Windows经典《3D弹球》真实版

金磊、贾浩南来自奥飞寺

量子比特报告| 公众号

20年前，电脑还很普及，“休闲游戏”就属于它们。

纸牌、扫雷、空当接龙……一波充满回忆的杀戮。

近日，美国肯尼索州立大学（KSU）的四位小伙子利用开源电子原型平台从零开始重现了另一款经典游戏——三维弹球（3D）。

从3D建模，到编码，再到最后的动手搭建，他们用最专业的手段向童年致敬。

正如其中一位男士所说：

建造这样一个项目是我儿时的梦想。

不仅如此，他们还制作了整个过程的教程——只需9步，你也可以搭建自己的三维弹球。

将“三维弹球”变为现实

我们先来回忆一下这个经典的小游戏。

一开始，球会从右下角的管道中弹出，然后在桌子上自由滚动。 遇到不同的障碍物会获得不同的分数。

只要确保它不会从底部中间的缝隙中掉出来即可。

（满满的童年回忆……）

那么，KSU小伙伴们创造的“三维弹球”到底长啥样呢？

模型是这样的：

真实的情况是这样的：

桌面布局可以说完美再现了迷你游戏中的场景——从管道的位置到障碍物的布局，所有细节都“栩栩如生”。

好吧，这闻起来有点内疚。

实际用手玩起来感觉如何？

让我们仔细看看。

几乎一模一样！

然而，这台机器有更强大的东西——全自动和多球。

看完这篇，你是不是也想拥有一台呢？

别担心，KSU 的四位小伙子写了一份非常详细的教程，一步步教你如何制作一个现实版的“三维弹球”。

9步一步步教你如何制作逼真版“3D弹球”

弹球机的主要功能模块包括跟踪评分系统、多球弹球机、自主启动开关。 顶部有一个USB摄像头，在自动操作模式下会持续监控弹球的位置，并根据球的位置指导击球手。

使用的工具和材料清单：

数控机床或激光切割机

和砂纸

铁

3D打印机

Linux电脑

USB摄像头

大量 22/24 AWG 电线

大量热缩线

3/4 英寸胶合板（波罗的海桦木）

一个电源

降压转换器

弹球组件（在线购买）

左、右脚蹼组件

2 个翻转式搅拌器

2 个翻转按钮

2 个叶片开关

保险杠总成

2个弹弓组件

至少有 6 颗星柱的弹弓

至少2根2英寸橡皮筋

发射器机制

44号卡口灯

田间障碍物

投球者

翻转开关

第 1 步：论文设计和低成本试错

设计中最容易出现的问题可能是游戏机本身的尺寸限制以及内部结构的安排。 有些预期的弹球击球方式经过实验后发现无法实现，所以需要先画出设计草图，然后在此基础上继续工作。 提升。

在确定最终的比赛场地设计之前，团队进行了多次设计修改和优化。 对于每一项改进，他们都会在廉价的胶合板上制作一个模型进行测试，一步步接近最终的设计。

一些经验教训：

进行模块化设计，不同的功能组件应能够随意放置和取消。

不要自己设计滑轮，借鉴成熟弹球游戏的场地设计，这样会少走很多弯路。

第 2 步：设计和建模

弹球机设计由两个主要部分组成，即比赛场地和看台。 球场尺寸为标准尺寸 - 20.25 x 42 英寸 2，由 3/4 英寸厚的波罗的海桦木胶合板制成。

运动场包括由 2 英寸直径的亚克力管和 3D 打印适配器组合而成的第二层。 二楼有两个主要功能。 首先，第二层充当媒介，将球从上场直接输送到左空翻内侧。 球落地位置的可预测性使第二层成为促进多球运动的通道，这是其第二大功能。

当斜坡和左侧内线的滚筒被连续触发时，伺服系统会释放两个球，这些球会向下滚动到第二层上方的两个管子之一，在那里它们与从斜坡发射的球相碰撞。 因此，在多球模式下，这些管会将球送入第二层，进入左侧的内管。

选择 3/4 英寸厚度的胶合板是为了为项目提供足够的刚性，并允许在承重接头处实现更大的紧固件接合。 选择波罗的海桦木作为材料是因为它质量高、杂质少、属于硬木、不易损坏、易于用于激光雕刻，并且通常是较重的木结构的首选。

该支架是游戏地板支架，容纳定制电子设备。 电子设备直接固定在基板上，延伸至游戏面板的底部。 通过观察窗可以看到支架两侧的电子设备。

此外，支架还可以通过侧面的可拆卸闩锁进行俯仰调节。 游戏桌的倾斜角度范围为0度至8度，每两度设置一个调节齿轮。 更高的球道坡度可以使比赛更快、更困难。

第三步：使用数控机床或激光雕刻制作主体

虽然可以手工剪出游戏桌的整体结构，但误差会很大，后续安装连接不方便，而且会浪费材料。

这些美国人用大型5轴数控机床进行铣削，最后用木楔子进行细节调整。

第 4 步：电子和电源选择

大多数弹球机的“高压”在35V-48V范围内，具体取决于您购买的电磁铁品牌，并且您需要选择能够支持这种电磁铁线圈的电源。

其次，您需要考虑“低压”电源，用于为灯或其他较小的电气元件等设备供电。 我们选择的低电压是6.3v的电压，但这不一定是一成不变的。 这取决于你买什么类型的LED以及你是否用这个电源给其他电器供电。 一般6.3V就够了。

如果没有低压电源，则需要降压转换器将高压（如48V）降到小元件的额定电压。

另外，所用元件的电阻决定了电流的大小。 所以电源的总功率要根据情况而定。

如果您的组件的额定功耗不正确，这些组件可能会在很短的时间内消耗大量电流。

在这种情况下，单个搅拌器的内部线圈可能会产生3-4安培的电流，两者加起来约8安培，这会导致元件烧毁。

您应该计算“最坏情况”电流，然后在合理的安全裕度下选择相应的电源。

第5步：建立I/O接口电路

开关量输入部分：

开关输入板负责读取比赛场地的所有数值。 这个单一电路非常简单，但需要放大许多输入。

因为有内部上拉电阻，所以可以按上图所示接线。

这里更大的问题是确保每个开关都有连接器，以防由于某种原因单独取出一个开关进行调试。

该项目使用标准插针连接，可以轻松同时插入所有部件。

灯光控制部分：

该电路由一个 BJT 晶体管 ()、几个电阻器和 LED 组成。

晶体管充当可以打开或关闭的数字“开关”。 将其连接到前面提到的 6.3v 电源，您就拥有了光源和可单独寻址的 LED。

无法将 LED 直接连接到 LED 的原因是无法提供多个 LED 所需的额定电流。

正确的方法是用它作为数字开关来控制BJT。 这使我们能够将 LED 的数量扩展到我们需要的数量。

电磁控制部分：

总体思路与 LED 板相同：发送信号即可打开/关闭任何电磁体（襟翼、弹弓、弹出式保险杠）。 由于这些组件比 LED 更强大，因此需要一些更大的晶体管：

电路元件清单：

1k电阻

10k电阻

330电阻

二极管

47微法电容

电磁铁需要连接48V才能激活。

由于电感器无法立即改变电流，因此这就产生了问题。 工作时，线圈会通过非常大的电流，关闭时，如果没有地方分散电流，可能会损坏元件，这是非常危险的。

这里制作RC缓冲电路和二极管来解决这个问题。 使它们覆盖尽可能多的电磁控制并联支路。

搅拌器和其他线圈的电路略有不同。 这是因为，在弹球游戏中，玩家有时会长时间按住按钮以保持击球手处于激活状态。 如果使用相同功率的线圈，很快就会烧坏。

该电路中的第二个线圈允许快速之一次翻转。 翻转完成后，机械机构会打开 EOS 开关，迫使电流流过两个线圈。

第 6 步：组装所有组件

根据游乐场的大小，焊接时间可能更长或更短。 这个项目花了大约两天的时间进行焊接并把所有东西都安装到位。

最终有 5 种类型的连接器插入电路板：

大功率电磁电源

与电磁铁专用开关连接

连接至 LED

连接至交换机

一些辅助电源（5V、48V等）。

所有这些都插入 3D 打印连接器板三维弹球修改器，该连接器封装了所有电路设备。 当需要打开盖子检测故障时，只需拔下五个大连接器并提起整个设备即可。

第7步：安装软件驱动程序

在本机上，需要在连接的机器上安装以下依赖项：

活性氧

活性氧

(c++)

整个软件系统依靠ROS架构作为后端来来回传递消息。

四个主节点异步通信，以控制弹珠机在自主模式下运行时的进程。

这些节点是 .ino、.cpp、.py 和 GUI.py。

当不以自治模式运行时，.cpp 节点可以省略。

源代码和详细解释在该项目的主页上发布。

第 8 步：更改 Pin 图、上传代码并更新 USB 摄像头

如果你自己制作弹球机并使用本项目的源代码，请注意你的Pin需要在两个地方更新：//.io和src//.py。

还需要调整脚本以删除对开关和 LED 的调用。

.py会记录有多少个项目，需要手动设置每个项目的Pin。

然后您可以将代码上传到 . 这一步必须安装上一步中提到的，并正确设置IDE和ROS绑定​​。

最后要做的就是在代码中更新您自己的相机名称。 只需在 src/Track/.cpp 中找到“std::::.cpp”行：

"std:::: = "/dev/v4l/by-id/u *** --video-";"

将字符串更新为相机的名称，可能是“/dev/v4l/by-id/”

全部步骤完成后，重新编译即可工作。

第9步：我们来玩吧！

如果一切正常，则找到“”目录并输入“.

这行代码启动了与弹球机相关的所有节点，包括 GUI 节点和跟踪球位置的节点。

此外，您还可以使用“.” 不运行任何自主部分，仅体验手动模式。

KSU 毕业班的四位“造梦者”

那么，将童年记忆带入现实的四位“造梦者”是谁呢？

Kevin今年从KSU毕业，目前在佐治亚理工学院研究院实习，从事无人机相关研究。

在春季毕业期间，凯文被肯尼迪州立大学评为今年的“荣誉毕业生”。

Cody Meier 今年也从 KSU 毕业，主修机电一体化、机器人和自动化工程。

奥马尔和前一个同学是同一专业，也是机电一体化、机器人和自动化工程专业。

他在视频采访中表示，这个项目增强了他的团队合作能力。

最后一位名叫泰勒·格拉格（Tyler Gragg）的家伙可以说是“机器人制作”的粉丝。 在他的个人介绍文字中，他还专门写了“Let's Make”，并参与了许多机器人项目。

泰勒也上了学校的“荣誉榜”。

嗯，他们是四个非常出色的“造梦者”。

那些年，经典小游戏

纸牌、扫雷、空当接龙……这些经典游戏至今仍拥有众多粉丝。

他们现在去哪里？

微软现在把这些经典游戏都放到了游戏中，但《3D弹球》就没那么幸运了。

事实上，从Win7开始，微软团队就将原有的软件全部移植到了64位系统上。

然而，《3D弹球》却存在严重的bug。 为了节省时间，微软直接放弃了这款游戏。

但四个人的这个项目给了这部经典作品新的生命。

这个星球上有很多有趣的人。

门户网站

现实版《3D弹球》项目地址：

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源码地址：

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通用弹球游戏设计制作教程：

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