Sonntag, 5. November 2017

Unterdruck und Höllentemperatur bei falschen Valuetype (Wemos)


Wenn die Ergebnisse nicht den Erwartungen entsprechen, dann ist mit Sicherheit etwas falsch. Das geschah diesmal mit dem Wemos D1 Mini. Einen bereits fertiges Code Beispiel für das Auslesen eines BMP085 Sensors mit einem Arduino, verwendete ich diesmal auf dem Wemos. Nach dem hochladen zeigten sich die nicht erwartenden Ergebnisse. Zumindest war offensichtlich, dass in meiner Wohnung keine 119 Grad Celsius herrschten und bei einem Luftdruck von 4000 Pascal wäre ich sicherlich an Sauerstoffmangel oder kochendem Blut auseinander gegangen. Also musste was an der Berechnung nicht stimmen.


Behoben
Der Fehler ließ sich relativ schnell beheben. Die Verwendeten ValueTypes int und unsigned int wurden ersetzt durch int16_t und unt16_t.

Aber warum
Ein ValueType INT ist immer das gleiche, solange die Variable als INT definiert wird auf einem System. Das eine System ist die Arduino Plattform mit dem 8Bit Mikrocontroller. Der Wemos verwendet wiederum einen 32Bit Mikrocontroller. Das sollte als erstes Auffallen und schnell sollte klar sein, dass etwas mit den Typen etwas nicht stimmt und folglich nicht mit den richtigen Werten rechnet. Eigentlich ist das von Compiler abhängig, welcher Type aus einem INT angelegt wird.
Der Folgende Code macht die Größe eines INT sichtbar, sobald ihr das auf der Ziel Plattform ausführt.

 void setup() {  
  Serial.begin(9600);  
  Serial.print("int: ");   
  Serial.println(sizeof(int), DEC);  
  Serial.print("unsigned int: ");   
  Serial.println(sizeof(unsigned int), DEC);  
  Serial.print("int16_t: ");   
  Serial.println(sizeof(int16_t), DEC);  
  Serial.print("uint16_t: ");   
  Serial.println(sizeof(uint16_t), DEC);  
 }  

Wie man sieht, wird auf dem Wemos kein 16Bit INT, sondern 32Bit INTEGER angelegt

Arduino Nano
Wemos D1 Mini



Aber Moment mal. Damit wäre eine Berechnung auf dem Wemos genauer und der Rechenfehler dürfte erst gar nicht auftreten. Sieht man sich allerdings die Funktionsinhalte an, dann sind mehrere Stellen auffällig, wo die Werte durch Byteshifting hoch oder runter gerechnet werden. Das nur passt wiederum nur mit 16 Bit. Andernfalls muss die Funktion geändert werden.

Zur Vollständigkeit der Beispielcode mit den geänderten ValueTypes. In diesem Fall reichten die Änderungen für INT aus und kann nun für Arduino oder Wemos verwendet werden.

 #include <Wire.h>  
 #define BMP085_ADDRESS 0x77 // I2C address of BMP085  
 const unsigned char OSS = 0; // Oversampling Setting 
// Calibration values
int16_t ac1, ac2, ac3, b1, b2, mb, mc, md;
uint16_t ac4, ac5, ac6;
long b5;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
  bmp085Calibration();
}

void loop() {
  uint16_t rawValueUt = bmp085ReadUT();  // MUST be called first
  float temperature = bmp085GetTemperature(rawValueUt);
  uint16_t rawValueUp = bmp085ReadUP();
  float pressure = bmp085GetPressure(rawValueUp);
  float atm = pressure / 101325; // "standard atmosphere"
  float altitude = calcAltitude(pressure); //Uncompensated caculation - in Meters 

  Serial.print("Temperature: "); Serial.print(temperature, 1); Serial.println(" deg C");
  Serial.print("Pressure: "); Serial.print(pressure, 0); Serial.println(" Pa");
  Serial.print("Standard Atmosphere: "); Serial.println(atm, 4);
  Serial.print("Altitude: "); Serial.print(altitude, 2); Serial.println(" M");
  Serial.println();
  delay(2000);
}

void bmp085Calibration(){
  ac1 = bmp085ReadInt(0xAA); Serial.print("ac1"); Serial.print(ac1, DEC);
  ac2 = bmp085ReadInt(0xAC); Serial.print(" ac2"); Serial.print(ac2, DEC);
  ac3 = bmp085ReadInt(0xAE); Serial.print(" ac3"); Serial.print(ac3, DEC);
  ac4 = bmp085ReadInt(0xB0); Serial.print(" ac4"); Serial.print(ac4, DEC);
  ac5 = bmp085ReadInt(0xB2); Serial.print(" ac5"); Serial.print(ac5, DEC);
  ac6 = bmp085ReadInt(0xB4); Serial.print(" ac6"); Serial.print(ac6, DEC);
  b1 = bmp085ReadInt(0xB6); Serial.print(" b1"); Serial.print(b1, DEC);
  b2 = bmp085ReadInt(0xB8); Serial.print(" b2"); Serial.print(b2, DEC);
  mb = bmp085ReadInt(0xBA); Serial.print(" mb"); Serial.print(mb, DEC);
  mc = bmp085ReadInt(0xBC); Serial.print(" mc"); Serial.print(mc, DEC);
  md = bmp085ReadInt(0xBE); Serial.print(" md"); Serial.print(md, DEC); 
  Serial.println();
}
// Calculate temperature in deg C
float bmp085GetTemperature(uint16_t ut){
  long x1 = (((long)ut - (long)ac6)*(long)ac5) >> 15;
  long x2 = ((long)mc << 11)/(x1 + md);
  b5 = x1 + x2;

  return (float)((b5 + 8)>>4) / 10.0;
}
// calculate pressure from raw value
long bmp085GetPressure(unsigned long up){

  long b6 = b5 - 4000;
  // Calculate B3
  long x1 = (b2 * (b6 * b6)>>12)>>11;
  long x2 = (ac2 * b6)>>11;
  long x3 = x1 + x2;
  long b3 = (((((long)ac1)*4 + x3)<>2;

  // Calculate B4
  x1 = (ac3 * b6)>>13;
  x2 = (b1 * ((b6 * b6)>>12))>>16;
  x3 = ((x1 + x2) + 2)>>2;
  unsigned long b4 = (ac4 * (unsigned long)(x3 + 32768))>>15;
  
  unsigned long b7 = ((unsigned long)(up - b3) * (50000>>OSS));

  long p;
  if (b7 < 0x80000000)
    p = (b7<<1 b4="" else="" p="(b7" x1="(p">>8) * (p>>8);
  x1 = (x1 * 3038)>>16;
  x2 = (-7357 * p)>>16;
  p += (x1 + x2 + 3791)>>4;

  return p;
}
// Read 1 byte from the BMP085 at 'address'
char bmp085Read(unsigned char address){
  Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);
  Wire.write(address);
  Wire.endTransmission();
  Wire.requestFrom(BMP085_ADDRESS, 1);
  while(!Wire.available()) {}
  return Wire.read();
}
// read two byte 
int16_t bmp085ReadInt(unsigned char address){
  Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);
  Wire.write(address);
  Wire.endTransmission();

  Wire.requestFrom(BMP085_ADDRESS, 2);
  while(Wire.available()<2 0x34="" 0xf4="" 0xf6="" 0xf7="" 0xf8="" 16="" 4.5ms="" 8="" a="" and="" at="" bmp085readint="" bmp085readup="" bmp085readut="" char="" conversion="" delay="" dependent="" for="" int16_t="" into="" least="" long="" lsb="" msb="" on="" oss="" oversampling="" pressure="" raw="" read="" reading="" register="" request="" return="" setting="" temperature="" the="" time="" uint16_t="" uncompensated="" unsigned="" up="(((unsigned" value="" w="" wait="" wire.begintransmission="" wire.endtransmission="" wire.write="" write="" x2e="" x34="" xf4="" xf6="" xlsb="">> (8-OSS);
  Serial.print("Pressure Raw Value: "); Serial.print(up, DEC); Serial.println();
  return up;
}
// calculate altitude by pressure value
float calcAltitude(float pressure){
  float alti = pow((pressure/101325),(1/5.25588));
  return (1 - alti) /0.0000225577;
}


Sonntag, 29. Oktober 2017

Ich packe in meinen Rucksack (Arduino Esplora, Part 7)


Was wäre ein Abenteuer ohne einen Rucksack, in dem man seine Gefundenen Gegenstände einsammeln kann. Um diese Funktion Übersichtlich zu halten, wird der Rucksack sechs Plätze haben. Im Vorfeld muss festgelegt werden, wie zunächst die Informationen im Rucksack gehalten werden. Auch hier wird weiterhin eine Datenbanklose Lösung erzielt. Die Gegenstände müssen als Abstrakt betrachtet werden, so dass diese auf wesentliche Informationen eingeschränkt wird.

Ein wichtiger Punkt wird sein, die Funktionsvariablen entsprechend zu kommentieren. Das wird später hilfreich sein, die Informationen auch wieder zu zuordnen.

Ein Objekt sollte Grundlegende Eigenschaften haben:

  • Name
  • Bild (ein 16x16 Pixel Sprite)
  • Beschreibung (sollte nur für bestimmte Gegenstände verwendet werden)
  • Verwendungszweck

Damit der Gegenstand Zugeordnet werden kann, ist zusätzlich eine Identifikationsnummer erforderlich oder auch kurz ID. Diese wird z.B. für den Rucksack Funktion verwendet. Allerdings muss die ID Nummer nicht als Funktionsvariable angelegt werden und steht nur als Kommentar zu den verwendeten Daten.

 // ID 01  
 // Name  
 const PROGMEM char itemKey01[10] = "Schluessel";  
 // Icon / Bild  
 const PROGMEM byte itemKey01Icon[256] = { 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,10,10,10,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,10,0,0,0,10,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,10,0,0,0,0,10,0,0,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,0,0,10,0,0,10,10,0,10,0,0,0,0,10,0,0,0,0,10,0,0,10,0,0,0,0,0,0,0,10,0,0,0,10,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,10,10,10,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 };  
 // Beschreibung  
 const PROGMEM char itemKey01Description[] = "Oeffnet eine Box";  
 // Verwendungszweck Id =&gt; kombinierte funktions abruf fur position und verknuepfte Box mit der selben Id  
 const PROGMEM uint16_t itemKey01Usage = 1;  
 // #######################################  
 // ID 02  
 // Name  
 const PROGMEM char itemCamera[6] = "Kamera";  
 // Icon / Bild  
 const PROGMEM byte itemCameraIcon[256] = { 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,9,9,9,9,9,9,1,0,0,0,0,0,1,1,1,1,9,19,19,19,19,9,1,1,1,1,0,1,9,9,9,9,9,9,1,1,9,9,9,9,9,9,1,1,9,9,9,9,1,1,11,11,1,1,9,19,19,9,1,1,9,9,9,9,1,11,11,11,11,1,9,19,19,9,1,1,9,9,9,1,11,11,11,11,11,11,1,9,9,9,1,1,9,9,9,1,11,11,11,11,11,11,1,9,9,9,1,1,9,9,9,9,1,11,11,11,11,1,9,9,9,9,1,1,9,9,9,9,1,1,11,11,1,1,9,9,9,9,1,1,9,9,9,9,9,9,1,1,9,9,9,9,9,9,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 };  
 // Beschreibung  
 const PROGMEM char itemCameraDescription[] = "Mach ein paar Fotos!";  
 // Verwendungszweck  
 const PROGMEM uint16_t itemCameraUsage = 2;  

Der Name ist klar, Bild muss sein und Beschreibung zu einem Objekt ist auch hilfreich. Aber wie sieht der Einsatz für die Eigenschaft 'Verwendungszweck' aus? Im Programmcode wird dort eine Nummer stehen. Hier kommt die Kollisionsabfrage ins Spiel.

Ein Fallbeispiel
Die Figur hat den Gegenstand 'Schlüssel' und kann damit eine Bestimmte Tür öffnen. Über die Kollisionsabfrage wird geprüft, ob das Hindernis eine Tür ist. Wenn ja, dann wird der Rucksack nach einem Objekt abgefragt, dass dem Verwendungszweck entspricht.


Weiteres zum Verwendungszweck, kommt im späteren Abschnitt und bleiben zunächst bei der Umsetzung Gegenstände einzusammeln.

Der Rucksack
Als erstes sollten die Taschenplätze im Unteren Bildschirm Bereich abgebildet werden. Im Aus übersichtlichen Gründen wird im Programmcode eine weitere Seite (Tab) angelegt mit dem Namen 'BackpackComponent'. Für die Anforderungen kommen einige Funktionen hinzu, um ein Item in den Rucksack zu schreiben, abzurufen oder zu entfernen.

// Grundeinstellung des Rucksackes
#define backpackPlacesCount 6
uint16_t backPlaces[backpackPlacesCount] = { 0, 0, 0, 0, 0, 0 };
byte tempIcon[256];

// … Item Objekte …

// Kopiert das array aus dem flash in den Arbeitsspeicher
void setItemIconToTemp(byte icon[]) {
  for(int index = 0; index < 256; index++) {
    tempIcon[index] = pgm_read_byte_near(icon + index);
  }
}

// Pruefen ob das Item bereits vorhanden ist
boolean isItemInBackback(uint16_t itemId) {

  for(byte index = 0; index < 6; index++) {
    if(backPlaces[index] == itemId) { return true; }
  }
  return false;
}

// Legt das Item in die Tasche ab und Zeichnet es in einen offen Taschenplatz
bool setItemToBackpack(uint16_t itemId) {

  if(isItemInBackback(itemId)) { return false; }
  
  // id ablegen in ersten freien Taschenplatz
  byte place = 0;
  for(byte index = 0; index < sizeof(backPlaces); index++) {
    if(backPlaces[index] == 0) {
      backPlaces[index] = itemId;
      place = index;
      break;
    }
  }
  
  byte relationPlaceX = 0;
  byte relationPlaceY = 0;
  setItemRelationPlace(place, &relationPlaceX, &relationPlaceY);

  // Abruf des Icon zu dem Item
  boolean isArrayCopy = true;
  switch(itemId) {
    case(1): { setItemIconToTemp(itemKey01Icon);  break; } // Schluessel
    case(2): { setItemIconToTemp(itemCameraIcon); break; } // Fotoapparat
    case(3): { setItemIconToTemp(itemPhoto01Icon); break; } // Foto
    default: { isArrayCopy = false; break; } // Nicht belegt, darf aber auch nicht eintreten
  }

  if(isArrayCopy) { drawTile(relationPlaceX, relationPlaceY, mapTileSize, mapTileSize, tempIcon, false); }
  else { EsploraTFT.fillRect(relationPlaceX, relationPlaceY, mapTileSize, mapTileSize, 0xF800); }
  
  // einen Rahmen darueber zeichnen
  EsploraTFT.drawRect(relationPlaceX, relationPlaceY, mapTileSize, mapTileSize, mapNumberToColor(12));

  return true;
}

// Holt die anfangs Position des Taschenplatzes das auf dem Bildschirm gerendert werden soll.
void setItemRelationPlace(byte place, byte* relationPlaceX, byte* relationPlaceY) {

  if(place == 0 || place == 1 || place == 2) { *relationPlaceY = 96; }  // erste Zeile
  else if(place == 3 || place == 4 || place == 5) { *relationPlaceY = 112; }  // zweite Zeile

  if(place == 0 || place == 3) { *relationPlaceX = 0; } // erste Spalte 
  else if(place == 1 || place == 4) { *relationPlaceX = 16; } // zweite Spalte
  else if(place == 2 || place == 5) { *relationPlaceX = 32; } // dritte Spalte
}

// Prueft die Karten Id mit einem Objekt aus dem Rucksack.
bool getItemToUsed(int16_t mapUsageId) {

  int16_t itemId = 0;

  // hole itemId aus der Karteneigenschaft ab.
  if(mapUsageId == mapBarrierUsageDoor01) {
    itemId = 1; // Id des zu verwendenden Schlussels
  }

  // pruefe die Tasche, ob das Item vorhanden ist und dann aus dem inventar nehmen
  for(byte index = 0; index < sizeof(backPlaces); index++) {

    //       Item einmalig verwenden
    if(itemId != 0 && backPlaces[index] == itemId) {

      // Verwendungszweck
      if(mapUsageId == mapBarrierUsageDoor01) {

        mapBarrierDoorIsOpen = true;
        backPlaces[index] = 0; // aus dem Inventar entfernen
      }
    }
  }
  if(mapUsageId == mapBarrierUsageDoor01 && mapBarrierDoorIsOpen == true) {
    return true;
  }
   return false;
}

Die Tasche ist nun da. Jetzt fehlt noch das Einsammeln, dass mit Hilfe der Kollisionsabfrage ermöglicht. Bisher wurden nur die Werte für Begehbar und Wand geprüft. Auf der Karte kommt nun ein weiterer Wert hinzu, das für ein einzusammelndes Objekt steht. Damit wir diese Stelle wiedererkennen, muss auch das Rendern der Karte noch angepasst werden.

 ...
void renderMap(int positionX, int positionY, boolean renderAll) {

  // zum probieren wird zunächst ein Grid gerendert.
  byte index = 0;
  for(byte y = 0; y < mapTileCountY; y++) {
    for(byte x = 0; x < mapTileCountX; x++) {

      if(((positionX >= (int)(x * mapTileSize) - (int)mapTileSize && positionX <= (int)(x + 1) * (int)mapTileSize && 
          positionY >= (int)(y * mapTileSize) - (int)mapTileSize && positionY <= (int)(y + 1) * (int)mapTileSize)) || 
          renderAll) {
            byte bTile = pgm_read_byte_near(mapContent + index);

            // TODO: Kartenspezifische abhangigkeit, 
            //       Eigenschaften andern sich mit Kartenwechsel
            if(bTile == 2 && mapKeyIsGet) { bTile = 0; }
            if(bTile == 5 && mapBarrierDoorIsOpen) { bTile = 0; }
           
           renderMapTile(x, y, bTile);
      }
      index++;
    }
  }
}
...

Momentan werden die zwei Werte noch direkt in der Funktion 'renderMap' aufgerufen. Die ergänzende Ausführung ist Simple. Solange sich noch die Objekte an ihren Stellen befinden, werden die Kacheln in der vorgesehenden Farbe eingefärbt. Die Funktion 'renderMapTile' benötigt daher weitere 'case´s'.

...
void renderMapTile(byte x, byte y, byte mapSegment) {
  
  byte mapTileColorNumber = 0;
  switch(mapSegment) {
    case(1): { mapTileColorNumber = 10; break; }
    case(2): { mapTileColorNumber = 12; break; }
    case(5): { mapTileColorNumber = 13; break; }
    default: { mapTileColorNumber = 15; break; }
  }

  EsploraTFT.fillRect(x * mapTileSize, y * mapTileSize, mapTileSize, mapTileSize, mapNumberToColor(mapTileColorNumber));
}
...

Einsammeln und Verwenden
Die Kacheln, an dem eine Tür oder ein Schlüssel liegt, erfüllen zwei Eigenschaften. Die Kachel ist weiterhin begehbar und hat ein Objekt. Wurde das Objekt aufgenommen, wird jedoch im Karten Array der Wert nicht auf '0' gesetzt. Denn die Karte wird immer aus dem Flashspeicher geladen und kann nur gelesen werden. Deshalb werden neue Funktionsvariablen angelegt die den Status der Kachel wiedergeben. Das wird bereits in der Funktion 'renderMap' erledigt. Später erfüllen die Variablen auch für andere Karten dieselbe Rolle. Die Information wird jedoch für die Karte hinfällig, wenn sie verlassen wird. Aber dazu in einen späteren Post.

Die Kollisionsabfrage 'checkCollideNeighbor' wurde erweitert, um den Wert '2' und '5'. Die Werte '3' und '4' werden jetzt noch nicht verwendet, sollen aber später die selbe Eigenschaft haben, wie der Wert '2'. Der folgende Vorgang prüft ähnlich wie bei einer Kollision mit einer Wand. Allerdings wird hier nach einem Objekt geprüft, dass in der zu betretenden Kachel vorhanden ist.

 ...
  if(bTile == 2) {

    resultColide = checkCollide(positionX, positionY, mapOffsetX, mapOffsetY);

    // Abruf des Objektes, dass zu der Karte gehoert an der Position.
    if(!resultColide) {
      if(setItemToBackpack(1)) {
        mapKeyIsGet = true;
      }
      // nicht blockieren
      resultColide = true;
    }
  }
...

Der Wert '5' benötigt ein anderes Vorgehen, hält sich jedoch ebenfalls simpel. Auch hier wird vorher abgefragt, ob ein Hindernis besteht. Wenn nicht, dann prüfe ob die Tür offen ist oder der Schlüssel die Tür öffnet. In diesem Fall verschwindet der braune Block.

...
  if(bTile == 5) {

    resultColide = checkCollide(positionX, positionY, mapOffsetX, mapOffsetY);

    // Uebergabewert des Verwendungswecks > Tuer oeffnen.
    // kollision aufheben
    if(!resultColide) {
      
      // ID 1 ist der Schlüssel und entscheidet,
      // ob die Tuer sich oeffen laest.
      resultColide = getItemToUsed(1); 
    }
  }
...

Animationslos verschwindet die Tür. Hier färbt sich die braune Kachel in hell grün (sieht leider mehr grau aus), sowie die anderen Kacheln die begehbar sind.
So dass sollte Inhaltlich vom Blogpost reichen. Das Thema ist länger geworden als vorgesehen und dabei habe ich einiges noch gekürzt. Alles weiter sowie Kommentar Beschreibungen sind in den Sourcen eingetragen, die ich wieder auf Github hoch geladen habe.


Lange noch nicht fertig
Dass die Grundfunktionen noch nicht reichen, dürfte klar sein und viele würden lieber ein Schwert ziehen und Monster bekämpfen. Aber, wie bereits ein weiser Mann Sprach: "Wie soll das Schwert richtig geschwungen werden, wenn das nicht mal mit einem Stock geht".


Montag, 23. Oktober 2017

Du kommst hier nicht vorbei (Arduino Esplora, Part 6)


Sicherlich habt ihr entweder am Programcode oder beim Testen der Spielfunktionen bemerkt, dass die Kollisionsabfrage nur bedingt funktioniert. Sie ist zwar einfach, aber hier fehlt die Einschränkung, dass man sich nur von Block zu Block bewegen kann. Offen gestanden war ich kein Fan davon, das sich die Figur weiter bewegt bis der nächste Feld oder Kachel erreicht wurde.
Zu dem Thema Spieleprogrammierung und Kollisionsabfrage für 2D Spiele, können verschiedene Lösung im Internet gefunden werden. Ein Beispiel wird hier auf spieleprogrammierer.de/wiki beschrieben, wie man mit Geometrischen Objekten die Kollision Abfragen kann.


Die simple Form für die Kollisionserkennung ist das Verwenden von zwei Rechtecken. Im folgenden Code zeigt die Methode die wesentliche Abfrage von überschneidenden Rechtecken.

 // Kachel Position mit zukuenftiger Position der Figur abgeleichen,  
 // durch ansetzten von Rechtecken und ob diese sich ueberschneiden.  
 boolean checkCollide(byte positionX, byte positionY, byte mapOffsetX, byte mapOffsetY) {  
  if(positionX &lt; mapOffsetX + mapTileSize &amp;&amp;  
     positionX + 10 &gt; mapOffsetX &amp;&amp;  
     positionY &lt; mapOffsetY + mapTileSize &amp;&amp;  
     positionY + 16 &gt; mapOffsetY)  
   {  
    // DEBUG: Nur fuer debug und visuelle kontrolle  
    EsploraTFT.drawRect(positionX, positionY, 10, 16, 0xFA8A);  
    return false;  
   }  
  return true;  
 }  

Die Abfrage reicht jedoch nicht aus, um zu verhindern, dass die Figur wieder durch die Wand geht. Oft müssen auch übereinander oder nebeneinander liegende Kacheln zusätzlich geprüft werden. Für einen späteren Blogpost wird die Kachelgröße Reduziert von 16x16 auf 8x8. Spätestens dann wird die jetzige Abfrage erforderlich sein, alle Hindernisse zu erkennen. Das war leider nicht ganz ohne und zugegeben habe ich daran relativ viel Zeit damit verbracht, die Kollisionen durch zu debuggen.

 // Prüfen, ob in diesem Bereich sich bewegt werden kann.
boolean CanEnterArea(int positionX, int positionY) {
  boolean resultColide = true;
  
  // umliegende Kacheln auf hindernis prüfen
  // wenn hoch oder runter
  if(directionX == 0) {
    
    for(uint8_t i = 0; i < 3; i++) {
      
      int tileX = (positionX + (collisionTiles[i] * mapTileSize)) / mapTileSize;
      int tileY = -1;
 
      int tileYTemp = tileY;
      int positionYShift = 0;
 
      while(tileY == tileYTemp && tileY != 0) {
        if(directionY == -1) { 
          tileY = (positionY + directionY + positionYShift) / mapTileSize; 
          }
        else { tileY = (positionY + directionY + 16 + positionYShift) / mapTileSize; }
 
        positionYShift += mapTileSize * directionY;
      }
      
      resultColide = checkCollideNeighbor(positionX, positionY + directionY, tileX, tileY);
 
      if(!resultColide) {
        break;
      }
    }
  }
 
  // wenn links oder rechts
  if(directionY == 0) {
 
    for(uint8_t i = 0; i < 3; i++) {
      int tileX = positionX / mapTileSize;
      int tileY = (positionY + (collisionTiles[i] * mapTileSize)) / mapTileSize;
      
      int tileXTemp = tileX;
      int positionXShift = 0;
 
      while(tileX == tileXTemp) {
        if(directionX == -1) {  tileX = (positionX + directionX + positionXShift) / mapTileSize; }
        else { tileX = (positionX + directionX + 10 + positionXShift) / mapTileSize; }
        
        positionXShift += mapTileSize * directionX;
      }
  
      resultColide = checkCollideNeighbor(positionX + directionX, positionY, tileX, tileY);
  
      if(!resultColide) {
        break;
      }
    }
  }
  
  return resultColide;
}
 
// Laedt aus dem Flashspeicher die Kachelelemente ab und 
// prueft die Kollision mit neben anliegende Kacheln.
// Verhindert speziel den Fehhler zwischen zwei Kacheln, nur eine zu pruefen.
boolean checkCollideNeighbor(int positionX, int positionY, int tileX, int tileY) {
 
  boolean resultColide = true;
 
  int mapOffsetX = tileX * mapTileSize;
  int mapOffsetY = tileY * mapTileSize;
 
  int indexStart = (tileY * mapTileCountX) + tileX;
  // hole die content Nummer ab um die kollisionsart zu bestimmen
  byte bTile = pgm_read_byte_near(mapContent + indexStart);
 
  if(bTile == 1 && resultColide) {
 
    // DEBUG: Nur fuer debug und visuelle kontrolle
    EsploraTFT.drawRect(mapOffsetX, mapOffsetY,  mapTileSize, mapTileSize, 0xFA8A);
    resultColide = checkCollide(positionX, positionY, mapOffsetX, mapOffsetY);
  }
 
  return resultColide;
}
 

Nun eckt die Figur in positiven Sinne überall an und kann sich nicht mehr wie ein Geist durch die Wand bewegen. In einen späteren Post wird die Kollisionsabfrage auch für Türen verwendet, um z.B. einen Kartenwechsel auszulösen.
Für Debug und Demo Zwecke, werden die Rechtecke mit eingezeichnet, die visuell die Kollision abbilden.


Der Clip zeigt die ungenaue Kollisionsabfrage, wie sie zuvor war. Wie bereits beschrieben, war diese simple und schnell umgesetzt.

Mit der implementieren der Abfrage von überschneidenden Rechtecken sieht das Ergebnis besser aus.

Zu guter letzt der gesamte Programmcode auf Github

Github - BlogPost_06_BetterCollision

Samstag, 21. Oktober 2017

Voller Arbeitsspeicher (Arduino Esplora, Part 5)


Der Arduino oder auch vielmehr der verwendete Mikrocontroller hat für viele Anwendungen genügend Arbeitsspeicher. Im ersten Teil der Blogpost Reihe verwendete ich einen Arduino Nano, der einen ATmega328 hat und einen Arbeitsspeicher von 2kByte besitzt. Der Arduino Esplora verwendet den ATmega32u4 der wiederum 2,5kByte Arbeitsspeicher aufweist. Trotz des etwas größeren Arbeitsspeichers muss für dieses Projekt dennoch sparsam damit umgegangen werden.

ATmega328P und ATmega32u4

Arbeitsspeicher verbrauch
Ein Sprite Bild besteht selbst aus 160 Bytes. Das klingt jetzt nicht viel, aber verbraucht den Arbeitsspeicher bereits mit über 6%. Würde man die Sprite Animation der Figur nicht mit dem Trick einzelner Bilder spiegeln, dann würden insgesamt 2,92kByte Arbeitsspeicher anfallen. Stattdessen werden momentan 1,12kB verwendet, dass allerdings für das Ziel immer noch zu viel ist. Und dann kommt noch die Karte mit 160 Bytes hinzu, die noch sehr grob ist. Da bleibt am Ende nicht viel übrig. Der jetzige Sketch verwendet ca. 1,575kBytes Arbeitsspeicher.

Vom Flashspeicher
Im Gegensatz zu dem insgesamten Flash Speicher mit 32kB, ist dieser gerade mal mit 12,45kB belegt. Damit liegt nahe, dass Sprites und weitere Daten am besten zur Laufzeit geladen werden. Hier kommt ein Kompromiss zustande über die Lesegeschwindigkeit von Flasch und RAM.
Eine kleine Umstellung und die Byte Array lassen sich aus dem Flashspeicher lesen, wenn diese zur Laufzeigt benötigt werden. Die folgenden Ergebnisse nach dem Kompilieren zeigen den Unterschied zwischen dem Sketch vom letzten Stand mit dem Anlegen der Karte und das gleiche jedoch nach der Umstellung mit PROGMEM.

Ohne PROGMEM

Mit PROGMEM

Weitere Informationen könnt ihr auf der Arduino Seite über PROGMEM erfahren.

Das folgende Code Ausschnitt zeigt die Änderung der Funktionsvariable eines Byte Array ergänzt wird.

// Figur Sprites load from lokal
byte spriteFigureFrontLeft[160] = { …

// Figur Sprites load from flash
const PROGMEM byte spriteFigureFrontLeft[160] = { …

Sobald alle Byte Arrays mit dem Präfix 'const' und 'PROGMEM' erweitert wurden, dürfte der Belegte Speicher deutlich gesunken sein. Ein Byte Array bleibt allerdings immer im Speicher, dass ist der Buffer oder wie im Beispiel 'tempArray' benannt wird aus dem Flash in das Byte Array geladen, das über eine einfache Funktion übertragen wird.

// kopiert den Array Inhalt vom Flashspeicher in den SRAM
void memCopy(byte arrayContent[]) {
  for(byte index = 0; index < 160; index++) {
    tempArray[index] = pgm_read_byte_near(arrayContent + index);
  }
}

Wann ist der Einsatz von PROGMEM Sinnvoll
Alle Funktionsvariablen die nicht  zur aktuellen Ausführung verwendet werden, könnten über die Funktion erweitert werden. Also eine Spriteanimation rendert immer nur eines der angelegten Sprites.


Donnerstag, 19. Oktober 2017

Bibliotheken installieren für den Wemos@Lolin


Kaum angeschaut, habe ich mir den Wemos mit OLED Display beim Chinesischen Händler bestellt. Dann ca. vier Wochen später lag nun das Wemos@Lolin auf meinem Tisch und versuchte gleich ein Beispiel Code darauf zu schreiben. Leider musste ich zunächst feststellen, dass die bereits bei mir installierte Bibliothek nicht dieses Board aufführte. Und damit fing die Abendliche Suche an.

Nach kurzer suche fand ich diesen Link zu espressif. Zugegeben wollte ich nicht noch ein Tool installieren, dass mir im Grunde nur die Dateien in das Ziel Verzeichnis kopiert, also klickte ich auf den Download Button von dieser Seite des Github Accounts. Anschließend kopierte ich die Sourcen in den selbst angelegten Ordner "esp32/esp32" im Unterverzeichnis der Arduino Anwendung "../Arduino/hardware/"


Nach dem Start der Arduino Anwendung konnte unter Werkzeuge => Bord => WEMOS LOLIN32 ausgewählt werden.


Dann noch den Port auswählen und die Verbindung konnte hergestellt werden. Weitere Einstellungen mussten nicht vorgenommen werden.


Zuletzt fehlt noch die Bibliothek für die OLED Display von squix78 Github Account.

Nach dem Zip Download kann der entpackte Inhalt unter "…/Dokumente/Arduino/libraries/.." hinein kopiert werden.


Jetzt kann endlich ein Programmcode auf den Wemos geschrieben werden, dass auch das integrierte OLED ansteuern kann. Zu der OLED Bibliothek liegen bereits ein paar Beispiele.


Damit diese auch funktionieren, muss die Pin Zuweisung geändert werden. Sonst erhält ihr die Meldung "'D3' was not decleared in this scope".


Hierzu ändert die Pin Zuweisung auf 5 und 4. Dann sollte sich er Programmcode kompilieren lassen.


Damit nun der Programmcode auch auf dem Wemos geschrieben werden kann, muss mit dem hochladen die ‚Boot‘ Taste gedrückt werden.


Erst dann lässt sich das Programm erfolgreich hoch laden und euer Ergebnis ansehen.


Hier nochmal die Links zusammengefasst:

Montag, 16. Oktober 2017

Karte anlegen (Arduino Esplora, Part 4)


Eine Figur durch einen leeren Raum zu steuern, ist auf Dauer sehr öde. Man kann nun den Hintergrund zunächst eine Farbe geben, ist aber dennoch sehr eintönig ist. Schauen wir uns andere Spiele an, könnte man meinen, dass alles in der Umgebung in Blöcken unterteilt ist.
Und so wird dies auch in diesem Beispiel umgesetzt. Die Karte wird Blockweise angelegt. Das ermöglicht uns weiterhin nur die Bereiche neu zu rendern, die sich auch geändert haben.

Karten Eigenschaften
Mit der Unterteilung in Blöcken, kann ein Block verschiedene Eigenschaften aufweisen. Hier stellt die '0' die Frei Begehbaren Blocke da, in dem sich die Figur bewegen kann. Der Wert '1' wiederum stellt eine Mauer da, an dem die Figur nicht hindurch gehen kann. Die Fläche eines Blockes ist etwas größer als die der Figur. Daher weist die Kanten länge 16 Pixel mal 16 Pixel auf.


Ordnung ist das halbe Leben
Zunächst muss vorweg etwas Ordnung eingebracht werden. Zwar habe ich bereits mit dem letzten Post die Funktionen zu der Figur in einen eignen Tab/Seite eingesetzt, aber ich bin nicht weiter darauf eingegangen.
Damit nicht zu viel Code auf einer Seite ist, teilen wir die Inhalte in Zugehörigkeiten auf. Somit kommen die Funktionen/Methoden für die Farbe und das Ausfüllen eines Quadrates in einen eignen neuen Tab mit dem Namen 'RenderComponent'. Die Funktionen zur Karte werden unter 'MapComponent' abgelegt und 'FigureComponente' sollte nur noch die Inhalte zur Spielfigur haben.












Das Schreiben von Pixeln
Die Methode mit dem die Farbnummern, die die Farbwerte für die Ausgabe zurückgibt, kommt in den 'RenderComponent'.  Die zuvor verwendete Funktion/Methode drawFigurArray wird zusammengefasst und um weitere Parameter erweitert, die dann drawTile genannt wird. Im späteren Blog Post Teil, wird die Funktion/Methode nicht nur für das Rendern der Figur eingesetzt.

 void drawTile(int relationX, int relationY, byte tileWidth, byte tileHeight, byte tilePic[], boolean mirror) {  
  int index = 0;  
  for(int y = 0; y &lt; tileHeight; y++) {  
   for(int x = 0; x &lt; tileWidth; x++) {  
     int indexTarget = index;  
     if(mirror) {  
      indexTarget = index - x + (tileWidth - x) - 1;  
     }  
     byte colorNumber = tilePic[indexTarget];  
     // Nur Farbe  
     if(colorNumber != 0) {  
      EsploraTFT.drawPixel(relationX+x, relationY+y, mapNumberToColor(colorNumber));  
     }  
     index++;  
   }  
  }  
 }  

 uint16_t mapNumberToColor(byte c) {  
  uint16_t result = ST7735_RED;  
  switch(c) {  
   case(1):{ result = ST7735_BLACK; break; }  
   case(2):{ result = 0xF590; break; } // haut  
   case(3):{ result = 0x81E1; break; } // braun  
   case(4):{ result = 0xC2C2; break; } // hell braun  
   case(5):{ result = 0x8300; break; } // braun gelb  
   case(6):{ result = 0x5406; break; } // gruen  
   case(7):{ result = 0x32A4; break; } // dunkel gruen  
   case(8):{ result = 0xAE91; break; } // hell gruen  
   case(9):{ result = 0x2146; break; } // dunkel grau blau  
   case(10):{ result = 0x31E9; break; } // grau blau  
   case(11):{ result = 0x84B6; break; } // hell blau  
   case(13):{ result = 0xFC08; break; } // orange  
   case(14):{ result = 0xFA8A; break; } // hell rot  
   case(15):{ result = 0xD759; break; } // hell gruen 2  
   default: {  
    result = 0;  
    break;  
   }  
  }  
  return result;  
 }  

Sprite Render Methode ändert sich
Nun sollte auch der Programmcode in 'FigureComponent' angepasst werden. Die Methode 'drawFigure' hatte zum Zeichnen die Methode 'drawFigureArray' und wird nun mit der Methode 'drawTile' aus dem Tab 'RenderComponent' ersetzt. Folgender Code zeigt einen Ausschnitt der Änderung. Wie zu sehen ist, wird nun die Breite und Höhe das Sprite übergeben und der Parameter für 'Clear' entfällt.

…
    if(directionX == 0 && directionY == 1) {
      switch(animStep){
        case(0): { drawTile(relationX, relationY, 10, 16, spriteFigureFrontLeft, false); break; }
        case(1): { drawTile(relationX, relationY, 10, 16, spriteFigureFrontMiddle, false); break; }
        case(2): { drawTile(relationX, relationY, 10, 16, spriteFigureFrontLeft, true); break; }
        default: {  drawTile(relationX, relationY, 10, 16, spriteFigureFrontMiddle, false); break; }
      }
    }
…

Die Karte
Für das Anlegen einer Karte wird ein weiteres Byte Array angelegt. Ein Byte stellt eine Kachel Information da. Wie bereits am Anfang des Posts beschrieben, ist '0' Begehbar und '1' wiederum nicht. Da pro Kachel 16 Pixel mal 16 Pixel groß ist, können in der Breite zehn Kachel Nebeneinander aufgestellt werden. Untereinander werden sechs Kacheln angelegt. Der Restliche Bereich unten bleibt frei für später kommende Spieldaten.

Über die Kacheln und anecken
Die erste Methode 'renderMap' liest das Array ein, dass die Karteninformation auf das Display Zeichnet. Mit 'canEnterArea' wird auf einfache Weise die zu betretende Kachel geprüft, ob diese begehbar ist. Wo die Funktion eingesetzt wird, komme ich in einen späteren Absatz . In einen späteren Absatz gehe beschreibe ich, wo diese Funktion ihren Einsatz findet.
Hier sei Angemerkt, dass die Kollisionsabfrage wirklich sehr simple ist, so dass ein durchlaufen unter Umständen dennoch möglich ist. Eine bessere Lösung zu diesen Thema, gehe ich jedoch erst in einen späteren Post darauf ein.

Zuletzt für das Zeichnen einer Kachel, unternimmt die Methode 'renderMapTile' eigentlich zwei Aufgaben. Sie ruft zu dem Byte eine Farbnummer ab und verwendet diesen Wert, um eine Kachel Ausgefüllt auf dem Display zu zeichnen. Genauere Beschreibungen zu den Funktionen und Variablen findet im Sourcecode.

// Karte
byte mapContent[160] =  { 
  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
  1,0,1,0,0,0,0,0,0,1,
  1,0,1,0,0,1,0,0,0,1,
  1,0,1,0,0,1,1,1,0,1,
  1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,
  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
};

// Groeße einer Kachel
byte mapTileSize = 16;
// Anzahl Kacheln auf der X Achse
byte mapCountX = 10;
// Anzahl Kacheln auf der Y Achse
byte mapCountY = 6;

void renderMap(int positionX, int positionY, boolean renderAll) {
  byte index = 0;
  for(byte y = 0; y < mapCountY; y++) {
    for(byte x = 0; x < mapCountX; x++) {

      if(((positionX >= (int)(x * mapTileSize) - (int)mapTileSize && positionX <= (int)(x + 1) * (int)mapTileSize && 
          positionY >= (int)(y * mapTileSize) - (int)mapTileSize && positionY <= (int)(y + 1) * (int)mapTileSize)) || 
          renderAll) {
        renderMapTile(x, y, mapContent[index]);
      }
      index++;
    }
  }
}

// Einfache Kollisionsabfrage
boolean canEnterArea(byte positionX, byte positionY) {

  // Kachel Kordinate abrufen
  byte tileX = positionX / 16;
  byte tileY = positionY / 16;

  // Index aus dem Array abfragen
  byte index = (tileY * mapCountX) + tileX;

  // ist das Feld begehbar
  if(mapContent[index] == 0) {
    return true;
  }
  
  return false;
}

// rendert die Kacheln Einfarbig.
void renderMapTile(byte x, byte y, byte mapSegment) {
  
  byte mapTileColorNumber = 0;
  switch(mapSegment) {
    case(1): { mapTileColorNumber = 10; break; }
    default: { mapTileColorNumber = 15; break; }
  }

  EsploraTFT.fillRect(x * mapTileSize, y * mapTileSize, mapTileSize, mapTileSize, mapNumberToColor(mapTileColorNumber));
}

Blockade prüfen
In der 'loop' Funktion wird je nach Ausrichtung die Position um einen hoch oder runter gezählt. Mit der neuen Funktion 'canEnterArea' aus dem Tab 'MapComponent' kann nun verhindert werden, dass die Figur nicht in eine Blockwand laufen kann. Der folgende Code zeigt die Bedingung für Links mit der neuen Funktion und der Parameter Übergabe über die nächste Position.

…
if(buttonLeft && !buttonRight && lastPosX > 0) {
    // nach links und letzte Position Y ist groesser als '0'.
    if(canEnterArea(lastPosX - 1, lastPosY)) {
      lastPosX--;
    }
  }
…

Offenes und ausbessern
Es funktioniert zwar schon, aber so ganz Rund sind die gängigen Funktionen noch nicht. Die kollisionsabfrage funktioniert nicht unter jeder Bedingung und die Figur flimmert. Dennoch sind diese Groben Ausführungen keine Primären Probleme und werden daher später verbessert, sobald diese ein Problem darstellen.
Der Nächste Schritt ist die Arbeitsspeicherauslastung zu verbessern. Denn derzeitig werden noch nicht viele Inhalte angezeigt, aber der Arbeitsspeicher ist mit den jetzigen Inhalten ist fast voll.


Donnerstag, 12. Oktober 2017

.Net Core und die fehlende Exe


Für gewöhnlich erwartet man nach dem Kompilieren in Visual Studio, dass sich im Debug oder Release Ordner eine Datei mit der Endung *.exe befindet. Dass die Dot NET Core Anwendung da anders ist, zeigt sich hier spätestens hier, uns mit einer DLL Datei, die sich so zunächst nicht ausführen lässt.
Damit sich die Anwendung auch ohne Visual Studio Starten lässt, muss die Konsole geöffnet werden, dann in das Verzeichnis wechselt und dann 'dotnet ConsoleHelloDotNetCore.dll' eingegeben werden.


Jedes Mal die Console zu öffnen und bis in das entsprechende Verzeichnis zu Wechsel, kann sich als sehr langwierig und nervig erweisen. Eine einfache Lösung ist, eine Batch Datei (*.bat) zu erstellen, mit der sich dann anschließend wie gewohnt sich das Programm starten lässt.


Doppel Klick auf die Batch und die Anwendung läuft.