X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Компьютерная игра “MYnameisRIO”
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Какой родитель не мечтает вырастить перспективного ребенка? При этом детей не хочется лишать возможности просто поиграть. Подходом к решению данной проблемы являются настольные игры. Благодаря игре ребенок с интересом будет осваивать логику, риторику, счёт, развивать пространственное воображение, тренировать память.
В данной научно-исследовательской работе рассматривается создание автоматизированной системы, которая является аналогом настольной игры — компьютерная игра «MYnameisRIO», она используется на учебном устройстве для проектирования встраиваемых оценочных плат в реальном времени myRIO, а так же на платформе для выполнения программ LabVIEW.
Основный целью создания компьютерной игры «MYnameisRIO» является возможность расширения впечатлений, направляющие на развитие творческих способностей. Компьютерные игры выполняют две функции: развлечение и развитие умственной деятельности. Действительно, во время игры у детей наблюдается повышенная активность мозга – нужно найти верное решение, продумать следующий ход, выполнить задание.
1 Описание компьютерной игры
Компьютерная игра «MYnameisRIO» основывается на небольшом наборе предметов, которые включают в себя специальное поле, изображенное на лицевой панели программы LabView, а так же события, кубик и индикаторы двух игроков. Концепция игры заключается в том, что игрокам нужно оказать помочь пирату RIO в спецоперации. Кто первым преодолеет расстояние до острова, где находится RIO, тот и считается победителем игры.
2 Требования к системе
2.1 Требования к структуре и функционированию системы
Система предполагает один уровень, включающий в себя отдельные функции броска кубиков, выдачи событий и реализации ходов игроков, которые подключены к главной программе, выводящей выдаваемые функциями данные на лицевую панель программы LabView. Система может работать только в штатном режиме, иначе в случае ошибки программа будет остановлена, а все введённые и выведенные данные будут сброшены по умолчанию. Диагностика системы может проводиться только вручную путём просмотра кода программы. Система почти не обладает потенциалом к развитию. Единственные способы модернизации – увеличение количества игроков и событий. В обеих ситуациях система будет подвергать несущественным изменениям в коде программы.
2.2 Требования к надежности
Для надёжной работоспособности системы рекомендуется обеспечить: бесперебойное питание от исправной сети в 220В всех физических элементов системы (компьютер и устройство MyRIO), температуру окружающего воздуха от +10°C до +35°C, атмосферное давление от 630 до 800 мм ртутного столба, относительную влажность воздуха не более 80%, запыленность воздуха не более 0,75 мг/м³, а также отсутствие в воздухе паров агрессивных жидкостей и веществ, вызывающих коррозию.
2.3 Требования безопасности
Требования безопасности включают в себя базовые условия при работе с компьютером и устройством MyRIO, прописываемые учреждением, которому принадлежит оборудование.
2.4 Требования к функциям, выполняемым системой
В систему входят две функции и главная программа, выполняющиеся последовательно. Первая функция осуществляет симуляцию броска кубика, подавая на выход натуральные числа от 2 до 12. Вторая функция реализует выдачу не равновероятных событий, принимая на вход номер ячейки поля, на которой расположен значок игрока, и подавая на выход текст выпавшего события и подобавший ему код влияния на игрока. Главная программа реализует ходы игроков, влияние событий на игроков и понятный для пользователей интерфейс.
2.5 Требования к видам обеспечения
Для работы системы требуется компьютер, удовлетворяющий минимальным требованиям для запуска программы LabView 2015, помимо этого лицензионная копия программы LabView 2015 и базовый набор NI MyRIO 2015.
3 Требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта автоматизации к вводу системы в действие
Окончание работ по созданию и тестированию системы уже подразумевает её готовность к использованию. Система не требует дополнительной подготовки к эксплуатации или набора нового персонала, так как не использует сетевые ресурсы и не требует прямого обслуживания. Инструкция по использованию системы располагается на Лицевой панели программы LabView.
4 Основные технические решения
Программное обеспечение системы состоит из системного, базового и прикладного ПО. В качестве операционной системы клиентского ПК могут быть использованы любые ОС, поддерживающие работу приложения LabView 2015. Прикладное обеспечение представляет собой платформу для разработки и выполнения программ LabView 2015 или его более поздние версии. Файловый состав АС.
main.vi – главный файл АС, к которому подключены остальные файлы. Используется как окно игры, а также выполняет функции перехода фишек по полю и влияния событий.
events.vi – файл, подключаемый к главному исполнительному файлу main.vi. Выполняет выборку событий игры.
dice.vi – файл, подключаемый к главному исполнительному файлу main.vi. Выполняет функцию броска кубиков.
5 Схема функциональной структуры
5.1 Элементы функциональной структуры АС
На рисунке 1 представлена функциональная структура АС.
Рисунок 1 — Схема функциональной структуры
5.2 Информационные связи между элементами и с внешней средой
В игровом окне установлены элементы управления в виде двух кнопок. Первая кнопка «Бросить кубики» активирует подсистему dice.vi, которая возвращает число от 2 до 12. Это число выводится в строку состояния «Выпавшее число на кубиках».
Вторая кнопка «Продолжить игру» выводит главную систему из цикла ожидания, пока игрок прочтёт событие. После того, как фишка игрока перемещается после броска кубиков, активируется подсистема выборки событий events.vi. По окончанию реализации подсистема возвращает три значения: строку события, число, на которое изменяется начальное размещение фишки игрока, и логическое значение пропуска хода.
Событие выводится в игровом окне в поле «Окно событий». Наличие пропуска хода у одного из игроков изображается включением уместной ему лампочки. Расположение фишки игрока отображается в поле «Карта».
6 Описание функционирования системы
На рисунке 2 продемонстрировано игровое окно. Положение игрока 1 помечается на карте зелёным цветом, игрока 2 – красным. Если оба игрока стоят на одной позиции, то она помечается жёлтым.
Рисунок 2 — Игровое окно
При запуске выполнения программы сначала производится очистка карты, окна событий и окна выпавшего числа на кубиках. Помимо этого выключаются оба индикатора пропуска хода. Обе фишки устанавливаются на позицию 1, т.е. все лампочки выключаются, и загорается жёлтым цветом лампочка №1. Очищение поля и всех индикаторов предоставлено на рисунке 3. После этого запускается основной цикл программы, который будет продолжаться, пока программу не остановят, либо один из игроков не выиграет.
Рисунок 3 — Очищение поля и всех индикаторов
В основном цикле для двух игроков будут проводиться аналогичные действия, поэтому будут приведены рисунки выполнения функции лишь для одного игрока.
Если индикатор пропуска хода выключен, то в соответствующий буфер вносится размещение игрока и запускается цикл в окно событий «Бросьте кубики, игрок n». После того, как игрок нажимает кнопку «Бросить кубики», цикл завершается. Если индикатор пропуска хода включен, то этот пункт пропускается, иначе идёт обращение к программе dice.vi, которая генерирует число от 2 до 12 и возвращает его. Выполнение программы dice.vi продемонстрировано на рисунке 4.
Рисунок 4 — Выполнение программы dice.vi
После этого начинается проверка позиции. Если число больше 45, то округляется до 45. Затем это число заносится в индикатор позиции игрока. Если индикатор пропуска хода выключен, то этот пункт также пропускается. Выполнение обоих пунктов показано на рисунке 5.
Рисунок 5 — Ожидание броска кубиков и запись нового положения игрока в переменную
Затем совершается перезапись игрового поля. Если прошлая позиция игрока выключается, то новая — включается, в противном случае переключается на цвет другого игрока, если он там стоит. На рисунке 6 предоставлена проверка позиции на победу. Если игрок достиг позиции «45», то приложение останавливается и в окно событий выводится надпись с поздравлением.
Рисунок 6 — Изменение позиции игрока на карте и проверка на победу
Если игрок не достиг позиции «45» и у него не включен пропуск хода, то вызывается программа events.vi. В этой программе определяется каким и будет событие: удовлетворительно или нет. Затем производится выборка не равновероятного события на основе генератора случайных чисел. Соответствующие этому событию данные подаются на выход. Исполнение программы продемонстрировано на рисунке 7.
Рисунок 7 — Выборка события
Принятые данные поступают в соответствующие им индикаторы и переменные. Позиция игрока может быть округлена до 1 или 45 в зависимости от стороны выхода за эти пределы. В этом кадре запускается цикл ожидания. Пока игрок читает событие и нажимает кнопку продолжения игры. Если индикатор пропуска хода был включён, то событие не выбирается, а индикатор выключается. После этого наблюдаются новые корректировки расположения игрока на карте, затем ещё одна проверка на победу. Эти кадры изображены на рисунке 8. Для другого игрока происходят аналогичные пункты.
Рисунок 8 — Занесение данных события, корректировка положения игрока и проверка на победу
7 Структурная схема АС
Структурная схема АС представлена на рисунке 9.
Рисунок 9 — Структурная схема АС
Компьютер используется в качестве интерфейса для пользователя, который вводит данные и принимает выведенную на экран информацию. Все вычисления производятся подключенным к компьютеру устройством MyRIO.
8 Выходная информация
Выходная информация представлена в виде четырёх различных типов информации, которые отображают соответствующие индикаторы. Информация о позиции игроков на карте отображается в виде пронумерованных от 1 до 45 лампочек, которые загораются определённым цветом, если на них расположены игроки. Зелёный цвет – 1 игрок, красный цвет – 2 игрок, жёлтый цвет – оба игрока на одной позиции. Информация о пропуске хода игроками предоставляется двумя индикаторами с соответствующими названиями. Информация о выпавшем на кубиках числе отображается в поле «Выпавшее число на кубиках». Информация о выпавшем игроку событии представлена в текстовом окне «Окно событий».
9 Входная информация
Входная информация представлена только в виде двух кнопок на лицевой панели программы LabView. Обе кнопки используются только пользователем. Кнопка «Бросить кубики» позволяет закончить цикл ожидания, нужный для проведения игры «по готовности» игроков, и переводит главную функцию к кадру вызова подсистемы броска кубиков. Другая кнопка «Продолжить игру» позволяет закончить цикл ожидания и перейти к кадру изменения размещения игрока на карте. Все подсистемы, подключенные к главному исполняемому файлу, не требуют входных данных.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате научно-исследовательской работы получается автоматизированная система, которая представляет собой компьютерную игру «MYnameisRIO». Игра включает в себя отдельные функции броска кубиков, выдачи событий и реализации ходов игроков, которые подключены к главной программе, выводящей выдаваемые функциями данные на лицевую панель программы LabView. В данной платформе интуитивно-понятный интерфейс помогает пользователю за короткие сроки изучить игру и перейти к старту.