为赢过老婆打造自动瞄准弓，闭眼也能百发百中，零件电路算法全自制
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丰色 梦晨 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
油管上一位小哥最近有个烦恼：老婆射箭技术太好，我很菜又想赢怎么办？
苦练6个月、6年？No No No，不如花时间做一个自动瞄准的弓箭，一劳永逸！
这就是这位DIY达人的思考方式该死的胜负欲。
不得不说，小哥花了6周还真做出来了，最终这把弓箭就像狗见了肉猫见了耗子兔子见了萝卜直奔目标。
不看都能射中：
换个苹果，没问题：
运动的靶子也能弹无虚发：
小哥一把视频传到YouTube上，就引来了数百万网友的围观，“Brilliant”、Incredible”、“Awesome”满天飞，膜拜之声不绝于耳。
当然，为了赢老婆，小哥也不是没想过直接买一把自动瞄准的弓箭作弊，可惜网上没有卖的。
作为一名硬核工程师+程序员，完全不能允许2021年还有这种事情，必须自己做！
零件电路算法全自制
首先买一把轻型的弓，毕竟还要往上加很多零件，太重了就举不动了。
自动瞄准的思路小哥已经想好了：
先来一个自动瞄准装置负责移动弓，再来一个自动释放装置，在系统判定的时机自动放箭。
瞄准用的视觉系统由8个高速摄像头组成，每秒钟可以更新50次的那种。
除了弓箭和摄像头是买来的，其他零件都是自己设计、自己造出来的，电路是自己焊的，连瞄准的算法也是自己用Python写的。
真是全能啊。
都做好后，上下、左右方向都能自动调整，发射时机也不用人操心。
终于大功告成，上靶测试一下。
呃…准不准先不说，因为弓自己移动到合适位置的时机无法预料，猝不及防地自动发射让拉弓的手总打到自己脸。
小哥后续解释道其实把弓拉满就可以避免这个问题，但在测试期间为了避免射出去的箭力道太大误伤到房间里其他物品，只好选择拉到半满牺牲一下自己了。
再来看看准头。
有点偏，而且每次都是往左上偏。
这种情况虽然有简单的办法解决：人为加一个修正，每次都往右下一点瞄。
小哥多年的开发经验告诉他，这样做会为将来更多Bug埋下伏笔。
不过也管不了这么多了，先临时加上这个“非常蠢的修正”，把老婆叫来比一场吧。
结果是……0：3完败。
他不甘心，一切都正常只是箭有点偏，那一定是代码的问题。
再加上还要驯服移动靶子，与其修改代码不如全删了重写，于是小哥又Coding了一周。
好了，再试试。
拉好弓，“咳咳，老婆扔靶子”：
小哥按下启动按钮，剩下的就交给跟踪系统了：
系统每300毫秒检查一下靶子运动的抛物线轨迹传给计算机，然后通过一个“乏味”的小计算来确定弓的移动位置，同时考虑到箭头到达目标的时间以及箭的弯曲路径。
随着数据的更新，弓不停的移动，终于它瞄准时机，一箭发射：
完美错过……
代码还是有问题，改！
说好了只需一分钟修复，小哥花了一个小时，老婆表示懒得等了。
没人给他发靶子了，不过这也难不住他：再造一个自动投靶器呗。
据小哥后来回忆，这个投靶器在整个6周的开发过程中至少投了上千次靶子。
好了好了再试！
emmm……不是发太早就是发太晚、甚至连静态靶子都射不中了……
Bug Bug全是Bug连投靶器也有Bug。再次修理了一番之后，还是差一点点🤏。
小哥一番检查确定机器和自动瞄准系统都没有问题，到底哪不对？他打算换个思路。
除了科技还有氪金
小哥通过慢镜头回放箭的飞行过程发现，这箭它咋不是笔直射出去的呢？
原来不是自动瞄准系统出了问题，而是他买的这把入门级反曲弓不行。
根据反曲弓的原理，用力拉弦时箭身也会受到外力发生轻微弯曲形变，松手发射之后箭身受力取消，会在弹性恢复力的作用下有恢复原状的趋势。
这股力又会让箭身向反方向弯曲，同时改变箭的飞行方向。反方向弯曲到了一定程度又会再次回弹，又改变飞行方向。
小哥参考另一个油管频道SmartEveryDay的视频搞明白了这个问题。
在这样的反复循环中，箭就不是笔直的射向目标，而是不断摇摆着前进。
在专业射箭运动中，箭矢的抗弯曲度程度称为“挠度(Spine)”，挠度也影响着箭飞行时摇摆的程度，不同磅数的弓要搭配不同挠度的箭才容易射中目标。
小哥觉得虽然增强一下算法，把挠度也考虑进去就能解决这个问题，但这不符合他野生钢铁侠的风格呀。
毕竟钢铁侠除了懂技术还有钱。
小哥决定氪金！买一把能把箭射直的复合弓。
把瞄准装置挪到复合弓上后，最开始担心的那个问题还真出现了：整套系统太重了，举不动。
不过这也难不倒他，小哥又给自己搞了一套装甲，用整个上半身的力量支撑弓的重量。
这下整套系统可以说从自动瞄准弓进化成了瞄准机器人，留给人的任务就只有拉弓了。
再找老婆比赛！
为了赢得更稳，小哥还调整到了精准模式，等瞄准装置完全停止运动再发射。
这一回3:0完胜。
不过小哥还不过瘾，再次挑战移动靶，成功！
再来更难的挑战，能不能射中乐高小人头上顶着的超小“苹果”。
有多小呢？直径还不如箭杆大。
从结果来看虽然能射中，就是乐高小人消耗极快。
下一步挑战更远距离
这位小哥名叫Shane Wighton，曾在美国一家3D打印机公司（Formlabs）做了八年工程师，拥有机械工程学士学位和计算机科学硕士学位。
毕业学校虽不怎么有名（北卡罗来纳大学夏洛特分校），但从四岁起就开始在老爸的带领下捣鼓塑料模型焊接了。
才华横溢、热爱制作的他已经从公司辞职，现在似乎在全职做YouTuber。
他的频道自从去年疫情爆发期间推出以来，不到一年半的时间总订阅人数已超300万。
应该有不少人看过他的作品吧。
就比如这个自动理发器：
还有这种百发百中的篮筐和台球杆（似乎小哥对自动瞄准这个事有些执念）：
最后回到自动弓箭，虽然Shane觉得现在效果已经够酷了，但他想要的是能和真正的射箭高手同台竞技。
接下来他要挑战在45米距离射中乐高小人头上的苹果。
因为距离会把微小的偏差放大，要达成这个目标就需要开发全新的自动瞄准弓2代。
而改进方法在他脑袋里已经设计好了。
原视频地址：
https://www.youtube.com/watch?v=1MkrNVic7pw
参考链接：
[1]https://bowaddicted.com/how-to-properly-tune-a-recurve-bow/
[2]https://www.youtube.com/watch?v=O7zewtuUM_0
[3]https://www.patreon.com/stuffmadehere
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