基于M5StickCPlus制作的兒時小游戲?彈珠迷宮

1   硬件介紹

M5StickC PLUS是M5StickC的大屏幕版本。由電子森林“2022 暑期在家一起練”活動推出的一個開發(fā)板。主控采用ESP32-PICO-D4 模組，具備藍(lán)牙4.2 與WIFI功能，小巧的機身內(nèi)部集成了豐富的硬件資源，如紅外、RTC、麥克風(fēng)、LED、IMU、按鍵、蜂鳴器、PMU等，在保留原有M5StickC 功能的基礎(chǔ)上加入了無源蜂鳴器，同時屏幕尺寸升級到1.14 寸、135*240 分辨率的TFT 屏幕，相較之前的0.96 寸屏幕增加18.7% 的顯示面積，電池容量達(dá)到120 mAh，接口同樣支持HAT 與Unit 系列產(chǎn)品。開發(fā)平臺支持UIFlow，MicroPython，Arduino。

2   設(shè)計思路

思路來源于一個彈珠迷宮的游戲。小時候上學(xué)，同桌拿來的尺子上帶著這樣的游戲。就是一個小鐵彈珠，尺子中間是鏤空的，通過控制尺子的角度移動彈珠通過迷宮。到現(xiàn)在當(dāng)時老師課上講的什么，全忘了，這個游戲還歷歷在目。M5StickC PLUS 中集成了IMU，正好可以用了檢測水平角度，通過重力控制小球通過迷宮。編程環(huán)境就選用Arduino。

3   設(shè)計實現(xiàn)

既然是個迷宮游戲，就要先有個迷宮。大概了解了一下，生成迷宮的算法主要有三種思路，其中最小生成樹算法又可以分為選點法（prim）和選邊法（kruskal）：隨機深度優(yōu)先算法。遞歸分割算法（TODO）。隨機prim 最小生成樹算法。*kruskal 最小生成樹算法（使用并查集實現(xiàn)）。生成的迷宮需要在屏幕上顯示，M5StickC PLUS 屏幕135*240 像素的。我這里使用15*15 的矩形塊作為迷宮的通道和障礙物。則迷宮的規(guī)模就是15*27。使用隨機深度優(yōu)先算法來生成迷宮。深度優(yōu)先算法過程核心是隨機選擇遍歷上下左右四個方向的順序，然后開始搜索。將整個迷宮看做一個【15*27】的矩陣，每個節(jié)點使用一位來存儲，每一行就使用兩個byte 來存儲。迷宮就使用一個無符號整型的數(shù)組來表示，長度為27。先使用python 來生成一個迷宮。

初始化各個組件：這里需要用到屏幕——用了展示、IMU ——用來感知開發(fā)板與地面的夾角、串口——用來調(diào)試程序。M5StickC Plus 提供了詳細(xì)的說明文檔，還提供了Arduino 相關(guān)的例程。參考著例程對系統(tǒng)進(jìn)行初始化。

初始化后，立即繪制迷宮圖案，整個迷宮僅僅需要繪制障礙物部分，在游戲過程中，障礙物時不會被覆蓋，所以只需要繪制一次即可。小球要求能夠在通道中順滑地滾動，這里使用一個4 像素的圓的圖案作為移動的小球。

這個游戲的輸入為重力。通過手控制M5StickC Plus開發(fā)板的水平角度，來控制小球移動。小球可以在水平方向上移動，移動方向就有2 個x、y。所以只需要讀取IMU 的accX 和accY 的值即可。

M5StickC Plus 中IMU 使用的是MPU6886。accX和accY 讀取到的值就是重力在水平面上的分量。通過三角函數(shù)可以計算出開發(fā)板當(dāng)前的傾斜角度。這里為了簡化模型，直接使用讀取到的accX 和accY 放大到整數(shù)，作為控制小球移動的力量。將移動小球的速度控制在一個合理的區(qū)間內(nèi)，對x、y 方向的力的大小由accX和accY 的值做范圍限制，限制在【?3 ，3】之間。當(dāng)偏轉(zhuǎn)角度較小時（為0 時），循環(huán)讀取IMU 的數(shù)據(jù)，對屏幕不做處理。

當(dāng)感知到M5StickC Plus 水平面有偏轉(zhuǎn)了，即需要小球移動時，首先檢查是否在終點，在終點則游戲結(jié)束。不在終點就分別檢查X，Y 兩個方向上是否可以移動。優(yōu)先X 方向。若兩個方向均可移動，先在X 方向移動1 格，再在Y 方向移動一格。若只是單方向可以移動，則僅僅處理單方向的移動。小球每次移動1 個格子，在屏幕上的新位置繪制小球，然后在原來的位置使用背景色繪制一遍小球，就實現(xiàn)了小球移動動畫的繪制。這樣每次就只需要重新繪制小球所在新舊位置的圓即可，大大提升了繪制的速度，使得界面流暢。不同的移動力量對應(yīng)著小球最大能移動的步數(shù)。最大力量對應(yīng)著最多能移動3 格。

游戲開局，小球在左上方的入口，通過控制M5StickCPlus的水平角度，慢慢滴讓小球移動到右下角的出口。實現(xiàn)了小時游戲的感覺。

4   成果展示

（本文來源于《EEPW》202508）