情報システム実験：組み込みオペレーティングシステム

情報システム実験 K-13 組み込みオペレーティングシステム
No.8

動作の改善

前回まででブロック崩しゲームは一応の完成を見たわけですが、さらに改良してみましょう。

時間間隔を一定に

第3週の資料で説明したwait()やdelay()による速度の調整では、速度が完全に一定にはなりません。

interval

  while (1) {
    ゲームの処理
    時間Tだけ待つ
  }

という方法では、上の図のように、ループを回る間隔が処理の長さによって変わってしまい、Tにはなりません。そのため、キーを押してラケットを移動する時にキーを押さない時よりボールのスピードが遅くなったりします。

そこで、タイマの使い方を少し変えて、

  void wait_until(hword time)
  {
   while (time != gba_register(TMR_COUNT0))
     ;
  }

  int main(void) {
   ...
   while (1) {
     hword begin = gba_register(TMR_COUNT0);  // 処理前の時間をbeginに記録
     処理
     wait_until(begin + T);   // begin + Tになるまで待つ
   }
   ...
  }

のようにすれば、whileループの内部の時間を一定にできます。

このとき、現状のdelay()は、

  void delay(hword val)
  {
   wait_until(gba_register(TMR_COUNT0) + val);
  }

と書けます。

画面のちらつきの抑止

ラケットを移動する際に、ラケットがちらちらと点滅して見えてしまうことがあります。ちらつく原因は、「消して書き直す」動作、すなわち黒く塗りつぶしてからラケットを書き直す動作が目に見えてしまうからです。書き直す時間間隔（wait()で待つ時間）を変えることであるていど軽減できますが、完全に解決するには次のような方法があります。

GBAは、VRAMに書かれた内容を一定の間隔で液晶画面に表示しています。これを「画面のリフレッシュ」と呼びます。その繰り返しのうちには、 VRAMを画面に表示している時間(上の図の"screen refresh")の他に、「垂直ブランク期間」と呼ばれる画面表示を行なわない時間 (上の図の"vertical blank")があります(参考図書p.88, p.99〜100)。

この垂直ブランク期間にVRAMの書き換え(黒での塗りつぶしと書き直し) を行なってやれば、ちらつきが目に見えることはありません。

垂直ブランク期間に合わせてVRAMの書き換えを行なうには、「割り込み処理」を用いる方法もありますが、LCDステータスレジスタ(p.100の図14)のビット00(垂直ブランク期間なら1、画面をリフレッシュ中なら0) を見てタイミングを合わせるのが最も簡単です。

  void wait_until_vblank(void) {
    while ((gba_register(LCD_STATUS) & 1) == 0)
      ;
  }

  void wait_while_vblank(void) {
    while ((gba_register(LCD_STATUS) & 1))
      ;
  }

  int main(void)
  {
    ...
    while (1) {
      wait_until_vblank();  // 垂直ブランク期間になるまで待つ
      処理
      wait_while_vblank();  // 垂直ブランク期間が終るまで待つ
    }
  }

上のプログラムでは、垂直ブランク期間が始まるタイミングに合わせてゲームの処理を開始するようにしています。そして、処理が早く終ったときにはwait_while_vblank()で垂直ブランク期間が終るまで待つようにしています。 (このwait_while_vblank()の呼び出しがないと、 1回の垂直ブランク期間中に何度もwhileループを回ってしまう可能性があります。)

このようにすると、処理が 3.7ms 以内で終るならば、ちらつきは全く見えなくなります。また、ループを回る間隔も一定にできます。ただし、間隔は垂直ブランク間隔(約1/60秒)に固定されてしまい、自由に速度を調整することはできなくなります。

練習

mainのwhileループを回るタイミングを垂直ブランク期間に合わせるようにして画面のちらつきをなくしてみましょう。
垂直ブランク間隔ではゲームのタイミングが合わない場合は、このページの最初で説明したようにタイマを使って画面の更新間隔を一定にしてみましょう。

機能の拡張

ゲームを面白くするために、もっと機能を付け加えることも考えられます。たとえば、点数やハイスコアを表示するのも良いでしょう。

参考書第3章(p.53)に説明のあるprintf()関数(~kumikomios/CDROM/chapter-3/printf.{c,h}) を利用すると、文字列や数値を簡単に表示できます。ただし、第3章の説明は、我々が利用しているグラフィックモード3ではなく、グラフィックモード0を前提として説明されているので注意が必要です。 printf()からは1文字を画面に書くputchar()関数が呼び出されていますが、この章で説明されているputchar()関数はモード3では使えません。

グラフィックモード3でprintf()が動くようにするには、第2週で説明したdraw_char()関数を元にして putchar()関数を自分で作る必要があります。また、文字を書く位置を指定するlocate()関数も必要になるでしょう。

ファイルconsole.hを

  void locate(int x, int y);
  void putchar(int c);

のように作り、これらの関数の定義をconsole.cに書いてやれば良いでしょう。 console.cの中では「次に文字を書く位置」をstatic変数に覚えておき、 putchar()はdraw_char()を呼び出して覚えておいた位置から文字を書いて、位置を1文字分すすめるようにすればよいでしょう。改行('\n')や、画面からはみ出した時の処理は、とりあえず考えなくても良いでしょう。

その他、以下のような機能拡張が考えられます。

何回かボールを落すとゲームオーバーになる。
最上段のブロックにボールが当たると、ボールの速度が速くなる。 (オリジナルのブロック崩しは、最上段のブロックの上側にボールが当たるとボールの速度が2倍くらい速くなりました。)
短い時間でクリアすると、タイムボーナスが加算される。
1面クリアしたら、レイアウトの違う次の面が現れる。
「3回ボールが当たらないと消えないブロック」や「ボールが当たっても消えないブロック」、「当たるともう一つのボールが画面に現れるブロック」などをいくつか加える。
特定のブロックを消すと、「ラケットの幅が広くなる」「ボールの動きがゆっくりになる」などのアイテムが得られるようにする。

練習

上のいずれかの機能拡張を加えてみましょう。

別のゲーム

ブロック崩しで学んだ技術を使えば、テトリスやシューティングゲームなどの他のアクションゲームや、マインスイーパー、倉庫番などのリアルタイムでないゲームも作ることができるでしょう。また、実験資料では説明しませんでしたが参考書籍の内容を理解すれば、サウンドを出したり、スプライトを用いてより高速な画面表示を行なうこともできます。

ぜひチャレンジしてみて下さい。