上周，我構(gòu)建了一個LED立方體– 64個LED ，您可以對其進(jìn)行編程以進(jìn)行夢幻般的未來派燈光秀，而且我希望您也這樣做，因?yàn)樗钅U(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，而且是為了了解對多維數(shù)據(jù)集進(jìn)行編程的一些限制，并在此過程中學(xué)習(xí)一些新的編程概念。

這是一些相當(dāng)高級的編碼。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。僅限于2個細(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，單個點(diǎn)需要3個坐標(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，我創(chuàng)建了一個新的數(shù)據(jù)類型（使用結(jié)構(gòu)）來表示立方體上的單個點(diǎn)，我稱之為“ xyz”。它僅由兩個整數(shù)組成：“ xz”和“ y”。通過這種結(jié)構(gòu)，我還可以在下面的特殊（xz，y）坐標(biāo)系中表示一個方向：

Y運(yùn)動 （向上，向下）：（xz，y + 1），（xz，y-1）

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

X運(yùn)動 （左，右）：（xz + 4，y），（ xz-4，y）

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

對移動有一定限制-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)動上設(shè)置了另一個限制，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)測試4的倍數(shù)，并拒絕該移動嘗試。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，則返回true，否則返回false。我添加了另一個函數(shù)來檢查反向 –也就是說，如果蛇正朝一個方向前進(jìn)，即使它是移動到–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，然后在主文件的開頭導(dǎo)入。

在主運(yùn)行時文件中，一個方向數(shù)組存儲了蛇可能做出的所有可能動作；我們可以簡單地選擇一個隨機(jī)數(shù)組成員來獲得新的方向。還創(chuàng)建了變量來存儲當(dāng)前位置（現(xiàn)在），先前的方向和先前的位置。其余代碼對您來說應(yīng)該是顯而易見的。只需f o r個循環(huán)，然后打開和關(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。如果沒有，我們會選擇一個新的方向。

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)用的錯誤：如果新位置在相同的陰極平面或相同的陰極平面上陽極引腳，關(guān)閉前一個LED會導(dǎo)致兩個LED都熄滅。也是在這一點(diǎn)上，我意識到在我當(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LED。您不能這樣做，因?yàn)榧せ?層和2個LED引腳后，將打開4個LED，而不是3個。這是我們有限的多維數(shù)據(jù)集設(shè)計(jì)固有的問題，但不必?fù)?dān)心：我們只需要使用視覺持久性以重寫繪圖方法。

視覺持久性意味著當(dāng)光線順序到達(dá)我們的眼睛時（比我們能夠處理的快），它看起來像是一幅圖像。在我們的案例中，與其同時繪制所有四個圖層，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。這就是消息編寫者工作的原理，就像這樣：

使用視覺持久性的新繪制方法

首先，是一個新的繪制例程。我創(chuàng)建了一個 4 x 16二維數(shù)組（正確或錯誤）以表示LED立方體狀態(tài)的文字。繪制例程將通過簡單地對其進(jìn)行迭代并將每一層刷新到立方體一小會兒來實(shí)現(xiàn)視覺的持久性。它將繼續(xù)以當(dāng)前狀態(tài)繪制自己，直到刷新時間過去為止，此時我們將控制權(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，如果您只想開始編寫自己的游戲，然后隨時使用它作為基礎(chǔ)。

應(yīng)用2：Game of生活

現(xiàn)在，讓我們將其開發(fā)為Conway的《人生游戲》的基本版本。對于不熟悉（嘗試使用Google搜索來查找令人敬畏的復(fù)活節(jié)彩蛋動畫）的人來說，生命游戲是細(xì)胞自動機(jī)的一個示例，它創(chuàng)造了一種令人著迷的給出的行為只有幾個簡單的規(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。如果發(fā)現(xiàn)自己反復(fù)出現(xiàn)相同的模式，請嘗試按住rest按鈕更長的時間。

此處是生命博弈的規(guī)則：

任何少于兩個活鄰居的活細(xì)胞都會死亡，好像是由人口不足造成的。

有兩個活鄰居的活細(xì)胞或三個活著的鄰居繼續(xù)生活到下一代。

具有三個以上活著的鄰居的任何活細(xì)胞都會死去，就像人滿為患一樣。

任何有三個活著的鄰居的死細(xì)胞都會變成

運(yùn)行代碼。您會注意到，在5到10個“世代”內(nèi)，自動機(jī)可能已經(jīng)停下來，穩(wěn)定在某個位置；有時，這種穩(wěn)定的模式會改變位置并在木板上移動。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，但無論如何都是一個很好的學(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，則此方法采用單個坐標(biāo)，并遍歷每個可能的鄰居（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（），這會將自動機(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)花了太長時間了，但是您可能想要嘗試添加一張支票，該支票在經(jīng)過5代左右的相同模式后會自動將板復(fù)位。那請告訴我！我也建議您嘗試將POV方法添加到蛇游戲中，以期有可能使更長的蛇成為可能。

今天就是我了。我可能稍后會再訪問一些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題并捍衛(wèi)我的可怕編碼能力。

責(zé)任編輯：wv