クラシックマウス 作ってみた その7 座標の設定

はじめに

• 作成したクラシックマウスの解説。
• 今回はプログラムを作るにあたって、座標の設定など。
• 機体写真、動画などは「その1」をご参照。

座標など

プログラムを作るにあたって、以下の情報の設定を行った。独学なので非効率な部分や間違いがあるかもしれません。

• 区画（場所）
• 壁情報
• 機体の向き
• 歩数情報
  これらの情報をもとに、機体をコントロールしています。

区画（場所）

• いろいろ試したのですが、16x16の迷路の左下からスタートするとして、左上隅を(0,0)、右下隅を(15,15)としています。（縦=行、横=列）としているので、スタート位置は(15,0)となります。ゴールは(7,7)(7,8)(8,7)(8,8)の4つです。
• プログラム上はサイズを可変できるようにしています。
• (gyo,retu)という２つの変数で場所を決定しています。
• この向きで座標を設定したのは、Arduino言語の配列宣言に合わせたのも理由の一つです。下の壁情報で配列を宣言していますが、見た目に合わせた形にすると、この向きになりました。

壁情報

• 各区画に壁があるわけですが、その壁の有無をどのように設定するか悩みました。各区域に4つの壁がある、とするとわかりやすいのですが、同じ壁に二つの異なる呼び方ができてしまうのがいやでした。
• 何とか壁情報を一つの情報で管理できないかと考えて、以下のような形にしてみました。
  • 各区画の上側にある壁をwu[gyo][retu]であらわす。
  • 各区画の左側にある壁をwl[gyo][retu]であらわす。
  • ただし、区画は0から15までしかないので、このままでは、一番下の壁と一番右の壁が表現できなくなってしまいます。なので、16x16の外側に仮想的に区画があるようにしています。一番下の壁はwu[16][retu]、一番右の壁はwl[gyo][16]として定義しています。
  • 従って、壁情報については以下の2種類の配列で定義しています。壁の枚数もこれで合うはず。
    • bool wu[17][16]; と　bool wl[16][17]
    • 各要素は0(壁なし)、1(壁あり)で定義します。
• 探索に従って壁情報を更新していくわけですが、初期値としては、周囲の壁と、スタート位置の壁はあるものとして与えています。以下ご参照ください。あまりスマートではないですが。

bool wu[17][16]= {
  {1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1, 1, 1, 1, 1, 1},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},  
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0},
  {1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1, 1, 1, 1, 1, 1}};
//{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15}

bool wl[16][17]= {
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 1}};
//{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16}

機体の向き

• 機体の向きは、座標の取り方に合わせて以下としています。左下がスタートだとして
  • 上向き: (-1,0) スタート時の向き
  • 下向き: (1,0)
  • 左向き: (0,-1)
  • 右向き: (0.1)
• (mg,mr)の二つの変数で向きを決定しています。
• この定義にしておくと、機体が回転したときの向きが、回転行列を適用することによって、mg,mrのまま扱えるのでプログラムが楽です。ベクトルを90°回転させればよいので、2x2の回転行列を作用させればよいですが、数学で使う座標系と向きが違うので、その点を考慮して適用することになります。
  • 回転前　(mg,mr) 　→　右90°回転後　(mr,-mg)
  • 回転前　(mg,mr) 　→　左90°回転後　(-mr,mg)
  • プログラム上は一旦別変数を用いる必要があります。
• また、この形で向きを定義しておくと、現在位置の座標に向きを足せば、そのまま正面の区画の座標になるので、何かと便利です。

歩数情報

• 足立法で、各区画の歩数情報を計算するので、そのための配列を準備します。
• 単純に各区画に対応して、s[16][16];と宣言しています。各配列にその区画に対応した歩数が入ることになります。
• 歩数の最大値は16*16-1になるので、データ型はuint8_tにしています。配列が大きいので、データ型はなるべく小さくしたいところです。初期値としては、ゴールは0とし、その他は255としています。
• 別途解説する足立法では、都度初期状態から計算しなおしているので、初期値も都度設定しています。
• プログラムの中で、上記の宣言外の配列を参照するように見える部分があるのですが、実際に参照されることはないので、エラーにはならないようになっています。

以上