Ultrasonic game

Ultrasonic game je hra určená pro každého, kdo si chce zlepšit svůj odhad a postřeh.

• Hráč obdrží zařízení - ergonomicky tvarovanou pistoli s ultrazvukovým senzorem.
• Po zaznění slova "start" má 3 sekundy na to, aby si přečetl vzdálenost v centimetrech zobrazenou na displeji a v místnosti a namířil pistol vhodným směrem proti objektu či zdi ve správné vzdálenosti.
• Vzdálenost je generována náhodně.
• Výsledek je vyhodnocen s tolerancí 20 cm, za správný odhad dostane bod.
• Následuje krátká pauza, aby si hráč mohl přečíst výsledky.
• Při každém pokusu se vyhodnocuje chyba a to i při správném odhadu.
• Na závěr se zobrazí počet získaných bodů a průměrná chybovost. Pokud hráč nepotvrdí vzdálenost do 3s dostává chybu 250cm.

Tato hra je vhodná především pro zlepšení odhadu pro měření vzdáleností avšak pouze v rozmezí 15-250. (Z důvodu bezpečnosti je zadáno rozmezí od 15, aby hráč nepoškodil zařízení při přiblížení.

Poznatky do běžného života

Žáci se seznámí s funkcí ultrazvukového senzoru a také jim to trochu přiblíží řešení těchto různých videoher, který bývaly (i jsou na poutích) a dnes se převážně nacházejí na herních konzolích, kde se rovněž využívá měření vzdáleností pro vyhodnocení, ač za pomocí jiných senzorů.

Poznatky pro technologie

Nejen, že je více přiblížena technologie ultrazvuku, ale žáci si zlepší programovací schopnosti, kde budou muset vymyslet kombinace cyklů a rozhodování pro správné vyhodnocení výsledků a chování zařízení. 

V přiložených programech je několik částí a to od jednodušší varianty po složitější.

K dispozici je i náhled na složené zařízení a opět jednoduchá varianta i kompletní.

Otázky k zamyšlení

Jak vyhodnocuje pohyb "Kinect" pro konzoli Xbox?

Jak vyhodnocuje pohyb "Move" pro konzoli PlayStation?

Metodický list pro dlouhodobý badatelský projekt

Zadání tvorby zařízení i programu

Zadání

Vytvořte model nadčasové pistole, kde se nachází místo hlavně ultrazvukové senzory.

Model obsahuje jednotku EV3, jedno tlačítko a ultrazvukový senzor.

Jednoduchá variata: U jednodušší varianty není jednotka EV3 spojena s pistolí.

Složitější varianta: Jednotka EV3 je připevněna na pistoli a konstrukce je připravena tak, aby byla snadno uchopitelná a jednotka EV3 nespadla.

Program bude umět:

1. Oznámit start hry.
2. Vylosuje náhodnou vzdálenost z rozsahu 15-250. (250 (255 je maximum senzoru) a 15 zadáme z důvodu, aby nebyly losovány kratší vzdálenosti a hráč nemusel blízko ke stěně a nedošlo tak k poškození. 
3. Po vylosování se zobrazí hodnota na displeji.
4. Hráč má 3 sekundy, aby správně namířil na zobrazenou vzdálenost a "vystřelil".
5. Po "výstřelu" - určení vzdálenosti program vyhodnotí, zda bylo správně s tolerancí +-20cm.
6. Pokud ano, hráč dostane bod.
7. Pokud ne, hráč nedostane bod.
8. Pro obě možnosti také zobrazíme, i kolik CM se hráč spletl vůči vylosovanému číslo.
9. Započítáme chybu, kterou provedl.
10. Pokud hráč "nevystřelí" do dvou sekund, započítáváme chybu 255cm.
11. Po vyhodnocení se chvíli vyčká a znovu se provádí losování a cyklus se opakuje.
12. Losuje se celkově po sobě 5 čísel.
13. Po odstřílení 5 čísel zobrazíme,
    1. kolik hráč celkově nasbíral bodů.
    2. jakou měl hráč průměrnou chybovost.
14. Celou hru doplníme o vhodné zvuky a blikání. Například:
    1. Při spuštění oznámíme, že je hra připravena a čekáme na stisk spouště. Necháme blikat či svítit oranžovou.
    2. Po vylosování čísla upozorníme slovem "Start", aby hráč střílel. Nebliká a nesvítí nic, aby to hráče nerušilo.
    3. Při správném určení vzdálenosti - přehrajeme "kladný" zvuk a rozblikáme zelenou.
    4. Při špatném určení vzdálenosti - přehrajeme "záporný" zvuk a rozblikáme červenou.
    5. Při opoždění střelby přehrajeme "záporný zvuk" a rozblikáme červenou.
    6. Při zobrazení hodnocení nebliká nic, tak aby to hráč mohl snadno přečíst.

Celou hru lze ještě modifikovat například:

• v počtu kol
• ve velikosti tolerance
• časových prodlevách

a tím určovat obtížnost hry.

Rozšíření

• Také můžeme jinak blikat a přehrávat zvuky. 
• Zajímavá by byla kombinace, kdyby hráč střílel několikrát rychle za sebou, aby hra byla akčnější. Vyhodnocení by bylo až na konci.
• Při větším počtu kol, by šlo počítat použité náboje a přidat tlačítko na dobíjení zásobníku.

Provedení

Celé provedení je vhodné rozdělit do několika částí.

Stavbu a především program, kdy vytvoříme základ, do kterého přidáváme vyhodnocení či různé kontroly.

Zvuky a blikání je vhodné dotvořit na závěr. Při kopírování velký program (se zvuky) zdržuje a to i během testování.

Vytvoření modelu

Zadání

Model musí umožňovat:

• dobré uchycení do jedné ruky se snadným zmáčknutím spouště
• vhodné umístění ultrazvukového senzoru tak, aby nebyl ničím zastíněn
• vhodné umístění jednotky EV3, aby nedošlo k uvolnění a pádu
• musí mít pevnou konstrukci tak, aby nebyly žádná části značně přetěžované

Pro tvorbu modelu se můžete inspirovat našim modelem. 

• Na program nemá velikost ani tvar modelu vliv, je jen nutné správně zapojit senzory.
• Zapojte tak svoji fantazii a vytvořte úplně jiný model.
• Kreativitě se meze nekladou.

Pro tvorbu modelu je vhodné vycházet ze základního uchycení a možnosti stisknutí spouště. Dále je vhodné jen umístění senzoru. Zbylé části už nejsou rozhodující jen upevnění jednotky EV3, aby byl snadno čitelný údaj. Pokud bychom předělali program, kdy bude hodnota čtená jednotkou EV3, může být kdekoli.

Pro inspiraci přidáváme několik fotek. Na Internetu se můžete inspirovat "barcode snannery"

Základní část - ze které vychází celý model

Vytvoření programu - UG-1

Nejprve si rozmyslíme, co budeme potřebovat a sestavíme jednoduchý program na ověřování vzdálenosti.

Vylosovat hodnotu=>změřit naší hodnotu=>porovnat hodnotu=>zobrazit výsledek

Zde je posloupnost lineární a není potřeba se nikam vracet.

1) Vložíme blok generování náhodného čísla a zobrazíme ho na displeji v rozsahu 15-250.

2) Vložíme blok zvuk - oznámení zobrazení čísla. Tento blok lze vložit i před zobrazení čísla. Nastavíme, aby se přehrál pouze jednou a to především, aby to nečekalo na celé přehrání zvuku a program pokračoval dál.

3) Vložíme blok čekání na stisknutí spouště. Pouze stisknutí.

4) Získání údaje v CM z ultrazvukového senzoru. Za to vložíme matematický blok výpočtu (rozšířený). Provedeme výpočet získání absolutní hodnoty (vylosovaná hodnota - naměřená). Získáme naměřenou chybu.

5) Chybu vypíšeme na displej.

6) Hodnotu porovnáme, zda je menší než 20. Získáme logickou hodnotu.

7) Vložíme přepínač - switch a zjišťujeme, zda jsme získali "true" - přehrajeme kladný zvuk, nebo "false" přehrajeme záporný zvuk.

8) Abychom si stihli přečíst hodnotu chyby, vložíme ještě blok čekání na stisk spouště.

Nyní jsme vytvořili jednoduchý program, který nám zobrazí hodnotu, my jí určíme za pomocí senzoru, on jí porovná a vyhodnotí a oznámí nám, jak jsme byli úspěšní.

Vytvoření programu - UG-2

Pokračujeme ve stavbě programu, na základě UG-1

Dotvoříme: více herních kol, více oznámení a vyhodnocení, 

1) Celý blok vložíme do cyklu, který se bude opakovat 5x. (počet opakování si ale můžete zvolit sami)

2) Vytvoříme lepší bloky informování o chybě.

3) Vytvoříme proměnnou chyba. Při každém průchodu přičteme chybovost.

4) Můžeme při každém průchodu také sčítat kladné body do proměnné. (program UG-2 tuto část neobsahuje, až část UG-3)

5) Po oznámení chyby vložíme časovou prodlevu se zvukovým oznámením, aby se hráč stačil připravit na další kolo.

6) Po uběhnutí 5 kol oznámíme konec hry.

7) Vydělíme hodnotu chyby počtem kol a získáme průměrnou chybovost.

8) Průměrnou chybovost zobrazíme na displeji. Můžeme také zobrazit kladný počet bodů. 

Vytvoření programu UG-3

Program je postaven na části programu UG-2.

Můžeme hrát 5 kol za sebou, zobrazí se nám počet chyb a případně i počet bodů. Je tam však mnoho času najít správnou vzdálenost. Tento fakt, musíme omezit.

Tento krok je poměrně komplikovanější.

1) Celý blok bude nyní opakován do nekonečna a to celé bude v bloku, který se opakuje 5x.

2) Před blok, který se opakuje do nekonečna, vložíme timer, který nám bude měřit čas. Před začátkem měření ho vždy restartujeme.

3) Nyní přicházíme k bloku, který se opakuje do nekonečna.

4) Uvnitř je switch - přepínač, který se rozhoduje, zda bylo stisknuto tlačítko či nikoliv.

5) Tlačítko nebylo stisknuto. Následuje další rozhodovací blok, který se ptá, zda je čas na timeru větší než 2 sekundy, tedy 3 a více nebo ne.

5a) Pokud čas není větší nic se nestane a vracíme se na začátek k rozhodovacímu bloku, zda bylo stisknuto tlačítko. 

5b) Pokud je čas  větší než 2, oznámíme tónem chybu, že hráč zmeškal čas, přičteme chybu 250 do proměnné chyb. A vložíme blok ukončení opakovacího cyklu, který ověřoval, zda bylo stisknuto tlačítko či nikoly. Opakovací bloky mají svá označení. Je nutné zadat správný.

6) Tlačítko bylo stisknuto. Pokud bylo tlačítko stisknuto, zůstává tam větší část programu, který jsme používali. Protože se hromadí počet opakovacích bloků (cyklů), je nutné vložit např. vylosovanou vzdálenost do proměnné. 

6a) Do části kde byl hráč úspěšný - strefil se, vkládáme část přičtení +1 do proměnné body. (někdo už toto provedl v programu UG-2) Po vyhodnocení ač úspěšném či neúspěšném vložíme blok ukončení cyklu, který ověřuje stisk tlačítka.

7) Za tímto blokem následuje známá část časové prodlevy a nacházíme se u cyklu (opakovacího bloku), který počítá počet kol.

8) Pokud již proběhlo 5 kol, oznámíme konec hry, již zde máme část pro výpočet průměrné chyby, kterou hezky graficky i s počtem bodů zobrazíme na displej. Hráče upozorníme, aby zobrazení ukončil, tedy pokračoval stiskem spouště.

9) Celý program doplníme správně o zvuky a barevné blikání. 

9a) Na začátku programu, než začne hra, svítíme či blikáme oranžově, jakože je hra připravená. Pak světla vypneme, aby hráče nerušila.

9b) Při správném odhadu blikáme zeleně, při špatném odhadu červeně, při časové prodlevě blikáme červeně. Po té opět blikání vypínáme, aby nerušili při dalším kole. 

10) Na začátek programu jsme také vložili text, že má hráč stisknout tlačítko spouště pro spuštění hry. Slouží to k pohodlnému spuštění programu, aby si hráč mohl vzít pistoli do ruky a připravit se.

Rozšíření

• Tuto hru je možné rozšířit o část, kdy nebudeme výsledek dlouze zobrazovat po každém kole, ale oznámení provedeme krátkým tónem a hned přistupujeme k dalšímu číslu.
• Obtížnost hry určují časové prodlevy.
• Na začátek programu si také můžeme vložit proměnné pro počty kol apod.
• Na začátku hry by bylo možné nastavit počet kol. 

Hru by šlo také modifikovat, že by se zobrazilo velké číslo a hráč by musel v místnosti tuto hodnotu nasčítat. 

Uplatňoval by tak nejen odhad, ale i svůj rychlý matematický výpočet. (šlo by hodnotu sčítat na displej nebo by mohla být skryta)

Projekt obsahující UG-1, UG-2, UG-3 ev3-ka3-ultrasonicgame.ev3

Foto a video - prototypu

Sestavená ultrasonická pistole

Ovládání

• spusťte program
• oznámení aktivace
• připravte se ke hře a až budete připraveni, zmačkněte spoušť
• ozve se "start" a zobrazí se číslo v centimetrech
• namiřte pistoli na požadovanou vzdálenost a stiskněte do 2 sekund spoušť
• nastane vyhodnocení akustickým signálem - kladně nebo záporně a zobrazí se chyba, o kolik jste se spletli a případně se přičtou body
• krátká pauza na přečtení na přípravu k dalšímu číslu zvuk "tikot hodin"
• "start" a hra pokračuje dál
• po 5 čísle se ozve "game over" hra je u konce a přečtete si vyhodnocení
• program ukončíte stiskem spouště

Druhý kabel k dotykovému senzoru by mohl být kratší, avšak v základní sadě nemáme takový výběr a byla dodržena podmínka používat díly pouze ze základní sady LEGO EV3.

Dobře tvarovaná rukojeť padne do ruky 

a zařízení tak nevypadává z ruky ani při vyšší váze, kdy je základní jednotka EV3 umístěna nahoře.

Displej ze hry

Displej před spuštěním hry - - zobrazená herní hodnota, kterou musíme strefit

Nesprávná trefa s chybou o 61,9 - - Správná trefa s chybou o 13,9 a započtený bod (vpravo nahoře)

Celkový výsledek - 3 body s průměrnou chybou 34,44

Video