Jau 3. gadu Ziemassvētki man tuvojās ar rosīšanos ap eglītes lampiņām. Sākotnējā ideja nāk no angļu matemātiķa Meta Pārkera, kura pamatideju es papildināju un arī izmantoju citu kartēšanas metodi.
Visa būtība slēpjas principā, ka katrai lampiņai uz eglītes tiek noteiktas koordinātas 3D telpā. Tas paver iespēju uz lampiņām atskaņot 3D animācijas. Iedomājamies kubu - ir zināmas kuba virsotņu koordinātas, kā arī katras lampiņas koordinātas, tātad varam noteikt, ka lampiņas, kas atrodas iekšā iedomātajā kubā tiek iedegtas kādā krāsā. Iedomātais kubs kustās laika gaitā. Tieši pēc šādas loģikas ir veidota lielākā daļa animāciju. Šogad arī izveidoju sistēmu, kas garāmgājējiem ļauj interaktīvi kontrolēt lampiņu animācijas.
Satura rādītājs
Koordinātu noteikšana
2021 v1
Šis bija neliels eksperiments klases eglītē, kas koordinātu noteikšanas ziņā būtiski atšķiras no turpmākajiem variantiem tādā ziņā, ka koordinātas netika noteiktas, tika noteikta tikai lampiņu secība uz ass. Kārtošanas algoritms iededz 2 lampiņas atšķirīgās krāsās un tad cilvēks nosaka, kura lampiņa ir tālāk uz ass. Neskatoties uz neatbilstību virsrakstam, šī metode strādāja diezgan labi, lai gan sarežģītām animācijām tas nestrādātu, jo eglītes lampiņas nav vienmērīgi izmētātas kubā, bet nosakot tikai secību uz ass, mēs to nezinām. Vēlāk redzēsim, ka lampiņas ir izkārtotas, atbilstoši eglītei - konusā, kā arī lielākā daļa atrodas tālāk no eglītes centra.
2021 v2
Šoreiz tika noteiktas īstas koordinātas, uzņemot fotogrāfijas, kurā katrā ir ieslēgta viena lampiņa, un tad par lampiņu koordinātām pieņemot iedegtās lampiņas atrašanās vietu fotogrāfijā, pikseļos. Parādījās problēma, kas sekos vēl ilgi - lampiņas nevar redzēt, jo priekšā ir egles zari. Daudzām lampiņām tāpēc nevarēja noteikt koordinātas, bet pēc tam es tās iebīdīju vietā ‘uz aci’, balstoties uz blakus esošajām koordinātām.
2022
Šoreiz pacēlām mērīšanu ‘uz aci’ jaunā līmenī. Novietoju datoru starp mani un eglīti. Uz ekrāna kustējās līnija, kuru kontrolēju ar potenciometru. Iedegās lampiņa, pabīdu līniju uz ekrāna tā, lai tā sakrīt ar lampiņu un piefiksējam koordinātu uz ekrāna. Lai gan pats koordinātu iegūšanas process no malas izskatījās amizanti, rezultāti bija ļoti pieņemami. Turklāt process bija samērā ātrs. Arī šoreiz, protams, dažas lampiņas nevarēja redzēt caur egles zariem, bet te palīdzēja draugi, kas turēja slotas kātu egles otrā pusē, kur būtu jābūt lampiņai, lai no priekšas varētu vadīties pēc tā.
2023
Iespējams precīzākā metode līdz šim… Visi iepriekšējie mērījumi tika veikti no viena punkta. Tāpēc perspektīva var nobīdīt mērījumus.
Divas lampiņas, kas atrodas vienādā augstumā virs zemes var izskatīties dažādos augstumos no vidēja skatu punkta.
Tāpēc šogad kustināsim pašu kameru.
Pa koka brusu slīd kamera,. Tiek iedegta viena lampiņa un kamera tiek bīdīta pa brusu līdz lampiņa atrodas kameras kadra centrā. Tad var apgalvot, ka kamera atrodas vienā punktā ar lampiņu uz ass un pierakstīt kameras atrašanās vietu uz brusas. Tā ar 200 lampiņām, pa 3 asīm un gatavs! Cilvēciskās kļūdas rezultātā, pāris lampiņu koordinātas bija nobīdītas, bet tās iebīdīju vietā, balstoties uz blakus esošajām.
Tāda bija kameras uzparikte, kas slīd pa koka brusu. Sākotnēji priekšējā plakne bija vienā gabalā, bet,
ejot uz skolu, paslīdēju uz ielas un nolauzu kameru, tad skolā salīmēju.
Koordinātu noteikšanas process vienai no horizontālajām asīm.
Kamera atrodas vienā punktā ar lampiņu, kad tā atrodas kameras kadra centrā. Šīs līnijas uzzīmēt
programmatūrā, protams, būtu smukāk.
Nedomāju, ka izmantošu šo metodi vēlreiz. Precizitāte, iespējams, bija lielāka, bet šī metode bija ārkārtīgi laikietilpīga, it īpaši vienam. Pēdējo asi mēs kartējām trijatā, kur viens bīda kameru un lasa koordinātu, otrs spiež pogu, kas iet uz nākamo lampiņu un trešais pieraksta koordinātas.
Ar šo metodi ir arī liels risks cilvēciskajām kļūdām, kas notika vairākkārt.
Lampiņu vadība
2021 v2
Lampiņu 3D reprezentāciju uzbūvēju Unity’ā un tur arī veidoju animācijas. Lampiņu dati Unity’a reāllaikā tiek nosūtīti Raspberry Pi minidatoram caur SocketIO, kur tiek kontrolētas lampiņas.
2023
Lielākais iemesls sarežģījumiem šī gada programmatūrā bija vēlme pēc vizualizācijas, kas sinhronizējās ar īsto eglīti. Šim nolūkam nepieciešams animācijas darbināt divās vietās vienlaicīgi - uz lampiņu kontroliera un vizualizācijā. Sākotnējais plāns bija rakstīt animācijas rust’ā un tad kompilēt tās priekš raspberry’a un WebAssembly, kas darbotos vizualizētājā, bet beigās sanāca vēl elegantāk.
Jaunais plāns ir animācijas kadrus ģenerēt vienreiz, uz servera, un tad atskaņot vienlaicīgi uz kontroliera un vizualizācijā - web lapā. Tādējādi katra animācija nav jāpārraksta divreiz, kā arī nav jāsūta milzīgs datu apjoms starp abiem. Animācijas kadrs satur informāciju par to, kādām lampiņām būtu jāspīd kādā krāsā. Kadru daudzumu sekundē var noteikt kontroles lietotnē.
Programmatūras shēma
Kontroles web lapa nosūta pieprasījumu serverim ģenerēt animāciju. Ja šāds pieprasījums jau nav kešā, tad pieprasījums tiek nodots rust serverim, kas atgriež animācijas kadrus. Tad Node serveris šos datus, caur Socket.io, nosūta vizualizācijai un lampiņu kontrolierim vienlaicīgi.
Lampiņu animācija sastāv no vairākām krāsām. Katra animācija definē cik krāsas tajā tiks izmantotas un kādi ir to nosaukumi. Šīs krāsas var mainīt kontroles web lapā. Krāsas var izteikt arī matemātiski. RGB un HSV sistēmā izteiktas krāsas sastāv no 3 skaitliskām vērtībām, kuras var izteikt ar matemātisku izteiksmi. Katra izteiksme rezultējās skaitlī intervālā 0-100. Labākais, iespējams vienīgais, pielietojums ir iekrāsot lampiņas atkarībā no to koordinātām. Šajās izteiksmēs, kā mainīgos var ierakstīt lampiņas koordinātu uz konkrētas ass, kas arī ir intervālā 0-100. Šo izteiksmju skaitļošanai sākotnēji gribēju izmantot priedi, bet tā bija stipri par lēnu.
Bija kaudze ar problēmām, kad īsto versiju centos palaist skolā. Sākumā Raspberry’s nevarēja noķert stabilu WiFi tīklu. Tad vēl pēdējā brīdī pārrakstīju kontrolieri no sākotnējā varianta Python’ā uz NodeJs un nokopēju kodu, kas vizualizētājā saņem un apstrādā animācijas datus no servera, jo kontrolierī notiek tieši tas pats, tikai dati tiek izvadīti uz reālajām lampiņām, nevis uz vizualizētāju.
