詳解如何利用Python繪制迷宮小游戲
周末在家，兒子鬧著要玩游戲，讓玩吧，不利于健康，不讓玩吧，扛不住他折騰，于是想，不如一起搞個小游戲玩玩！
之前給他編過猜數(shù)字 和 擲骰子 游戲，現(xiàn)在已經(jīng)沒有吸引力了，就對他說：“我們來玩?zhèn)€迷宮游戲吧。”
果不其然，有了興趣，于是和他一起設(shè)計實(shí)現(xiàn)起來，現(xiàn)在一起看看我們是怎么做的吧，說不定也能成為一個陪娃神器~
先一睹為快：
構(gòu)思
迷宮游戲，相對比較簡單，設(shè)置好地圖，然后用遞歸算法來尋找出口，并將過程顯示出來，增強(qiáng)趣味性。
不如想到需要讓孩子一起參與，選擇了繪圖程序 Turtle作為實(shí)現(xiàn)工具。
這樣就可以先在紙上繪制一個迷宮，然后編寫成代碼，讓 Turtle 去繪制，因?yàn)楹⒆佑霉P畫過，所以在實(shí)現(xiàn)代碼時，他可以充分參與，不僅是為了得到最終的游戲，而且更是享受制作過程，開發(fā)編程思維，說不定省了一筆不小的少兒編程費(fèi)用哈哈哈~
首先和孩子一起制作迷宮，在紙上畫出 5 X 5 的小格子，然后，讓他在格子中畫一條通路，像這樣：
繪制迷宮
然后，將這幅圖轉(zhuǎn)化為一個迷宮矩陣，用 1 表示墻，用 空格 表示通路，需要注意的是網(wǎng)格每條邊線都是墻，連通部分的墻需要打通，成為路。
這時可以和他一起來實(shí)現(xiàn)，比如讓他用自己的積木等擺設(shè)一個迷宮，而我們來做數(shù)字化轉(zhuǎn)化，最后轉(zhuǎn)化成的結(jié)果是：
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1如果孩子看不清楚，可以將路徑表示出來 哈哈哈：
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ->_____ 1 _____ 1 1 1 1 1 1 | 1 | 1 | 1 1 1 1 ____| 1 | 1 |___ 1 1 | 1 1 1 | 1 1 1 | 1 1 |____ 1 | 1 ____| 1 1 1 1 | 1 | 1 | 1 1 1 1 ____| 1 | 1 |____ 1 1 | 1 1 1 | 1 1 1 | 1 1 |_______| 1 1 1 | 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1\|/1
做完了迷宮數(shù)字化，就需要將迷宮在電腦上表示出來了。
繪制迷宮
之所以選擇 Turtle，就是因?yàn)樗鼤裼霉P做圖畫一樣，可以讓孩子充分參與。
找出一張紙，用剛才整理的迷宮數(shù)字化結(jié)果作為指導(dǎo)繪圖，遇到 1 就畫一個小方格，遇到 空格 就跳過，可以和孩子一起畫，主要是讓他體會過程中的規(guī)律。
好了，趁他繪制的時候，我們來實(shí)現(xiàn)繪制代碼吧。
首先需要知道 Turtle 的一些特點(diǎn)：
- Turtle 的初始坐標(biāo)在屏幕中心，可以將屏幕分成平面坐標(biāo)系的四個象限
- Turtle 畫筆默認(rèn)的移動最小單位是一個像素，因此需要做坐標(biāo)點(diǎn)的初始化
- Turtle 畫筆移動都是相對于筆尖的朝向的，因此需要特別注意筆尖朝向
實(shí)現(xiàn)的方式和孩子用筆畫是一樣的，從第一個格子畫起：
效果
下面看看代碼：
def drawCenteredBox(self, x, y, color):
self.t.up()
self.t.goto(x - 0.5, y - 0.5)
self.t.color('black', color)
self.t.setheading(90)
self.t.down()
self.t.begin_fill()
for _ in range(4):
self.t.forward(1)
self.t.right(90)
self.t.end_fill()
update()
- drawCenteredBox 是 迷宮類 Maze 的成員方法，self 指的就是迷宮類本身，可以暫時將其理解為全局變量
- self.t 是一個 Turtle 模塊實(shí)例，可以理解成畫筆
- up 方法表示抬起筆尖
- goto 方法的作用是移動到指定的位置，這里需要移動到指定位置的左下角，所以各自減去了 0.5（這里做了坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化，后面會有說明）
- color 表示設(shè)置顏色，兩個參數(shù)分別是筆的顏色和填充顏色
- setheading 表示讓筆尖朝上，即將筆尖朝向 90 度
- down 表示落下筆尖，意思是隨后的移動相當(dāng)于繪制
- begin_fill 表示準(zhǔn)備填充，也就是它會把從調(diào)用起到調(diào)用 end_fill 為止所繪制的區(qū)域做填充
- 然后是循環(huán)四次，用來繪制方格，循環(huán)內(nèi)，每次向前（筆尖朝向）繪制一個單位，向右轉(zhuǎn) 90 度，這樣就繪制好了一個方格
- end_fill 即為填充當(dāng)前繪制的方格
- update 表示更新一下繪圖區(qū)域
看看這個過程，是不是和孩子手工繪制一模一樣！
現(xiàn)在遍歷整個迷宮矩陣，不斷調(diào)用 drawCenteredBox 就可以繪制出迷宮了：
效果
代碼如下：
def drawMaze(self):
for y in range(self.rowsInMaze):
for x in range(self.columnsInMaze):
if self.mazelist[y][x] == 1:
self.drawCenteredBox(x + self.xTranslate, -y + self.yTranslate, 'tan')
rowsInMaze、columnsInMaze 表示迷宮矩陣的行和列
tan 為沙漠迷彩色的顏色名稱
走出迷宮
迷宮繪制好了，如何走出出呢？
可以先問問孩子，讓他想想辦法。
實(shí)現(xiàn)思路也很簡單，就是超一個方向走，如果是墻，就換一個方向，如果不是墻，就繼續(xù)走下去，如此往復(fù)……
但是，這里可以和孩子做個預(yù)演，比如迷宮很大的時候，記不住走過哪些路怎么辦？
探索了一條路，走不通，返回后，不記得走過哪些路，這是非常危險的事情，如果有種方法可以記住走過的路，就好了。
這里我給兒子講了一下忒修斯大戰(zhàn)牛頭怪[3]的古希臘神話傳說，啟發(fā)他想出好的方法。
如何用代碼實(shí)現(xiàn)呢，只要在迷宮矩陣種，標(biāo)記一下走過的路就可以了：
PART_OF_PATH = 0
OBSTACLE = 1
TRIED = 3
DEAD_END = 4
def search(maze, startRow, startColumn): # 從指定的點(diǎn)開始搜索
if maze[startRow][startColumn] == OBSTACLE:
return False
if maze[startRow][startColumn] == TRIED:
return False
if maze.isExit(startRow, startColumn):
maze.updatePosition(startRow, startColumn, PART_OF_PATH)
return True
maze.updatePosition(startRow, startColumn, TRIED)
found = search(maze, startRow-1, startColumn) or \
search(maze, startRow, startColumn-1) or \
search(maze, startRow+1, startColumn) or \
search(maze, startRow, startColumn+1)
if found:
maze.updatePosition(startRow, startColumn, PART_OF_PATH)
else:
maze.updatePosition(startRow, startColumn, DEAD_END)
return found
因?yàn)槭褂昧诉f歸方式，所以代碼比較簡短，我們來看看：
- PART_OF_PATH、OBSTACLE、TRIED、DEAD_END 是四個全局變量，分別表示迷宮矩陣中的通路，墻，探索過的路和死路
- search 方法用于探索迷宮，接受一個迷宮對象，和起始位置
- 然后看看指定的位置是否為墻、或者是走過的，以及是否是出口
- 然后繼續(xù)探索，講指定的位置標(biāo)記為已走過
- 接下來朝四個方向探索，分別是像西、向東、向南、向北
- 每個方向的探索都是遞歸的調(diào)用 search 方法
- 如果探索的結(jié)果是找到了出口，就將當(dāng)前的位置標(biāo)記為路線，否則標(biāo)記為死路
這里還需要看看 updatePosition 方法的實(shí)現(xiàn)：
def updatePosition(self, row, col, val=None):
if val:
self.mazelist[row][col] = val
self.moveTurtle(col, row)
if val == PART_OF_PATH:
color = 'green'
elif val == OBSTACLE:
color = 'red'
elif val == TRIED:
color = 'black'
elif val == DEAD_END:
color = 'red'
else:
color = None
if color:
self.dropBreadcrumb(color)
def moveTurtle(self, x, y):
self.t.up()
self.t.setheading(self.t.towards(x+self.xTranslate, -y+self.yTranslate))
self.t.goto(x+self.xTranslate, -y+self.yTranslate)
def dropBreadcrumb(self, color):
self.t.dot(color)
- updatePosition 方法本身不復(fù)雜，首先對迷宮矩陣做標(biāo)記，然后將筆尖移動到指定的點(diǎn)，之后判斷標(biāo)記的值，在指定的點(diǎn)上畫點(diǎn)
- 移動的方法是 moveTurtle，首先抬起筆尖，然后將筆尖轉(zhuǎn)向?qū)⒁苿舆^去的點(diǎn)
- Turtle 的 towards 方法會計算一個筆尖當(dāng)前點(diǎn)到指定點(diǎn)之間的一個夾角，作用是讓筆尖轉(zhuǎn)向要移動過去的點(diǎn)，其中 xTranslate 和 yTranslate 是在坐標(biāo)系中像素點(diǎn)的偏移量（后面會有說明）
- Turtle 的 dot 方法作用是繪制一個點(diǎn)
看一下效果：
走出迷宮
完整代碼
#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
@author: 閑歡
"""
import pygame, random, sys, time
pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode([600, 400])
screen.fill((255, 255, 255))
# 圓的半徑
radius = [0] * 10
# 圓的半徑增量
circleDelt = [0] * 10
# 圓是否存在,False代表該索引值下的圓不存在，True代表存在
circleExists = [False] * 10
# 圓的坐標(biāo)x軸
circleX = [0] * 10
# 圓的坐標(biāo)y軸
circleY = [0] * 10
# 顏色RGB值
RGBx = [0] * 10
RGBy = [0] * 10
RGBz = [0] * 10
while True:
# 停頓0.1秒
time.sleep(0.1)
for event in pygame.event.get():
# 鼠標(biāo)按下
if event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
# 獲取圓不存在的索引值
num = circleExists.index(False)
# 將該索引值的圓設(shè)置為存在
circleExists[num] = True
# 圓的半徑設(shè)置為0
radius[num] = 0
# 獲取鼠標(biāo)坐標(biāo)
circleX[num], circleY[num] = pygame.mouse.get_pos()
# 隨機(jī)獲取顏色值
RGBx[num] = random.randint(0, 255)
RGBy[num] = random.randint(0, 255)
RGBz[num] = random.randint(0, 255)
# 畫圓
pygame.draw.circle(screen, pygame.Color(RGBx[num], RGBy[num], RGBz[num]),
(circleX[num], circleY[num]), radius[num], 1)
if event.type == pygame.QUIT:
pygame.quit()
sys.exit()
for i in range(10):
# 圓不存在則跳過循環(huán)
if not circleExists[i]:
pass
else:
# 隨機(jī)圓的大小
if radius[i] < random.randint(10, 50):
# 圓的隨機(jī)半徑增量
circleDelt[i] = random.randint(0, 5)
radius[i] += circleDelt[i]
# 畫圓
pygame.draw.circle(screen, pygame.Color(RGBx[i], RGBy[i], RGBz[i]),
(circleX[i], circleY[i]), radius[i], 1)
else:
# 若圓已達(dá)到最大，這將該索引值的圓設(shè)置為不存在
circleExists[i] = False
pygame.display.update()更大的挑戰(zhàn)
當(dāng)孩子看到自己做的迷宮，被小烏龜走出來時，別提有多開心了。
不過，沒多久，他就想要更復(fù)雜的迷宮，有多條分支的迷宮。
顯然有手工的方式有點(diǎn)困難，而且無趣。需要讓程序自動生成迷宮。
分析代碼之后，將其中的迷宮類移植過來，生成的結(jié)果之間導(dǎo)入到筆者寫的迷宮類中，將迷宮規(guī)模設(shè)置為 100 X 100，震撼了：
巨型迷宮
看著小烏龜在巨大的迷宮中蹣跚，還有種莫名的悲傷~
有了有了迷宮生成工具，就很多好玩的了：
如何讓烏龜更快的找到出路
如何讓烏龜隨機(jī)出現(xiàn)在迷宮中
如何動態(tài)設(shè)置迷宮的出入口
……
對這些問題，我們一一做了實(shí)現(xiàn)，孩子在整個過程中，積極參與，時不時因?yàn)楹玫南敕ǘ治枳愕?，不亦樂?hellip;…
關(guān)于坐標(biāo)系設(shè)置
前面留了幾個坑，是關(guān)于 Turtle 坐標(biāo)系的，這里統(tǒng)一做下說明。
第一個問題，坐標(biāo)單位
默認(rèn)情況下，Turtle 的坐標(biāo)單位是一個像素，如果要放大顯示的華，需要計算出來我們使用的單元相當(dāng)于多少個像素，然后每次計算坐標(biāo)時都得考慮到這個值，當(dāng)現(xiàn)實(shí)區(qū)域發(fā)生變化時還得調(diào)整這個數(shù)值，非常麻煩，而且容易出錯。
所以 Turtle 提供了一個設(shè)置我們自己坐標(biāo)單位的方法 setworldcoordinates，它接受四個參數(shù)，分別是坐標(biāo)系中，左下角的點(diǎn) x坐標(biāo)，y坐標(biāo)，和 右上角的 x坐標(biāo)、y坐標(biāo)。
如果將左下角設(shè)置為 (-5, -5)，右上角設(shè)置為 (5, 5)，那么 Turtle 就會將坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置在屏幕中心，并將屏幕分割成 10 X 10 的方塊，每個塊的邊長，相當(dāng)于一個坐標(biāo)單位，也就是說，當(dāng)我們說將筆尖移動到 (3, 4) 這個坐標(biāo)點(diǎn)時，Turtle 就會從屏幕中心向右移動三個單位，再向上移動4個單位。
這樣就非常方便了，無論屏幕大小如何，像素大小如何，Turtle 都會按照我們的指令，做出正確的響應(yīng)。
另一個問題是 兩個偏移量 xTranslate 和 yTranslate
分別是這樣計算得到的:
self.xTranslate = -columnsInMaze/2 self.yTranslate = rowsInMaze/2
存在的意義就是從行和列值中，轉(zhuǎn)化為 Turtle 坐標(biāo)系的值，比如行列表示法中，(0, 0) 點(diǎn)，在我們變換后的 10 X 10 的坐標(biāo)系中，對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)是 (-5, 5)。
因?yàn)槲覀儾檎覕?shù)據(jù)時用行列表示法比較方便，但在坐標(biāo)系中，以原點(diǎn)為基準(zhǔn)表示比較方便。
以上就是詳解如何利用Python繪制迷宮小游戲的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Python迷宮游戲的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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