详解如何利用Python绘制迷宫小游戏

目录

• 构思
• 绘制迷宫
• 走出迷宫
• 完整代码
• 更大的挑战
• 关于坐标系设置

周末在家，儿子闹着要玩游戏，让玩吧，不利于健康，不让玩吧，扛不住他折腾，于是想，不如一起搞个小游戏玩玩！

之前给他编过猜数字 和 掷骰子 游戏，现在已经没有吸引力了，就对他说：“我们来玩个迷宫游戏吧。”

果不其然，有了兴趣，于是和他一起设计实现起来，现在一起看看我们是怎么做的吧，说不定也能成为一个陪娃神器~

先一睹为快：

构思

迷宫游戏，相对比较简单，设置好地图，然后用递归算法来寻找出口，并将过程显示出来，增强趣味性。

不如想到需要让孩子一起参与，选择了绘图程序 Turtle作为实现工具。

这样就可以先在纸上绘制一个迷宫，然后编写成代码，让 Turtle 去绘制，因为孩子用笔画过，所以在实现代码时，他可以充分参与，不仅是为了得到最终的游戏，而且更是享受制作过程，开发编程思维，说不定省了一笔不小的少儿编程费用哈哈哈~

首先和孩子一起制作迷宫，在纸上画出 5 X 5 的小格子，然后，让他在格子中画一条通路，像这样：

绘制迷宫

然后，将这幅图转化为一个迷宫矩阵，用 1 表示墙，用 空格 表示通路，需要注意的是网格每条边线都是墙，连通部分的墙需要打通，成为路。

这时可以和他一起来实现，比如让他用自己的积木等摆设一个迷宫，而我们来做数字化转化，最后转化成的结果是：

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，可以将路径表示出来 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

做完了迷宫数字化，就需要将迷宫在电脑上表示出来了。

绘制迷宫

之所以选择 Turtle，就是因为它会像用笔做图画一样，可以让孩子充分参与。

找出一张纸，用刚才整理的迷宫数字化结果作为指导绘图，遇到 1 就画一个小方格，遇到 空格 就跳过，可以和孩子一起画，主要是让他体会过程中的规律。

好了，趁他绘制的时候，我们来实现绘制代码吧。

首先需要知道 Turtle 的一些特点：

• Turtle 的初始坐标在屏幕中心，可以将屏幕分成平面坐标系的四个象限
• Turtle 画笔默认的移动最小单位是一个像素，因此需要做坐标点的初始化
• Turtle 画笔移动都是相对于笔尖的朝向的，因此需要特别注意笔尖朝向

实现的方式和孩子用笔画是一样的，从第一个格子画起：

效果

下面看看代码：

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()

1. drawCenteredBox 是 迷宫类 Maze 的成员方法，self 指的就是迷宫类本身，可以暂时将其理解为全局变量
2. self.t 是一个 Turtle 模块实例，可以理解成画笔
3. up 方法表示抬起笔尖
4. goto 方法的作用是移动到指定的位置，这里需要移动到指定位置的左下角，所以各自减去了 0.5（这里做了坐标值转化，后面会有说明）
5. color 表示设置颜色，两个参数分别是笔的颜色和填充颜色
6. setheading 表示让笔尖朝上，即将笔尖朝向 90 度
7. down 表示落下笔尖，意思是随后的移动相当于绘制
8. begin_fill 表示准备填充，也就是它会把从调用起到调用 end_fill 为止所绘制的区域做填充
9. 然后是循环四次，用来绘制方格，循环内，每次向前（笔尖朝向）绘制一个单位，向右转 90 度，这样就绘制好了一个方格
10. end_fill 即为填充当前绘制的方格
11. update 表示更新一下绘图区域

看看这个过程，是不是和孩子手工绘制一模一样！

现在遍历整个迷宫矩阵，不断调用 drawCenteredBox 就可以绘制出迷宫了：

效果

代码如下：

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 表示迷宫矩阵的行和列

tan 为沙漠迷彩色的颜色名称

走出迷宫

迷宫绘制好了，如何走出出呢？

可以先问问孩子，让他想想办法。

实现思路也很简单，就是超一个方向走，如果是墙，就换一个方向，如果不是墙，就继续走下去，如此往复……

但是，这里可以和孩子做个预演，比如迷宫很大的时候，记不住走过哪些路怎么办？

探索了一条路，走不通，返回后，不记得走过哪些路，这是非常危险的事情，如果有种方法可以记住走过的路，就好了。

这里我给儿子讲了一下忒修斯大战牛头怪[3]的古希腊神话传说，启发他想出好的方法。

如何用代码实现呢，只要在迷宫矩阵种，标记一下走过的路就可以了：

PART_OF_PATH = 0
OBSTACLE = 1
TRIED = 3
DEAD_END = 4
 
def search(maze, startRow, startColumn):  # 从指定的点开始搜索
    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

因为使用了递归方式，所以代码比较简短，我们来看看：

1. PART_OF_PATH、OBSTACLE、TRIED、DEAD_END 是四个全局变量，分别表示迷宫矩阵中的通路，墙，探索过的路和死路
2. search 方法用于探索迷宫，接受一个迷宫对象，和起始位置
3. 然后看看指定的位置是否为墙、或者是走过的，以及是否是出口
4. 然后继续探索，讲指定的位置标记为已走过
5. 接下来朝四个方向探索，分别是像西、向东、向南、向北
6. 每个方向的探索都是递归的调用 search 方法
7. 如果探索的结果是找到了出口，就将当前的位置标记为路线，否则标记为死路

这里还需要看看 updatePosition 方法的实现：

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 方法本身不复杂，首先对迷宫矩阵做标记，然后将笔尖移动到指定的点，之后判断标记的值，在指定的点上画点
• 移动的方法是 moveTurtle，首先抬起笔尖，然后将笔尖转向将要移动过去的点
• Turtle 的 towards 方法会计算一个笔尖当前点到指定点之间的一个夹角，作用是让笔尖转向要移动过去的点，其中 xTranslate 和 yTranslate 是在坐标系中像素点的偏移量（后面会有说明）
• Turtle 的 dot 方法作用是绘制一个点

看一下效果：

走出迷宫

完整代码

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
@author: 闲欢
"""
import pygame, random, sys, time

pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode([600, 400])
screen.fill((255, 255, 255))
# 圆的半径
radius = [0] * 10
# 圆的半径增量
circleDelt = [0] * 10
# 圆是否存在,False代表该索引值下的圆不存在，True代表存在
circleExists = [False] * 10
# 圆的坐标x轴
circleX = [0] * 10
# 圆的坐标y轴
circleY = [0] * 10
# 颜色RGB值
RGBx = [0] * 10
RGBy = [0] * 10
RGBz = [0] * 10

while True:
    # 停顿0.1秒
    time.sleep(0.1)
    for event in pygame.event.get():
        # 鼠标按下
        if event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
            # 获取圆不存在的索引值
            num = circleExists.index(False)
            # 将该索引值的圆设置为存在
            circleExists[num] = True
            # 圆的半径设置为0
            radius[num] = 0
            # 获取鼠标坐标
            circleX[num], circleY[num] = pygame.mouse.get_pos()
            # 随机获取颜色值
            RGBx[num] = random.randint(0, 255)
            RGBy[num] = random.randint(0, 255)
            RGBz[num] = random.randint(0, 255)
            # 画圆
            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):
        # 圆不存在则跳过循环
        if not circleExists[i]:
            pass
        else:
            # 随机圆的大小
            if radius[i] < random.randint(10, 50):
                # 圆的随机半径增量
                circleDelt[i] = random.randint(0, 5)
                radius[i] += circleDelt[i]
                # 画圆
                pygame.draw.circle(screen, pygame.Color(RGBx[i], RGBy[i], RGBz[i]),
                                   (circleX[i], circleY[i]), radius[i], 1)
            else:
                # 若圆已达到最大，这将该索引值的圆设置为不存在
                circleExists[i] = False
    pygame.display.update()

更大的挑战

当孩子看到自己做的迷宫，被小乌龟走出来时，别提有多开心了。

不过，没多久，他就想要更复杂的迷宫，有多条分支的迷宫。

显然有手工的方式有点困难，而且无趣。需要让程序自动生成迷宫。

分析代码之后，将其中的迷宫类移植过来，生成的结果之间导入到笔者写的迷宫类中，将迷宫规模设置为 100 X 100，震撼了：

巨型迷宫

看着小乌龟在巨大的迷宫中蹒跚，还有种莫名的悲伤~

有了有了迷宫生成工具，就很多好玩的了：

如何让乌龟更快的找到出路

如何让乌龟随机出现在迷宫中

如何动态设置迷宫的出入口

……

对这些问题，我们一一做了实现，孩子在整个过程中，积极参与，时不时因为好的想法而手舞足蹈，不亦乐乎……

关于坐标系设置

前面留了几个坑，是关于 Turtle 坐标系的，这里统一做下说明。

第一个问题，坐标单位

默认情况下，Turtle 的坐标单位是一个像素，如果要放大显示的华，需要计算出来我们使用的单元相当于多少个像素，然后每次计算坐标时都得考虑到这个值，当现实区域发生变化时还得调整这个数值，非常麻烦，而且容易出错。

所以 Turtle 提供了一个设置我们自己坐标单位的方法 setworldcoordinates，它接受四个参数，分别是坐标系中，左下角的点 x坐标，y坐标，和 右上角的 x坐标、y坐标。

如果将左下角设置为 (-5, -5)，右上角设置为 (5, 5)，那么 Turtle 就会将坐标原点设置在屏幕中心，并将屏幕分割成 10 X 10 的方块，每个块的边长，相当于一个坐标单位，也就是说，当我们说将笔尖移动到 (3, 4) 这个坐标点时，Turtle 就会从屏幕中心向右移动三个单位，再向上移动4个单位。

这样就非常方便了，无论屏幕大小如何，像素大小如何，Turtle 都会按照我们的指令，做出正确的响应。

另一个问题是 两个偏移量 xTranslate 和 yTranslate

分别是这样计算得到的:

self.xTranslate = -columnsInMaze/2
self.yTranslate = rowsInMaze/2

存在的意义就是从行和列值中，转化为 Turtle 坐标系的值，比如行列表示法中，(0, 0) 点，在我们变换后的 10 X 10 的坐标系中，对应的坐标点是 (-5, 5)。

因为我们查找数据时用行列表示法比较方便，但在坐标系中，以原点为基准表示比较方便。

以上就是详解如何利用Python绘制迷宫小游戏的详细内容，更多关于Python迷宫游戏的资料请关注脚本之家其它相关文章！