3.1.14 GAME– 逆逆

はじめに

このレッスンでは、面白いゲームデバイスを作ります。その名も「逆逆」です。

ゲーム中、ドットマトリクスはランダムに矢印を表示します。あなたがすることは、限られた時間内に矢印の反対方向のボタンを押すことです。時間切れ、または矢印と同じ方向のボタンを押すと、あなたはアウトです。

このゲームはあなたの逆向き思考を本当に鍛えることができます。さあ、試してみましょうか？

必要なコンポーネント

このプロジェクトには以下のコンポーネントが必要です。

回路図

T-Board Name	physical	wiringPi	BCM
GPIO17	Pin 11	0	17
GPIO18	Pin 12	1	18
GPIO27	Pin 13	2	27
GPIO20	Pin 38	28	20
GPIO26	Pin 37	25	26

実験手順

ステップ1: 回路を組み立てる。

ステップ2: コードファイルを開く。

cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5

ステップ3: 実行。

sudo python3 3.1.14_MotionControl_zero.py

プログラムを開始すると、ドットマトリクスに右または左を指す矢印が表示されます。あなたがすることは、限られた時間内に矢印の反対方向のボタンを押すことです。そうするとドットマトリクスに「√」が表示されます。時間切れ、または矢印と同じ方向のボタンを押すと、アウトでドットマトリクスに「x」が表示されます。上下左右の4方向に対応するために、2つの新しいボタンを追加するか、ジョイスティックキーに置き換えてゲームの難易度を上げることもできます。

コード

注釈

下記のコードは 変更/リセット/コピー/実行/停止 が可能です。しかし、それを行う前に、 davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5 のようなソースコードのパスに移動する必要があります。コードを変更した後、直接実行して効果を確認することができます。

#!/usr/bin/env python3
from gpiozero import OutputDevice, Button
import time
import threading
import random

# 74HC595シフトレジスタのGPIOピン
SDI = OutputDevice(17)   # シリアルデータ入力
RCLK = OutputDevice(18)  # レジスタクロック
SRCLK = OutputDevice(27) # シフトレジスタクロック

# ボタンのGPIOピン
AButtonPin = Button(20)  # ボタンA
BButtonPin = Button(26)  # ボタンB

# ゲーム変数の初期化
timerPlay = 0
timerCheck = 0
waypoint = "NULL"
stage = "NULL"

# LEDマトリクス表示の矢印グリフ
arrow = {
    "right": [0xFF, 0xEF, 0xDF, 0x81, 0xDF, 0xEF, 0xFF, 0xFF],
    "left": [0xFF, 0xF7, 0xFB, 0x81, 0xFB, 0xF7, 0xFF, 0xFF]
}

# 正解/誤りのフィードバックグリフ
check = {
    "wrong": [0xFF, 0xBB, 0xD7, 0xEF, 0xD7, 0xBB, 0xFF, 0xFF],
    "right": [0xFF, 0xFF, 0xF7, 0xEB, 0xDF, 0xBF, 0xFF, 0xFF]
}

def hc595_shift(dat):
    """ 74HC595シフトレジスタにデータをシフトします。 """
    for i in range(8):
        SDI.value = 0x80 & (dat << i)
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()

def display(glyphCode):
    """ LEDマトリクスにグリフを表示します。 """
    for i in range(0, 8):
        hc595_shift(glyphCode[i])
        hc595_shift(0x80 >> i)
        RCLK.on()
        RCLK.off()

def creatGlyph():
    """ ゲームの新しいグリフを作成し、プレイタイマーを開始します。 """
    global waypoint, stage, timerPlay
    waypoint = random.choice(list(arrow.keys()))
    stage = "PLAY"
    timerPlay = threading.Timer(2.0, timeOut)
    timerPlay.start()

def checkPoint(inputKey):
    """ プレイヤーの入力をチェックし、ゲームの状態を更新します。 """
    global waypoint, stage, timerCheck
    if inputKey == "empty" or inputKey == waypoint:
        waypoint = "wrong"
    else:
        waypoint = "right"
    timerPlay.cancel()
    stage = "CHECK"
    timerCheck = threading.Timer(1.0, creatGlyph)
    timerCheck.start()

def timeOut():
    """ ゲームのタイムアウトシナリオを処理します。 """
    checkPoint("empty")

def getKey():
    """ ボタン押下を検出し、チェックポイントをトリガーします。 """
    if AButtonPin.is_pressed and not BButtonPin.is_pressed:
        checkPoint("right")
    elif not AButtonPin.is_pressed and BButtonPin.is_pressed:
        checkPoint("left")

def main():
    """ メインゲームループ。 """
    creatGlyph()
    while True:
        if stage == "PLAY":
            display(arrow[waypoint])
            getKey()
        elif stage == "CHECK":
            display(check[waypoint])

def destroy():
    """ プログラム終了時にリソースをクリーンアップします。 """
    global timerPlay, timerCheck
    timerPlay.cancel()  # プレイタイマーをキャンセル
    timerCheck.cancel()  # チェックポイントタイマーをキャンセル

# ゲームを実行し、キーボード割り込みでクリーンな終了を処理
try:
    main()
except KeyboardInterrupt:
    destroy()

コードの説明

1.1.6 LEDドットマトリクス を基にして、このレッスンでは 2 つのボタンを追加し、面白いゲームデバイスを作ります。ですので、ドットマトリクスにあまり慣れていない場合は、1.1.6 LEDドットマトリックス を参照してください。

1. 必要なライブラリをインポートしてコードを開始します。「gpiozero」はボタンや出力デバイスなどのGPIOピンとのやり取りに使用されます。「time」は遅延を追加するため、「threading」は複数のタスクを同時に実行するため、「random」はプロジェクトでのランダム性を導入するのに役立ちます。

   #!/usr/bin/env python3
   from gpiozero import OutputDevice, Button
   import time
   import threading
   import random
   

2. シフトレジスタ（「SDI」、「RCLK」、「SRCLK」）およびボタン（「AButtonPin」、「BButtonPin」）用のGPIOピンを初期化します。シフトレジスタは、少ないGPIOピンで複数のLEDを制御するために使用され、LEDマトリクス表示に不可欠です。

   # 74HC595シフトレジスタのGPIOピン
   SDI = OutputDevice(17)   # シリアルデータ入力
   RCLK = OutputDevice(18)  # レジスタクロック
   SRCLK = OutputDevice(27) # シフトレジスタクロック
   
   # ボタンのGPIOピン
   AButtonPin = Button(20)  # ボタンA
   BButtonPin = Button(26)  # ボタンB
   

3. ゲームロジックに使用される変数、例えばタイマーやゲーム状態指標を初期化します。

   # ゲーム変数の初期化
   timerPlay = 0
   timerCheck = 0
   waypoint = "NULL"
   stage = "NULL"
   

4. LEDマトリクスに表示する矢印とフィードバック（正解/誤り）のバイナリパターンを定義します。各配列要素はLEDマトリクスの行を表し、「1」と「0」はそれぞれLEDがオンまたはオフであることを示します。

   # LEDマトリクス表示の矢印グリフ
   arrow = {
       "right": [0xFF, 0xEF, 0xDF, 0x81, 0xDF, 0xEF, 0xFF, 0xFF],
       "left": [0xFF, 0xF7, 0xFB, 0x81, 0xFB, 0xF7, 0xFF, 0xFF]
   }
   
   # 正解/誤りのフィードバックグリフ
   check = {
       "wrong": [0xFF, 0xBB, 0xD7, 0xEF, 0xD7, 0xBB, 0xFF, 0xFF],
       "right": [0xFF, 0xFF, 0xF7, 0xEB, 0xDF, 0xBF, 0xFF, 0xFF]
   }
   

5. この関数は1バイトのデータを74HC595シフトレジスタにシフトします。 dat バイトの各ビットに対して繰り返し処理を行い、 SDI ピンを高または低に設定し、 SRCLK ピンをトグルしてビットをレジスタにシフトします。

   def hc595_shift(dat):
       """ 74HC595シフトレジスタにデータをシフトします。 """
       for i in range(8):
           SDI.value = 0x80 & (dat << i)
           SRCLK.on()
           SRCLK.off()
   

6. この関数はLEDマトリクスにグリフを表示します。 glyphCode で表されるグリフの各行とその行のアドレスを hc595_shift を使用してシフトレジスタに送信し、 RCLK ピンをトグルして表示を更新します。

   def display(glyphCode):
       """ LEDマトリクスにグリフを表示します。 """
       for i in range(0, 8):
           hc595_shift(glyphCode[i])
           hc595_shift(0x80 >> i)
           RCLK.on()
           RCLK.off()
   

7. この関数はランダムに arrow 辞書からグリフを選択し、プレイタイマーを開始し、ゲームのステージを「PLAY」に設定します。ゲームでのタイミング制御には threading.Timer が使用されます。

   def creatGlyph():
       """ ゲームの新しいグリフを作成し、プレイタイマーを開始します。 """
       global waypoint, stage, timerPlay
       waypoint = random.choice(list(arrow.keys()))
       stage = "PLAY"
       timerPlay = threading.Timer(2.0, timeOut)
       timerPlay.start()
   

8. この関数はプレイヤーの入力を現在のグリフと比較します。入力が正しい場合は、waypointを「right」に設定し、そうでない場合は「wrong」に設定します。次に現在のプレイタイマーをキャンセルし、次のグリフのための新しいタイマーを開始します。

   def checkPoint(inputKey):
       """ プレイヤーの入力をチェックし、ゲームの状態を更新します。 """
       global waypoint, stage, timerCheck
       if inputKey == "empty" or inputKey == waypoint:
           waypoint = "wrong"
       else:
           waypoint = "right"
       timerPlay.cancel()
       stage = "CHECK"
       timerCheck = threading.Timer(1.0, creatGlyph)
       timerCheck.start()
   

9. この関数はゲームがタイムアウトしたときに呼び出されます。「empty」を引数として checkPoint を呼び出し、時間内にボタンが押されなかったことを示します。

   def timeOut():
       """ ゲームのタイムアウトシナリオを処理します。 """
       checkPoint("empty")
   

10. この関数はボタンの状態を確認します。「AButtonPin」が押されていて「BButtonPin」が押されていない場合は、「right」として checkPoint を呼び出します。逆に「BButtonPin」が押されていて「AButtonPin」が押されていない場合は、「left」として checkPoint を呼び出します。

    def getKey():
        """ ボタン押下を検出し、チェックポイントをトリガーします。 """
        if AButtonPin.is_pressed and not BButtonPin.is_pressed:
            checkPoint("right")
        elif not AButtonPin.is_pressed and BButtonPin.is_pressed:
            checkPoint("left")
    

11. main 関数はゲームの流れを制御します。グリフを作成して開始し、継続的にゲームのステージを確認します。"PLAY"ステージでは、現在のグリフを表示し、ボタン押下をチェックします。"CHECK"ステージでは、プレイヤーのアクションに基づいてフィードバックを表示します。

    def main():
        """ メインゲームループ。 """
        creatGlyph()
        while True:
            if stage == "PLAY":
                display(arrow[waypoint])
                getKey()
            elif stage == "CHECK":
                display(check[waypoint])
    

12. この関数はプログラムが終了する際に実行中のタイマーをキャンセルし、クリーンなシャットダウンを保証します。

    def destroy():
        """ プログラム終了時にリソースをクリーンアップします。 """
        global timerPlay, timerCheck
        timerPlay.cancel()  # プレイタイマーをキャンセル
        timerCheck.cancel()  # チェックポイントタイマーをキャンセル
    

13. ゲームは try ブロックで実行されます。 KeyboardInterrupt （Ctrl+Cを押すなど）が発生した場合、例外をキャッチし、 destroy を呼び出して終了前にクリーンアップします。

    # ゲームを実行し、キーボード割り込みでクリーンな終了を処理
    try:
        main()
    except KeyboardInterrupt:
        destroy()