.. note::
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.. _3.1.14_py_pi5:
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。
.. image:: ../python_pi5/img/3.1.14_game_not_not_list.png
:width: 800
:align: center
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
============ ======== ======== ===
.. image:: ../python_pi5/img/3.1.14_game_not_not_schematic.png
:align: center
実験手順
-----------------------
**ステップ1:** 回路を組み立てる。
.. image:: ../python_pi5/img/3.1.14_game_not_not_circuit.png
**ステップ2:** コードファイルを開く。
.. raw:: html
.. code-block::
cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5
**ステップ3:** 実行。
.. raw:: html
.. code-block::
sudo python3 3.1.14_MotionControl.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。
.. warning::
エラー メッセージ ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` が表示された場合は、 :ref:`faq_soc` を参照してください。
**コード**
.. note::
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。
.. raw:: html
.. code-block:: python
#!/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、:ref:`1.1.6_py_pi5` を参照してください。
#. 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。
.. code-block:: python
#!/usr/bin/env python3
from gpiozero import OutputDevice, Button
import time
import threading
import random
#. 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。
.. code-block:: python
# 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。
.. code-block:: python
# ゲーム変数の初期化
timerPlay = 0
timerCheck = 0
waypoint = "NULL"
stage = "NULL"
#. 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。
.. code-block:: python
# 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]
}
#. 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。
.. code-block:: python
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()
#. 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。
.. code-block:: python
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()
#. 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。
.. code-block:: python
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()
#. 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。
.. code-block:: python
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()
#. 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。
.. code-block:: python
def timeOut():
""" ゲームのタイムアウトシナリオを処理します。 """
checkPoint("empty")
#. 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。
.. code-block:: python
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")
#. ``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。
.. code-block:: python
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])
#. 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。
.. code-block:: python
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。
.. code-block:: python
# 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()