Настольная игра с управлением с телефона

Можно говорить, что в обозримом будущем будет развиваться такое направление как настольные игры с элементом дополненной реальности. Это когда на столе лежат какие-то фишки или жетоны, а когда смотришь на них через экран телефона, видны мощнейшие герои и всякие визуальные спецэффекты. Но есть и менее вероятный, альтернативный вариант, когда игры, напротив, будут оставаться на столе, но двигать фишки можно будет… с телефона. Об одной подобной самопальной разработке рассказывается на сайте «Хабрахабр». 

Настольные игры — одно из древнейших развлечений, которое собирает вокруг себя друзей, семьи и просто любителей живого общения и эмоций во время игры.

Сегодня я хочу рассказать вам о том, как мы с другом решили создать свою настольную игру, но не простую, а “умную”.

Положи в корзину сразу, потом потеряешь:

Наша игра — настольная MoBA, в которой каждый из игроков управляет своим уникальным героем, со своими хаpaктеристиками и способностями. На данный момент у нас есть первая версия прототипа, сделанная из Arduino и фанеры.

Основная фишка нашей игры — нет необходимости трогать фигуры во время игры, игра должна сама перемещать их и отображать все применяемые способности. Игроку остается только наблюдать и управлять своим героем с мобильного телефона.

Несколько гифок игрового процесса

Что же должна уметь делать «умная» игра:

• Самостоятельно передвигать фигурки по полю.
• Подсвечивать игровое поле (целиком или отдельным блоком) любым цветом.
• Отображать игроку что он может/не может/должен делать, тем самым делая правила игры прозрачными.
• Обмениваться данными со смартфоном каждого из игроков.

Вот как выглядит наш первый работоспособный билд:

Как появилась идея

Как-то я купил себе настолку “Ужас Аркхема”. После магазина, сразу отправился к друзьям, чтобы поиграть. Однако, к сожалению, никто из нас не играл в нее до этого, а осилить 26 страниц правил мы не смогли.

Купите сейчас:

Именно это навело меня на мысль, что было бы здорово сделать настольную игру, которая самостоятельно будет отслеживать выполнение правил, рассчитывать необходимые значения (без кубиков, линеек и исписанного листа бумаги) и т.д.

Одному из моих друзей идея очень понравилась, и он согласился поучаствовать.

Реализация

Опыта в разработке hardware-устройств у нас не было вообще (никто из нас даже Arduino в руках не держал), а опыт программирования ограничивался универом и разработкой небольших приложений под Android. Однако, это только прибавило интереса и желания.

После обсуждения всех деталей мы пришли к следующему:

• Фигуры по полю двигает CoreXY, на каретке которого расположен электромагнит на 12В.
• За движение отвечают два шаговых двигателя Nema 17 17HS4401 и драйверы DRV8825.
• Для подсветки поля используется светодиодная лента с пиксельной адресацией WS2812b.
• За управление отвечает Arduino Mega 2560, на которой установлен разработанный нами shield.
• За передачу данных между игрой и смартфонами игроков отвечает 4 BLE-модуля HM10.
• Запитывает все это БП на 12В, мощностью 120W и DC-DC преобразователь на 5В.
• На стороне смартфона — мобильное приложение (на данный момент под Android), которое по факту является ядром всей игры. От него по BLE идут комaнды по движению, включения/выключения магнита и светодиодов.

Механика

К CoreXY мы пришли не сразу. В самом начале, при реализации кинематики, мы вдохновлялись различными DIY-гайдами по сборке 3D-принтеров.

Положи в корзину сразу, потом забудешь:

Ниже фотография нашей самой первой попытки:

Для создания комплектующих мы прикупили дешевый, Б/У 3D-принтер, на котором отпечатали уже 6200 метров пластика и он отлично работает и по сей день.

Однако данный вариант имел кучу недостатков:

• Сборка была мучительной – малейшая неточность в расположении валов – каретка переставала ездить.
• Хоть один плохой подшипник – каретка переставала ездить.
• Слишком большая высота всей конструкции.
• Нам не понравилась идея, что двигатель должен быть расположен на движущейся части.

В один прекрасный момент мы наткнулись на статью, описывающую кинематику CoreXY и решили выбрать именно ее. У нее есть как плюсы:

• Сборка простая, т.к. все “кастомные” детали создаются на ЧПУ или 3D-принтере.
• Небольшая высота конструкции, которая ограничена высотой шагового двигателя.
• Шаговые двигатели неподвижны.

Так и минусы:

Купи сейчас:

• Большие размеры. По картинке с 3D-моделью видно, что общая площадь намного превышает площадь рабочей поверхности.
• Длинные ремни, которые надо умудриться натянуть.
• Специфичный способ перемещения каретки, о котором я расскажу ниже.

Чтобы по максимуму избежать всех проблем, мы сделали нашу модель в Tinkercad, после чего уже начали заказывать и печатать комплектующие.

Игра на данный момент имеет следующие физические параметры:
Ширина: 780 мм Длина: 700 мм Высота: 85 мм
Игровое поле: квадрат со стороной 462 мм.
Основа: фанера толщиной 12 мм, с вырезанными на ЧПУ отверстиями под крепления деталей и двигателей.

Когда модель была готова она казалась миниатюрной и легкой… Однако в живую она очень большая и тяжелая. Сейчас мы понимаем, что всю конструкцию надо оптимизировать:

Положи в корзину сразу, потом забудешь:

• Заменить фанеру на более легкий и тонкий материал.
• Длина и ширина внешнего контура не должны сильно превышать размеры игрового поля (возможно придется поменять кинематику).

Ниже я опишу особенности, с которыми мы столкнулись при сборке:

• Чтобы движение внутреннего контура и каретки было плавным и без посторонних звуков — важно, чтобы ремни были параллельны валам. Также желательно смазать валы. Мы использовали обычные масло для швейных машин.
• В качестве линейных подшипников сперва мы использовали LM8UU дядюшки Ляо, но нам часто попадались бpaкованные экземпляры, которые люфтили, мгновенно рассыпались и царапали вал. Поэтому приняли решение поменять их на графитовые втулки.
• Есть некие особенности в движении с помощью кинематики CoreXY. Так, если мы запустим только 1 шаговый двигатель, то каретка поедет по диагонали. Для горизонтального движения необходимо запустить двигатели в одинаковом направлении. Для вертикального — в противоположных направлениях.

Для расчета расстояния по X и Y необходимо использовать следующие формулы:

Игровое поле

Для подсветки игрового поля мы выбрали светодиодную ленту с пиксельной адресацией WS2812b, которая отлично подходит для наших целей.

WS2812b представляет собой RGB светодиод в корпусе SMD5050 с 4 пинами: VDD, VSS, DIN и DOUT.

Какие требования предъявлялись к полю:

Положи в корзину сейчас:

• Небольшая толщина, чтобы электромагнит мог тащить фигурку за собой.
• Гладкая поверхность по которой скольжение будет осуществляться без проблем.

В результате игровое поле условно состоит из 3 частей: подложка, к которой крепится светодиодная лента, сама лента и поверхностное покрытие, по которому скользят фигурки.

Основная проблема, с которой мы столкнулись – это из чего сделать подложку?
На данный момент мы используем оргстекло, в котором на ЧПУ вырезали углубления под ленту глубиной в 2 мм (высота ленты и светодиода). Естественно, что данный лист полностью потерял хоть какую-то жесткость и сильно прогибается по линиям реза. Поэтому мы просто приклеили подложку к поверхности. Возможно в следующей версии заменим оргстекло, на монолитный поликарбонат.

В качестве поверхности выбрали все тоже оргстекло, которое завалялось у меня после ремонта на балконе, толщиной 4 мм, молочного цвета, с хорошими показателями рассеивания.

В результате, посидев вечерок с паяльником, мы получили следующее:

Положи в корзину сразу, потом потеряешь:

Существуют ленты с разной плотностью светодиодов. Обычно это: 144, 90, 60, 30 на один метр. Мы остановились на ленте с 30 светодиодами на метр, т.к. используя ленту с большей плотностью светодиодов — сложно передвигать фигуры без коллизий и возрастает необходимая мощность по питанию.

Стоит обратить внимание, что светодиоды соединены последовательно. Следовательно, если у вас перегорит первый светодиод, то остальные работать не будут.

Наше поле имеет размер – 14 * 14 клеток, всего 196 пикселей. Лента работает с напряжением в 5В. Один пиксель в ленте состоит из 3 светодиодов – R, G, B, каждый из которых потрeбляет 20 мА при максимальной яркости. Несложно подсчитать, что если мы хотим зажечь все 196 пикселей белым цветом – то нам необходимо почти 12 А…

Найти компактный БП или DC-DC преобразователь, который может выдать такой ток при 5В – очень проблематично. Поэтому мы решили, что в нашей игре поле не должно быть заполнено более чем на 60%, и не используем белый/серый цвет(цвет, при котором включаются все 3 светодиода), т.е. максимум 40 мА на 1 пиксель. В результате получаем, что стол не должен потрeбллять больше 5 А.

Положи в корзину сразу, потом забудешь:

Часто видел рекомендацию, что необходимо запитывать ленту с двух сторон, чтобы не было потери напряжения. Но мы подключаемся к ленте с одной стороны, каждые 100 светодиодов, и видимых просадок по напряжению не наблюдаем.

Электроника

Управление всеми частями игры происходит с помощью Arduino Mega 2560. На нее возложены следующие функции:

• Произвести калибровку, в результате которой мы узнаем какое количество шагов должен сделать шаговый двигатель, чтобы преодолеть 1 клетку.
• Получить комaнды и данные от мобильного приложения и отправить статус выполнения обратно по BLE.
• Передвинуть каретку из точки А в точку В согласно координатам из полученных от мобильного приложения данных.
• Включить/выключить электромагнит.
• Зажечь определенный пиксель на столе определенным цветом. Номер пикселя и цвет передает мобильное приложение.

Первый прототип был собран на макетной плате и включал в себя следующие компоненты:

• Arduino Mega 2560;
• 2 драйвера шагового двигателя DRV8825;
• 4 концевых выключателя;
• BLE-модуль HM-10;
• Транзистор IRF530N – для управления электромагнитом;
• БП MeanWell 12В 10A;
• DC-DC преобразователь MeanWell понижающий с 12В до 5В, 10А;

После того, как мы убедились, что все работает, мы решили, что надо изготовить свой shield для Arduino Mega и наконец избавиться от монтажки и вороха проводов.

Положите в корзину сразу, потом потеряется:

В связи с отсутствие опыта в разработке ПП, мы решили поручить это дело профессионалу. В результате один наш знакомый полностью разработал плату и произвел монтаж всех компонент. Результате можно увидеть ниже:

Судить о качестве исполнения не могу из-за недостатка опыта, но плата работает без нареканий. Принципиальную схему можно посмотреть тут.

Мобильное приложение

Мобильное приложение – «мозг» нашей игры. Именно приложение содержит в себе всю информацию о состоянии игры, персонажах и т.д. В качестве платформы для разработку был выбран Anroid, основное требование — поддержка BLE (так как в дальнейшем планируется добавление версии игры для iOS).

В отличии от электроники – у нас был небольшой опыт в разработке мобильных приложений, поэтому мы планировали завершить этот этап достаточно быстро. Однако, как обычно, все получилось не так, как планировалось.

Купи сейчас:

Мы достаточно быстро поняли, что по факту нам придется писать полноценную мобильную игру, в которой средством отображения информации является не только экран мобильного телефона, но и поверхность настольной игры.

Основной функционал текущего приложения:

• Поиск BLE устройств, идентификация подходящего устройства для соединения. Идентификация включает в себя “хендшейк” — телефон должен удостовериться, что подключаемое устройство действительно является блютус модулем настольной игры, а не телевизор.
• Выбор игроков (минимум 2) из доступных героев, которых на данный момент 4.
• Предоставление всей необходимой информации текущему игроку: о доступных способностях, о их кулдayнах, о противниках и т.п.
• Совершение ходов — своими ходами каждый игрок управляет при помощи “джойстика”, которым он выбирает клетки для применения способностей, перемещения и т.п.

Чувства прекрасного у нас нет, также как и знакомых UX/UI-дизайнеров, поэтому дизайн делали сами, как могли. В будущем мы планируем добавить лор, описание, а также PVE-режим, в котором игроки будут сражаться против боссов на арене.

Результат

На данный момент у нас есть полностью работоспособный прототип, в который можно поиграть (хоть и на 1 смартфоне), и на котором мы полируем правила и механики игры. На его создание мы потратили около года, работая по выходным и редкими вечерами, когда было свободное время.

Положи в корзину сейчас:

План у нас амбициозный: найти единомышленников, доработать прототип, полностью “вылизать” баланс и правила игры и попробовать выйти на Kickstarter, т.к. это будет просто фантастический опыт.

Если будет интересно, то в следующей статье подробнее расскажу про мобильное приложение, саму игру, как мы делали наши миниатюры и что из этого вышло.