Autoren: Christo Tsibadze, Kevin Penner
Betreuer: Prof. Schneider

Aufgabenstellung

Realisierung einer Billard-Assistenz-Software, mit Hilfe von Matlab und dessen Bildverarbeitungs-Tools: Es soll ein "Billard-Assistenz-Software" entwickelt werden, die aus einem Video (oder Live-Cam) Billard Kugel- und Queue -Positionen erkennt und mit einer Algorithmus die Abprallrichtung einer Zielkugel "vorhersagt" (berechnet). Vor dem Schlag soll anhand der Queue- und Kugel-Positionen erkannt werden in welcher Richtung die weiße Kugel geschlagen wird und falls die weiße Kugel einen anderen Kugel trifft, dann in welcher Richtung diese abprallen wird. Die berechnete Richtungen sollen auf dem Video eingeblendet werden. Für die Bildverarbeitung sowie Programmierung wurde MATLAB R2016a verwendet. Eine CAD-Software wurde während der Entwicklung des Algorithmus zur Prüfung der Ergebnisse eingesetzt.

Erwartungen an die Projektlösung

Sammeln von weiteren Erfahrungen in Bildverarbeitung mit MATLAB
Umsetzung der in die Vorlesung gewonnenen Kenntnisse in die Praxis
Tieferer Einblick in die geometrische Physik
Sammeln von Erkenntnissen durch Problemstellungen
Erstellung eines spektakulären Videos, welches die Software demonstriert

Plannung

Projektplan

Die Gesamtaufgabe wurde wie folgt aufgeteilt:

Kevin Penner:
- Automatische Erkennung von Queue- und Kugelpositionen in einer Videoquelle
- sowie Unterscheidung der Kugeln, weiße- oder Zielkugel

Christo Tsibadze:
- Ein Algorithmus programmieren, der die Schlagrichtung der weißen Kugel berechnet
- Erkennung ob die weiße Kugel nach dem Schlag einen anderen Kugel trifft oder nicht
- Falls die weiße Kugel eine andere Kugel trifft, Berechnung in welcher Richtung die andere Kugel abprallt.

Die Aufgabe ist freiwillig. Zeitlich wurde im 6. Semester ca. 3 Stunden pro Woche investiert. Zur Ideenfindung oder Besprechung der Problemlösungsstrategien wurde regelmäßiges Wochen-Meeting gehalten.

Konzeption/Entwurf

Realisierung

Hardware-Design

Konsole

Die dünne Platte mit LED-Streifen und die Dicke Platte mit 234 Bohrungen wurden miteinander verschraubt. Aus der dickeren Holzplatte wurden zwei dreieckige Stützen nach technischen Zeichnungen zugeschnitten und auf die dünne Holzplatte hinten drangeschraubt. In den dreieckigen Stützen wurden auch die Anschluss-Stecker (male) montiert.

Anschließend wurde aus einer noch dünneren Platte die Deckel für Hinten inkl. Aussparungen für Potentiometer und Ein/Aus-Schalter gefertigt und an die Spielkonsole geschraubt. Zum Schluss der Hardware-Fertigung wurde die Tapete zugeschnitten und damit die Konsole vorne und seitlich tapeziert.

Software-Design

Es wurde mit Hilfe von Arduino IDE programmiert. Die LED-Streifen wurden mit Hilfe der Bibliotheken "FastLED" und NEOPixel" angesteuert. Die Quellcodes wurden sowie die Fertigungspläne (technische Zeichnungen) wurden im SVN-Projektordner hochgeladen.

Sounds

Es wurden Soundausschnitte aus Super Mario-Melody und Star Wars-Melody mit Hilfe des Summers und Arduino Beispiel-Programms realisiert.
Als "Game Over"-Sound wurde ein Teil des Star Wars Melodie verwendet. Und als Anfangssequenz ein Teil aus Super Mario. Bei jedem "Frucht" der Snake gegessen hat wird auch ein Peepton abgespielt.

Super Mario:
Video: https://youtu.be/-kkxs_fekWM
HowTo: http://www.princetronics.com/supermariothemesong/

Star Wars Melody:
Video: https://youtu.be/cye_wiaqybk
HowTo: http://www.instructables.com/id/How-to-easily-play-music-with-buzzer-on-arduino-Th/

Snake

Nein, das Rad wurde nicht neu erfunden ;). Die Snake-Software als .cpp und .h-Datei wurde aus GitHub-Webseite heruntergeladen, angepasst und auf Arduino geflasht.

Snake-Quelldaten GitHup: https://github.com/emanuelk/Snake-Game-Library-for-Arduino.git

Zusätzlich wurde im Spiel ein farbiger Highscore-Balken eingebaut welches den aktuellen Fortschritt/Schwierigkeitsgrad anzeigt.

Präsentationssoftware für die Messe

Für die Messe wurde ein Quellcode zusammengestellt mit:

einem Spielablauf (main-programm)
Intro mit HSHL-Logo (wenn die Konsole angeschaltet oder neugestartet wird) mit SuperMario-Sound
Selbstgeschriebener auf Zufall basierter Algorithmus für Lichtfarbeneffekt der nach dem GameOver erscheint bis wieder eine Taste betätigt wird zum Spielneustart
Steuerung: Eingabe Gamepads und Potentiometer und Ausgabe: LED-Matrix

Dokumentation

Video

Hier wird ein Link zum Youtube bereitstehen wenn das Video von Professoren hochgeladen wird.

Fazit

Die von uns angestrebte Ziele wurden erreicht! Die Entwicklung der Spielkonsole hat sehr viel Spaß gemacht. Es wurde ein komplettes mechatronisches System entwickelt, Hardware und Software von Entwurf bis zur Realisierung und Tests. Die kreative Idee mit der Tapete und die Funktionalität der Tapete in diesem Projekt war verblüffend. Ist die Konsole ausgeschaltet, sieht es aus wie ein schönes Designer-Möbelstück. Erst wenn die Konsole angeschaltet ist werden die LEDs bzw. die einzelnen Pixeln sichtbar. Durch die spezielle Tapetenoberflächenstruktur sehen die einzelnen runden Pixeln wie 3-dimensionale Kugeln aus was einen schönen Effekt erzeugt.
Eigenkritik: Das Isolierband an den Gamepad-Kabelenden könnte noch durch Steckergehäuse ersetzt werden.
Medien: Das Projekt ist bei der Messe auch bei der Presse sehr gut angekommen, so das wir auf der Titelseite der Lippstädter-Zeitung derPatriot gekommen sind. Wir wurden sogar wörtlich zittert. [1]
Auch die Professoren waren begeistert und zufrieden. [2]

Ende gut, alles gut :)

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