在像素背后：Starduino - 3D在28KB中的游戏

2021-06-24 06:06:07

我正在寻找一个有趣的业余工程，在找到Arduboy时磨练我的AVR装配技能，这是一个坚固的“Arduino”，我可以留在口袋里。

已经有很多有趣的游戏，甚至是3D的一些，但没有填充多边形游戏？这必须纠正。

Arduboy是一个与Arduino IDE兼容的便携式游戏机，使用与Arduino Leonardo相同的微控制器，这是一个Atmega32U4，但与Leonardo板不同，它配备了所有在一个漂亮的坚固的套管中预先安装的硬件。

Atmega32U4包含一个8位CPU，一点RAM，一些用于程序和数据的Flash ROM，一个微小的EEPROM，用于在电源熄灭时保存数据，并具有一堆GPIO引脚来连接到外部硬件。

显示屏是128×64 1BPP，这意味着完整的帧占用了我们的存储器的1KB。除非我们在飞行中生成显示器（对于基于多边形的3D游戏并不实用，否则我尝试过。更稍后，我们稍后更多地为1.5KB的RAM留下了我们的所有工作数据，包括CPU堆栈。

它通过单向SPI连接到MCU，我们不会从OLED控制器获得V-SYNC信号，因为该特定显示制造商没有暴露在带状电缆上的信号。＆lt; jackie_chan_wtf.jpg＆gt;

没有音频生成电路。对于每个PWM脉冲，必须通过IRQ在软件中生成声音。在我们珍贵的CPU时间吃饭。

2018年半月后，当我收到我的单位时，我从一个填充多边形光栅化器开始看，看它是否可以以可玩的速度获得任何东西。

然后我开始尝试不同的游戏概念。要查看哪些风格将更好地符合OLED显示器，发动机的性能，ROM空间，有限的控制等。

我在Snes上的任天堂明星狐狸安顿下一个概念。

在MCU硬件上调试绝不是与您最喜欢的IDE中最喜欢的工作站上的方便，与边界检查器和日志文件等所有漂亮的工具。

因此，我将项目从Arduino IDE中移动到我自己的基于Makefile的构建系统中，使用本机PC端口，因此我可以在PC上进行多大测试，而无需每次编程闪存。

它还让我做一些方便的节省时间，例如在级别预览窗口中显示边界框和Bezier路径，并直播级别和声音。

如果您正在计划花费几个月的业余时间，在游戏投资时间开始让您的生活更轻松。不花很长时间才能回报。

走出arduino IDE让我扔掉USB库和其他一些作品。但这意味着我无法访问USB串行端口进行调试...

默认情况下，显示控制器处于“水平模式”，这对于2D闪烁很好，但对于光栅化多边形并不方便。

幸运的是，控制器具有一个“垂直寻址模式”，它将内存映射转换为熟悉和光栅化的64×128屏幕（侧向），从左上角，右转，使用LSB在最左侧像素上启动的8×128字节（0x01 =最左边，0x80 =右边）。

静态const8_t init_cmds [] progmem = {0xae，0xa8,64-1，0xd3,0x00,0x40,0xDA，0x14，0xC8，0xDA，0x12,0x22,0xDA，0xD9,0x22,0xDB，0x00,0x2，0xDB，0x00，0x2E，0xA6，0xA4 ，0xAF，0x20,0x01，0xA0};

制作3D引擎的伟大事物是您真正关心屏幕的方式。您可以在投影矩阵中修复此功能。

我不会进入光栅化多边形的细节，因为已经有很多关于这两者在线和死树格式的书籍和教程。选择你最喜欢的。

只要纹理不涉及CPU就可以处理它。 32份注册它在这份工作中非常宽朴。

然而，我用了天空盒的伎俩。通过将地平线投影到屏幕的边缘，实际上，它实际上是在屏幕上以偏斜的方式在屏幕上绘制的动态产生的2×96纹理，以确定高度和斜率。

在清除帧缓冲器之前，将表示地面的线绘制到背景图案上。它们的位置根据投影矩阵计算。

ROM空间在这里是溢价如此明显的数据需要以某种方式压缩。我们也没有太多的RAM工作，所以一切都必须被压缩（或生成！）。

并且必须在保存的数据和解压缩器代码之间击中平衡。 CPU上的每个指令都是2个字节，这可以快速加起来。

我不想通过手动进入顶点值来模拟3D对象，因此我使一个obj到C ++转换器 - 压缩机工具，并在Modo中建模了对象。

保存字节的第一个明显的位置是尽可能镜像模型，因此压缩机在所有3维（x，y，z）上寻找匹配的镜像多边形，并将它们合并为镜像批次。

这意味着我所需要的只是3位，以便如果必须重复在x，y和/或z上的多批处理镜像的多批处理，则告诉解压缩器。

发动机使用32位签名定点数学以16.16格式（16位分数）。这意味着每个顶点12个字节，但这太浪费了。

我使用的诀窍是将顶点编码为4位的有效量和一个共享的4位指数，每个顶点总共2个字节。

现代GPU使用类似的技巧来编码HDR颜色，例如32位OpenGL中的RGB9_E5_EXT。

void vectorunpack（固定* out_v，const uint16_t * v）{uint16_t t = pgm_read_word_nword_near（v）;字节e =（t＆amp; 0xf）+ 8; INT32_T * DST =（INT32_T *）OUT_V; for（字节i = 3; i - ;）{int8_t tx =（t＆amp; 0xf0）; Tx＆gt;＆gt; = 4; * DST ++ =（（INT32_T）TX）<＆lt;＆lt; e; t＆gt;＆gt; = 4; }}

这是3D模型被压缩机工具屠宰的地方，但是通过仔细调整顶点，即使在舍入之后也可以让模型看起来正常。乞丐不能选择。

每个Poly都有一个4位“颜色”索引，进入16个条目调色板，该调色板映射到9个不同的抖动模式。间接允许我创建脉冲亮度动画和闪烁。

通常，3D引擎中的动画是使用骨矩阵变换与复杂的Bezier曲线进行完成，但这对于这个项目来说将太大，并且在任何合理的时间框架中，差的小CPU无法处理多个骨矩阵。

因此，使用简单的顶点插值来完成动画。当顶点仅为2个字节（并镜像！），对于将获得动画的几个网格，它变得更加合理。

所有对象都具有缩放值以重用网格，边界框隐式1x1x1以围绕对象的原点为中心。（-0.5到0.5）然后通过实例的缩放缩放。

您认为额外的隐形对象将添加比存储边界框更多的字节，但处理多个尺寸框的额外代码复杂性，每个对象的多个界限和每个对象的位置递减节省。

游戏包含一个介绍级别，其中逐渐引入元素以让新玩家学习控件。

当游戏开始时，RNG只能选择每个类别的前几个片段。

随机数发生器以常数播种，因此每次都会产生相同的水平以保持高分展平。

第一次将字形突出插入8×5缓冲液（记住屏幕在其侧面）。

样式缓冲区告诉文本呈现例程如何呈现多个文本通行证：

它似乎是浪费，但黑色轮廓步骤会照顾到黑色，所以第二次通过只需要反转。