薛老师对饼干游戏编程学习机的性能测评

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我写的第一个测试程序是变幻线，也算是一个致敬。刚刚接触电脑的时候，windows休眠的时候就会自动启动屏保程序，在众多的屏保程序中我最喜欢的就是变换线，它简洁而又变化莫测，很长时间里我都在好奇这个程序是如何实现的。

看到过这个屏保的人如今都不年轻了

arcade.makecode平台支持Block, Python和Typescript三种语言，三者中目前最成熟的是Typescript，我对Typescript并不是特别熟悉，有些地方写得比较笨拙，但尽管如此，我还是用了不到100行代码就实现了变幻线。

经过第一个程序的练手之后，我对于Typescript的使用有了一些心得，于是我开始琢磨第二个测试程序。

我写了一个Koch三角形，打算用分形生成的精细图案来测试一下饼干的显示精度。另外我没有用递归来生成分形曲线而是采用了递推的方法，随着迭代次数的增加不断向顶点数组中插入新的顶点，因为分形图案的顶点数增加得很快，所以有可能会把内存耗尽，如果出现这种情况正好可以看一下饼干在极限情况下的表现。

最终，我成功的在饼干的屏幕上绘制出了Koch三角形，并通过按键可以增加或者减少它的细节。总体上饼干的表现还是很不错的。

当我不断地提高迭代的深度时，出现了白屏，这是预想中的状况，因为飞速增长的顶点数最终导致了内存溢出，在这种情况出现的时候按下reset键可以立刻复位，鲁棒性很不错。

完成前面两个程序测试之后，我对typescript的手感已经出来了，ts的确是一门严谨而又不失灵活性的优秀语言，因为是静态语言，所以调试信息一目了然，自动补足功能也很完善，即便在轻量级的网页编辑器上也能够高效的编写代码。

第三个测试程序我打算在饼干上尝试实现一个简单的3D渲染器。

通常情况下，我们会把屏幕看成一个由像素组成的二维世界并通过横坐标，纵坐标，颜色，这三个参数来确定一个像素的状态。想在这样的环境中实现3D效果乍一看好像有点异想天开，但仔细想想就会发现，其实我们的眼睛能够感知的一切三维信息，都只不过是投影视网膜上的一张二维图片，电脑屏幕就是利用了这样的原理，通过投影变换，先将三维信息变成二维平面上的投影，然后再逐像素绘制在屏幕上，按照这个原理，饼干学习机的屏幕当然是可以显示三维物体的，背后的数学原理是完全一样的。

言归正传，我们利用投影解决了在二维屏幕上绘制三维物体的问题。在真实世界中，将一个物体沿着一个方向压缩，最后就可以得到它的投影，在三维图形学中，我们利用投影矩阵来实现类似的效果，矩阵之于数学，就好比钢琴之于音乐，隐秘的规律在其上无处遁形。在图形学中，矩阵更是随处可见，图形学中充满了向量，而矩阵则是向量的容器，它将向量打包装箱，然后用统一的规则进行高速运算。除了投影，旋转、平移、缩放，都可以矩阵轻松搞定，这些都超出了本文的范畴，有兴趣可以自行查阅资料。

经过一番折腾之后，三维立方体终于成功的在饼干的屏幕上显示出来了，随后我尝试了对立方体的各个面进行着色操作，处理方法也不难，首先根据面的法线剔除掉那些不可见的面，然后根据可见面的顶点信息计算出轴对称包围盒，最后扫描包围盒中的所有像素，如果这个像素落在面的内部，就进行着色，否则跳过。

逐像素扫描是一个极其消耗性能的操作，每一帧都要进行这样的操作显然超出了饼干的运算能力，所以最终我放弃了着色计划，因为即便是在电脑上，逐像素扫描的性能也很差，然而逐像素操作又是一个可以并行的过程，所以通常我们都会将这类脏活累活交给GPU去完成。