Python怎么利用手势识别实现贪吃蛇游戏

蜗牛 互联网技术资讯 2022-05-05 40 1

这篇文章主要介绍“Python怎么利用手势识别实现贪吃蛇游戏”的相关知识,小编通过实际案例向大家展示操作过程,操作方法简单快捷,实用性强,希望这篇“Python怎么利用手势识别实现贪吃蛇游戏”文章能帮助大家解决问题。

    项目介绍

    1、游戏的操作方式

    贪吃蛇游戏人尽皆知,计算机视觉鲜为人知,计算机视觉+贪吃蛇游戏会带给人们更多的参与感以及新鲜度,本次这个项目就是主要使用手势识别来完成贪吃蛇这个简单的游戏。在这个游戏中,电脑通过摄像头捕捉到我们的手势并判别是否进行移动,玩家移动手去操纵贪吃蛇得到屏幕中随机出现的食物,每得到一个食物,就会算作一分,Score 就会加1并显示在画面中,当玩家在操作的过程中不小心使得蛇的头部和身体相撞,那么就会显示GameOver! 按下 ‘r’ 键可以重新开始游戏。

    Python怎么利用手势识别实现贪吃蛇游戏  python 第1张

    2、开发的过程中的注意事项

    (1) 图像的左右问题

    由于我们是使用手势来进行控制蛇的移动的,但摄像头的画面显示的是别人的视角,所以这和玩家的左右意识刚好是相反的,因此我们要将摄像头读取到的画面进行一个左右的翻转。原理上说就是将左右的像素点位置进行一个调换,但在 Python 中可以使用一个 cv2.flip( ) 函数就可以实现镜像翻转了。

    (2) 摄像头的画面尺寸问题

    过摄像头得到的图像我们需要在上面进行游戏,因此画面过小会导致游戏空间不足,在最开始可以对画面的大小进行一个预处理,设定一个较为合理的大小,最后得到的画面玩游戏时才不会显得局促。通过函数 cap.set(3, m) cap.set(4, n) 可以实现对画面的宽和高的设定。

    本项目中还会存在一些其他的注意事项,比如判断碰撞,判断获得食物等,我会在后面的项目过程中再加以介绍。

    三、游戏的实现要点

    1、选择第三方库

    一些使用到的第三方库:

    import math
    import random
    import cvzone
    import cv2
    import numpy as np
    from cvzone.HandTrackingModule import HandDetector

    在本次项目中,我们主要使用到以上的几个库,其中使用 random 库来随机选择像素点来放置食物甜甜圈,使用 cvzone 中的手部识别来进行玩家手势的检测,使用 cv2 来进行一些基础的图像操作,其他的一些库也各有用处,后面一一介绍。

    2、找到关键点并标记

    在本次游戏中我们是选择了一只手作为目标节点,所以当我们检测到画面中出现手部时需要对其中的关键点进行标记,而这个关键点恰好是我们的贪吃蛇的头部,由于我们是调用的第三方库,而该库可以对手部进行3D的标记,但我们只需要 x,y 两个坐标值就可以了,主要使用以下函数进行手部关键节点的标记:

    #检测到第一个手,并标记手部位置
        if hands:
            lmList = hands[0]['lmList']
            pointIndex = lmList[8][0:2] #第八个坐标点的 x, y值,其中 z 值不被包括在里面
            cv2.circle(img, pointIndex, 20, (200, 0, 200), cv2.FILLED) #在关键点处绘制一个圆点并进行填充(此处只是示范,后面会更改)

    3、创建一个类来保存关于游戏的所有功能

    我们需要实现的游戏是很多功能结合起来完成的,如果想要使用函数来实现这些功能,那么将会非常麻烦,当我们使用 class 来完成时,由于很多东西都保存在同一个类中,将会降低难度。在这个 class 中我们将会创建很多重要的列表来存储我们用得到的一些关键点,比如贪吃蛇的身上的所有的点、贪吃蛇的长度、蛇的总体距离、食物的放置、得分等:

    class SnakeGameClass:
        def __init__(self, pathFood):
            self.points = []  #贪吃蛇身上所有点
            self.lengths = []  #点与点之间的距离
            self.currentLength = 0  #当下蛇的长度
            self.allowedLength = 50  #最大允许长度(阈值)
            self.previousHead = 0, 0  #手部关键点之后的第一个点
     
            self.imgFood = cv2.imread(pathFood, cv2.IMREAD_UNCHANGED) #定义食物
            self.hFood, self.wFood, _ = self.imgFood.shape
            self.foodPoint = 0, 0
            self.randomFoodLocation()
     
            self.score = 0
            self.gameOver = False

    4、定义函数进行不断更新 

    随着我们的手部的移动,贪吃蛇的长度以及位置都会发生变化,所以我们需要创建一个函数来不断进行更新,满足变化的需求(该部分也是在前面创建的大类里面完成的):

        def update(self, imgMain, currentHead):
            #游戏结束,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
     
                #长度缩小
                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
     
                #检查贪吃蛇是否已经触碰到食物
                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)
     
                #使用线条绘制贪吃蛇
                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)
     
                #显示食物
                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)
     
                #检测是否碰撞
                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 = []  #蛇身上所有的点
                    self.lengths = []  #不同点之间的距离
                    self.currentLength = 0  #当前蛇的长度
                    self.allowedLength = 50  #最大允许长度
                    self.previousHead = 0, 0  #先前的蛇的头部
                    self.randomFoodLocation()
     
            return imgMain

    在这个更新的函数中,我们需要判断很多东西,比如贪吃蛇是否触碰到食物(如果触碰到食物我们就要增加蛇的长度并累积得分)、当前长度是否超过所允许的最大长度(当前长度小于最大长度就不必要进行更改了,但如果当前长度大于最大长度,则需要进行缩短)、贪吃蛇是否发生碰撞(通过关键节点之间的距离判断贪吃蛇是否发生了碰撞,如果发生了碰撞,则进入 gameover 模块,如果没有,继续游戏)等,都解释在上面的代码中了。

    主要是通过上面定义的 class 我们就能实现当前的贪吃蛇游戏了。

    四、总体代码

    本次小游戏我是在b站看到教程并一步步复现出来的,大家感兴趣可以尝试一下,当然按照惯例整体代码会贴在下面:

    """
    Author:XiaoMa
    CSDN Address:一马归一码
    """
    import math
    import random
    import cvzone
    import cv2
    import numpy as np
    from cvzone.HandTrackingModule import HandDetector
     
    cap = cv2.VideoCapture(0)
     
    #设置画面的尺寸大小,过小的话导致贪吃蛇活动不开
    cap.set(3, 1280)
    cap.set(4, 720)
     
    detector = HandDetector(detectionCon=0.8, maxHands=1)
     
     
    class SnakeGameClass:
        def __init__(self, pathFood):
            self.points = []  #贪吃蛇身上所有点
            self.lengths = []  #每一个点之间的距离
            self.currentLength = 0  #当下蛇的长度
            self.allowedLength = 50  #最大允许长度(阈值)
            self.previousHead = 0, 0  #手部关键点之后的第一个点
     
            self.imgFood = cv2.imread(pathFood, cv2.IMREAD_UNCHANGED) #定义食物
            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):
            #游戏结束,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
     
                #长度缩小
                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
     
                #检查贪吃蛇是否已经触碰到食物
                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)
     
                #使用线条绘制贪吃蛇
                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)
     
                #显示食物
                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)
     
                #检测是否碰撞
                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 = []  #蛇身上所有的点
                    self.lengths = []  #不同点之间的距离
                    self.currentLength = 0  #当前蛇的长度
                    self.allowedLength = 50  #最大允许长度
                    self.previousHead = 0, 0  #先前的蛇的头部
                    self.randomFoodLocation()
     
            return imgMain
     
     
    game = SnakeGameClass("Donut.png")
     
    while True:
        success, img = cap.read()
        img = cv2.flip(img, 1) #镜像翻转
        hands, img = detector.findHands(img, flipType=False)
        #检测到第一个手,并标记手部位置
        if hands:
            lmList = hands[0]['lmList']
            pointIndex = lmList[8][0:2] #第八个坐标点的 x, y值,其中 z 值不被包括在里面
            #cv2.circle(img, pointIndex, 20, (200, 0, 200), cv2.FILLED) #在关键点处绘制一个圆点并进行填充(此处只是示范,后面会更改)
            img = game.update(img, pointIndex)
     
        cv2.imshow("Image", img)
        key = cv2.waitKey(1)
        #按下‘r'重新开始游戏
        if key == ord('r'):
            game.gameOver = False

    至于需要使用到的甜甜圈的图案,可以网上找一个合适的大小的图案进行替代即可。

    Python怎么利用手势识别实现贪吃蛇游戏  python 第2张

    关于“Python怎么利用手势识别实现贪吃蛇游戏”的内容就介绍到这里了,感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识,可以关注蜗牛博客行业资讯频道,小编每天都会为大家更新不同的知识点。

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    2022-05-05 17:25:14

    额外凤飞飞