制作一款支持摇晃检测的3D数字骰子转轮，专为4名玩家设计，适用于非洲棋盘游戏规则

Smart Dice 是一款基于 ESP32 构建的 3D 数字骰子摇器，其设计灵感源自非洲卢多(ludo)游戏规则，这种游戏深深根植于尼日利亚和西非文化之中。该骰子在 240x240 TFT 显示屏上呈现为一个真实可旋转的三维立方体。轻轻晃动设备即可触发掷骰，效果与真实骰子一致。本项目支持最多四名玩家，并采用经典规则：连续掷出三个6则会暂停一轮游戏。

这是我第一次在Hackster.io上发布作品，完全使用Arduino IDE编写，代码通过多个文件进行模块化拆分。

它是如何运作的

3D立方体渲染

立方体由三维空间中的8个顶点定义。每个帧中，顶点会先通过X、Y和Z旋转矩阵进行旋转，然后使用透视投影投射到二维屏幕上。通过画家算法将面按顺序从后往前排序，使近处的面始终覆盖远处的面。TFT_eSprite(离屏缓冲区)仅渲染立方体区域，同时保持周围所有UI文本不出现闪烁。

摇晃检测

MPU6050 在每次循环迭代中读取原始加速度传感器数据。通过三个轴的数值计算出总加速度大小，当其超过 SHAKE_THRESHOLD(默认为 25.0 m/s²)时，将触发滚转检测。为了提高随机性，随机数生成器的种子由 millis() 和实时加速度数据组合生成。

滚动结果与面部对齐

滚动动画完成后，stopRolling() 会逐渐减速立方体，并通过线性插值(lerp)将其角度调整至与结果匹配的面的已知朝向。这确保了动画结束时始终能清晰可见正确的面，不会出现部分或模糊的面。

布线

•ST7789 TFT 显示屏

•SCL(SCK)为 GPIO 18

•SDA(MOSI)为 GPIO 23

•RES(RST)为 GPIO 4

•DC 转 GPIO 2

•CS 为 GND(始终选中，单个显示)

•BLK 至 3.3V(背光始终开启)

所需库

通过Arduino IDE库管理器安装所有库：

•Bodmer 的 TFT_eSPI

•Adafruit MPU6050(或 ElectronicCats 用于克隆型号的 MPU6050)

•Adafruit 统一传感器

•SPI(内置)

•线缆(内置)

游戏规则

Smart Dice 实现了这些非洲骰子游戏规则：

•每位玩家摇动设备来掷骰子

•一次或两次掷骰可额外获得一次掷骰机会

•连续三次掷出6点，将导致一轮完整暂停

•转弯时悬架会自动升起

•六连击计数器在任何非6的点数时重置

主要挑战

最大的挑战是3D面的对齐问题。立方体会减速并停止，但可见的面很少与预期结果一致。三个独立的问题导致了这一情况：目标角度表未与面值映射对齐，每次掷骰时都会覆盖值映射，从而将结果强行固定在某个特定面上，以及对齐函数在未检查实际对应面的情况下，直接将角度四舍五入到最接近的90度。最终的解决方案是搜索面值数组以找到结果数值，确定其索引，并使用线性插值(lerp)将角度调整至该面预设的方向。

内存是另一个挑战。一个完整的240x240 16位精灵需要115KB的连续RAM。ESP32总RAM足够，但堆栈碎片化导致通常无法存在连续的内存块。解决方案是将精灵的颜色深度设置为8位，并仅将其尺寸调整为立方体区域，而不是整个屏幕。

本文编译自hackster.io