CH32V003（290円マイコン基板）で滑らかに動くMatrix型「Text Rain」エフェクト

CH32V003（RAMわずか2KB）の超低リソース環境で、マトリックス風の文字が尾を引いて落ちるエフェクトを実装しました。
SSD1306（128×64）のI2C OLEDを使い、画面全体バッファを持たずに動作しています。

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主な工夫ポイント

1. ページ・バッファ方式による極端なRAM節約
   → 通常128×64＝1024バイト必要な画面バッファを 128バイト（1ページ分） だけに削減
   → RAMの半分近くを文字オブジェクトや演出に回せるようになった

2. 擬似階調ディザリングで尾のフェード表現
   二値（白黒）ディスプレイでも、先頭は100%、後ろに行くほど間引いて薄く見せることで
   「奥行き感・消えていく雰囲気」を再現

3. 3×5ドットフォント＋軽量実装
   メモリを食わない最小限のフォントで、数字・大文字・記号を表現

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Arduino Uno とのスペック対比（2026年現在）

同じ2KB RAMで3倍速・1/30価格というCH32V003は、制約を逆手に取った「超軽量演出」に向いていると言えます。

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スペック概要（Text Rainプロジェクト）

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実装の肝：ページ・バッファ方式

通常の書き方（Adafruit_SSD1306など）
└─ uint8_t displayBuffer[1024];  ← 約50%のRAMを食う

本実装（CH32V003向け）
└─ uint8_t oled_buf[128];        ← 1ページ（8行分）だけ
   ↓
   for(page = 0; page < 8; page++) {
     memset(oled_buf, 0, 128);
     // 該当ページに描画したいドットを計算
     // I2Cで1ページ分だけ送信
   }

→ RAM使用量を1/8に圧縮でき、他の変数やオブジェクトに余裕が生まれた。

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ディザリングによる擬似階調の実装例

uint8_t d = (j == 0) ? 4          // 先頭：100%
           : (j < 3) ? 3          // 2〜3文字目：約50%
           : (j < 6) ? 2          // 4〜6文字目：約25%
           : 1;                   // 最後の方：約6%

if      (density >= 4) draw = true;
else if (density == 3) draw = ((px_abs + py) % 2 == 0);
else if (density == 2) draw = (px_abs % 2 == 0 && py % 2 == 0);
else                   draw = (px_abs % 4 == 0 && py % 4 == 0);

これで尾が自然に薄れていく視覚効果が生まれます。

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全部入りコード（uiapTextRain.ino）

#include <Wire.h>

/* --- 設定 --- */
#define OLED_ADDR  0x3C
#define OLED_W     128
#define OLED_H     64
#define OLED_PAGES 8
#define MAX_DROPS  12   // 同時に降る雨の数
#define TAIL_LEN   8    // 1つの雨に含まれる文字数

/* --- 構造体・変数 --- */
static uint8_t oled_buf[128];   // 1ページ分のバッファ (128バイト)
static uint8_t current_page = 0;

struct Drop {
  int16_t x, y;
  uint8_t speed;
  char    chars[TAIL_LEN];
};
static struct Drop drops[MAX_DROPS];

const char charset[] = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ+*:";

/* --- 3x5ドットフォントデータ --- */
static const uint8_t FONT3x5[][5] = {
  {0b111,0b101,0b101,0b101,0b111}, // 0
  {0b010,0b110,0b010,0b010,0b111}, // 1
  {0b111,0b001,0b111,0b100,0b111}, // 2
  {0b111,0b001,0b111,0b001,0b111}, // 3
  {0b101,0b101,0b111,0b001,0b001}, // 4
  {0b111,0b100,0b111,0b001,0b111}, // 5
  {0b111,0b100,0b111,0b101,0b111}, // 6
  {0b111,0b001,0b010,0b010,0b010}, // 7
  {0b111,0b101,0b111,0b101,0b111}, // 8
  {0b111,0b101,0b111,0b001,0b111}, // 9
  {0b010,0b101,0b111,0b101,0b101}, // A
  {0b110,0b101,0b110,0b101,0b110}, // B
  {0b111,0b100,0b100,0b100,0b111}, // C
  {0b110,0b101,0b101,0b101,0b110}, // D
  {0b111,0b100,0b111,0b100,0b111}, // E
  {0b111,0b100,0b111,0b100,0b100}, // F
  {0b111,0b100,0b101,0b101,0b111}, // G
  {0b101,0b101,0b111,0b101,0b101}, // H
  {0b111,0b010,0b010,0b010,0b111}, // I
  {0b001,0b001,0b001,0b101,0b111}, // J
  {0b101,0b101,0b110,0b101,0b101}, // K
  {0b100,0b100,0b100,0b100,0b111}, // L
  {0b101,0b111,0b111,0b101,0b101}, // M
  {0b101,0b111,0b111,0b111,0b101}, // N
  {0b111,0b101,0b101,0b101,0b111}, // O
  {0b111,0b101,0b111,0b100,0b100}, // P
  {0b111,0b101,0b101,0b111,0b001}, // Q
  {0b110,0b101,0b110,0b101,0b101}, // R
  {0b111,0b100,0b111,0b001,0b111}, // S
  {0b111,0b010,0b010,0b010,0b010}, // T
  {0b101,0b101,0b101,0b101,0b111}, // U
  {0b101,0b101,0b101,0b010,0b010}, // V
  {0b101,0b101,0b111,0b111,0b101}, // W
  {0b101,0b101,0b010,0b101,0b101}, // X
  {0b101,0b101,0b010,0b010,0b010}, // Y
  {0b111,0b001,0b010,0b100,0b111}, // Z
  {0b010,0b010,0b000,0b010,0b000}, // :
  {0b101,0b010,0b101,0b000,0b000}, // *
  {0b010,0b111,0b010,0b000,0b000}, // +
  {0b000,0b000,0b000,0b000,0b000}  // space
};

static int8_t _font_idx(char c) {
  if (c >= '0' && c <= '9') return c - '0';
  if (c >= 'A' && c <= 'Z') return c - 'A' + 10;
  if (c >= 'a' && c <= 'z') return c - 'a' + 10;
  if (c == ':') return 36;
  if (c == '*') return 37;
  if (c == '+') return 38;
  return 39;
}

/* --- OLED 低レイヤ制御 --- */
static void _oled_cmd(uint8_t cmd) {
  Wire.beginTransmission(OLED_ADDR);
  Wire.write(0x00);
  Wire.write(cmd);
  Wire.endTransmission();
}

void oled_init() {
  Wire.begin();
  Wire.setClock(400000);
  delay(100);
  const uint8_t init_cmds[] = {
    0xAE, 0xD5, 0x80, 0xA8, 0x3F, 0xD3, 0x00, 0x40,
    0x8D, 0x14, 0x20, 0x00, 0xA1, 0xC8, 0xDA, 0x12,
    0x81, 0xCF, 0xD9, 0xF1, 0xDB, 0x40, 0xA4, 0xA6, 0xAF
  };
  for (uint8_t i = 0; i < sizeof(init_cmds); i++) _oled_cmd(init_cmds[i]);
}

/* --- 描画ロジック (ディザリング対応) --- */
void oled_char3x5_dim(int16_t x, int16_t y, char c, uint8_t density) {
  int8_t idx = _font_idx(c);
  for (uint8_t row = 0; row < 5; row++) {
    uint8_t rowbits = FONT3x5[idx][row];
    int16_t py = y + row;
    if (py < 0 || py >= OLED_H || (py >> 3) != current_page) continue;

    for (uint8_t px = 0; px < 3; px++) {
      if (rowbits & (1 << (2 - px))) {
        int16_t px_abs = x + px;
        if (px_abs < 0 || px_abs >= OLED_W) continue;
        bool draw = false;
        if      (density >= 4) draw = true;                                    // 先頭文字：ディザなし
        else if (density == 3) draw = ((px_abs + py) % 2 == 0);               // 50%
        else if (density == 2) draw = (px_abs % 2 == 0 && py % 2 == 0);       // 25%
        else                   draw = (px_abs % 4 == 0 && py % 4 == 0);       // 6%
        if (draw) oled_buf[px_abs] |= (1 << (py & 7));
      }
    }
  }
}

void init_drop(uint8_t i) {
  drops[i].x     = random(0, OLED_W - 4);
  drops[i].y     = random(-120, 0);
  drops[i].speed = random(2, 4);
  for (uint8_t j = 0; j < TAIL_LEN; j++)
    drops[i].chars[j] = charset[random(0, sizeof(charset) - 1)];
}

void setup() {
  oled_init();
  randomSeed(analogRead(0));
  for (uint8_t i = 0; i < MAX_DROPS; i++) init_drop(i);
}

void loop() {
  // 文字の落下更新
  for (uint8_t i = 0; i < MAX_DROPS; i++) {
    drops[i].y += drops[i].speed;
    if (drops[i].y > OLED_H + (TAIL_LEN * 8)) init_drop(i);
    // 先頭文字をたまに変化させる
    if (random(0, 100) < 15)
      drops[i].chars[0] = charset[random(0, sizeof(charset) - 1)];
  }

  // ページごとの描画ループ
  current_page = 0;
  do {
    memset(oled_buf, 0, 128);
    for (uint8_t i = 0; i < MAX_DROPS; i++) {
      for (uint8_t j = 0; j < TAIL_LEN; j++) {
        int16_t char_y = drops[i].y - (j * 7);
        if (char_y > -6 && char_y < OLED_H) {
          uint8_t d = (j == 0) ? 4 : (j < 3 ? 3 : (j < 6 ? 2 : 1));
          oled_char3x5_dim(drops[i].x, char_y, drops[i].chars[j], d);
        }
      }
    }

    // I2C転送
    _oled_cmd(0xB0 | current_page);
    _oled_cmd(0x00);
    _oled_cmd(0x10);
    Wire.beginTransmission(OLED_ADDR);
    Wire.write(0x40);
    for (uint8_t x = 0; x < 128; x++) Wire.write(oled_buf[x]);
    Wire.endTransmission();

    current_page++;
  } while (current_page < OLED_PAGES);

  delay(5);
}

実機

まとめ

書込み方が昔のマイコン...
ボタンを押しながら電源投入 -> 1秒待つ -> ボタン離す -> 書込み開始

いつもご清聴ありがとうございます
ボタン押しすぎて指が痛い(謎