描述

什么？

雪花球和熔巖燈有一個共同點：它們看起來非常簡單和漂亮。而且你不能得到足夠的他們兩個！雪球只不過是一個包含微型化場景的透明球體。球體充滿了水，其中包含白色的小薄片。你可以花幾個小時一遍又一遍地搖晃地球，看著雪花慢慢地沉到地上。非常平靜和冥想！

在北半球，圣誕節是在冬季，因此傳統上與降雪有關。這就是為什么雪球中經常出現圣誕場景的原因。

為什么？

雪花球很漂亮，它們就像熔巖燈一樣令人愉悅。自己制作雪球可能很棘手，因為您需要合適的液體和合適的薄片。而且一定要封好，不然你的客廳會泛濫成災。以及如何制作將放置在球體中的防水場景？如果您不想玩水和玻璃碗，那么您必須以數字方式構建它。

如何？

現代時代使現代解決方案成為可能。因此，邁向數字雪球不再那么困難了。您只需要一個顯示器、一個電池、一個加速度計和一個微處理器。

M5Stack Core 模塊為小巧而方便的數字雪花球提供了完美的基礎。所有必要的部件都已經很好地內置在一個外殼中。

集成的加速度傳感器可用于確定設備的方向。這里不需要高精度。雪只應始終根據重力方向向下落。因此不需要傳感器融合或溫度校正，只需要 X 和 Y 方向的加速度值。

設備不同方向的加速度數據

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一個簡單的物理雪花模型。

幸運的是，自由飄落的雪花的物理模擬非常簡單。

雪花的質量小，表面積大。在真空中，它們下落的速度與 50 公斤的啞鈴一樣快，但在大氣中，空氣阻力會減慢它們的速度。它們在短暫的加速階段后達到最大速度，然后以恒定速度落到地面。這不僅美觀，而且易于模擬。

在降雪模擬的每個時間間隔內，每片雪花只需要在重力方向上移動一個常數值即可。而已。

但如果你完全那樣做，它看起來根本不現實。雪花之所以如此迷人，是因為它們緩慢而難以預測的下落方式。由于它們的重量很輕，它們不僅會緩慢地落到地上，而且它們的運動方向也會隨著微小的空氣運動而改變。模擬這些空氣運動及其對每片雪花的影響會使軟件變得非常復雜。

一個簡單的解決方案是使用添加到下降運動的隨機值。此外，每個雪花都有自己的速度因子，因此并非所有雪花都以相同的速度下落。自然界也是如此，因為雪花的形狀和大小不同，下落的速度也不同。

// get the acceleration data
// values are in g (9.81 m/s2)
M5.IMU.getAccelData(&accX,&accY,&accZ);
// use gravity vector for movement
float dx = (accX*-10.0) + (round(accX)*random(5)) + (round(accY)*(random(10)-5));
float dy = (accY*10.0) +  (round(accX)*random(5)) + (round(accY)*(random(10)-5));
flakeArray[i].x = flakeArray[i].x + round(dx*flakeArray[i].speed);
flakeArray[i].y = flakeArray[i].y + round(dy*flakeArray[i].speed);
// push the snowflake to the sprite on top of the background image
img.drawXBitmap((int)(flakeArray[i].x-flakeWidth),
    (int)(flakeArray[i].y-flakeHeight),
    snowflake, flakeWidth, flakeHeight, TFT_WHITE);

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1 / 2 ?降雪模擬說明

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內容。

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我為自己編寫了一個 R 腳本，它將圖像轉換為uint16_t RGB565 圖像數組。R 是用于統計數據分析的強大工具，但它也可以用于許多其他事情。例如，用于圖像處理。R 的好處之一是，它也可以從命令行調用。

要使用該腳本，您需要在計算機上安裝R 環境。然后，您可以使用 R GUI 運行腳本，或從命令行調用它。

在 GUI 中，只需加載腳本，然后突出顯示所有文本并運行它。將出現一個打開的對話框，您可以選擇圖像。然后頭文件會自動保存在同一目錄中。

注意：在第一次調用腳本后，R 必須安裝一些必需的庫。這需要一些時間，但只需要一次。

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1 / 2 ?帶有腳本的 R-GUI 將圖像轉換為 RGB565 數組

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注意：有時 .BMP 圖像會被錯誤讀取。最好使用 .PNG 或 .JPG 圖片。

從命令行調用腳本需要一些準備工作，但工作起來又快又好：

R 有一個程序可以從命令行調用腳本。在 Windows 下，該程序稱為“Rscript.exe”，位于 R 的 bin 目錄中：

從命令行運行 R-Scripts 的可執行文件的位置

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復制路徑，以便您可以絕對尋址程序。這可能看起來像這樣，例如：

"C:\Program Files\R\R-4.0.2\bin\Rscript.exe"
or
"C:\Users\Name\Documents\R\R-4.0.3\bin\x64\Rscript.exe"

使用 R 腳本更改目錄中的 .bat 文件中的路徑。現在您只需雙擊 .bat 文件。然后會打開一個控制臺窗口，在其中執行 R 腳本。將出現一個打開的對話框，您可以在其中選擇圖像。然后，該腳本會創建包含 uint16_t 數組的 .h 文件和包含已轉換圖像的 PDF 文件。

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1 / 4 ?執行 .bat 文件

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不要忘記在代碼中調整圖像的名稱。在代碼中，我使用了以下名稱：

const uint16_t background_image[76800] = { ... };

如何顯示。

模擬應平滑顯示且無閃爍。為了實現這一點，使用了具有 16 位顏色深度的全屏精靈。

// Sprite object "img" with pointer to "M5.Lcd" object
// the pointer is used by pushSprite() to push it onto the LCD
TFT_eSprite img = TFT_eSprite(&M5.Lcd);

16 位精靈很大。您將需要 M5Stack Fire 的 PSRAM 才能運行此代碼。并且您需要在編譯器中啟用 PSRAM。使用 PlatformIO，只需在platformio.ini文件中添加以下行：

build_flags =
-DBOARD_HAS_PSRAM
-mfix-esp32-psram-cache-issue

首先，將背景圖像繪制到精靈中，然后在其上繪制每片雪花。一旦完成，精靈就會被推送到屏幕上。這使得模擬運行良好且流暢，因此觀看起來很有趣。就像一個真正的雪球。

更新：

16 位精靈不是必需的。該代碼還適用于具有 8 位顏色深度的全屏精靈。這意味著該代碼也適用于 M5Stack-Gray。

反饋

我希望您喜歡“雪球”，并且此代碼可以證明對你們中的某些人有用。如果您有任何問題或意見，請隨時給我留言。

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