Python利用手勢識別實現貪吃蛇游戲
一、前言
想必大家都玩過貪吃蛇的游戲吧：通過操縱蛇的移動方向能夠讓蛇吃到隨機出現的食物，吃到的食物越多，蛇就會變得越長，但如果不小心撞到了自己，那么蛇就會死亡，game over!！ 我們玩過的貪吃蛇游戲一般都是在手機或者游戲機上進行的，通過方向鍵操縱蛇的移動，那么我們是否可以直接使用一個攝像頭捕捉我們的手勢動作，并用手的移動來代表貪吃蛇的移動呢？當然可以，今天我就和大家一起完成這個游戲的設計并愉快的玩耍。
Let's Start!
二、項目介紹
1、游戲的操作方式
貪吃蛇游戲人盡皆知，計算機視覺鮮為人知，計算機視覺+貪吃蛇游戲會帶給人們更多的參與感以及新鮮度，本次這個項目就是主要使用手勢識別來完成貪吃蛇這個簡單的游戲。在這個游戲中，電腦通過攝像頭捕捉到我們的手勢并判別是否進行移動，玩家移動手去操縱貪吃蛇得到屏幕中隨機出現的食物，每得到一個食物，就會算作一分，Score 就會加1并顯示在畫面中，當玩家在操作的過程中不小心使得蛇的頭部和身體相撞，那么就會顯示GameOver! 按下 ‘r’ 鍵可以重新開始游戲。
2、開發(fā)的過程中的注意事項
(1) 圖像的左右問題
由于我們是使用手勢來進行控制蛇的移動的，但攝像頭的畫面顯示的是別人的視角，所以這和玩家的左右意識剛好是相反的，因此我們要將攝像頭讀取到的畫面進行一個左右的翻轉。原理上說就是將左右的像素點位置進行一個調換，但在 Python 中可以使用一個 cv2.flip( ) 函數就可以實現鏡像翻轉了。
(2) 攝像頭的畫面尺寸問題
通
過攝像頭得到的圖像我們需要在上面進行游戲，因此畫面過小會導致游戲空間不足，在最開始可以對畫面的大小進行一個預處理，設定一個較為合理的大小，最后得到的畫面玩游戲時才不會顯得局促。通過函數 cap.set(3, m) cap.set(4, n) 可以實現對畫面的寬和高的設定。
本項目中還會存在一些其他的注意事項，比如判斷碰撞，判斷獲得食物等，我會在后面的項目過程中再加以介紹。
三、游戲的實現要點
1、選擇第三方庫
一些使用到的第三方庫：
import math import random import cvzone import cv2 import numpy as np from cvzone.HandTrackingModule import HandDetector
在本次項目中，我們主要使用到以上的幾個庫，其中使用 random 庫來隨機選擇像素點來放置食物甜甜圈，使用 cvzone 中的手部識別來進行玩家手勢的檢測，使用 cv2 來進行一些基礎的圖像操作，其他的一些庫也各有用處，后面一一介紹。
2、找到關鍵點并標記
在本次游戲中我們是選擇了一只手作為目標節(jié)點，所以當我們檢測到畫面中出現手部時需要對其中的關鍵點進行標記，而這個關鍵點恰好是我們的貪吃蛇的頭部，由于我們是調用的第三方庫，而該庫可以對手部進行3D的標記，但我們只需要 x,y 兩個坐標值就可以了，主要使用以下函數進行手部關鍵節(jié)點的標記：
#檢測到第一個手，并標記手部位置
if hands:
lmList = hands[0]['lmList']
pointIndex = lmList[8][0:2] #第八個坐標點的 x, y值，其中 z 值不被包括在里面
cv2.circle(img, pointIndex, 20, (200, 0, 200), cv2.FILLED) #在關鍵點處繪制一個圓點并進行填充（此處只是示范，后面會更改）3、創(chuàng)建一個類來保存關于游戲的所有功能
我們需要實現的游戲是很多功能結合起來完成的，如果想要使用函數來實現這些功能，那么將會非常麻煩，當我們使用 class 來完成時，由于很多東西都保存在同一個類中，將會降低難度。在這個 class 中我們將會創(chuàng)建很多重要的列表來存儲我們用得到的一些關鍵點，比如貪吃蛇的身上的所有的點、貪吃蛇的長度、蛇的總體距離、食物的放置、得分等：
class SnakeGameClass:
def __init__(self, pathFood):
self.points = [] #貪吃蛇身上所有點
self.lengths = [] #點與點之間的距離
self.currentLength = 0 #當下蛇的長度
self.allowedLength = 50 #最大允許長度（閾值）
self.previousHead = 0, 0 #手部關鍵點之后的第一個點
self.imgFood = cv2.imread(pathFood, cv2.IMREAD_UNCHANGED) #定義食物
self.hFood, self.wFood, _ = self.imgFood.shape
self.foodPoint = 0, 0
self.randomFoodLocation()
self.score = 0
self.gameOver = False4、定義函數進行不斷更新
隨著我們的手部的移動，貪吃蛇的長度以及位置都會發(fā)生變化，所以我們需要創(chuàng)建一個函數來不斷進行更新，滿足變化的需求（該部分也是在前面創(chuàng)建的大類里面完成的）：
def update(self, imgMain, currentHead):
#游戲結束，打印文本
if self.gameOver:
cvzone.putTextRect(imgMain, "Game Over", [300, 400],
scale=7, thickness=5, offset=20)
cvzone.putTextRect(imgMain, f'Your Score: {self.score}', [300, 550],
scale=7, thickness=5, offset=20)
else:
px, py = self.previousHead
cx, cy = currentHead
self.points.append([cx, cy])
distance = math.hypot(cx - px, cy - py)
self.lengths.append(distance)
self.currentLength += distance
self.previousHead = cx, cy
#長度縮小
if self.currentLength > self.allowedLength:
for i, length in enumerate(self.lengths):
self.currentLength -= length
self.lengths.pop(i)
self.points.pop(i)
if self.currentLength < self.allowedLength:
break
#檢查貪吃蛇是否已經觸碰到食物
rx, ry = self.foodPoint
if rx - self.wFood // 2 < cx < rx + self.wFood // 2 and \
ry - self.hFood // 2 < cy < ry + self.hFood // 2:
self.randomFoodLocation()
self.allowedLength += 50
self.score += 1
print(self.score)
#使用線條繪制貪吃蛇
if self.points:
for i, point in enumerate(self.points):
if i != 0:
cv2.line(imgMain, self.points[i - 1], self.points[i], (0, 0, 255), 20)
cv2.circle(imgMain, self.points[-1], 20, (0, 255, 0), cv2.FILLED)
#顯示食物
imgMain = cvzone.overlayPNG(imgMain, self.imgFood,
(rx - self.wFood // 2, ry - self.hFood // 2))
cvzone.putTextRect(imgMain, f'Score: {self.score}', [50, 80],
scale=3, thickness=3, offset=10)
#檢測是否碰撞
pts = np.array(self.points[:-2], np.int32)
pts = pts.reshape((-1, 1, 2))
cv2.polylines(imgMain, [pts], False, (0, 255, 0), 3)
minDist = cv2.pointPolygonTest(pts, (cx, cy), True)
if -1 <= minDist <= 1:
print("Hit")
self.gameOver = True
self.points = [] #蛇身上所有的點
self.lengths = [] #不同點之間的距離
self.currentLength = 0 #當前蛇的長度
self.allowedLength = 50 #最大允許長度
self.previousHead = 0, 0 #先前的蛇的頭部
self.randomFoodLocation()
return imgMain在這個更新的函數中，我們需要判斷很多東西，比如貪吃蛇是否觸碰到食物（如果觸碰到食物我們就要增加蛇的長度并累積得分）、當前長度是否超過所允許的最大長度（當前長度小于最大長度就不必要進行更改了，但如果當前長度大于最大長度，則需要進行縮短）、貪吃蛇是否發(fā)生碰撞（通過關鍵節(jié)點之間的距離判斷貪吃蛇是否發(fā)生了碰撞，如果發(fā)生了碰撞，則進入 gameover 模塊，如果沒有，繼續(xù)游戲）等，都解釋在上面的代碼中了。
主要是通過上面定義的 class 我們就能實現當前的貪吃蛇游戲了。
四、總體代碼
本次小游戲我是在b站看到教程并一步步復現出來的，大家感興趣可以嘗試一下，當然按照慣例整體代碼會貼在下面：
"""
Author:XiaoMa
CSDN Address:一馬歸一碼
"""
import math
import random
import cvzone
import cv2
import numpy as np
from cvzone.HandTrackingModule import HandDetector
cap = cv2.VideoCapture(0)
#設置畫面的尺寸大小，過小的話導致貪吃蛇活動不開
cap.set(3, 1280)
cap.set(4, 720)
detector = HandDetector(detectionCon=0.8, maxHands=1)
class SnakeGameClass:
def __init__(self, pathFood):
self.points = [] #貪吃蛇身上所有點
self.lengths = [] #每一個點之間的距離
self.currentLength = 0 #當下蛇的長度
self.allowedLength = 50 #最大允許長度（閾值）
self.previousHead = 0, 0 #手部關鍵點之后的第一個點
self.imgFood = cv2.imread(pathFood, cv2.IMREAD_UNCHANGED) #定義食物
self.hFood, self.wFood, _ = self.imgFood.shape
self.foodPoint = 0, 0
self.randomFoodLocation()
self.score = 0
self.gameOver = False
def randomFoodLocation(self):
self.foodPoint = random.randint(100, 1000), random.randint(100, 600)
def update(self, imgMain, currentHead):
#游戲結束，打印文本
if self.gameOver:
cvzone.putTextRect(imgMain, "Game Over", [300, 400],
scale=7, thickness=5, offset=20)
cvzone.putTextRect(imgMain, f'Your Score: {self.score}', [300, 550],
scale=7, thickness=5, offset=20)
else:
px, py = self.previousHead
cx, cy = currentHead
self.points.append([cx, cy])
distance = math.hypot(cx - px, cy - py)
self.lengths.append(distance)
self.currentLength += distance
self.previousHead = cx, cy
#長度縮小
if self.currentLength > self.allowedLength:
for i, length in enumerate(self.lengths):
self.currentLength -= length
self.lengths.pop(i)
self.points.pop(i)
if self.currentLength < self.allowedLength:
break
#檢查貪吃蛇是否已經觸碰到食物
rx, ry = self.foodPoint
if rx - self.wFood // 2 < cx < rx + self.wFood // 2 and \
ry - self.hFood // 2 < cy < ry + self.hFood // 2:
self.randomFoodLocation()
self.allowedLength += 50
self.score += 1
print(self.score)
#使用線條繪制貪吃蛇
if self.points:
for i, point in enumerate(self.points):
if i != 0:
cv2.line(imgMain, self.points[i - 1], self.points[i], (0, 0, 255), 20)
cv2.circle(imgMain, self.points[-1], 20, (0, 255, 0), cv2.FILLED)
#顯示食物
imgMain = cvzone.overlayPNG(imgMain, self.imgFood,
(rx - self.wFood // 2, ry - self.hFood // 2))
cvzone.putTextRect(imgMain, f'Score: {self.score}', [50, 80],
scale=3, thickness=3, offset=10)
#檢測是否碰撞
pts = np.array(self.points[:-2], np.int32)
pts = pts.reshape((-1, 1, 2))
cv2.polylines(imgMain, [pts], False, (0, 255, 0), 3)
minDist = cv2.pointPolygonTest(pts, (cx, cy), True)
if -1 <= minDist <= 1:
print("Hit")
self.gameOver = True
self.points = [] #蛇身上所有的點
self.lengths = [] #不同點之間的距離
self.currentLength = 0 #當前蛇的長度
self.allowedLength = 50 #最大允許長度
self.previousHead = 0, 0 #先前的蛇的頭部
self.randomFoodLocation()
return imgMain
game = SnakeGameClass("Donut.png")
while True:
success, img = cap.read()
img = cv2.flip(img, 1) #鏡像翻轉
hands, img = detector.findHands(img, flipType=False)
#檢測到第一個手，并標記手部位置
if hands:
lmList = hands[0]['lmList']
pointIndex = lmList[8][0:2] #第八個坐標點的 x, y值，其中 z 值不被包括在里面
#cv2.circle(img, pointIndex, 20, (200, 0, 200), cv2.FILLED) #在關鍵點處繪制一個圓點并進行填充（此處只是示范，后面會更改）
img = game.update(img, pointIndex)
cv2.imshow("Image", img)
key = cv2.waitKey(1)
#按下‘r'重新開始游戲
if key == ord('r'):
game.gameOver = False至于需要使用到的甜甜圈的圖案，可以網上找一個合適的大小的圖案進行替代即可。
到此這篇關于Python利用手勢識別實現貪吃蛇游戲的文章就介紹到這了,更多相關Python貪吃蛇游戲內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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