Tikslus „Wiimote“šviesos pistoletas „Raspberry PI“: 9 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Paprastai „Wii Remote“, naudojamas kaip lengvas ginklas, nėra pakankamai tikslus retro žaidimams, pvz., „NES Duck Hunt“, nes „Wii Remote“iš tikrųjų nepasirenka taško televizoriuje, į kurį jis nukreiptas. Tai negali! „Wii Remote“priekyje yra infraraudonųjų spindulių kamera, kuri mato infraraudonųjų spindulių šviesos diodų liniją jutiklio juostoje, tačiau ji negali žinoti, kiek toli (ar kokia kryptimi) yra televizorius nuo juostos ar kokio dydžio televizorius. Emuliatoriai ir žaidimai apeina tai, rodydami kryžminius plaukus ar kitą taikymo rodiklį, tačiau tai nėra tiksli šaudymo į taikinį patirtis.

Kad „Wii Remote“veiktų kaip tikslus šviesos pistoletas, kurį galite matyti kartu, kad pasirinktumėte taikinį televizoriuje, reikia keturių infraraudonųjų spindulių šviesos diodų, išdėstytų žinomu keturkampiu modeliu (ne tiesia linija) toje pačioje plokštumoje kaip televizorius. Tada „Wii Remote“mato keturis šviesos diodus, o fotoaparato atvaizdą galima naudoti norint apskaičiuoti homografiją, leidžiančią išsiaiškinti, kur nukreipta kamera.

Šio projekto įranga yra paprasta. Paprastuose 3D spausdinimo korpusuose yra keturi infraraudonųjų spindulių šviesos diodai, kuriuos galima priklijuoti prie televizoriaus korpuso viršaus ir apačios ir prijungti prie USB įkroviklio. Be to, jei neturite „Wii“pistoleto korpuso, turiu paprastą 3D spausdintą rankeną ir taikiklius, kuriuos galite pritvirtinti prie „Wii Remote“(nors norėdamas taupyti plastiką, padariau medžio ir 3D spausdinto plastiko hibridą).

„Python“pagrindu sukurtą programinę įrangą buvo sunkiau sukurti nei aparatinę įrangą ir šiuo metu ji skirta tik „Linux“. Jis kalibruoja šviesos diodus ir „Wii Remote“ir tada naudoja homografijos skaičiavimus, kad imituotų absoliučią pelę, kuri gana gerai veikia „Retroarch“„Fceumm NES“emuliatoriuje (ir tikriausiai kai kuriuose kituose emuliatoriuose) mano „Raspberry PI 3B+“.

Prekės

• „Wii Remote“
• Keturi 940 nm 5 mm infraraudonųjų spindulių šviesos diodai
• Senas USB kabelis su veikiančiu A tipo kištuku
• Raspberry PI 3 arba kitas „Linux“kompiuteris su „Bluetooth“palaikymu
• 3D spausdintuvas ir gija (neprivaloma)

1 žingsnis: infraraudonųjų spindulių LED grandinė

Įsigykite seną USB kabelį su veikiančiu A tipo kištukiniu lizdu (paprastai mano telefono įkrovimo kabeliai nutrūksta ant mikro USB galo, todėl turiu likusių kabelių su veikiančiu A tipo lizdu). Tiesą sakant, net gerai, jei duomenų kabeliai yra nutrūksta, kol veikia elektros linijos. Nupjaukite kitą galą. Teoriškai raudonas kabelis turėtų būti +5 V, o juodas - įžemintas, tačiau patikrinkite jį multimetru (prijunkite jį prie įkroviklio ir patikrinkite įtampą tarp raudono ir juodo laido).

Kadangi infraraudonųjų spindulių šviesos diodai turi maždaug 1,2–1,3 V įtampos kritimą, aš keturis iš jų nuosekliai sujungiau su USB kabeliu. Įsitikinkite, kad lituoti laidai yra pakankamai ilgi, kad galėtumėte įdėti šviesos diodus televizoriaus apačioje ir du viršuje, kad tarp šviesos diodų būtų pakankamai horizontalus tarpas (apie 10 colių).

Tiksliau padaryti LED kilpą:

• lituokite pirmojo šviesos diodo minusinę pusę (katodas, trumpesnė kojelė, su plokščiu kraštu) prie +5 V USB laido
• prijunkite pirmojo šviesos diodo pliuso pusę (anodas, ilgesnė kojelė, su apvaliu kraštu) prie minusinės antrojo šviesos diodo pusės
• pakartokite, kad prijungtumėte antrąjį šviesos diodą prie trečiojo ir trečiąjį prie ketvirtojo
• tada prijunkite ketvirtojo šviesos diodo pliuso pusę laidu prie įžeminimo USB laido.

Kad viskas būtų tvarkingiau, jungdami galite naudoti termiškai susitraukiančius vamzdžius. Priešingu atveju naudokite elektros juostą, kad išvengtumėte šortų.

Įsitikinkite, kad nėra trumpojo jungimo. Tada prijunkite jį prie USB įkroviklio ir patikrinkite, ar jis skleidžia infraraudonąją šviesą, žiūrėdami į šviesos diodus su telefono kamera. (Daugelis telefonų kamerų yra jautrios infraraudoniesiems spinduliams.)

2 veiksmas: pritvirtinkite prie televizoriaus

Dabar pritvirtinkite du šviesos diodus prie televizoriaus apačios ir du prie viršutinės pusės. Horizontalus atstumas turėtų būti apie dešimt colių. Jei to per daug, gali kilti problemų dėl „Wii Remote“kameros matymo lauko, užfiksuojančio juos visus. Bet jei jie yra per arti, mano geometrinė nuojauta sako, kad turėsite mažesnį tikslumą.

Bandymams aš užklijavau šviesos diodus elektros juostele, o tada, norėdamas sukurti nuolatinį ryšį, suprojektavau ir atspausdinau keturis tvarkingus mažus LED klipus (failai yra čia), kuriuos karštai priklijavau prie televizoriaus. Turėtumėte padaryti, kad šviesos diodai būtų kuo arčiau televizoriaus ekrano plokštumos, o rėmelis neužgožtų jų nuo fotografavimo vietos.

3 veiksmas: įdiekite programinę įrangą

Šiuo metu programinė įranga skirta tik „Linux“. Ši sąranka skirta „Raspberry PI 3“su „Raspbian Stretch“. Kitoms „Linux“sistemoms reikės kai kurių pakeitimų. Ankstesniuose modeliuose jums reikės „Bluetooth“rakto, kurį taip pat turėsite paleisti iš komandinės eilutės:

sudo get-apt įdiegti „Bluetooth“

A žingsnis: udev

Tada sukurkite failą /etc/udev/rules.d/wiimote.rules, kuriame yra viena eilutė:

KERNEL == "uinput", MODE = "0666"

Tai galite padaryti, pavyzdžiui, naudodami teksto rengyklę arba įvesdami komandų eilutėje:

sudo sh -c 'echo KERNEL == / "uinput \", MODE = / "0666 \"> /etc/udev/rules.d/wiimote.rules'

Tada paleiskite udev iš naujo:

sudo /etc/init.d/udev paleiskite iš naujo

B žingsnis: „cwiid“

Tada jums reikės mano modifikuoto „cwiid“paketo. Čia jis tampa šiek tiek plaukuotas, nes idealiu atveju turėtumėte jį sukurti naudodami savo Raspberry PI, tačiau turiu prisipažinti, kad praradau supratimą, kokius paketus reikia įdiegti, kad jis veiktų. Yra trys variantai, kaip tai padaryti.

B1 variantas: susikurkite patys

cd ~

git klonas https://github.com/arpruss/cwiid-1 autoconf./configure make -C libcwiid sudo make -C libcwiid install make -C python sudo make -C python install

Deja, yra gana didelė tikimybė, kad jums trūksta daugybės dalykų, reikalingų šiam kūrimui, ir./configure skųsis. Galite pažvelgti į visus dalykus, dėl kurių jis skundžiasi, ir paleisti juos sudo apt install.

B2 variantas: naudokite mano dvejetainius failus

cd ~

wget https://github.com/arpruss/cwiid-1/releases/download/0.0.1/cwiid-rpi.tar.gz tar zxvf cwiid-rpi.tar.gz cd cwiid sudo make install

C žingsnis: „Python“bibliotekos

Galiausiai gaukite palaikymo medžiagą mano „lightgun python“scenarijui:

sudo pip3 įdiegti uinput numpy pygame opencv-python

sudo apt-get install libatlas-base-dev sudo apt-get install libjasper-dev sudo apt-get install libqtgui4 sudo apt-get install python3-pyqt5

D žingsnis: lightgun.py

Galiausiai gaukite mano „lightgun python“scenarijų:

cd ~

git klonas

Jei viskas klostėsi gerai, dabar turite ~/lightgun.py, kuriuo galite kalibruoti žibintą.

4 žingsnis: kalibravimas I dalis: fotoaparato centravimas

Yra du kalibravimo aspektai. Pirmasis yra sukalibruoti kiekvieno „Wiimote“kameros centrą. Tam reikia naudoti fotoaparatą, kad būtų galima nufotografuoti du šviesos diodų vaizdus aplink televizoriaus ekraną: vieną su nuotolinio valdymo pultu dešine puse į viršų, o kitą-apverstą.

Kad nespaustumėte mygtukų, kai padėjote „Wii Remote“priekyje, ir kad „Wii Remote“būtų vienodai pakeltas, galite 3D spausdinti čia pateiktą kalibravimo įrankį. Iš esmės jums reikia 10,5 mm storio daiktų, kuriuos galite įdėti po „Wii Remote“, kai jis yra priekyje. Aš iš tikrųjų naudojau faneros laužą, kad sutaupyčiau plastiko.

Įjunkite šviesos diodus ir įsitikinkite, kad jūsų Raspberry PI ar kitas kompiuteris rodomas televizoriuje. Prijunkite klaviatūrą (tai neveiks per ssh) arba naudokite VNC. Tada paleiskite:

python3 ~/lightgun/lightgun.py -M

Jei viskas bus gerai, gausite viso ekrano ekraną, kuriame bus prašoma paspausti 1+2 „Wii Remote“. Padaryti, kad. „Wii“nuotolinio valdymo pulte mirksi lemputės, o tada degs 1 ir 4 lemputės. Ekrano viršuje taip pat matysite žalią stačiakampį su vaizdu iš „Wii Remote“kameros. Nukreipkite „Wii Remote“į šviesos diodus ir, jei viskas gerai, pamatysite keturis šviesos diodus, sunumeruotus nuo 1 iki 4.

Dabar turite rasti tvirtą paviršių su aštriu kraštu, pavyzdžiui, kavos staliuką, kurį galėtumėte nukreipti į televizoriaus ekraną ir kuris leistų „Wii Remote“matyti visus šviesos diodus, kai „Wii Remote“yra suderintas su kraštu. Pradėkite sulygiuodami „Wii Remote“dešinę pusę į viršų, taip, kad nuotolinio valdymo pulto pusė būtų sulygiuota su paviršiaus kraštu, ir įsitikinkite, kad matomi visi keturi šviesos diodai. Tada klaviatūroje paspauskite SPACE (arba pritvirtinkite „Nunchuck“ir paspauskite C, jei taip patogiau). Tada būsite paraginti pasukti „Wii Remote“. Dabar, naudodami kalibravimo įrankį ar kažką kito, įsitikinkite, kad jis yra 10,5 mm aukštyje nuo jūsų paviršiaus ir kuo arčiau tos pačios vietos kaip ir anksčiau (pvz., Išlygintas prie to paties paviršiaus krašto). Dar kartą paspauskite SPACE.

Jei viskas gerai, dabar pereisite prie šviesos diodų kalibravimo žingsnio. Taip, tai sudėtinga! Bet jūs turėsite labai tikslų šautuvą. Tai tik kaina.

Pastaba: Jei, kaip ir aš, turite „Wii“po televizoriumi, „Wii“reikia išjungti dėl dviejų priežasčių: pirma, jei „Wii“įjungtas, jis prisijungs prie „Wiimote“ir, antra, jutiklio juostos infraraudonųjų spindulių šviesos diodai trukdys Šis projektas. Dėl panašių priežasčių, kol naudojate „Wii“, gera idėja atjungti televizoriaus šviesos diodus.

5 veiksmas: kalibravimas II žingsnis: šviesos diodai

Dabar turite pasakyti programinei įrangai, kur šviesos diodai yra aplink televizoriaus kraštą. Aplink televizoriaus kraštą pamatysite kalibravimo ekraną, kuriame rodomos keturios rodyklės, viena iš jų pasirinkta (šviesi), o trys iš jų pilkos. Naudodami +/- galite pakeisti norimą rodyklę.

Kiekvienai iš keturių rodyklių aplink kraštą atlikite šiuos veiksmus:

1. paspauskite kairę/dešinę „Wiimote“, kad perkeltumėte rodykles, kol jos kuo tiksliau nukreiptų link atitinkamo šviesos diodo;
2. paspauskite „Wiimote“aukštyn/žemyn, kad pakeistumėte rodyklės ilgį, kol rodyklės ilgis atitiks atstumą tarp šviesos diodo ir televizoriaus ekrano krašto; kitaip tariant, rodyklės ilgis turi būti lygus atstumui nuo rodyklės galo iki šviesos diodo.

Kai keturios rodyklės bus teisingos (o gal net ir anksčiau), nukreipę „Wiimote“į ekraną pamatysite raudoną kryželį. Galite patikrinti, ar tai turėtų būti. (Atminkite, kad turite būti pakankamai toli, kad „Wiimote“matytų visus šviesos diodus. Taip pat svarbu, kad regėjimo lauke nebūtų kitų infraraudonųjų spindulių šaltinių. Kažkada turėjau problemų dėl saulės šviesos, atsispindinčios nuo varžto galvutės TV stalas.)

Galiausiai yra penktoji rodyklė, kuri pasirodo tik paspaudus + nuo ketvirtosios šviesos diodo rodyklės arba - nuo pirmosios (o pagal numatytuosius nustatymus jo ilgis yra lygus nuliui, taigi tai tik pikselis). Ši rodyklė reguliuoja, kiek toli nuo „Wii Remote“kameros bus užfiksuotas kadras. Problema yra tokia: jūs matysite išilgai viršutinio „Wii Remote“paviršiaus. Tačiau fotoaparatas iš tikrųjų yra tam tikru atstumu žemiau šio paviršiaus, juodojo stačiakampio viduryje „Wii Remote“priekyje. Jei užfiksuotume kadrus, į kuriuos nukreipta kamera, jie būtų užfiksuoti maždaug 8 mm žemiau „Wii Remote“viršutinio paviršiaus. Tai galite patikrinti pastebėję, kad žiūrint išilgai viršutinio paviršiaus fotoaparatas paslepia kryžminių plaukų centrą.

Galite gyventi su tuo arba galite išauginti šią penktąją rodyklę, kad programinė įranga suderintų kadrus su „Wii Remote“viršuje, arba galite pakoreguoti geležies taikiklių 3D spausdinamus failus, kad tai kompensuotų (tačiau kompensacija veiks tik vienas atstumas iki televizoriaus). Aš pats nuėjau į programinės įrangos derinimą.

Norėdami išeiti iš kalibravimo ir išsaugoti visus duomenis kataloge ~/.wiilightgun, paspauskite „Hii“mygtuką „Wii Remote“.

6 žingsnis: išbandykite ir naudokite

Tikriausiai dabar norite išbandyti savo lengvą ginklą. Tiesiog paleiskite terminalo emuliatoriuje (arba scenarijuje):

python3 ~/lightgun/lightgun.py -t

Reikės vienu metu paspausti 1+2 mygtukus, o po to, jei viskas bus gerai, kol „lightgun.py“veiks, „lightgun“imituos dviejų mygtukų absoliučią pelę. Paleidimo mygtukas yra 1 pelės mygtukas, o A mygtukas-2 pelės mygtukas. Norėdami išeiti, paspauskite ctrl-c.

Dabar jums tereikia sukonfigūruoti savo emuliatorius ir (arba) žaidimus, kad jie veiktų su absoliučia pele. Deja, tai ne visada bus taip paprasta.

Vienas įdomus dalykas, kurį galite išbandyti, yra mano iminurnamezo ančių-ančių šaudymo modas:

cd ~

git klonas https://github.com/arpruss/duck-duck-shoot cd duck-duck-shoot python play_game.py

NES žaidimams „Retroarch“naudoju libretro fceumm branduolį. Eikite į meniu Parinktys ir sukonfigūruokite „Zapper“jutikliniu ekranu. (Konfigūruoti ją kaip pelę iš tikrųjų neveikia, nes „fceumm“tikisi santykinio judėjimo, o ne absoliučios padėties pelės.)

Jei žaidimus pradedate naudodami scenarijų, galite redaguoti žaidimą ar emuliatorių pradedančią dalį ir pasakyti:

python3 ~/lightgun/lightgun.py -t -B 30 "komanda žaidimui pradėti"

Tada per pirmąsias 30 žaidimo sekundžių (taigi ir parinktis -B 30) galite prijungti žibintą laikydami nuspaudę 1+2.

Beje, „lightgun.py“scenarijus taip pat gali būti naudojamas bendriems „Wii Remote“žaidimams su „Retroarch“. Tiesiog pridėkite -o parinktį ir šviesos pistoleto funkcijos bus išjungtos, o vietoj to „Wii Remote“veiks horizontaliai, trys mygtukai bus atitinkamai 1, 2 ir B. „Lightgun.py“žemėlapiuose yra ir kitų su „Retroarch“susijusių funkcijų, kurias sužinosite perskaitę kodą. Pavyzdžiui, minuso klavišas veikia kaip poslinkis, o kartu su „dpad“valdo išsaugojimą ir įkėlimą (aukštyn/žemyn = pakeisti įrašymo numerį; kairė = atkurti; dešinė = išsaugoti).

7 žingsnis: ginklo rankena ir taikymas

Galite naudoti „Wii Remote“kaip ginklą, matydami viršuje. Taip pat galite nusipirkti vieną iš komercinių ginklų korpusų. Tačiau kadangi originalus „Wii Remote“negalėjo būti naudojamas kaip dūsaujantis pistoletas, korpusai neturi geležinių taikiklių, o geležiniai taikikliai labai pagerina tikslumą.

Aš sukūriau paprastą trijų dalių 3D spausdinimo sistemą: slankiojančią rankeną, kuri yra tiesiai už gaiduko (taigi ji atrodo šiek tiek kaip „Star Trek Original Series“fazeris), ir įstumiamus taikiklius. Spausdintini failai yra čia. Jei norite sutaupyti plastiko medienos laužo sąskaita, taip pat galite padaryti tai, ką aš padariau, ir užuot atspausdinę visą rankeną, atspausdinkite tik tą dalį, kurioje yra „Wiimote“, ir iškirpkite medinę detalę ir užsukite.

Norėdami pamatyti, sutelkite akis į taikinius. Sulygiuokite priekinio žvilgsnio smūgį tarp galinio taikiklio iškilimų, kad oro erdvė būtų vienoda ir visi trys iškilimai būtų vienodai aukšti. Tada sulygiuokite taikinio vidurį su iškilimų viršumi.

Pastaba: nelygumų aukštis yra šiek tiek nevienodas, o priekinio žvilgsnio guzas yra šiek tiek mažesnis, kad būtų kompensuotas regėjimo smūgių aukštis, kai matote juos 2,5 metro atstumu (mano atstumas iki televizoriaus). Jei atstumas iki televizoriaus yra žymiai kitoks, galite jį įtraukti į „OpenSCAD“failus. Tačiau šis koregavimas gali būti mažesnis už spausdintuvo leistinus nuokrypius. Be to, jei programinėje įrangoje neatlikote vertikalaus reguliavimo, galite dar šiek tiek pakoreguoti programinės įrangos lankytinas vietas, nustatydami „extraSightAdjust“kažką maždaug -8 (milimetrais).

8 žingsnis: III kalibravimas (neprivaloma): tikslus reguliavimas

Jei norite dar daugiau tikslumo, galite paleisti:

python3 ~/lightgun/lightgun.py -d

(demonstracijai) ir atidžiai pažiūrėkite, ar taikikliai sutampa su kryžminiais plaukais. Jei ne, išeikite ir rankiniu būdu redaguokite ~/.wiilightgun/wiimotecalibration ir šiek tiek pakoreguokite fotoaparato centro x ir y koordinates, kad sureguliuotumėte matymą. Pavyzdžiui, mano ginklas šaudė šiek tiek į dešinę, todėl galiausiai pakeičiau x koordinatę nuo 529 iki 525. Tikriausiai visi skaičiai bus skirtingi.

9 žingsnis: Priedas: algoritmas

Pelės emuliacijos kodas veikia maždaug taip.

• Paspauskite proceso mygtuką.
• Gaukite duomenis iš fotoaparato ir sureguliuokite fotoaparato centravimo kalibravimą.

• Jei fotoaparate matomi mažiau nei trys šviesos diodai:

  Laikykite paskutinę pelės poziciją

• Jei matomi trys ar keturi šviesos diodai:

  • Naudokite „Wiimote“akselerometro duomenis, kad gautumėte „Wiimote“orientaciją ir nustatytumėte, kuris LED kameros vaizdas atitinka kurį fizinį šviesos diodą.

  • Jei matomi keturi šviesos diodai:

    • Apskaičiuokite LED fotoaparato vaizdų ir LED vietų homografiją (ekrano koordinatėmis).
    • Naudokite homografiją, kad apskaičiuotumėte, kokia ekrano vieta atitinka kameros matymo lauko centrą.
    • Atlikite Y reguliavimą, kad pritaikytumėte virtualiojo pistoleto vamzdžio centrą žemiau taikymo linijos. Tai šiek tiek klastingas algoritmas, tačiau jis veikia.
    • Nustatykite pelės padėtį į nustatytą ekrano vietą.

  • Jei matomi trys šviesos diodai:

    • Naudokite „OpenCV“, kad išspręstumėte P3P problemą tarp LED fotoaparato vaizdų ir fizinių šviesos diodų vietų. Tai sukuria iki keturių sprendimų.

    • Jei pavyks:

      • Jei anksčiau buvome sėkmingai apskaičiavę vietą, pasirinkite sprendimą, dėl kurio trūkstamas šviesos diodas yra arčiausiai paskutinės stebėtos ar apskaičiuotos tos šviesos diodo padėties.
      • Jei anksčiau neturėjome sėkmingo vietos apskaičiavimo, pasirinkite sprendimą, kuris geriausiai numato akselerometro kryptį.
      • Naudokite geriausią sprendimą, kad apskaičiuotumėte, kur turėtų eiti ketvirtasis šviesos diodas.
      • Likusią dalį atlikite kaip keturių LED dėklų atveju.

    • Jei nesiseka:

      Laikykite paskutinę pelės poziciją