Python怎麼利用手勢辨識實現貪吃蛇遊戲

專案介紹

1、遊戲的操作方式

貪吃蛇遊戲人盡皆知，電腦視覺鮮為人知，電腦視覺貪吃蛇遊戲會帶給人們更多的參與感以及新鮮度，這次這個項目就是主要使用手勢辨識來完成貪吃蛇這個簡單的遊戲。在這個遊戲中，電腦透過攝影機捕捉到我們的手勢並判別是否進行移動，玩家移動手去操縱貪吃蛇得到螢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並顯示在畫面中，當玩家在操作的過程中不小心使得蛇的頭部和身體相撞，那麼就會顯示GameOver! 按下‘r’ 鍵可以重新開始遊戲。

2、開發的過程中的注意事項

(1) 圖像的左右問題

由於我們是使用手勢來進行控制蛇的移動的，但攝影機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​​影機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) 相機的畫面尺寸問題
通

過攝影機得到的影像我們需要在上面進行遊戲，因此畫面過小會導致遊戲空間不足，在最開始可以將畫面的大小進行一個預處理，設定一個較為合理的大小，最後得到的畫面玩遊戲時才不會顯得局促。透過函數 cap.set(3, m) cap.set(4, n) 可以實現對畫面的寬和高的設定。

本專案中還會存在一些其他的注意事項，例如判斷碰撞，判斷獲得食物等，我會在後面的專案過程中再加以介紹。

三、遊戲的實作要點

1、選擇第三方函式庫

一些使用到的第三方函式庫：

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

在本次專案中，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，後面一一介紹。

2、找到關鍵點並標記

在本次遊戲中我們是選擇了一隻手作為目標節點，所以當我們偵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，由於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點的標記：

#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、創建一個類別來保存關於遊戲的所有功能

我們需要實現的遊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，那麼將會非常麻煩，當我們使用class 來完成時，由於很多東西都保存在同一個類別中，將會降低難度。在這個class 中我們將會創建很多重要的清單來儲存我們用得到的一些關鍵點，例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 = []  #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生變化，所以我們需要創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建的大類裡面完成的）：

    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&#39;Score: {self.score}&#39;, [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

在這個更新的函數中，我們需要判斷很多東西，例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並累積得分）、當前長度是否超過所允許的最大長度（當前長度小於最大長度就不必要進行更改了，但如果當前長度大於最大長度，則需要進行縮短）、貪吃蛇是否發生碰撞（透過關鍵節點之間的距離判斷貪吃蛇是否發生了碰撞，如果發生了碰撞，則進入gameover 模組，如果沒有，繼續遊戲）等，都解釋在上面的代碼中了。

主要是透過上面定義的 class 我們就能實現目前的貪吃蛇遊戲了。

四、總體代碼

本次小遊戲我是在b站看到教程並一步步復現出來的，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&#39;Score: {self.score}&#39;, [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

至於需要使用到的甜甜圈的圖案，可以在網路上找一個合適的大小的圖案來替代即可。

以上是Python怎麼利用手勢辨識實現貪吃蛇遊戲的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！