這是一份在自製動態賽車模擬器的非專業的自整理筆記。一般情況下，商用方案的建議通常會比家用版本更好；本文的主軸是釐清入坑賽車模擬器的基礎知識，目標是讓準備DIY動態賽車玩家能快入入門。若是賽車模擬器專家，建議參考其他國外更專業的文章。
我覺得成年人如果平常就有在開車，再去玩賽車模擬器，雖然好玩，但總是少了一種「真車的感覺」。就算方向盤、踏板一路升級，還是會覺得差一點。
很久以前就知道動態賽車模擬器的價格動輒幾十萬，根本買不起，還好國外DIY大神很多，最後就決定：自己組一台動態賽車模擬器。
YouTube 上教學確實超多，但內容太雜、太亂，常常看完還是有看沒有懂。所以我打算先把原理完整搞懂，再回頭把這份筆記重新整理成比較好讀、也更適合新手入門的版本。
動態模擬的核心：把「體感」補回來（6DOF / 六自由度）
動態模擬的重點在於：更接近還原真實駕駛。
我們在「視覺」、「手感」、「腳感」其實都已經有感覺，但身體少了「受力與位移」的回饋，所以就需要強化體感（Motion / 身體感受）。
而體感的對應方式，就是物理上的 六個自由度（6DOF = Degrees of Freedom），也就是物體在空間中的移動方式。
先理解 3D 空間：XYZ 軸
空間就是我們認知的三維空間（3D），由 XYZ 軸構成；物體在這個三維空間的移動方式，就是 DOF。
6DOF（六自由度）在物理上的定義
- X 軸平移：前後平移（Surge）
- Y 軸平移：左右平移（Sway）
- Z 軸平移：上下平移（Heave）
- 以 X 軸為中心旋轉：以前後為中心的上下旋轉（Roll）
- 以 Y 軸為中心旋轉：以左右為中心的上下旋轉（Pitch）
- 以 Z 軸為中心旋轉：以上下為中心的左右旋轉（Yaw）
把 6DOF 換成「真車行駛」的白話解釋
上面是物理定義，接下來換成真車運行時更直觀的理解。
平移對應到真車感受
- X 軸平移（Surge）：前後平移（加速、倒車時車輛的前後位移）
- Y 軸平移（Sway）：左右平移（左右過彎時，因慣性造成的車輛左右側滑）
- Z 軸平移（Heave）：上下平移（遇到坑洞時車輛下沉與彈起，或跳台的起伏）
旋轉對應到真車感受
- Roll（繞 X 軸旋轉）：左右過彎時，因慣性造成的身體側傾
- Pitch（繞 Y 軸旋轉）：加速或煞車時，車頭下壓或抬起的前後俯仰
- Yaw（繞 Z 軸旋轉）：左右過彎時的視覺方向轉換（車頭轉向）
完整的「真實車輛體驗」會發生什麼？
- 當你踩油門的時候：車輛前移（Surge），人往後仰、貼背感（Pitch）
- 當你保持高速行駛時：車輛前移（Surge）
- 低速行駛過彎：輪胎轉向，車頭跟著轉向（Yaw）；過彎離心力導致人往反方向倒（Roll）
- 高速行駛過彎（或甩尾）：輪胎轉向，車頭跟著轉向（Yaw）；過彎離心力導致人往反方向倒（Roll）；過彎慣性導致車輛往反方向飄（Sway）
- 行駛中遇到坑洞或跳台：車輛下沉或飛起（Heave）
- 煞車時：人往前衝，被安全帶勒住（Pitch）
這六個英文（Surge、Sway、Heave、Roll、Pitch、Yaw）需要記起來，常用的 SimTools、SimHub 這類「遙測（Telemetry）控制軟體」去做動態賽車模擬器的設定，介面與參數都是英文，而且這些數據本來就是要反覆調整、測試、再調整。
另外先說清楚：像是 ABS 踏板、方向盤力回饋這些配備，本文不討論。原因很單純，這些多半不需要特別走 DIY ，市面上成熟產品就能把體驗做得很好，價格也很OK，根本不需要DIY。
即便把 6DOF（六自由度）都做出來，「真車體感」其實還是有一些細節是六自由度能涵蓋、但不一定能做到全面或足夠細膩的，例如：
路感的震動、位移產生的風、不同位置的聲音、以及甩尾時座椅那種「失控」的感覺。這些通常會用其他方式（例如震動、風扇、音效定位、座椅模組）來補足。
從主流的四軸開始：先把 3DOF 做扎實
目前家用 DIY 最主流、也最常被當成「最終形態」的，其實是 四軸 SFX100 開源架構。四軸的概念很直覺：在車架的四個角各裝一支電機（或電缸、致動器），用伸縮長短去模擬 3DOF 的動作。
四軸能做的三個自由度，對應到操作方式大概是這樣：
Pitch：同時伸縮前兩 or 後兩電缸。
Roll：同時伸縮左兩 or 右兩電缸。
Heave：同時伸縮全部四支電缸。
因此四軸在體感上已經可以很完整地呈現「真車感」：煞車、加速、過彎、跳動，該有的動態回饋幾乎都能感受到。
往上升級五、六、七軸：在四軸底下再加一個底盤
那再往上升級 五軸、六軸、七軸，多出來的到底是什麼？關鍵在於：五六七是單純在四軸上再增加一個底盤層，透過底盤的變化去增加新的 DOF。
五軸升級的是 Yaw。Yaw 會提供車輛轉向的感覺，但這個感覺更多偏「視覺」。因為你在開真車時，你本人是跟著車一起轉彎的，所以是同方向；你通常只會注意到車窗外的畫面在轉，體感上其實不太會把「轉」當成一個很突出的身體訊號。
因此 Yaw 提供的是在遊戲畫面以外，多一點現實物理層面的轉向回饋，但老實說這個感覺不會很明顯。不明顯成本又高，所以主流很少人做五軸。
六軸在 Yaw 之外，增加的是 Surge（前後移動）。Pitch 能提供的是加速、煞車的「慣性壓力」，但它沒辦法提供真實的前進後退位移；Surge 更像是把「視覺體感」的前後移補回來。
不過由於場地限制，你的前後移一樣只會落在幾公分內，所以 Surge 能給的感覺也不會太高。
再加上電機方向的設計，很多結構中 Surge 跟 Sway 會同時運作，因此其中一個體感會因為「重疊運作」而變得更小。所以常常會有人說六軸是 4.5DOF，也就是你很難體驗到完整的 5DOF。
另外六軸的 Yaw，跟五軸、七軸的 Yaw 設計思路也不太一樣：六軸會更偏向甩尾（Drift）。六軸的 Z 軸中心點常設計在螢幕的位置（車頭），而五軸與七軸的中心點多半設計在車架中間（駕駛座下方）。因此六軸的車尾擺動幅度會相對更大，體感上更注重在「甩」而不是「轉」。相對不真實，但更爽。
七軸多了 Sway（左右側滑），所以過彎時的體感會更真。
但因為中心點在正中央，後方旋轉幅度更小，所以「車尾失控感」就沒有了。換句話說，七軸過彎的體感更真，但沒有甩尾那種失控感。
升級前一定要先想好：四軸可升五六七，但五六七不能一階一階升
這點很重要：四軸可以升級到五軸、六軸、七軸，但 五六七軸之間不能一階一階升。原因不是只有「每多一軸就多一顆電機」而已，而是底盤的設計邏輯完全不同。
所以在你打算從四軸往上升級之前，就要先想好自己想玩哪一種。
此外，四軸跟四軸以上是由「不同的活動層」去增加 DOF，所以在體感上還是會有一點小分裂感。畢竟整個 6DOF 的中心點不是同一個，而是 3DOF + 新 DOF 的組合。
為什麼我會說四軸已經很夠：家用 DIY
以家用為標準來看，四軸已經非常接近完整的模擬體驗。很多商用方案也會把四軸當成最終設計，因為四軸以上的額外 3DOF（尤其是要同時真實又要大行程）受到空間與物理特性限制，很難做到真實，最後通常都會變成「短行程」的模擬，體感不明顯。
因此四軸同時也是 DIY 最好的選擇。
二軸（2DOF）：整體來說不推薦
這其中沒什麼DIY在做的二軸，整體來說完全不推薦。它唯一的優點是占地最小，如果真的沒有空間、又想玩動態賽車模擬器，二軸可能是唯一選擇。
但由於設計特性，車座椅下方通常有個萬象轉軸，後方兩個電機來帶動，可以做到 Pitch 跟 Roll，但幅度偏小，所以它本質上是 2DOF 的削弱版。並且二軸不能升級四軸，設計邏輯本身不相通。
比起二軸，我反而會建議用震動模組，體驗通常會比 2DOF 更好、又省錢。
後方兩個電機來帶動，可以做到pitch跟roll，但幅度偏小，所以他是2DOF削弱版
比起二軸還不如使用震動模組體驗會比2DOF好又省錢，
震動模組其實是個很不錯、又能明顯增強體驗的配套，特別是在自製動態賽車模擬器的架構裡更是如此。以四軸（SFX100 類型）來說，四支電缸本來就能做到 Heave（上下位移），也能「順便」拿來模擬一些振動（Shaker）的效果；但問題在於，四軸的核心任務永遠是以 Heave 這種大動作為主，當你同時想在同一套電機上再疊加細碎的 Shaker 路感碎震時，那些細節很容易被「吃掉」，最後就會覺得不夠細膩、不夠像真。
因此我會更建議：在四軸基礎上另外加上 Shaker（震動單元）。它不會跟四軸電機搶效能，反而能把各種路面回饋（顆粒感、砂石感、柏油細震、輪胎壓到路肩的粗糙感）補得更完整，讓整體體感更接近真車。
前面我一直提到「吃掉」與「重疊」，這裡把概念說清楚。所謂的「吃掉」其實就是在講：當你同一時間有兩個動作，卻想用同一個物件（同一組電機或同一套機構）去表現時，其中一個動作的表現會因為動作指令互相拉扯而被削弱，甚至兩個一起變弱。你會感覺得到「有在動」，但不夠明確，體感就變得不完整。
舉例來說，假設有兩隻電機主要負責轉彎的 Yaw。當你在實行左轉時，左電缸縮短、右電缸伸長，這樣能做出完整的轉向體感。但如果你在正常轉彎的同時又在加速前進（Surge），兩隻電缸還會同時「往伸長方向」工作，這就代表左電缸會出現「縮短＋伸長」同時運作的矛盾指令，而右電缸則變成「伸長＋伸長」。這種同一物件承擔多個動作的情況，就是動作的重疊，也就是為什麼某個體感會被削弱（甚至兩個同時削弱）。
同樣的道理也會發生在四軸上：當你踩油門遇到坑洞彈跳，想同時表現加速的 Pitch（俯仰）與彈跳的 Heave（上下），一樣會有重疊的問題，於是部分體感就會被削弱。
而 Heave 跟 Shaker 之間也一樣會互相影響。你既想用 Heave 表現「遇到坑洞的下沉與彈起」，又想表現「還沒進坑的後輪」那種連續路面震動感，這兩個訊號如果硬塞在同一套致動器上，就會出現重疊表現，細節自然會被吃掉，最後變得不夠像真。
所以在設計的時候，明明某些效果理論上同一顆電機也能全包，我們還是會額外用不同的物件來增加體感：目的不是堆料，需要刻意把不同類型的訊號拆開，去避免重疊造成的削弱。只是這裡要特別注意一點：在軟體設定（遙測分配）上也要把「重疊的部分」關掉。比方說，你如果讓 Heave 的電機去表現路感碎震，同時又讓 Shaker 震動單元也去表現路感碎震，那就不是單純疊加功率而已，而是會變成重疊亂震，整個訊號會亂套。換句話說，重疊的功能不要重疊開，拆開分工才會更真、更穩。
以上的部分，是針對動態賽車模擬器的概念說明，只有清楚運作原理才能往工程，電機方向進一步DIY，這同樣以家用為標準來討論動態賽車模擬器。如果你很有錢，以上一切都廢話，全部直上最好的，直接找專家幫你配一套。
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
本文章由本人「Yu」親自撰寫，記錄個人閒暇興趣筆記，任何專家一定比我專業，正確資訊請向專家求證。
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