4 車を道に沿って走らせてみよう

このプロジェクトでは，直線の道を折り返したり，円形の道に沿って走ったりする少し知的な車をプログラミングすることに挑戦します． これを実現するためには，道を判別する「センサー」と「場合分け」という概念を学習する必要があります．

プログラムもだんだんと複雑になってくるので，それを整理するために「フローチャート」という図法を活用します． まずは既にあるプログラムをフローチャートで表現することで，プログラムの構造を理解してみましょう． 次に実行前のプログラムのフローチャートを見て，どんな動作をするのか予想してみましょう．

プログラミングに関するキーワード

• センサー
• 場合分け
• フローチャート
• 入れ子

Squeakに関するキーワード

• 場合分けタイル

4.1 場合分け（1）- 各場合に実行する命令が1つの時

M先生

新しくproject3という名前のプロジェクトを作ってもらえるかな．今まで使ってきた車も用意しておいてね．

Ｓくん

はい．

M先生

まずは道路を往復する車を作ってみよう．道の端に車がくると，折り返して走り続けるようにしてみようか．

Ｔさん

すごい．そんなことができるんですね．

M先生

先に必要な部品を作ってしまおう．まず横向きの直線道路を描いてくれるかい？後で必要になるから，道路の両端に印をつけておこう． あとは道路の真ん中にセンターラインも入れておこう．車は青ハロを使って横向きにしておいてね．

Ｓくん

はい．道路の両端の印は緑色で描いておきました．こんな感じですかね．

M先生

いいね．次は車を少し改造するよ．道の端に来たかどうかを判別するために車に「 センサー 」を付けよう．

Ｓくん

えっ，また車を描くのかー．面倒くさいなー．

Ｔさん

描き直しハロを使えば，センサーだけを描き足すことができるよ．

Ｓくん

おっと．そうか．

M先生

センサーは車のボディの色と違う色にするのがポイントだよ．詳しくは後で説明するけれど，こうしておけば車が道の端に来たかどうか検知できるんだ．

Ｓくん

センサーをつけ終わりました．

M先生

よし，これで部品は全部そろったね．次は完成させたい車の動きをしっかり確認してみよう．

Ｔさん

言葉で説明するとしたら，「車は道に沿って直進し，道の両端に来たらそれまで走っていた方向と逆向きに反転する」かな．

M先生

言葉だけで説明するのは難しいね．図も一緒に描くと分かりやすいかな．

Ｓくん

こんな感じですね．

M先生

いいね．

M先生

さて，いよいよプログラミングをしてみよう．まず，車に「道路を往復する」という名前のスクリプトを作ってくれるかい？

Ｓくん

はい．できました．

M先生

まずは，プログラムを組み立てる前に車の動きを整理してみようか．

Ｓくん

はい．

M先生

道路の端に車が来た場合はどのような命令が必要かな？

Ｔさん

180度回転させればよいと思います．

M先生

じゃあ，車が道路の端以外ところにある場合はどうしたらいいかな？

Ｓくん

進めればよいのではないでしょうか．

M先生

そうだね，車が道路の端に来た場合とそれ以外の場合で処理を変えればよいんだ．

Ｔさん

まずは「車が道路の端に来たかどうか調べる」ことがしたいですね．

Ｓくん

うーん，そんなタイルはどのカテゴリにもありませんね．

M先生

そこでセンサーの出番だね．センサーを使えるとすると，どのようなことを調べればいいかな？

Ｓくん

「センサーが道の端を検知したかどうか調べる」ですね．

Ｔさん

でも「センサーが道の端を検知したかどうか調べる」というタイルもないですね．

M先生

「センサーが道の端を検知したかどうか調べる」ことをもっと具体的にしなければいけないんだ．今回は「色」による判定を使ってみよう． 「 センサーカテゴリ 」に「 部分が色に触れているか 」タイルがあるだろう．

Ｓくん

なるほど．このタイルを使えば「車のセンサー（青色）が，道の端の印（緑色）に触れているか」を調べることができるんだ．

M先生

では実際にやってみよう．「部分が色に触れているか」タイルを「道路を往復する」スクリプトに入れてみて．

Ｓくん

はい．

Ｔさん

わぁ，タイルが変化しましたね．

M先生

次に色の設定をしよう．まず左側の色から．左側の色の部分をクリックすると，色を選ぶスポイトが表示されるよね．

Ｓくん

このパレットから色を選べばいいんですね．センサーの色にするのが微妙で難しいなー．

Ｔさん

そんなことせずに，センサーの色をスポイトで選択すればいいじゃない．こうやって．

Ｓくん

おっ．鋭いねー．

M先生

あとは右側も同じ要領で，道路の端の印の色（緑色）を選択すればいいね．

Ｔさん

残るはそれぞれの場合に実行する命令ですね．「何もしない」と書いてある部分にタイルが入るんですね．

Ｓくん

えっと，反転させるためには回すタイルを使えばいいから．．．．あれっ？

Ｔさん

先生，私の方はできました．

Ｓくん

どれどれ．

Ｔさん

ちょっとー．カンニングしないでよ．

Ｓくん

ケチだなー．

4.2 場合分け（2）- 各場合に実行する命令が複数の時

M先生

これまで車は一直線に走っていたけれど，次は道の端で折り返すときに車線を変更するようにしてみよう．

Ｓくん

車の動きを図にするとこんな感じですね．こうすれば車が2台になっても正面衝突しなくなりますね．

M先生

よし，じゃプログラムを組み立てていこうか．

Ｔさん

スクリプトを新しく作る必要はありますか？

M先生

そうだね．「車線を変更しながら道路を往復する」というスクリプトを作ろう．次に作りたい命令を日本語で説明してみようか．

Ｔさん

「車が道路の端に来たかどうか調べて，道路の端に来たなら車線を変更して反転させる，それ以外のときは車を進ませる」を繰り返せばOKですね．

M先生

さっき作った命令と違うのはどこかな？

Ｔさん

「車線を変更して反転させる」という部分です．

Ｓくん

反転してから車線を変更してもいいですよね？

M先生

そうだね．ただ，反転してから車線を変更するとプログラムがややこしくなるはずだよ．

Ｓくん

えっ？なんでだー？？？

M先生

じゃあS君は反転してから車線を変更するという方法でやってみなさい．

Ｔさん

先生，私はできました．それぞれの場合に実行する命令を入れる部分には，複数の命令を入れることができるんですね．

M先生

そうだね．複数の命令があれば上から順番に実行されるんだ．

Ｓくん

うーん．できないよー．

M先生

ちなみに，センサーカテゴリのタイルがなくとも，場合分けタイルだけを取り出すこともできるんだ．

Ｓくん

どうやるんですか？

M先生

スクリプトについている時計の横の四角いアイコンをクリックしてみて．

Ｓくん

はい．

M先生

出てきたタイルをスクリプトの中に入れて，「何か」の部分に調べたい事柄を表現したタイルを入れればいいんだ．

Ｔさん

ちょっと面倒くさいですねぇー．

M先生

あまり使わないと思うけど，念のため説明しただけだよ．

4.3 フローチャート（1）- 場合分けが1つの時

Ｓくん

先生，今度はコースを丸くしてみて，どっちが先に道に沿って走る車を完成できるか勝負してます．

M先生

なるほどね．どれどれ，プログラムを見せてみて．

Ｓくん

僕のはこうです．

Ｔさん

私はちょっと違います．

M先生

なるほど．直線道路のプログラムと違うのは，センサーの部分が道路の外にあるかを調べているところだね． どちらのプログラムでも車はちゃんと道に沿って走れるというわけか．

M先生

では，どちらが早くコースを一周できるか競争してみようか．車が速く走るようにプログラムを改造してもいいよ．

Ｓくん

車を速くするためには，進むドット数を大きくすればいいんだ．30ドット位にしてみようかな．

Ｔさん

私も．

Ｓくん

ぐはっ，進むドット数を30にすると，僕の車はコースアウトしてしまいました．

Ｔさん

私の車はコースアウトしませんね．

M先生

どうして違う結果になったのか説明できるかな？

Ｔさん

車が道から外れた時の動きが違うのかも．．．．

Ｓくん

僕のプログラムでは，車を進める命令が場合分けタイルの外にあるよね．

Ｔさん

うん．問題は車が道から外れた時の動作の違いってことだね．

Ｓくん

場合分けタイルの外に進める命令があると，道から外れた状態でも車は進んでしまうんだ．

Ｔさん

私の場合は，車が道の方向に戻るまで進まないよ．

M先生

2人ともいい線いってるね．じゃあ，より整理して考えるために「 フローチャート 」という図法を紹介しよう． 2人のプログラムをフローチャートで表現するとこうなるね．

Ｓくん

微妙に違いますね．

M先生

ひし形が場合分けを表している．四角が命令を表現しているんだ．どこが違うかな？

Ｓくん

僕のプログラムは，まず進めるが実行されてから，場合分けが実行されるんだ．だから，進むドット数が大きすぎるとコースアウトしてしまうんですね．

Ｔさん

私のプログラムは，車が道から外れている場合は，回るだけです．だから進めるドット数を大きくしても大丈夫なんですね．

M先生

そうだね．Sくんのプログラムは，場合分けタイルの外に進めるという命令があるよね． これだと車が道から外れているかに関係なく，常に進める命令が実行されるということだ．

Ｓくん

なるほど．だから進めるドット数を大きくすると，コースアウトしてしまうんですね．

M先生

今回は既に作ってあるプログラムを整理するためにフローチャートを使ったけれど， プログラムを作る前にフローチャートを描いておくと，プログラムがどのように動作するかを考えやすくなるね．

4.4 フローチャート（2）- 場合分けが2つの時

Ｓくん

うーん．車を道の真ん中を走らせるためには．．．．

Ｔさん

どうしたの？

Ｓくん

今までの車では道の端を走ってしまうから，道の真ん中を走らせようとしているんだ．

M先生

それなら色違いのセンサーを2つ用意するのがオススメだね．こんな感じかな．

Ｓくん

そうか．そうすると場合分けタイルが2つ必要になるのか．

M先生

まずはプログラムを組み立てたら，車を走らせる前に先生に見せてくれるかい？

Ｓくん

僕のプログラムはこうなりました．

Ｔさん

私のはこうなりました．

Ｓくん

わー，場合分けタイルの中に場合分けタイルが入るんだ．はじめて知ったよ．

M先生

そうだね．こういう状態を「 入れ子 」と呼ぶよ．

M先生

じゃあ，それぞれのプログラムをフローチャートで書くとどうなる？

Ｔさん

こうでしょうか．

M先生

どうだろう．このフローチャートを見て，それぞれの車の動きは違うか同じか予想してみよう．

Ｓくん

えっと，僕のは前に作ったのと同じで，必ず進む命令が実行される． だから，進めるドット数を大きくするとコースアウトしてしまうと思います．

Ｔさん

私のプログラムは道からはみ出ていない時だけ車が進むから，S君の車と違ってコースアウトはしませんね．

Ｓくん

実行する前からコースアウトすることが分かるなんて．．．．しょぼーん．

M先生

じゃあ実験してみよう．

Ｔさん

やっぱり進めるドット数を大きくするとS君の車はコースアウトね．

M先生

まぁまぁ．フローチャートを書くことで，実行する前からプログラムの動作を予測しやすくなっただろ． S君だってどのように直せばコースアウトしないか分かったはずだよね．

Ｓくん

はい．

練習問題

4.1

車を走らせたり，止めたりできるスイッチを作りなさい．

4.2

車を左右に操縦できるスイッチを作りなさい．

4.3

決められた範囲内で車を前後に操縦できるスイッチを作りなさい．

4.4

あり集めゲームを作りなさい．

4.5

複数の車を競争させることができるレースゲームを作りなさい．

4.6

一定の幅で左右に移動する反転するカニを作りましょう．