Giochiamo a Snake su Arduino

Giocare su un display LCD verde e nero aveva un fascino unico, capace di trasformare la semplicità in pura immersione. Quegli schermi, privi di colori e con una risoluzione ridotta, stimolavano l’immaginazione: ogni pixel acceso diventava parte di un’avventura, e ogni animazione, per quanto rudimentale, trasmetteva un senso di sfida e soddisfazione. I riflessi della luce sull’LCD e il leggero effetto ghosting rendevano ogni partita un’esperienza quasi “analogica”, dove il giocatore imparava a sincronizzare perfettamente i propri movimenti con la reattività del display. Eppure, giochi come Snake, Tetris e Space Impact riuscivano a intrattenere per ore, dimostrando che il divertimento non dipende dalla grafica avanzata, ma dal design intelligente e dal gameplay coinvolgente. In questo articolo, affronteremo la progettazione di un videogioco simile a Snake sviluppato per i famosissimi Nokia 3310.

Introduzione

Oggi siamo abituati a giochi concepiti per smartphone con grafica 3D avanzata, effetti speciali e Intelligenza Artificiale sofisticata. Ma agli albori della telefonia mobile, quando i telefoni avevano schermi monocromatici, tasti fisici e un processore non molto potente, creare un videogioco coinvolgente era un’impresa di pura ingegneria e creatività. Uno degli esempi più iconici è sicuramente Snake, il gioco simbolo del Nokia 3310, rilasciato nel 2000. A prima vista, una semplice linea che cresce mangiando pixel può sembrare banale, ma svilupparlo con le tecnologie disponibili all’epoca rappresentava una vera sfida che intratteneva tutti. Ricordiamo che i telefoni di quegli anni non disponevano di GPU dedicate né di motori grafici avanzati e pensiamo che il display del Nokia 3310 era un semplice LCD a matrice passiva da 84×48 pixel, senza scala di grigi o colori, e l’intero sistema era gestito da un processore con risorse molto ma molto limitate. I programmatori dovevano ottimizzare il codice per funzionare su pochissimi kilobyte di memoria, sfruttando ogni bit a disposizione.

Il rendering dei giochi avveniva con grafica bitmap semplice, e l’interfaccia doveva adattarsi ai pochi pulsanti fisici disponibili. Non esistevano touchscreen né controlli analogici, quindi il gameplay doveva essere immediato e reattivo. Inoltre, l’assenza di storage espandibile significava che ogni gioco doveva essere estremamente leggero: Snake, ad esempio, occupava solo kilobyte di spazio, contro i megabyte (o gigabyte) dei giochi odierni. Nonostante queste limitazioni, gli sviluppatori riuscirono a creare esperienze che ancora oggi vengono ricordate con nostalgia. Il successo di giochi come Snake, Space Impact e Bounce dimostra come le vere sfide non siano sempre legate alla potenza hardware, ma alla capacità di sfruttare soluzioni ingegnose per creare divertimento con risorse minime. Ed è proprio questa filosofia che oggi affascina i makers e gli appassionati di retrogaming, che cercano di ricreare queste esperienze su Arduino e microcontrollori, riportando in vita l’essenza dei giochi che hanno segnato un’epoca.

Materiale occorrente

Per lo sviluppo del nostro Snake, in questo progetto-tutorial passo-passo, avremo bisogno del seguente materiale:

1. Board Arduino UNO Rev3 o compatibile
2. Display OPEN-SMART 3.2: è uno di quelli che si trovano sui siti cinesi e costa meno di 10€. Ce ne sono in commercio molti che differiscono per produttore e per dimensioni. Potete scegliere quello che più vi piace, dovendo però riadattare le librerie da utilizzare con il software.

La scheda Arduino UNO offre innumerevoli spunti per realizzare qualsivoglia progetto creativo. Le shield di espansione sono infinite ed offrono sensori, trasduttori, relè, pulsanti e anche display. Proprio questi ultimi sono presenti in diverse tipologie e funzionalità a seconda delle dimensioni e della tecnologia utilizzata. I più diffusi sono sicuramente i display LCD (a cristalli liquidi) dal costo ridottissimo, tuttavia troviamo anche diversi display TFT che consentono la realizzazione di vere e proprie interfacce grafiche per il nostro progetto, tra cui la shield OPEN-SMART 3.2″ per Arduino. Questa scheda presenta sul lato top il display TFT con touch (come si vede in Figura 1) e sul lato bottom (Figura 2) gli integrati di gestione dello stesso (ad opera dell’integrato ILI9327). Inoltre, sul bottom vediamo la presenza di uno slot per microSD e di un sensore di temperatura che consente di aggiungere ulteriori funzionalità al nostro progetto.

Figura 1: Lato Top della shield OPEN-SMART 3.2″

Figura 2: Lato Bottom della shield OPEN-SMART 3.2″

In questo articolo utilizzeremo le funzionalità base delle librerie Adafruit GFX e TFT-LCD per realizzare le interfacce grafiche del gioco e capirne le tecniche e gli strumenti a disposizione. Per poter lavorare con questa tipologia di display andiamo ad installare la libreria MCUFRIEND_kbv, che di fatto consente di rendere compatibile il proprio progetto con la shield. Io ho installato l’ultima versione disponibile, ossia la 3.0.0. Durante l’installazione saranno installate anche altre librerie di supporto come la Adafruit GFX che viene sfruttata pienamente per la progettazione dell’interfaccia grafica. Una volta installata possiamo già effettuare una prova semplice ed immediata delle funzionalità andando ad usare l’esempio graphictest_kbv disponibile nel menu File -> Examples -> Mcufriend_kbv. Con questo esempio possiamo vedere all’opera tutte le funzionalità con una demo completa, e ovviamente come secondo fine possiamo controllare che tutti i collegamenti tra la scheda Arduino e il display OpenSmart siano corretti.

Progetto software

Il progetto software del nostro serpente si basa principalmente su 7 semplici funzionalità che di seguito vi elenco:

1. Inizializzazione del display e del serpente con una posizione centrale. Nella solita funzione di setup dello sketch Arduino andiamo ad inizializzare il display e la grafica base dello stesso. In particolare, ho realizzato il campo di gioco verde (simile a quello del display del 3310) e quattro pulsanti touch per muovere il nostro serpente. Inoltre, nella funzione c’è anche la parte di inizializzazione dei parametri del serpente.
2. Lettura dell’input per determinare la direzione del movimento. Questa funzione acquisisce i valori di pressione dai canali analogici X e Y. Attraverso una opportuna calibrazione nella fase di debug del progetto ho definito i valori minimo e massimo associati ai 4 pulsanti a disposizione. Attraverso questi input si determineranno le direzioni sinistra, destra, sopra e sotto a cui saranno associati i parametri dirX e dirY.
3. Spostamento del serpente aggiornando la posizione della testa e del corpo. La movimentazione del serpente avviene in funzione dei parametri dirX e dirY.
4. Gestione delle collisioni con i bordi e il corpo del serpente. Viene verificato se il serpente, nella nuova posizione, collide con i bordi del campo di gioco o con se stesso. In tal caso avviene un GAME OVER.
5. Generazione casuale del cibo quando viene mangiato. Viene verificato se il serpente ha mangiato il cibo e, in caso positivo, viene incrementata la lunghezza del serpente e generata casualmente la posizione del nuovo cibo.
6. Disegno del gioco sul display. In questa funzione viene aggiornato lo schermo con il serpente e il cibo.
7. Schermata di Game Over con reset del gioco dopo pochi secondi.

Passiamo ora a descrivere il dettaglio implementativo dei diversi aspetti del videogioco. Il campo di gioco è un asse cartesiano X,Y in cui ogni cella è data dalla dimensione GRID_SIZE (Figura 3). Il serpente è rappresentato come un array di coordinate (x, y) dove il primo elemento rappresenta la testa e gli altri il corpo. La variabile snakeLength definisce la lunghezza del serpente, inizialmente a 5 che poi viene incrementata ogni volta che il serpente mangia il cibo. Le due variabili dirX e dirY definiscono la direzione del movimento. Il movimento può avvenire solo lungo uno dei due assi e può essere sia positivo che negativo. Lo step del movimento sarà sempre pari a GRID_SIZE. La direzione inziale è pari a (dirX = GRID_SIZE, dirY = 0) e dunque il serpente inizia muovendosi verso destra. Infine, abbiamo la posizione iniziale del serpente posizionato con la testa al centro dello schermo.

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