Fly And Shoot - gra z dedykowanym kontrolerem

[Wirgiliusz]

Jako, że jestem wielkim fanem gier komputerowych to nieuniknione było to, że w pewnym momencie spróbuję w jakiś sposób połączyć swoje zainteresowanie elektroniką oraz grami. W taki sposób narodził się pomysł na projekt, który przyjął nazwę "Fly And Shoot".

Projekt złożony jest z dwóch części:

1. Programistyczna - stworzenie samej aplikacji oraz gry. Postawiłem tutaj na prostotę i postanowiłem zrobić grę, w której lecąc statkiem kosmicznym musimy omijać/zestrzeliwać nadlatujące asteroidy. Taki typ gry wydał mi się idealny aby można było z nią połączyć drugą część projektu czyli część:
2. Elektroniczna - polegająca na stworzeniu pada dzięki któremu będzie można sterować statkiem. W tym przypadku aby sterowanie nie okazało się banalne, postanowiłem, że pad będzie opierał się na akcelerometrze, a sterować będzie można wychylając go w odpowiednie strony.

Tak o to prezentowała się koncepcja mojej gry:

PAD DO GRY

Do stworzenia pada postanowiłem użyć dwóch głównych komponentów: akcelerometru MMA7660FC oraz mikrokontrolera Arduino Nano v3. Założenie było proste: akcelerometr analizuje swoje wychylenie i przesyła zebrane dane do Arduino poprzez protokół I2C, następnie Arduino serializuje dane w odpowiedni format i przesyła je poprzez UART do komputera, w którym to dalsze działanie przejmuje aplikacja. Dodatkowym elementem, który postanowiłem jeszcze dodać był zwykły przycisk, który potem mógłbym wykorzystać np. do odczytu strzału.

Na podstawie powyższych założeń stworzyłem schemat elektroniczny pada:

Na podstawie schematu złożyłem układ na płytce stykowej:

Na początku miał to być tylko prototyp, jednak okazał się on na tyle wygodny do trzymania, iż uznałem że nie ma sensu specjalnie lutować tych kilku komponentów. Osobiście uznałem, że kanciasty prostokątny kształt nadaje padowi trochę retro stylu, w szczególności jeśli ktoś kiedyś miał styczność z NESem  :

Oczywiście można było wszystko schować w jakąś kanciastą obudowę, jednak nie mam jeszcze doświadczenia z takimi rzeczami, więc stworzenie ślicznych obudów do wszystkich moich projektów zostawiam na przyszłość.

Na podstawie dokumentacji akcelerometru oraz biblioteki Wire.h dla Arduino napisałem mały program, który łączył się z modułem, a następnie odczytywał zwracane dane i konwertował je na stopnie. Na jego podstawie mogłem potwierdzić działanie modułu:

Kolejnym krokiem stało się przesłanie danych do komputera. Uznałem, że najlepszym sposobem będzie połączenie wszystkich danych w tzw. "ramkę" i przesłanie jej w całości do komputera. Moja ramka przyjęła następującą postać:

Tworząc ramkę na początku umieszcza się nagłówek, który pozwala aplikacji odbierającej dane rozpoznać, że to właśnie z nią ma do czynienia. W kolejnych polach umieściłem dane, które chciałem przesłać: 'accX' i 'accY' oznaczające wychylenie akcelerometru/pada w osi X oraz Y (pominąłem Z, ponieważ było one zbędne w przypadku mojej gry) oraz 's' mówiące o tym czy wciśnięty został przycisk. Na końcu ramki umieszczone zostało pole na sumę kontrolną CRC8. Po co? W moim przypadku głównie w celu edukacyjnym, jednak na pewno jest ono przydatne w bardziej krytycznych węzłach komunikacyjnych, gdyż zapewnia integralność danych. W skrócie działa to tak, że na podstawie wszystkich wysyłanych danych mikrokontroler oblicza sumę kontrolną i przesyła ją razem z danymi. Następnie program, który odbiera dane ponownie na ich podstawie oblicza sumę kontrolną takim samym algorytmem i porównuje ją z sumą kontrolną, którą uzyskał razem z danymi - jeśli się zgadzają oznacza to, że przesłane dane nie zostały zakłamane i są prawdziwe.

W tym momencie konieczne stało się przejście do drugiego etapu projektu, czyli aplikacji.

 

APLIKACJA Z GRĄ

Na początku postanowiłem stworzyć graficzny projekt aplikacji oraz gry. Poszczególne elementy, które sobie wymyśliłem wyglądają następująco:

Do stworzenia aplikacji z grą postanowiłem użyć środowiska Qt: czemu akurat Qt? Bo nigdy wcześniej nie miałem z nim styczności, a chciałem je poznać . Na początku bardzo pomocny okazał się Kurs Qt z Forbota - to właśnie on pomógł mi stworzyć pierwsze okna i zaimplementować połączenie i komunikację z Arduino:

W dalszej części postanowiłem najpierw zająć się oknem z wykresami, aby mieć pewność, że dane które odczytuje mają sens. W tym celu musiałem zaimplementować funkcje, które odczytywały moją ramkę danych i sprawdzały ich integralność. Następnie stworzyłem wykresy za pomocą narzędzi udostępnianych przez Qt:

Po potwierdzeniu, że wszystkie dane są odczytywane poprawnie przyszedł czas na stworzenie gry. W pierwszej kolejności stworzyłem scenę, na której umieściłem obrazek gracza i stworzyłem możliwość jego poruszania. Uzyskanie satysfakcjonującego efektu nie było zbyt proste. Testowałem różne rozwiązania, aż w końcu mój wybór stanął na funkcji y = 2*sqrt(x) [y - prędkość gracza, x - wychylenie akcelerometru]. Użycie takiej funkcji do konwersji wychyleń akcelerometru na prędkość gracza pozwoliło mi uzyskać szybką reakcję w przypadku małych wychyleń przy jednoczesnym ograniczeniu maksymalnej prędkości w przypadku dużych wychyleń.

W kolejnym kroku stworzyłem kilka obrazków dla przeszkód (aby miały różne wielkości) i napisałem funkcję, która tworzyła je w losowych miejscach ponad górną krawędzią ekranu. Nadanie im prędkości w dół wywołało iluzję poruszania się statku gracza. Następnie zaimplementowałem wykrywanie kolizji obiektów i tym samym dodałem system żyć oraz punktów dla gracza:

Przy okazji stworzyłem jeszcze obiekt odpowiadający za pocisk, który potrafił niszczyć nadlatujące przeszkody. Na końcu dodałem okienko końca gry w przypadku utraty wszystkich żyć, które pozwalało na jej restart:

Po stwierdzeniu, że wszystko działa jak należy nadszedł czas na ostatni krok: upiększenia graficzne. Do tej pory wszystkie elementy były tylko prowizorycznymi kształtami. Jako, że nie mam wielkiego talentu artystycznego, to postanowiłem poszukać darmowych paczek obrazków w internecie. Po znalezieniu zestawu obrazków użyłem ich do stworzenia prostych animacji, które zaimplementowałem w grze. Efekt końcowy wygląda następująco:

PODSUMOWANIE

Projekt nauczył mnie sporo o tworzeniu aplikacji z użyciem Qt. Wykorzystanie elektroniki do stworzenia kontrolera do gry dodatkowo umiliło naukę - w szczególności, że efekt końcowy wyszedł całkiem nieźle. Nie jest to gra na długie godziny, ale potrafiła zatrzymać na odrobinę czasu wszystkich, którym dałem wypróbować swój kontroler.

Na koniec dorzucam link do repozytorium: https://github.com/Wirgiliusz/FlyAndShoot oraz filmik prezentujący działanie gry wraz z padem:

 

[Treker (Damian Szymański)]

@Wirgiliusz dzięki za opis kolejnego ciekawego projektu! Miło słyszeć, że pomocny był kurs Qt, który dostępny jest na naszym blogu - przy okazji gratulacje i podziękowania dla @Matthew11 za stworzenie tej serii  Opis projektu został właśnie zatwierdzony, więc jest już widoczny publicznie