本篇在講生理學之前,必須先釐清一件事情:賽車模擬器的核心其實是「動態」,所以它不是單純生理學可以解釋的,而是物理+生理+工程三者交錯的結果。
所以要先從「理解原理 → 人體感知 → 模擬器運作 → 技術細節」。
理解原理
先講一個很重要但很多人會忽略的概念:
等速運動,在「感覺上」其實等同於靜止。當物體維持等速時,沒有任何外力在改變它的速度,你的身體也就不會被推、被拉,自然就沒有「正在動」的感覺。
只有當外力改變速度時,也就是產生加速度,你才會感覺到自己在動。
不只是物理學上等速等於靜止,人體本身其實也感覺不到速度本身。
我們平常感受到的「速度感」,是來自視覺(畫面在流動、物體快速掠過)、聲音(風聲變大)
舉例:你坐在高鐵上,以 300 km/h 行駛,如果整段過程沒有加速、沒有煞車,你的身體其實是幾乎感覺不到自己正在高速移動的。
賽車模擬器表現重點在加速度,因為人體能抓到的,不是速度,而是速度的變化。
很多人在做模擬器時,會把一件事搞混:
他們以為「持續 g 力」就是維持穩定速度,例如一直 100 km/h。但這其實是錯的。
這裡講的「持續 g 力」,指的是持續加速度,也就是在 0–100 的過程中那個推力,而不是等速巡航。如果這個概念一開始就搞錯,後面整個設計方向都會偏掉。
既然知道設計重點是加速度,那我們就要討論加速度如何被人體感受.
人體感知
加速度這件事是由內耳的「前庭系統」負責。
其中耳蝸負責聽聲音;而前庭則像是一套負責感知加速度與方向
重點:前庭不是感覺速度(等速度100km/hr),而是感覺速度的變化(加速度0-100變化),只要記得是變化才會被感受到。人體感覺的是變化,不是狀態。
- 前庭:半規管
- 感測「旋轉」
- 反應快
- 對變化敏感
- 前庭:耳石器
- 感測「直線加速度+重力」
- 感覺持續的「加速」而不是持續速度
- 但相對不敏感,所以很慢的變化會被忽略
為什麼持續加速會「越來越沒感覺」,人體有一個很關鍵的特性:適應
當某個刺激持續存在時,感覺會慢慢減弱。
最簡單的例子:你剛坐到椅子上時,會很明顯感覺屁股被壓住,但坐幾分鐘後,那個感覺就會淡掉;坐一小時後甚至會忽略它。但壓力其實一直存在。
這件事情套用到加速度上也是一樣。
假設一個 0–100 的加速過程需要 10 秒,而且加速度是固定的。
你會發現:
- 前幾秒 → 很有感
- 後幾秒 → 明明加速度一樣,但感覺變弱
原因不是加速度變小,而是前庭已經適應了這個刺激。
前庭 vs 身體壓力
這一段是很多人卡住的地方。前庭跟壓力,都在講「g 力」,但其實是兩件不同的事。
前庭(內耳)感知的是: 加速度的變化,甚至你全身不動,只要耳石受到 g 力變化,你就會覺得自己在動。
身體感覺(壓力)來自:肌肉、皮膚、骨骼是透過「被壓」來感受反作用力。
可以這樣理解:
- "虛擬g力"前庭 → 告訴你「開始動了」及瞬間g力
- "真實g力"壓力 → 讓這件事「變得真實」及持續g力
以上為個人理解及命名,實際無此分類
在 0–100 的過程中:
前段前庭很強,但後段會適應;這時候體感壓力會幫忙維持體感,讓0-100能從啟動的瞬間g力到持續g力,最後到沒有g力等速運動.
→ 前庭 (動) + 壓力 (撐住 / 壓住)= 擬真的G力
目前模擬圈設計最大的困難在於持續g力無法很好的被模擬,在加速過程中的持續g力是從頭到腳,最基本模擬反作用力要全身貼合.
視覺仍是賽車模擬器主導
雖然前庭跟壓力很重要,但人體對世界的判斷,其實是以視覺為主。
因此在模擬器中,很多前庭無法提供的資訊(例如等速度),會由畫面來補。而大腦在判斷運動狀態時,也常會優先相信視覺而非身體回饋。 所以在賽車模擬體驗中,
感知主導順序→ 視覺 > 前庭 > 身體
視覺感知除了依賴電腦效能、螢幕,更重要的是FOV視野角度,如果 FOV 設錯:距離感會錯、速度感會錯、視覺與前庭會衝突
對於賽車模擬器動態表現最重要的不是與現實物理相同,而是一致,只要視覺 + 前庭 + 壓力 都同步,大腦就會自動合理化相信這是真的.
在賽車的視覺裡,FOV(視角)不是隨便調的,它要用「螢幕尺寸+你眼睛到螢幕的距離」去計算,目的是讓畫面比例接近真實世界的1:1。白話就是:你在螢幕上看到的方向盤、道路寬度,應該要跟你真的坐在車內看到的大小一致。
如果FOV太大,畫面會被拉寬,看起來很快但距離感會錯;如果太小,畫面會被壓縮,速度感變慢、判斷也會不準。正確的FOV不是「看起來爽」,而是「看起來像真的在車裡」。
PC選擇補充
電腦與螢幕其實直接影響你「感覺真不真」。
- 螢幕的刷新率(Hz)代表畫面每秒更新幾次,選擇至少60Hz,越高越順;
- 顯示卡(GPU)負責輸出畫面,FPS越穩定,體感越自然;
- CPU負責物理與遊戲運算,決定車輛動態能不能即時更新;
- RAM像工作空間,空間越大,多任務或高負載時越不容易卡頓;
- SSD則是儲存與讀取資料,影響的是載入與切換速度。
簡單理解:GPU看畫面順不順,CPU看運算跟不跟得上,RAM看會不會卡,SSD看讀取快不快。對賽車模擬器來說,最關鍵是GPU與CPU,其次是RAM,SSD影響最小,它不會讓車變快,只會影響進出場景的等待時間。這樣就算不會組電腦,也能看懂規格在講什麼。
感知閾值
不是有變化就會感覺到,是「超過某個門檻」才會有感
有一條「最低感覺線」太小的變化,大腦直接忽略。
人體對加速度的分辨閾值,大約是 0.02 g(g = 9.81 m/s²)。
換算大概是:0.1962 m/s²(約每秒 +0.7 km/h)
當加速度低於這個數值時,你會開始覺得「不太明顯」。這不是一條絕對界線,而是越接近這個值,感覺就越模糊。
另外,前庭的反應時間大約是 0.012 秒。
也就是說,內耳幾乎是瞬間在感知變化,大腦還沒意識到之前,它就已經接收到訊號了。
這會帶出一個很重要的工程設計要求:
同步延遲必須控制在 10–20 ms(毫秒) 以內
換算就是大約 50–100 Hz 的更新頻率。如果延遲太大,視覺與前庭不同步,就很容易產生暈眩。
補充電競基礎概念
- Hz 是螢幕每秒更新幾張畫面
- FPS 是遊戲每秒輸出幾張畫面
- ms 是每一張畫面之間相隔的時間
三者大致對應:
100 Hz ≈ 100 FPS ≈ 10 ms
但實際效果會取決於「最慢的那個」。
所以在設計上,最關鍵的就是「動作同步誤差」,同步可以有延遲,但必須小於閥值才不會被人體發現。
這也能解釋為什麼電視常會推薦 60 Hz–120 Hz 的刷新率。
人對不同震動敏感度不同
- 低頻(晃動、G力)容易感覺
- 中頻(路面)最敏感
- 高頻(細震)容易被忽略或變噪音
這部分寫震動單元的時候在單獨解釋
模擬器運作
模擬核心重點是騙,因為現實˙很多因素無法達成,才需要靠模擬、假裝.
我們透過模擬器騙前庭,讓你沒有真的動作但以為有加速度,透過車身傾斜,自然向下的地心引力來製造身體壓力獲得加速度,透過洗出濾波來讓你沒有發現模擬器偷偷回正.
再更詳細拆解
瞬間加速(模擬器後仰)讓前庭感受到你要往前衝的感覺,並且沒有煞車,前庭給大腦訊號現在在往前衝
持續轉彎(模擬器右倒)讓身體右邊因傾斜讓身體與耳石感受到地心引力,讓大腦以為是左轉彎身體往右甩的離心力,大腦判斷正在持續過彎加速」
長時間加速(模擬器偷偷回正又持續後仰),人會一直被往後壓,但模擬器的行程其實很短,不可能真的一直往後倒,不然早就四腳朝天了。
所以做法是,先快速後仰讓你有加速感,接著在你感覺不到的範圍內,慢慢偷偷回正一點點。因為這個回正很小、低於感知閾值,你不會察覺。
結果就是:你以為自己一直在被往後壓,但其實模擬器一直在「偷回來一點行程」,再繼續往後給你感覺。用你感覺不到的回正,換取持續的加速感。
模擬器專有名詞補充
Tilt Coordination(傾斜協調)
利用重力向量來模擬持續比力(Specific Force)。
白話原理「用重力騙前庭」→ 目的:連續轉彎體感
Washout Filter(洗出濾波)
「將低頻訊號濾除」。當加速度變成恆定時,濾波器會緩慢將平台帶回中立位置。
白話原理「在感知不到的範圍內慢慢回正」→ 目的:讓有限行程可以「重複使用」擁有無限行程的體感
壓力的真正補強
傳統電缸平台,其實很難提供強烈且持續的壓力。傾斜協調有測項的重量,但欺騙前庭的功效大於身體壓力的感受,如果要真的做到「壓力維持體感」,需要額外設計壓力:
用氣囊或機械結構做G力座椅,讓座椅在地心引力以外直接擠壓後腦、背部、大腿、臀部
用安全帶做自動收緊,在煞車時把人往椅背拉模擬減速的壓力
也有國外做頭部安全帶(通常是彈力繩加安全帽),讓壓力直接作用在頭上
這才是真正針對身體壓力的體感設計。
整個賽車模擬器的核心設計:在有限的環境中,透過欺騙感知,來達到無限的感受.
如果你再設計過程中過於著重在還原物理,你會發現實際運作跟真車差距極大
技術現實
很多人在做完動態賽車模擬器後,會有一個疑問:為什麼自己做的已經很強,但跟高階商用還是有差?這個差距,其實不是單一原因,而是整體系統的差異。
第一個是遙測更新率(Telemetry FPS)。
DIY常用工具像 SimHub、SimTools,大多落在約 60 FPS 左右,免費版本SimHub則是10 FPS。這代表你的模擬器每秒只更新幾十次動作。而商用系統通常是自行開發軟體,更新率可以到 100 FPS 以上。更新越快,動作越連續,體感就越自然。
濾波器演算法的平滑度。好的演算法能讓 Washout(回正)的過程完全消失在感知閾值之下,而差的演算法會讓你感覺到平台在偷縮。
第二個是硬體本質差異。
DIY使用的電缸、馬達,多半是通用型工業元件,並不是專門為「模擬加速度」設計。它們夠用,但在反應速度、細節控制、回饋線性上,還是會和專用系統有差距。商用設備通常會針對動態模擬去設計。
第三個是數據轉換邏輯(Motion Cueing)。
DIY大多是透過網路資料、經驗分享,把遊戲遙測轉換成動作訊號,已經可以做到「很像」。但商用系統通常經過長時間測試與優化,甚至有一整個團隊在調整這些參數,讓輸出的動作更符合人體感知。
第四個是真實經驗的差距。
DIY玩家大多是依照「自己覺得像」去調整,但商用團隊有些會實際接觸賽車、賽道,甚至直接對應真車去校正體感。這會讓最終結果更接近「真實」,而不只是「好玩」。
但這不代表DIY不好。
事實上,在家用娛樂的情境下,DIY已經可以做到非常高的完成度,甚至對多數人來說已經「夠真」。只有在你需要對應真實駕駛訓練、賽道模擬,或追求極限細節時,商用系統的價值才會真正顯現。
最後要釐清一個關鍵:
DIY的本質是「擬真遊戲體驗」,不是完全還原現實。
如果把目標放在「娛樂中高度擬真」,DIY可以做到非常好;但如果目標是「完全等同真車」,那就會產生落差。
今天又是朝DIY動態賽車模擬器進步的一天
如果預算有限、動手能力有限想配一套動態賽車模擬器,可以參考
作者聲明
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