上周，我構(gòu)建了一個(gè)LED立方體– 64個(gè)LED ，您可以對(duì)其進(jìn)行編程以進(jìn)行夢(mèng)幻般的未來(lái)派燈光秀，而且我希望您也這樣做，因?yàn)樗?lì)您并擴(kuò)展Arduino技能的絕佳項(xiàng)目。我為您提供了一些基本的應(yīng)用程序，以幫助您進(jìn)行思考，但是今天，我將介紹為多維數(shù)據(jù)集制作的更多軟件以及代碼說(shuō)明。這樣做的目的不僅是為您提供更多運(yùn)行的燈光秀，而且是為了了解對(duì)多維數(shù)據(jù)集進(jìn)行編程的一些限制，并在此過(guò)程中學(xué)習(xí)一些新的編程概念。

這是一些相當(dāng)高級(jí)的編碼。在自定義提供的代碼之前，您確實(shí)需要閱讀我以前的所有 Arduino教程和我們的初學(xué)者Arduino指南。

應(yīng)用程序1：迷你蛇

我不想運(yùn)行一套像蛇一樣的圖案序列，而是想對(duì)一條蛇進(jìn)行編程，這是一種人工的蛇，它可以自己做出隨機(jī)選擇，而且完全不可預(yù)測(cè)。僅限于2個(gè)細(xì)分，我將在后面解釋，您可以在下面查看演示。在此處下載完整的代碼。

處理3D空間時(shí)，單個(gè)點(diǎn)需要3個(gè)坐標(biāo)： X， Y 和 Z 。

但是，在我們的立方體中，X和Z平面由LED引腳表示，而Y直接由LED引腳表示。映射到陰極平面。為了方便使用這些坐標(biāo)并弄清楚立方體周圍的運(yùn)動(dòng)，我創(chuàng)建了一個(gè)新的數(shù)據(jù)類型（使用結(jié)構(gòu)）來(lái)表示立方體上的單個(gè)點(diǎn)，我稱之為“ xyz”。它僅由兩個(gè)整數(shù)組成：“ xz”和“ y”。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，我還可以在下面的特殊（xz，y）坐標(biāo)系中表示一個(gè)方向：

Y運(yùn)動(dòng) （向上，向下）：（xz，y + 1），（xz，y-1）

Z 運(yùn)動(dòng) （向前，向后） ：（xz-1，y），（xz + 1，y）

X運(yùn)動(dòng) （左，右）：（xz + 4，y），（ xz-4，y）

例如，要將LED沿一個(gè)位置向左移動(dòng)（0，0），我們應(yīng)用（xz + 4，y） 并以（0，4）結(jié)尾。

對(duì)移動(dòng)有一定限制-即Y坐標(biāo)只能是可能的 0到3 （0是最底層，3是最上層），而XZ坐標(biāo)只能是 0到15 。在Z軸運(yùn)動(dòng)上設(shè)置了另一個(gè)限制，以防止從立方體的后部到前面的“跳躍”，反之亦然。在這種情況下，我們使用模數(shù)函數(shù)測(cè)試4的倍數(shù)，并拒絕該移動(dòng)嘗試。這是邏輯，用 valid（）函數(shù)表示，如果建議的方向是可以接受的移動(dòng)，則返回true，否則返回false。我添加了另一個(gè)函數(shù)來(lái)檢查反向 –也就是說(shuō)，如果蛇正朝一個(gè)方向前進(jìn)，即使它是移動(dòng)到–和 move（）《的有效位置，我們也不希望它向后退。/strong》函數(shù)，該函數(shù)將獲取坐標(biāo)，方向并返回新坐標(biāo)。

XYZ 數(shù)據(jù)類型， valid（）， move（）和 inverse（）函數(shù)都可以在下載的 xyz.h 文件中找到。如果您想知道為什么將其放入一個(gè)單獨(dú)的文件而不是主程序文件中，那是由于一些復(fù)雜的Arduino編譯器規(guī)則阻止了返回自定義數(shù)據(jù)類型；它們必須放置在自己的文件中，然后在主文件的開(kāi)頭導(dǎo)入。

在主運(yùn)行時(shí)文件中，一個(gè)方向數(shù)組存儲(chǔ)了蛇可能做出的所有可能動(dòng)作；我們可以簡(jiǎn)單地選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)組成員來(lái)獲得新的方向。還創(chuàng)建了變量來(lái)存儲(chǔ)當(dāng)前位置（現(xiàn)在），先前的方向和先前的位置。其余代碼對(duì)您來(lái)說(shuō)應(yīng)該是顯而易見(jiàn)的。只需f o r個(gè)循環(huán)，然后打開(kāi)和關(guān)閉LED。在主循環(huán)中，我們檢查建議的方向是否有效，如果是，則按照這種方式進(jìn)行。如果沒(méi)有，我們會(huì)選擇一個(gè)新的方向。

在主循環(huán)中唯一要指出的是一些檢查，以糾正我發(fā)現(xiàn)的涉及多路復(fù)用的錯(cuò)誤：如果新位置在相同的陰極平面或相同的陰極平面上陽(yáng)極引腳，關(guān)閉前一個(gè)LED會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)LED都熄滅。也是在這一點(diǎn)上，我意識(shí)到在我當(dāng)前的實(shí)現(xiàn)中，超越2段蛇形是不可能的：嘗試以角落布置方式點(diǎn)亮3個(gè)LED。您不能這樣做，因?yàn)榧せ?層和2個(gè)LED引腳后，將打開(kāi)4個(gè)LED，而不是3個(gè)。這是我們有限的多維數(shù)據(jù)集設(shè)計(jì)固有的問(wèn)題，但不必?fù)?dān)心：我們只需要使用視覺(jué)持久性以重寫(xiě)繪圖方法。

視覺(jué)持久性意味著當(dāng)光線順序到達(dá)我們的眼睛時(shí)（比我們能夠處理的快），它看起來(lái)像是一幅圖像。在我們的案例中，與其同時(shí)繪制所有四個(gè)圖層，不如繪制第一層，將其停用，繪制第二層并使其停用：這比我們知道發(fā)生任何變化的速度還快。這就是消息編寫(xiě)者工作的原理，就像這樣：

使用視覺(jué)持久性的新繪制方法

首先，是一個(gè)新的繪制例程。我創(chuàng)建了一個(gè) 4 x 16二維數(shù)組（正確或錯(cuò)誤）以表示LED立方體狀態(tài)的文字。繪制例程將通過(guò)簡(jiǎn)單地對(duì)其進(jìn)行迭代并將每一層刷新到立方體一小會(huì)兒來(lái)實(shí)現(xiàn)視覺(jué)的持久性。它將繼續(xù)以當(dāng)前狀態(tài)繪制自己，直到刷新時(shí)間過(guò)去為止，此時(shí)我們將控制權(quán)傳遞回main loop（）。我已將代碼的這一部分保存在此LED_cube_POV文件中，因此，如果您只想開(kāi)始編寫(xiě)自己的游戲，然后隨時(shí)使用它作為基礎(chǔ)。

應(yīng)用2：Game of生活

現(xiàn)在，讓我們將其開(kāi)發(fā)為Conway的《人生游戲》的基本版本。對(duì)于不熟悉（嘗試使用Google搜索來(lái)查找令人敬畏的復(fù)活節(jié)彩蛋動(dòng)畫(huà)）的人來(lái)說(shuō)，生命游戲是細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的一個(gè)示例，它創(chuàng)造了一種令人著迷的給出的行為只有幾個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則。

例如，這是螞蟻在智力和蜂巢的思想下如何運(yùn)動(dòng)的方式，盡管生物學(xué)事實(shí)表明它們實(shí)際上遵循非?；镜暮蔂柮梢?guī)則。這是完整的下載代碼：按下 reset 按鈕重新啟動(dòng)。如果發(fā)現(xiàn)自己反復(fù)出現(xiàn)相同的模式，請(qǐng)嘗試按住rest按鈕更長(zhǎng)的時(shí)間。

此處是生命博弈的規(guī)則：

任何少于兩個(gè)活鄰居的活細(xì)胞都會(huì)死亡，好像是由人口不足造成的。

有兩個(gè)活鄰居的活細(xì)胞或三個(gè)活著的鄰居繼續(xù)生活到下一代。

具有三個(gè)以上活著的鄰居的任何活細(xì)胞都會(huì)死去，就像人滿為患一樣。

任何有三個(gè)活著的鄰居的死細(xì)胞都會(huì)變成

運(yùn)行代碼。您會(huì)注意到，在5到10個(gè)“世代”內(nèi)，自動(dòng)機(jī)可能已經(jīng)停下來(lái)，穩(wěn)定在某個(gè)位置；有時(shí)，這種穩(wěn)定的模式會(huì)改變位置并在木板上移動(dòng)。在極少數(shù)情況下，它們甚至可能完全消失。這是只能使用4x4x4 LED的限制，但無(wú)論如何都是一個(gè)很好的學(xué)習(xí)練習(xí)。

解釋代碼：

您可能不熟悉 memcpy（）函數(shù)。我用它來(lái)保存以前的游戲狀態(tài)，因?yàn)閿?shù)組不能像普通變量那樣相互分配-您必須在內(nèi)存空間中進(jìn)行實(shí)際復(fù)制（在這種情況下為64位）。

howManyNeighbours（）函數(shù)應(yīng)該可以自我解釋，但如果情況并非如此，則此方法采用單個(gè)坐標(biāo)，并遍歷每個(gè)可能的鄰居（與我們先前在蛇中使用的方向相同的數(shù)組）應(yīng)用程序），以檢查它們是否有效。然后，它會(huì)檢查那些相鄰的LED在先前的游戲狀態(tài)中是否“點(diǎn)亮”，并計(jì)數(shù)有多少。

該“生活游戲”應(yīng)用的主要功能是 progressGame（），這會(huì)將自動(dòng)機(jī)規(guī)則應(yīng)用于當(dāng)前游戲狀態(tài)。

改進(jìn)：到目前為止，我已經(jīng)花了太長(zhǎng)時(shí)間了，但是您可能想要嘗試添加一張支票，該支票在經(jīng)過(guò)5代左右的相同模式后會(huì)自動(dòng)將板復(fù)位。那請(qǐng)告訴我！我也建議您嘗試將POV方法添加到蛇游戲中，以期有可能使更長(zhǎng)的蛇成為可能。

今天就是我了。我可能稍后會(huì)再訪問(wèn)一些Arduino LED多維數(shù)據(jù)集應(yīng)用程序，但希望您能夠修改我的代碼并創(chuàng)建自己的游戲規(guī)則：讓我們知道您在注釋中提出了什么，以便我們都可以下載您的創(chuàng)作！與以往一樣，我將在這里回答您的問(wèn)題并捍衛(wèi)我的可怕編碼能力。

責(zé)任編輯：wv