KiCad 华秋发行版 new
供应链、设计、制造，一体成就未来
华秋PCB
高可靠多层板制造商
华秋SMT
高可靠一站式PCBA智造商
华秋商城
自营现货电子元器件商城
PCB Layout
高多层、高密度产品设计
钢网制造
专注高品质钢网制造
BOM配单
专业的一站式采购解决方案
华秋DFM
一键分析设计隐患
华秋认证
认证检测无可置疑
发资料
发帖
提问
发视频
扫码添加小助手
加入工程师交流群
前言
大家好！我是平原。本文是“用Arduino和加速度传感器制作数字滚球迷宫”的后篇。在前篇中，我们组装了电子电路，写入了Arduino程序，并确认了电子部件的工作情况。接下来，在本文中我们将完成实物迷宫的制作，并使用游戏引擎Unity实际制作游戏。请大家也一起参与挑战！
本项目的组成
本项目共分为六个部分。在前篇中，我们完成了作品规划、电子电路和Arduino程序。在后篇中，我们将按照以下1到3的步骤进行制作。
制作迷宫外壳
创建迷宫的3D模型
Unity程序
1. 制作迷宫外壳
迷宫的设计是决定游戏可玩性的重要因素。我们需要一边想象小球如何滚动一边制作迷宫。
我们按照以下步骤制作迷宫外壳：
设计盒子
设计迷宫
切割材料
组装盒子和迷宫
固定电子部件
粘贴标记
步骤1：设计盒子
>> 分发文件下载（50.4MB）
步骤2：设计迷宫
在这个迷宫中，将正方形的盘面分成10个方格×10个方格，并设置围墙。起点在左下角，终点在右上角。我创建了3种不同难度级别的迷宫。这里创建的迷宫数据不仅会用作激光加工机的切割数据，还会用于创建要在Unity中使用的3D模型。
在Illustrator中，将正方形分隔成10个方格 x 10个方格并绘制之间围墙。使用网格功能会很方便。需要一边想象小球的滚动一边思考迷宫的设计。
如果从头开始创建比较麻烦，可以参考下面的迷宫自动生成工具。
>>自动创建迷宫
完成后，调整线条的粗细，勾勒出整体轮廓，然后调整其大小以适应145mm x 145mm的盒子。
迷宫的地板与盒子底部的形状相同。将墙壁与地板粘在一起形成迷宫。然后雕刻起点（S）和终点（G）。
步骤3：切割材料
请使用创建的数据用激光加工机对椴木单板进行切割。椴木单板的厚度为4mm，请根据要使用的设备进行切割所需的设置。
切割后的迷宫。迷宫的墙壁很薄，应该小心处理，以免它们断裂。
步骤4：组装盒子和迷宫
用木材专用胶粘贴盒子。这种胶即使用量很少也可以粘得很牢固，不要用量太大哦。
以同样的方式将迷宫的地板和墙壁粘在一起。请用牙签等在迷宫的墙壁背面粘上少量的胶，然后根据地板和墙壁的位置进行粘贴。注意不要混淆表面和背面，以及起点和终点的位置。
步骤5：固定电子部件
将面包板嵌入支架中，并用双面胶将支架和Arduino UNO固定在盒子上。
步骤6：粘贴标记
制作标记用于反射式光电传感器的读取。请在不干胶纸上打印两个30mm x 30mm正方形并列的矩形。由于反射式光电传感器对喷墨打印机的墨水没有反应，所以请用黑色的笔涂抹为黑白、白黑、黑黑。
将标记粘贴在盖子背面的反射式光电传感器的位置。下面的照片中，从左到右的难度等级依次为1级、2级和3级。1级难度的迷宫，反射式光电传感器1为黑色，反射式光电传感器2为白色。难度的差异是通过白色和黑色的组合来判断的。
2. 创建迷宫的3D模型
我们按照以下步骤创建迷宫的3D模型：
从Illustrator导出SVG文件
将SVG文件导入Fusion360
利用推挤功能创建立体模型
输出OBJ文件
步骤1：从Illustrator导出SVG文件
将Illustrator中的迷宫数据导出为SVG文件。移动在“1.制作迷宫外壳”的步骤2中创建的迷宫轮廓数据，使中心为0,0。从Illustrator菜单中选择[文件] > [另存为]，然后选择SVG作为文件类型。请创建从1级到3级共3个文件。
步骤2：将SVG文件导入Fusion360
将步骤1中导出的SVG文件导入到3D CAD软件Fusion 360中。Fusion360的安装方法请参考其官网：
>> Fusion360
请从Fusio 360的菜单中，选择 [插入] > [插入SVG]， 将步骤1中导出的SVG文件导入Fusio 360。导入的形状是草图。
步骤3：通过推挤功能创建立体模型
推挤迷宫的形状，使其成为立体模型。请将整个草图向下推挤5mm以使其成为地板。接下来，请仅将墙壁部分向上推出5mm。
在2级难度迷宫的地板上打两个用来穿越的孔，孔径约为Φ8mm。3级难度的迷宫，在中央挖空Φ48mm的圆圈，制作两层地板。
步骤4：输出OBJ文件
3. Unity程序
终于到了Unity中的程序部分了。请按照以下步骤操作：
在Unity中创建一个新项目
加载3D模型
配置小球
运用物理运算
主程序
设置终点
2级关卡
3级关卡
切换迷宫
步骤1：在Unity中创建一个新项目
>> Unity
请用3D模式创建一个新的Unity项目。
步骤2：加载3D模型
加载迷宫的3D模型。将Fusio 360导出的OBJ文件拖放到Unity项目面板中的Asset文件夹中。
创建一个空的GameObject来挂载迷宫。请从Unity菜单中，选择[Game Objects（游戏对象）] > [Create Empty（创建空对象）]。 将新建的GameObject重命名为“MazeObject”，并将Transform的位置设置为0。
将3D模型配置于stage上。将刚刚加载的地图的3D模型“MazeLv1”拖放到层级面板的“MazeObject”中。如果直接这样用，大小和旋转会很奇怪，因此需要进行调整以使其处于正确的位置。请通过检视面板的Transform，将旋转设置为X270、Y180，将缩放设置为0.2。以同样的方式设置2级的3D模型。3级由“MazeLV3-A”和“MazeLV3-B”两个3D模型组成，因此请创建一个名为“MazeLv3”的空GameObject，并将这两个3D模型放入其中。
需要更改每个级别的颜色。请从Unity菜单中选择 [Asset] > [Create] > [Material]，创建三个材质。名称分别是“MatLv1”、“MatLv2”和“MatLv3”。在材质的Inspector面板的反照率（Albedo）项目中更改颜色。我们将“MatLv1”设置为浅蓝色，“MatLv2”设置为黄色，“MatLv3”设置为橙色。请将创建的材质拖放到“MazeLv1”、“MazeLv2”、“MazeLv3-A”、“MazeLv3-B”中的网格上。可以看到迷宫已被着色。
当前，三个迷宫是重叠显示的，但“MazeLv2”和“MazeLv3”处于初始状态，可以将它们禁用，在Inspector面板中名称的左侧取消选中即可。
步骤3：配置小球
将小球配置在起点。请从Unity菜单中，选择[Game Objects（游戏对象）] > [3D Objects（3D对象）] > [Sphere（球体）]。对象的名称是“Sphere”。更改为从正上方向下看的视角，更容易对齐位置。我想让小球从空中落下，所以将y设置为5.0左右。
步骤4：运用物理运算
给3D模型赋予判断碰撞的功能。请在“MazeObject”中选择“MazeLv1”，在Unity菜单中选择[Component（组件）] > [Physics（物理）] > [Rigid Body（刚体）]。从刚体的设置项目中取消选中“Use Gravity（使用重力）”并选中“Is Kinematic（开启动力学）”。碰撞检测项请选择“连续且动态地进行碰撞检测”。需要减少墙壁的摩擦力。然后请从Unity菜单中选择[Component（组件）] > [Physics（物理）] > [Mesh Collider（网格碰撞器）]。网格碰撞器设置项目中的网格，请选择“MazeLv1”中包含的网格。
将刚体和网格碰撞器附加给“MazeLv2”、“MazeLv3-A”和“MazeLv3-B”并进行相同的设置。
最后，将刚体附加给小球。选择“Sphere”，然后从Unity菜单中选择 [Component（组件）] > [Physics（物理）]> [Rigid Body（刚体）]。我希望“Sphere（球体）”根据重力移动，因此仍保持选中“UseGravity（使用重力）”。
如果在这个阶段执行程序，小球应该会落下并碰撞迷宫。您可以试试看这部分的运行情况。
步骤5：安装Serial Port Utility Pro
>> Serial Port Utility Pro
然后，创建一个空的GameObject，并附加SPUP组件。请从Unity菜单中，选择[Game Objects（游戏对象）] > [Create Empty（创建空对象）]。 将新创建的游戏对象重命名为“SPUPObject”。选择“SPUPObject”后，请从Unity菜单中选择[Component] > [SerialPort] > [SerialPort Utility Pro]，添加组件。
步骤6：主程序
创建一个用SPUP执行串行通信并根据加速度传感器模块的值移动迷宫的程序。这是本项目的核心程序。
请将“MazeScript”拖放到“MazeObject”。
请单击项目右下角的加号图标。将Maze Object（迷宫对象）拖放到“无（对象）”字段。单击右上角的Nofunction下拉菜单，然后选择[MazeScript] > [ReadComplete]。
如果在这里执行程序，应该可以收到来自Arduino的加速度传感器模块数据，并且迷宫应该可以动了。那就试试这部分程序的运行情况吧。然后，该休息一下了！
步骤７：设置终点
我们需要创建一个当成功到达终点时做出反应的机制。在终点设置一个用于判断碰触终点的透明对象（触发器），当小球碰到触发器时，会显示文本对象。
请从Unity菜单中选择 [Game Object] > [3D Object] > [Cube]，创建一个立方体。将其重命名为“GoalTrigger”，并将其放置在层级面板的“MazeObject”中。移动到地图右上角的终点附近，通过缩放来调整大小。请取消选中“Mesh Renderer（网格渲染器）”，并将其设为隐藏，选中“BoxClider”的“设为触发器”。
然后需要配置文本对象。请从Unity菜单中选择[Game Object] > [3D Object] > [3DText]。将其重命名为“GoalText”，并将其放置在层级面板的“MazeObject”中。当使Transform的X旋转90度时，应该可以看到“HelloWorld”字样。在检视面板的文本项目中输入“GOAL!!!”。改变Transform的位置，将其移动到终点附近，将缩放设置为 0.2，并将字体大小设置为 100。
将用于判定到达终点的程序附加到“GoalObject”。请从Unity菜单中选择[Assets] > [Create] > [C# Script（C#脚本）]，创建一个C#文件，并将其命名为“GoalScript”。双击C#文件打开编辑器，输入以下代码。
请将“GoalScript”拖放到“GoalTrigger”，将“GoalText”拖放到“Goal Script”的“Goal Text”项目中。
从“MazeObject”的检视面板中，将“GoalText”拖放到“MazeScript”的“GoalText”栏中。
如果在这里执行程序，当到达终点时会显示“GOAL!!!”，并且振动电机应该会振动。要停止振动时，请按空格键重置游戏。终于像游戏样了！
步骤８：2级关卡
需要给2级难度的迷宫添加扭曲功能。将触发器配置在地板开孔的下方，然后将小球移动到扭曲对象的坐标处。
首先，请禁用“MazeLv1”并激活“MazeLv2”。就像设置到达终点判定机制一样，制作一个立方体，将其放在地板开孔的下方，然后选中“BoxClider”的“设为触发器”。对象的名称是“WarpIn1”和“WarpIn2”。
接下来，需要配置对象，用来指定要扭曲的目标。请从Unity的菜单中选择[Game Object] > [Create Empty]。对象的名称是“WarpOut1”和“WarpOut2”。将其配置在另一个孔的附近。
请将“WarpIn1”、“WarpIn2”、“WarpOut1”和“WarpOut2”放入层级面板的“MazeLv2”中。
需要编写一个脚本来控制扭曲。请创建C#文件并在编辑器中输入以下代码：
当执行这部分程序时，小球掉进洞里，会穿越到另一个洞附近。
步骤9：3级关卡
3级难度的迷宫由两部分组成。迷宫外侧为“MazeLv3-A”，中间圆形挖空部分为“MazeLv3-B”。需要使中心部分缓慢旋转。请禁用“MazeLv2”并激活“MaseLv3”。然后编写使对象旋转的代码。请创建一个C#文件并输入以下代码：
步骤10：切换迷宫
终于完成了这三个迷宫。最后，我们需要进行一些设置，使替换实物迷宫时3D模型迷宫也会切换。请在1级实物迷宫放置在盒子上的状态下，运行Unity项目。当按下空格键时，控制面板上将会显示如下所示的反射式光电传感器反应值。
photoRef1:451 photoRef2:971
在1级实物迷宫的背面，在反射式光电传感器1的位置贴有黑色标记，在反射式光电传感器2的位置贴有白色标记。也就是说，反应值为黑色451，白色971。根据反射式光电传感器的高度，该值可能会有所不同，但存在“黑色<白色”的关系。
1级是黑白，2级是白黑，3级是黑黑，所以需要确定白色和黑色的阈值，当满足每个条件时就切换迷宫。
int threshold = 700;//反射式光电传感器阈值
在按下空格键时调用的setMaze()中，处理不同的情况。
已完成的Unity项目请参考分发文件中的“UnityApp”。但是，免费版的SerialPortUtilityPro无法分发文件，因此删除了SerialPortUtilityPro包和“SPUPObject”。请参阅步骤5进行设置。
4. 结束语
大家辛苦了！这个“数字滚球迷宫”怎么样？我认为这是一个使用Arduino和传感器将实物和数字内容混合在一起的有趣作品。
本系列连载一览
前篇：用Arduino和加速度传感器制作数字滚球迷宫后篇：用Arduino和加速度传感器制作数字滚球迷宫（本章）
平原真
浏览量
浏览量
浏览量
浏览量
扫码添加小助手
加入工程师交流群
下载发烧友APP
电子发烧友观察
长沙市望城经济技术开发区航空路6号手机智能终端产业园2号厂房3层（0731-88081133）