MindSnake3D

Пару недель назад в нашей группе VK был запущен опрос, для чего предназначен робот на фото?

Подсказки были таковы:
1) проект носит развлекательный характер
2) робот использует трехмерные массивы
3) разработка проекта ведется на языке С, однако сам проект тесно связан с другим языком программирования, который нам очень нравится
4) Шелдону Куперу он наверняка пришелся бы по душе.

Пришла пора приоткрыть завесу тайны. На каникулах мы тоже любим отдыхать, поэтому наш очередной проект, о котором сегодня пойдет речь, действительно носит развлекательный характер. Наверное многие из вас играли в знаменитую игру Snake ("Змейка"), она портирована на множество различных платформ, а наибольшую популярность получила будучи предустановленной на телефонах Nokia (подсказка №3: Питон - змея).

Змейка ползает по полю, поедая пищу, удлинняясь от каждой съеденной порции. Если змейка врезается в ограждение поля или в свой хвост - она погибает и игра начинается сначала. Цель игры - вырастить как можно более длинную змейку.

Мы давно хотели сделать эту игру на платформе LEGO Mindstorms, но интересная реализация никак не вырисовывалась. Создавать очередной клон на экране NXT или EV3 блока нам не хотелось, а реализовать змейку в механике похоже не по зубам даже гуру LEGO-роботостроения. 

Наконец, когда пришла пора изучить трехмерные массивы - все сложилось и идея обрела законченную форму. Далеким прототипом стал наш наш проект 2015 года - EV3 Муха. В этой игре в уме (или "мыслилке", как мы называем такого типа развлечения) мы должны были двигать воображаемую муху по плоскому полю. 

В проекте MinSnake мы добавим пищи для ума в виде еще одного измерения. Наша змейка будет ползать в 3D-кубе, который игрок должен представить в уме, управление головой змеи мы реализовали в конструкции. Все игровые события робот озвучивает голосом, экран блока в геймплее не используется. Змейка как и в классическом варианте не должна выползти за пределы игрового поля (куба) и не должна врезаться сама в себя (в свой хвост). Заморочено, правла? Шелдону Куперу точно бы понравилось!

Исходные данные таковы:

- куб имеет размер 3x3 пиксела

- змейка на старте имеет длину = 1, стартует из центра (ячейка 2,2,2)

- стартовое направление в начале игры - направо

- в зависимости от выбранного уровня сложности на ход дается в среднем 5 секунд, за это время игрок должен выбрать одно из 6 направлений движения (вверх-вниз-влево-вправо-к себе-от себя), в соответствии с которым змейка передвинется по истечении времени хода. На каждый следующий ход дается на несколько миллисекунд меньше чем на предыдущий

- еда появляется в кубе случайным образом, на свободном от змейки месте. Робот называет ячейку где именно. Чтобы не путаться в координатах озвучивается слой сверху вниз (1-2-3) и номер ячейки 1..9 по телефонному принципу (см. рис)

- при совпадении головы змеи с ячейкой, в которой лежит еда, змейка удлинняется - при движении в такую ячейку хвост не подтягивается, за счет чего обеспечивается рост
- если змейка не успела за отведенное время доползти до ячейки с едой, пища исчезает и появляется в новом месте. Время зависит от текущего уровня сложности
- по достижению заданной на данном увроне длины змейки игра переходит на следующий уровень сложности (3 уровня).

Инструкцию по сборке нашего проекта в формате LEGO Digital Designer и программу к роботу вы можете скачать по ссылке.

Исходный код программы на языке NXC:

struct coord{
  int x;
  int y;
  int z;
};

coord head;
coord eda;
coord max;

int snake[3][3][3];

void food(){
  while(true){
    eda.x=Random(2999)/1000.0;
    eda.y=Random(2999)/1000.0;
    eda.z=Random(2999)/1000.0;
    if(snake[eda.x][eda.y][eda.z]==0){
      break;
    }
  }
}

int otkl(int a, int b)
{
  return ((a+36000)%360 + 540 - b)%360 - 180;
}

int direct(){
  if(abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_B),0))<=45){
    return 4;
  }
  if(abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_B),180))<=45){
    return 5;
  }

  if(abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_A),0))<=45 && abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_B),90))<=45){
    return 3;
  }

  if(abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_A),0))<=45 && abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_B),270))<=45){
    return 2;
  }

  if(abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_A),90))<=45 && abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_B),90))<=45){
    return 1;
  }

  if(abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_A),90))<=45 && abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_B),270))<=45){
    return 0;
  }

  if(abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_A),180))<=45 && abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_B),90))<=45){
    return 3;
  }

  if(abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_A),180))<=45 && abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_B),270))<=45){
    return 2;
  }

  if(abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_A),270))<=45 && abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_B),90))<=45){
    return 1;
  }

  if(abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_A),270))<=45 && abs(otkl(MotorRotationCount(OUT_B),270))<=45){
    return 0;
  }

  return -1;
}
int time_hod=5000;
int direction=4;//0-туда1-обратно2-вверх3-вниз4-вправо5-влево
int eda_farther=0;
int maxa=0;
int direction_old=4;
long ti;
int len=1;
int level=0;
int len_up;
task main()
{
  ClearScreen();
  //TextOut(0,16,"Easy");
  //TextOut(0,8,"Normal");
  //TextOut(0,0,"Hard");
  Wait(1000);
  while(ButtonPressed(BTNCENTER,0)
  && ButtonPressed(BTNLEFT,0)
  && ButtonPressed(BTNRIGHT,0)){

  }
  if(ButtonPressed(BTNCENTER,1)){
    level=2;
    len_up=9;
    time_hod=5000;
    ClearScreen();
  //  TextOut(0,0,"Normal");
  }
  if(ButtonPressed(BTNLEFT,1)){
    level=1;
    len_up=3;
    time_hod=5000;
    ClearScreen();
  //  TextOut(0,0,"Easy");
  }
  if(ButtonPressed(BTNRIGHT,1)){
    level=3;
    len_up=9;
    time_hod=3000;
    ClearScreen();
  //  TextOut(0,0,"Hard");
  }
  Wait(3000);

  eda.x=10;
  eda.y=10;
  eda.z=10;
  head.x=1;
  head.y=1;
  head.z=1;
  PlayFile("start.rso");
  PlayFile("center.rso");
  ResetRotationCount(OUT_AB);
  direction=direct();
  for(int i=0;i<=2;i++){
    for(int z=0;z<=2;z++){
      for(int q=0;q<=2;q++){
        snake[i][z][q]=0;
      }
    }
  }
  snake[1][1][1]=1;
  long time=CurrentTick();
  long time_eda=CurrentTick();
  while(true){
    if(len==len_up && level==3){
      break;
      PlayFile("levelup.rso");
    }
    if(len==len_up && level==2){
      level=3;
      len_up=9;
      time_hod=3000;
      PlayFile("levelup.rso");
      Wait(1000);
    }
    if(len==len_up && level==1){
      level=2;
      len_up=6;
      PlayFile("levelup.rso");
      Wait(1000);
    }

    direction_old=direction;
    direction=direct();

    if(direction!=direction_old){
      switch(direction)
      {
      case 0:
        PlayFile("farther.rso");
        Wait(1000);
        break;
       case 1:
         PlayFile("closer.rso");
         Wait(1000);
         break;
       case 2:
         PlayFile("up.rso");
         Wait(1000);
         break;
       case 3:
         PlayFile("down.rso");
         Wait(1000);
         break;
       case 4:
         PlayFile("right.rso");
         Wait(1000);
         break;
       case 5:
         PlayFile("left.rso");
         Wait(1000);
         break;
       default:
         break;
       }
    }
    if(CurrentTick()-time_eda>=20000){
      time_eda=CurrentTick();
      food();
      PlayFile("food.rso");
      Wait(1000);
      if(eda.y==0){
        PlayFile("3.rso");
        Wait(1000);
      }
      if(eda.y==1){
        PlayFile("2.rso");
        Wait(1000);
      }
      if(eda.y==2){
        PlayFile("1.rso");
        Wait(1000);
      }
      if(eda.z==2){
        if(eda.x==0){
          PlayFile("1.rso");
          Wait(1000);
        }
        if(eda.x==1){
          PlayFile("2.rso");
          Wait(1000);
        }
        if(eda.x==2){
          PlayFile("3.rso");
          Wait(1000);
        }
      }
      if(eda.z==1){
        if(eda.x==0){
          PlayFile("4.rso");
          Wait(1000);
        }
        if(eda.x==1){
          PlayFile("5.rso");
          Wait(1000);
        }
        if(eda.x==2)
        {
          PlayFile("6.rso");
          Wait(1000);
        }
      }
      if(eda.z==0){
        if(eda.x==0){
          PlayFile("7.rso");
          Wait(1000);
        }
        if(eda.x==1){
          PlayFile("8.rso");
          Wait(1000);
        }
        if(eda.x==2){
          PlayFile("9.rso");
          Wait(1000);
        }
      }

    }
    if(CurrentTick() - ti>=1000){
      ti=CurrentTick();
 //     ClearScreen();
     // NumOut(10,0,eda.z);
    // / NumOut(10,8,eda.y);
    //  NumOut(10,16,eda.x);
    //  NumOut(0,0,head.z);
   ///   NumOut(0,8,head.y);
    //  NumOut(0,16,head.x);
    //  NumOut(0,24,direction);
     // NumOut(5,0,len);
    }
    if(CurrentTick()-time>=time_hod){
      PlayTone(440,100);
      time_hod=time_hod-10;
     
      time=CurrentTick()
      if(head.x==2 && direction==4
      || head.x==0 && direction==5
      || head.y==2 && direction==2
      || head.y==0 && direction==3
      || head.z==2 && direction==0
      || head.z==0 && direction==1){
        break;
      }
   
      eda_farther=0;
   
      if(direction==0 && head.x==eda.x && head.y==eda.y && head.z+1==eda.z){
        eda_farther=1;
      }
      if(direction==1 && head.x==eda.x && head.y==eda.y && head.z-1==eda.z){
        eda_farther=1;
      }
      if(direction==2 && head.x==eda.x && head.y+1==eda.y && head.z==eda.z){
        eda_farther=1;
      }
      if(direction==3 && head.x==eda.x && head.y-1==eda.y && head.z==eda.z){
        eda_farther=1;
      }
      if(direction==4 && head.x+1==eda.x && head.y==eda.y && head.z==eda.z){
        eda_farther=1;
      }
      if(direction==5 && head.x-1==eda.x && head.y==eda.y && head.z==eda.z){
        eda_farther=1;
      }
      for(int i=0;i<=2;i++){
        for(int z=0;z<=2;z++){
          for(int q=0;q<=2;q++){
            if(snake[i][z][q]!=0){
              snake[i][z][q]+=1;
            }
          }
        }
      }
      max=0;
      for(int i=0;i<=2;i++){
        for(int z=0;z<=2;z++){
          for(int q=0;q<=2;q++){
            if(snake[i][z][q]>maxa){
              maxa=snake[i][z][q];
              max.x=i;
              max.y=z;
              max.z=q;
            }
          }
        }
      }

      if(eda_farther==0){
        snake[max.x][max.y][max.z]=0;
      }
      else{
        len++;
        time_eda=CurrentTick();
        eda.x=10;
        eda.y=10;
        eda.z=10;
        PlayFile("len.rso");
        Wait(1000);
      }
      maxa=0;
      max.x=0;
      max.y=0;
      max.z=0;
      if(direction==0){
        if(snake[head.x][head.y][head.z+1]==0){
          snake[head.x][head.y][head.z+1]=1;
          head.z++;
        }
        else{
          break;
        }
      }
      if(direction==1){
        if(snake[head.x][head.y][head.z-1]==0){
          snake[head.x][head.y][head.z-1]=1;
          head.z--;
        }
        else{
          break;
        }
      }
      if(direction==2){
        if(snake[head.x][head.y+1][head.z]==0){
          snake[head.x][head.y+1][head.z]=1;
          head.y++;
        }
        else{
          break;
        }
      }
      if(direction==3){
        if(snake[head.x][head.y-1][head.z]==0){
          snake[head.x][head.y-1][head.z]=1;
          head.y--;
        }
        else{
          break;
        }
      }
      if(direction==4){
        if(snake[head.x+1][head.y][head.z]==0){
          snake[head.x+1][head.y][head.z]=1;
          head.x++;
        }
        else{
          break;
        }
      }
      if(direction==5){
        if(snake[head.x-1][head.y][head.z]==0){
          snake[head.x-1][head.y][head.z]=1;
          head.x--;
        }
        else{
          break;
        }
      }
      direction=direct();
    }
  }
  PlayFile("end.rso");
  Wait(1000);
}