Python如何利用手勢(shì)識(shí)別實(shí)現(xiàn)貪吃蛇游戲
本文講解"Python怎么利用手勢(shì)識(shí)別實(shí)現(xiàn)貪吃蛇游戲"，希望能夠解決相關(guān)問題。
1、游戲的操作方式貪吃蛇游戲人盡皆知，計(jì)算機(jī)視覺鮮為人知，計(jì)算機(jī)視覺+貪吃蛇游戲會(huì)帶給人們更多的參與感以及新鮮度，本次這個(gè)項(xiàng)目就是主要使用手勢(shì)識(shí)別來完成貪吃蛇這個(gè)簡(jiǎn)單的游戲。在這個(gè)游戲中，電腦通過攝像頭捕捉到我們的手勢(shì)并判別是否進(jìn)行移動(dòng)，玩家移動(dòng)手去操縱貪吃蛇得到屏幕中隨機(jī)出現(xiàn)的食物，每得到一個(gè)食物，就會(huì)算作一分，Score 就會(huì)加1并顯示在畫面中，當(dāng)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(huì)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(xiàng)(1) 圖像的左右問題
由于我們是使用手勢(shì)來進(jìn)行控制蛇的移動(dòng)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(shí)剛好是相反的，因此我們要將攝像頭讀取到的畫面進(jìn)行一個(gè)左右的翻轉(zhuǎn)。原理上說就是將左右的像素點(diǎn)位置進(jìn)行一個(gè)調(diào)換，但在 Python 中可以使用一個(gè) cv2.flip( ) 函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)鏡像翻轉(zhuǎn)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(jìn)行游戲，因此畫面過小會(huì)導(dǎo)致游戲空間不足，在最開始可以對(duì)畫面的大小進(jìn)行一個(gè)預(yù)處理，設(shè)定一個(gè)較為合理的大小，最后得到的畫面玩游戲時(shí)才不會(huì)顯得局促。通過函數(shù) cap.set(3, m) cap.set(4, n) 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)畫面的寬和高的設(shè)定。
本項(xiàng)目中還會(huì)存在一些其他的注意事項(xiàng)，比如判斷碰撞，判斷獲得食物等，我會(huì)在后面的項(xiàng)目過程中再加以介紹。
三、游戲的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)
1、選擇第三方庫(kù)一些使用到的第三方庫(kù)：
import math import random import cvzone import cv2 import numpy as np from cvzone.HandTrackingModule import HandDetector
在本次項(xiàng)目中，我們主要使用到以上的幾個(gè)庫(kù)，其中使用 random 庫(kù)來隨機(jī)選擇像素點(diǎn)來放置食物甜甜圈，使用 cvzone 中的手部識(shí)別來進(jìn)行玩家手勢(shì)的檢測(cè)，使用 cv2 來進(jìn)行一些基礎(chǔ)的圖像操作，其他的一些庫(kù)也各有用處，后面一一介紹。
2、找到關(guān)鍵點(diǎn)并標(biāo)記在本次游戲中我們是選擇了一只手作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，所以當(dāng)我們檢測(cè)到畫面中出現(xiàn)手部時(shí)需要對(duì)其中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，而這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)恰好是我們的貪吃蛇的頭部，由于我們是調(diào)用的第三方庫(kù)，而該庫(kù)可以對(duì)手部進(jìn)行3D的標(biāo)記，但我們只需要 x,y 兩個(gè)坐標(biāo)值就可以了，主要使用以下函數(shù)進(jìn)行手部關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的標(biāo)記：
#檢測(cè)到第一個(gè)手，并標(biāo)記手部位置 if hands: lmList = hands[0]['lmList'] pointIndex = lmList[8][0:2] #第八個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)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(guān)鍵點(diǎn)處繪制一個(gè)圓點(diǎn)并進(jìn)行填充（此處只是示范，后面會(huì)更改）3、創(chuàng)建一個(gè)類來保存關(guān)于游戲的所有功能
我們需要實(shí)現(xiàn)的游戲是很多功能結(jié)合起來完成的，如果想要使用函數(shù)來實(shí)現(xiàn)這些功能，那么將會(huì)非常麻煩，當(dāng)我們使用 class 來完成時(shí)，由于很多東西都保存在同一個(gè)類中，將會(huì)降低難度。在這個(gè) class 中我們將會(huì)創(chuàng)建很多重要的列表來存儲(chǔ)我們用得到的一些關(guān)鍵點(diǎn)，比如貪吃蛇的身上的所有的點(diǎn)、貪吃蛇的長(zhǎng)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(diǎn) self.lengths = [] #點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離 self.currentLength = 0 #當(dāng)下蛇的長(zhǎng)度 self.allowedLength = 50 #最大允許長(zhǎng)度（閾值） self.previousHead = 0, 0 #手部關(guān)鍵點(diǎn)之后的第一個(gè)點(diǎn) 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(shù)進(jìn)行不斷更新
隨著我們的手部的移動(dòng)，貪吃蛇的長(zhǎng)度以及位置都會(huì)發(fā)生變化，所以我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)函數(shù)來不斷進(jìn)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(jié)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(zhǎng)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(jīng)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(cè)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(diǎn)
self.lengths = [] #不同點(diǎn)之間的距離
self.currentLength = 0 #當(dāng)前蛇的長(zhǎng)度
self.allowedLength = 50 #最大允許長(zhǎng)度
self.previousHead = 0, 0 #先前的蛇的頭部
self.randomFoodLocation()
return imgMain在這個(gè)更新的函數(shù)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(zhǎng)度并累積得分）、當(dāng)前長(zhǎng)度是否超過所允許的最大長(zhǎng)度（當(dāng)前長(zhǎng)度小于最大長(zhǎng)度就不必要進(jìn)行更改了，但如果當(dāng)前長(zhǎng)度大于最大長(zhǎng)度，則需要進(jìn)行縮短）、貪吃蛇是否發(fā)生碰撞（通過關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)當(dāng)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(fù)現(xiàn)出來的，大家感興趣可以嘗試一下，當(dāng)然按照慣例整體代碼會(huì)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(shè)置畫面的尺寸大小，過小的話導(dǎo)致貪吃蛇活動(dòng)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(diǎn)
self.lengths = [] #每一個(gè)點(diǎn)之間的距離
self.currentLength = 0 #當(dāng)下蛇的長(zhǎng)度
self.allowedLength = 50 #最大允許長(zhǎng)度（閾值）
self.previousHead = 0, 0 #手部關(guān)鍵點(diǎn)之后的第一個(gè)點(diǎn)
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(jié)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(zhǎng)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(jīng)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(cè)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(diǎn)
self.lengths = [] #不同點(diǎn)之間的距離
self.currentLength = 0 #當(dāng)前蛇的長(zhǎng)度
self.allowedLength = 50 #最大允許長(zhǎng)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(zhuǎn)
hands, img = detector.findHands(img, flipType=False)
#檢測(cè)到第一個(gè)手，并標(biāo)記手部位置
if hands:
lmList = hands[0]['lmList']
pointIndex = lmList[8][0:2] #第八個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)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(guān)鍵點(diǎn)處繪制一個(gè)圓點(diǎn)并進(jìn)行填充（此處只是示范，后面會(huì)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(wǎng)上找一個(gè)合適的大小的圖案進(jìn)行替代即可。
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