Arduino ボードで古典的な Pong ゲームを開発した方法

Arduino ボードで人気のポン ゲームを開発する方法を考え出しました。

ゲームは複雑ではありませんが、開発してプレイするのは興味深いものです。

ここでは 0.96 インチの OLED ディスプレイと 2 つのボタンが使用されています。ディスプレイは小さいですが、私たちのプロジェクトには十分です。ラケットを上下に動かすには、2 つのボタンを使用します。

ディスプレイサイズは128×64ピクセル。最初と最後の 16 ピクセルがスコアの表示に使用されます。

スコアは縦に表示されます。

1 つのラケットはプレーヤーが制御し、2 つ目のラケットは Arduino によって制御されます。ボールに向かって移動しようとするようにコードを記述します。ゲーム開始時はゆっくり動き、その後徐々に加速していきます。

ball_direction_X 変数と ball_direction_Y 変数でボールの方向を制御します。ボールは刻々と指定された方向に動きます。ボールが壁に当たると、ball_direction_Y が逆になり、ball_direction_X とラケットについても同じロジックになります。

プロジェクト コードは、私の GitHub 'Arduino Ping Pong Game' プロジェクト ページで公開されています。

繋がり

ボタンの片方の脚は GND に接続されます。 2 番目の足は Arduino のピン 6 と 5 に接続されます。

ディスプレイは I2C ピンによって接続されます: V - 5V、GND - GND、SCL - A5、SDA - A4。

Arduino での Pong の開発

ライブラリを含めて、必要なすべての変数を開始しましょう。ここには、ボタン、スコア、プレーヤー、対戦相手、およびボール関連の変数があります。

 //oled libraries: #include <SPI.h> #include <Wire.h> #include <Adafruit_GFX.h> #include <Adafruit_SSD1306.h> //oled vars: #define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels #define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels #define OLED_RESET 4 // Reset pin # (or -1 if sharing Arduino reset pin) #define SCREEN_ADDRESS 0x3C ///< See datasheet for Address; 0x3D for 128x64, 0x3C for 128x32 Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET); //Button pins: const int buttonUP = 6; const int buttonDOWN = 5; //button vars: int lastButtonStateUP = LOW; // the previous reading from the input pin int lastButtonStateDOWN = LOW; // the previous reading from the input pin unsigned long debounceDelay = 10; // the debounce time; increase if the output flickers //GAME vars: //scores: int player_score = 0; int enemy_score = 0; //player: int player_position_X = 19; // static int player_position_Y = 0; int player_width = 16; int player_thickness = 4; //enemy: int enemy_position_X = 104; // static int enemy_position_Y = 47; int enemy_width = 16; int enemy_thickness = 4; long enemy_last_move_time = 0; long enemy_speed_of_moving = 2000;//update time in ms //ball: //void fillCircle(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t r, uint16_t color); int ball_position_X = 63; int ball_position_Y = 31; int ball_radius = 1; int ball_direction_X = 3; int ball_direction_Y = 3; int ball_speed = 8;//9,8,7...1 long ball_last_move_time = 0;

setupでは、ボタン、Serial、randomSeed、および display を開始します。その後、スターター画面を表示してゲームを開始します。

 void setup() { pinMode(buttonUP, INPUT_PULLUP); pinMode(buttonDOWN, INPUT_PULLUP); Serial.begin(9600); Serial.println("Start"); //initiate random randomSeed(analogRead(0)); ball_direction_X = -3; ball_direction_Y = random(-5, 5); //ball_direction_Y = -5;//test // SSD1306_SWITCHCAPVCC = generate display voltage from 3.3V internally if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, SCREEN_ADDRESS)) { Serial.println(F("SSD1306 allocation failed")); for(;;); // Don't proceed, loop forever } // Show initial display buffer contents on the screen -- // the library initializes this with an Adafruit splash screen. display.display(); // Clear the buffer display.clearDisplay(); //draw lines: display.drawLine(16, 0, 16, 63, SSD1306_WHITE); display.drawLine(111, 0, 111, 63, SSD1306_WHITE); display.display(); //scores field init: display.setTextSize(2); display.setTextColor(SSD1306_WHITE); // Draw white text player_score = 8888; // test enemy_score = 8888; // test print_score(player_score, 0); print_score(enemy_score, 115); display.setTextSize(3); display.setCursor(28, 0); display.write("Ping"); display.setCursor(28, 31); display.write("Pong"); display.display(); display.setTextSize(2); delay(2000); // Pause for 2 seconds //NEW GAME: // Clear the buffer display.clearDisplay(); //draw lines: display.drawLine(16, 0, 16, 63, SSD1306_WHITE); display.drawLine(111, 0, 111, 63, SSD1306_WHITE); display.display(); //Write scores: player_score = 0; //reset player_score enemy_score = 0; //reset enemy_score print_score(player_score, 0); print_score(enemy_score, 115); //Display players: //void fillRect(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t w, uint16_t h, uint16_t color); display.fillRect(player_position_X, player_position_Y, player_thickness, player_width, SSD1306_WHITE); display.fillRect(enemy_position_X, enemy_position_Y, enemy_thickness, enemy_width, SSD1306_WHITE); display.display(); // Update screen with each newly-drawn rectangle //Display the ball: display.fillCircle(ball_position_X, ball_position_Y, ball_radius, SSD1306_WHITE); display.display(); delay(500); // Pause for 0.5 second } 

loopには、以下で詳しく説明する 3 つの主な機能があります。

 void loop() { buttons_check(); move_the_ball_and_check_for_collisions(); move_enemy(); }

buttons_check関数では、UP または DOWN ボタンが押されたかどうかを確認し、それに応じてプレーヤーのラケットの位置を更新します。ラケットの位置の変更は、主に 3 つの手順で行われます。古い位置に黒い長方形を描き、位置変数を変更し、新しい位置に白い長方形を描きます。

 void buttons_check(){ if (!digitalRead(buttonUP) && !lastButtonStateUP) { lastButtonStateUP = true; // Serial.println("UP pressed"); if(player_position_Y > 0){ display.fillRect(player_position_X, player_position_Y, player_thickness, player_width, SSD1306_BLACK); player_position_Y = player_position_Y-3; display.fillRect(player_position_X, player_position_Y, player_thickness, player_width, SSD1306_WHITE); display.display(); // Update screen with each newly-drawn rectangle } } if (digitalRead(buttonUP) && lastButtonStateUP) { lastButtonStateUP = false; } if (!digitalRead(buttonDOWN) && !lastButtonStateDOWN) { lastButtonStateDOWN = true; // Serial.println("DOWN pressed"); if(player_position_Y < 64-player_width){ display.fillRect(player_position_X, player_position_Y, player_thickness, player_width, SSD1306_BLACK); player_position_Y = player_position_Y+3; display.fillRect(player_position_X, player_position_Y, player_thickness, player_width, SSD1306_WHITE); display.display(); // Update screen with each newly-drawn rectangle } } if (digitalRead(buttonDOWN) && lastButtonStateDOWN) { lastButtonStateDOWN = false; } }

move_the_ball_and_check_for_collisions関数では、ボールを動かして、水平の壁、ラケット、垂直の壁との衝突 (プレイヤーの勝敗) をチェックします。壁を動かす前に、最後にボールを動かしてからの所要時間を確認します。所要時間はボールスピードの20倍としました。ボールを表示するには、塗りつぶされた円を描きます。一般に、ボールの位置の更新は、ラケットの位置の更新と同じ方法で行われます。

水平の壁の 1 つとのボールの衝突を確認するには、ball_position_Y と ball_direction_Y の合計が 0 から 63 (-1 以上 64 以下) の範囲内にあることを確認する必要があります。その場合、ball_direction_Y が逆になります。

プレーヤーのラケットがボールを逃したかどうかを確認するには、ball_position_X が player_position_X より小さいかどうかを確認し、ゲームの新しいラウンドを開始する必要があります。敵のラケットについても同じロジックですが、フィールドの反対側に配置されているため、より多くのチェックが行われます。プレーヤーのラケットがボールを打ったかどうかを確認するには、ボールがラケットの内側にあるかどうかを確認します。その場合、ball_direction_X が反転され、ball_direction_Y のランダムな値が与えられます。

敵のラケットでボールを打つためのロジックはいつもと同じです。

 void move_the_ball_and_check_for_collisions(){ //move th ball: if(millis() > ball_speed*20+ball_last_move_time){ //erase ball on old position: display.fillCircle(ball_position_X, ball_position_Y, ball_radius, SSD1306_BLACK); display.display(); //set new posion of the ball: ball_position_X = ball_position_X + ball_direction_X; if(ball_position_Y + ball_direction_Y < -1) ball_direction_Y = ball_direction_Y * -1; if(ball_position_Y + ball_direction_Y > 64) ball_direction_Y = ball_direction_Y * -1; ball_position_Y = ball_position_Y + ball_direction_Y; //draw ball on new position: display.fillCircle(ball_position_X, ball_position_Y, ball_radius, SSD1306_WHITE); display.display(); // Serial.print("ball_position_Y: "); Serial.println(ball_position_Y); ball_last_move_time = millis(); //Check for player loose: if(ball_position_X < player_position_X){ Serial.println("Player lose!"); newRound("enemy");//player } //check for collision of the ball and the player: if(player_position_X <= ball_position_X && player_position_X+player_thickness >= ball_position_X && player_position_Y <= ball_position_Y && player_position_Y+player_width >= ball_position_Y){ Serial.println("Collision of the ball and the player"); //send the ball to enemy with random values: ball_direction_X = 3; ball_direction_Y = random(-5, 5); display.fillRect(player_position_X, player_position_Y, player_thickness, player_width, SSD1306_WHITE); display.display(); // Update screen with each newly-drawn rectangle } //check for enemy loose: if(ball_position_X > enemy_position_X+enemy_thickness){ Serial.println("Enemy lose!"); newRound("player");//enemy } //check for collision of the ball and the enemy: if(enemy_position_X <= ball_position_X && enemy_position_X+enemy_thickness >= ball_position_X && enemy_position_Y <= ball_position_Y && enemy_position_Y+enemy_width >= ball_position_Y){ Serial.println("Collision of the ball and the enemy"); //send the ball to player with random values: ball_direction_X = -3; ball_direction_Y = random(-5, 5); display.fillRect(enemy_position_X, enemy_position_Y, enemy_thickness, enemy_width, SSD1306_WHITE); display.display(); // Update screen with each newly-drawn rectangle } } }

上で気づいたように、 newRound関数は勝者 (プレイヤー/敵) を入力として受け取ります。適切なスコアを上げるには入力が必要です。この関数では、必要なゲーム関連の変数をすべてリセットし、更新されたスコアを出力し、すべてのゲーム オブジェクトを表示し、必要に応じて敵とボールの速度を更新します。あなたがそれを進めるにつれて、ゲームはより難しくなります。

 void newRound(String winner){ // Clear the buffer display.clearDisplay(); //draw lines: display.drawLine(16, 0, 16, 63, SSD1306_WHITE); display.drawLine(111, 0, 111, 63, SSD1306_WHITE); display.display(); //Update scores: if(winner == "enemy"){ enemy_score++; }else{ player_score++; } print_score(player_score, 0); print_score(enemy_score, 115); //reset gaming vars: //player: player_position_X = 19; // static player_position_Y = 0; player_width = 16; player_thickness = 4; //ball: ball_position_X = 63; ball_position_Y = 31; ball_radius = 1; //set random direction for th ball: ball_direction_X = -3; ball_direction_Y = random(-5, 5); //ball_direction_Y = -5;//test ball_last_move_time = 0; //Display players: //void fillRect(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t w, uint16_t h, uint16_t color); display.fillRect(player_position_X, player_position_Y, player_thickness, player_width, SSD1306_WHITE); display.display(); // Update screen with each newly-drawn rectangle //enemy: enemy_position_X = 104; // static enemy_position_Y = 47; enemy_width = 16; enemy_thickness = 4; enemy_last_move_time = 0; //checking for if we need to update enemy_speed_of_moving and ball_speed if((player_score+enemy_score)%5 == 0){ //5,10,15 and so on if(ball_speed > 3) ball_speed = ball_speed - 1; //10,9,8... Serial.print("ball_speed: ");Serial.println(ball_speed); } if((player_score+enemy_score)%10 == 0){ //10,20,30 and so on if(enemy_speed_of_moving > 1) enemy_speed_of_moving = enemy_speed_of_moving * 0.9; //2000,1800,1620,1458... Serial.print("enemy_speed_of_moving: ");Serial.println(enemy_speed_of_moving); } delay(500); // Pause for 0.5 seconds }

楽譜を縦に印刷するのは少し難しいです。そこで、別の機能に分割することにしました。スコアの各桁が 1 つずつ表示され、それに応じてカーソルを更新する必要があります。

 void print_score(int temp_num, int X){ //0/115 for(int i=48; i>=0; i-=16){ int num = temp_num % 10; char cstr[16]; itoa(num, cstr, 10); display.setCursor(X, i); display.write(cstr); display.display(); // Serial.println(cstr); temp_num = temp_num/10; if(temp_num==0){ break; } } }

そして最後は敵ラケットを動かしています。ボールを打とうとします。このために、その中心をボールの中心と等しくしようとします。ここでは、ラケットを画面内にとどめるための補足チェックをいくつか行います。そんな敵に勝つために、最初は移動速度が遅く、ゲームが進むにつれて加速していきます。

 void move_enemy(){ //enemy: if(millis() > enemy_speed_of_moving+enemy_last_move_time){ display.fillRect(enemy_position_X, enemy_position_Y, enemy_thickness, enemy_width, SSD1306_BLACK); if(ball_position_Y < enemy_position_Y+enemy_width/2){ enemy_position_Y = enemy_position_Y - 3; }else{ enemy_position_Y = enemy_position_Y + 3; } //checking if enemy is within the wall: if(enemy_position_Y > 64-player_width) enemy_position_Y = 64-player_width; if(enemy_position_Y < 0) enemy_position_Y = 0; // Serial.print("enemy_position_Y: "); Serial.println(enemy_position_Y); display.fillRect(enemy_position_X, enemy_position_Y, enemy_thickness, enemy_width, SSD1306_WHITE); display.display(); // Update screen with each newly-drawn rectangle enemy_last_move_time = millis(); } }

結論

ゲームの開発とプレイの両方を楽しんでいただければ幸いです。多くの人が子供の頃から親しみ、懐かしさを感じるゲームです。開発者は、ゲームを外側から知るだけでなく、内部からすべてがどのように機能するかを確認するユニークな機会を得ることができます.

プロジェクトを強化するためのいくつかのアイデアを次に示します。

• 現在、ゲームはエンドレスです。勝者を決定するために卓球の公式ルールを実装することは素晴らしいことです.
• ボールの速度が上がるにつれて、ボールに尾があるように視覚効果を作ります。
• リバウンド時のボールの飛行角度は、ボールがラケットに触れる場所に応じて調整する必要があります。