчиком, например «Харьков», то на экране замелькает множество черных и белых пятен и пятнышек. Второй опыт следует проделать специально — он очень прост и совершенно безопасен. Вставьте в антенное гнездо телевизора кусок провода (рис. 1) и набросьте его на включенный транзисторный приемник — на экране появятся замысловатые узоры, прямые и волнистые линии, темные и светлые пятна. Если поворачивать переключатели диапазонов или вращать ручку настройки приемника, то узоры эти придут в движение, а при некоторых положениях ручки настройки они остановятся и будут оставаться в сравнительно устойчивом состоянии.

Теперь вывод: посторонний электрический сигнал, попав в телевизор, может создавать на экране какие-то элементы картинки. Почему мелькает экран, когда рядом работает бритва? Потому, что искрит коллектор ее моторчика, в процессе искрения в цепи резко меняется ток, резкие электрические всплески тока каким-то образом проникают в телевизор (либо через сеть, либо прямо через антенну) и именно они, эти незваные электрические сигналы, поочередно создают на экране бессчетные блики. Примерно то же самое происходит и в опыте с приемником. Практически все современные приемники — это супергетеродины, у них внутри имеется собственный вспомогательный генератор — маломощный гетеродин. Если приблизить приемник к антенне телевизора, то в нее попадет сигнал гетеродина — слабый меняющийся ток. Подобно трамвайному «зайцу», он доберется до конечной станции — до управляющего электрода кинескопа, а всякий сигнал на управляющем электроде — это светлое или темное пятнышко на экране; именно на этом основано создание картинки при нормальной телепередаче.

Рисование на телевизионном экране с помощью синтетических сигналов известно давно. Вспоминается, как лет 10 назад в журнале «Радио» была описана приставка, которая, используя оригинальный способ электрического рисования на экране, превращала телевизор в осциллограф. В этой приставке, кстати, уже в готовом виде были схемные решения, которые сейчас встречаются во всех телевизионных играх. Другой пример. Телецентры в паузах передают в эфир неподвижные картинки, например задернутый занавес. Иногда такой занавес передается традиционным способом (телекамера смотрит на настоящий занавес и посылает его изображение нам), а иногда — от специального «генератора занавеса». Он вырабатывает определенные серии электрических сигналов, которые через телепередатчик приходят в телевизор и рисуют на его экране. Никакого настоящего занавеса и в помине нет, мы видим «полотнище», созданное виртуозом-генератором. И наконец, еще один представитель электронной живописи — дисплей, устройство, где на телевизионном экране с помощью серии электрических импульсов рисует и пишет компьютер, сообщая результаты своих размышлений.

От проделанных простейших опытов до принципов рисования в телевизионной игре остается буквально несколько шагов. Прежде всего попробуем понять, чем определяется место появления светлых или темных точек на экране. Электронный луч кинескопа быстро прочерчивает экран горизонтальными строками и, медленно смещаясь вниз, заполняет в итоге весь кадр. Движением луча управляют два пилообразных напряжения — строчное и кадровое (рис. 3). Они меняются равномерно, линейно и постепенно подтягивают рисующий луч к своим отклоняющим пластинам (катушкам). Потом пила обрывается и луч возвращается в исходное состояние.

А еще есть в кинескопе управляющий электрод, он управляет интенсивностью электронного луча, т. е. яркостью экрана. Если на управляющий электрод на мгновение подать «минус», т. е. подать импульс отрицательного напряжения, то оно как бы оттолкнет электроны, ослабит луч и на экране появится темная точка. Кратковременный «плюс», наоборот, ускорит электроны, электронный луч станет интенсивнее, и появится светлая точка. В каком месте экрана вспыхнет точка? Это зависит от того, в какой момент появится импульс. Если выпустить его на арену в начале кадровой пилы, то мы увидим точку вверху, а если в конце пилы — внизу; если импульс появится в начале строчной пилы, точка будет слева, если в конце строчной пилы — справа.

Следующий шаг — посмотрим, как можно поставить точку в нужном нам месте. Предположим, что у нас есть генератор импульсов, которым на равных управляют сразу два руководителя, противодействующих друг другу (в электронных схемах это осуществляется очень просто и протекает без эксцессов). Один из них — пилообразное напряжение строчной развертки U₀ (рис. 4), другой — постоянное напряжение U_з, которое можно менять поворотом ручки переменного резистора (реостата). Схема построена так, что импульс появляется в момент, когда оба «руководителя» дают одинаковые указания — когда меняющееся напряжение строчной пилы U₀ становится равным установленному нами поворотом ручки постоянному напряжению U_з. При этом, конечно, чем более высокий порог постоянного напряжения мы установим, тем позже пила U₀ достигнет этого порога, тем позже появится импульс и тем правее окажется на экране точка. Работу этой схемы можно проиллюстрировать такой аналогией. На одной чаше весов стоит гирька, на второй — стакан, который медленно наполняется водой. Наступит момент, когда вес воды превысит вес гирьки и весы «сработают». И конечно, чем больше вес гирьки, тем позже произойдет такое срабатывание.

Пилообразное напряжение, которое помогает в нужный момент выдать импульс (подобно тому как будильник «выдает» звонок), может быть взято прямо от генераторов развертки или же должно быть жестко с ними синхронизировано — только в этих случаях точка на экране не будет дергаться. Чтобы можно было разместить точку в любом месте экрана, обычно создают два импульса — один от строчной пилы, другой от кадровой. Импульсы эти пропускают через схему совпадений, и точка появляется как бы на пересечении двух линий — вертикальной и горизонтальной. Ракетки в нашем теннисе двигаются только вверх-вниз, и поэтому к строчной пиле они намертво привязаны в одном месте. Чтобы управлять ракетками, достаточно менять время их появления, отсчитанное по кадровой пиле, т. е. одним переменным резистором менять только одно постоянное напряжение.

Намного сложнее управлять полетом мяча, как правило, его нужно перемещать и вверх-вниз, и влево-вправо. И при этом следить, чтобы, попав в точку, соприкасающуюся с ракеткой, мяч не пошел дальше. Чтобы он отскочил от ракетки. И притом под определенным углом. И чтобы он отскакивал также от горизонтальных границ площадки. И не отскакивал от вертикальных границ. Чтобы он проходил через них за пределы площадки. А потом возвращался. И опять под определенным углом…

Ну и задачи… Кто может их решить? И каким образом?

Но позвольте: кто вообще двигает мяч по площадке? Ведь сами игроки управляют только ракетками…

Движение мяча, все его отскоки, исчезновения, появления, как и множество других важных дел, осуществляет самый главный блок телевизионной игры — вычисляющее устройство (рис. 5).

Его работу в предельно упрощенном виде можно описать так. В этом блоке все начинается с дирижера. Это вспомогательный тактовый генератор, он выдает бесконечные пулеметные очереди импульсов высокой частоты — обычно миллион импульсов в секунду. Если бы все они попали на управляющий электрод кинескопа, то на экране появился бы монотонный «горошек»— тысячи точек, расположенных ровными рядами. (При существующем стандарте — 625 строк — на экране в принципе можно поставить около 300 000 точек, но в простейшей телевизионной игре такая детализация картинки не нужна.) На пути к кинескопу тактовые импульсы проходят через основные элементы вычисляющего устройства — счетчики импульсов, собранные из цепочек триггеров, и логические элементы, умеющие рассуждать таким примерно образом: «Если ко мне на вход придут одновременно 573-й и 826-й импульсы, зажгу точку…» Или: «Если 128-й импульс появится вместе с 2593-м, не зажгу точку…» Счетчики и логические элементы соединены между собой строго определенным образом, они работают по заданной программе. В итоге из ровного частокола импульсов остаются только те, которые в соответствии с правилами игры и игровой обстановкой в нужном месте экрана высвечивают мячик. А в следующий момент с учетом того, какие точки светились раньше, мячик передвигается в следующую точку траектории. Вычисляющее устройство, сформировав необходимые наборы импульсов, рисует границы площадки, ведет счет.

Обо всем этом, конечно, лишь рассказывать просто. Чтобы вести даже простейшую игру, нужны вычисляющие устройства с сотнями схемных узлов, состоящие из тысяч элементов — конденсаторов, транзисторов, резисторов, диодов. Если бы такой вычисляющий блок создавался лет двадцать назад и собирался из отдельных деталей, то он занял бы большой шкаф. Только интегральные схемы сделали телевизионную игру реальностью — все ее управляющее устройство вмещается сейчас в кремниевой пластине размером с клеточку арифметической тетради.

Вычисляющее устройство телевизионной игры — это самый настоящий компьютер, хотя его и не принято так называть. Не принято скорее всего потому, что уже родилось новое поколение игр, в которых имеется программируемый процессор — главный вычисляющий блок ЭВМ. Процессор позволяет резко расширить ассортимент развлечений, усложнить условия игры и даже выполнить некоторые полезные работы. Так, в одной из моделей процессор дает возможность рисовать на экране цветными «карандашами» и даже сам рисует орнаменты и несложные мультипликации. В другой модели процессор вычисляет и записывает на экране оптимальную диету с учетом вашего веса — желаемого и реального. Иногда программа вводится в игру (теперь ее уже и не очень удобно так называть) с магнитной пленки, со стандартной магнитофонной кассеты. Причем программ может быть огромное множество, как говорят, все зависит от фантазии разработчика. На смену простейшему теннису уже приходят автомобильные гонки, танковые и морские сражения. В волейболе мяч летит по сложной кривой и, подобно настоящему мячу, меняет скорость в процессе полета; появляется возможность давать противнику фору, уменьшая, например, размеры своей ракетки. Правда, и простейший теннис можно несколько разнообразить: уменьшать обе ракетки, увеличивать скорость мяча, менять угол его отражения.

Телевизионные игры уже выпускаются, и каждый может приобщиться к домашнему телевизионному спорту. Хочется верить, не в ущерб настоящему теннису или волейболу, не в ущерб общению с природой и друг с другом. Так сказать, натуральному общению, без участия электроники…