中山大学数据科学与计算机学院本科生实验报告

（2019年春季学期）

课程名称	PAOGD	任课老师	郑贵锋
年级	16	专业（方向）	软件工程（计算机应用方向）
学号	16340132	姓名	梁颖霖
电话	13680473185	Email	dic0k@qq.com
开始日期	2019/5/20	完成日期	2019/5/24

一、实验题目

HW4 利用OpenGL设计贪吃蛇游戏

二、实现内容

任务介绍

贪吃蛇游戏：玩家控制贪吃蛇在游戏区域里驰骋，避免碰到自己或障碍物，尽可能地吃更多的食物以生长！

游戏玩法：

WASD控制蛇的移动
游戏开始，每隔一定时间会在地图空闲位置刷新一个食物，蛇触碰到食物后食物消失，蛇会增加一个单位的长度
当蛇触碰到自己或者障碍物，则游戏失败
当蛇接触到地图边界，蛇会在地图另一端重新进入地图

开发环境

OpenGL3
GLFW
GLAD

要求：

完成贪吃蛇游戏的框架搭建（60%）
完成蛇以及食物的 3D 精灵加载和渲染，其中模型可以用简单的纯色几何模型实现如立方体、球体；或者网上下载合适的3D模型如Apple-Poly、Snake-Poly（20%）
实现蛇的控制（20%）
Bonus：蛇的碰撞检测与响应

参考资料

OpenGL游戏-框架设计
OpenGL游戏-精灵渲染
OpenGL游戏-碰撞检测
OpenGL模型创建
Google Poly-3D模型库

三、实验结果

1. 蛇的身体组成基类Block

这里主要是被Snake类所调用，本质是建立一个正方体，里面可以设置这个正方体的大小，颜色，并且最重要要定义draw函数，当snake的draw被调用的时候，实际上就是再调用block的draw。

这里这给出头文件的函数定义，其实现也比较简单

#ifndef BLOCK
#define BLOCK
#include <GL/glut.h>
#include "../sys.h"class Block {
public:Block(float pX, float pY, float pZ, float pSize = 1.0f);~Block();void setX(float pX);void setY(float pY);void setZ(float pZ);float getX();float getY();float getZ();void setColor(float pR, float pG, float pB); void draw();private:float x, y, z, size, r, g, b;
};#endif

其中的draw函数

//function to draw the block
void Block::draw() { glPushMatrix();glTranslatef(-x, y, z);if (r > 1 || g > 1 || b > 1) {glColor3ub(r, g, b);}else {glColor3f(r, g, b);}glCallList(cube);glPopMatrix();
}

2. 蛇的基类Snake

蛇所要做的操作，包括对位置的判断，是否更新，如何增加身体的长度。还需要一个draw函数，描绘蛇的形状。

class Snake { //contains the logic for the snake movement and collision
public:std::vector<Block*> blocks; //snake is just an array of blocksSnake(float startX, float startZ, int blockCount);~Snake();void draw();// 移动void move(Direction direction);// 添加蛇的身体长度void pushSnake();// 更新void update(Fruit* fruit, Stone* stones[]);// 碰撞检测，检查是否吃食物，或者碰到石头void collisionDetection(Fruit* fruit, Stone* stones[]);void addBlock();Direction getDirection();private:Direction currentDirection;bool isUpdated;int score;
};

先说draw函数，调用的是蛇的身体block的draw函数

void Snake::draw() { for (int i = 0; i <= blocks.size() - 1; i++) {Block* temp = blocks.at(i);temp->draw();}
}

蛇的移动，需要判断当前的方向，以及玩家操纵的方向。

判断完成后，改变蛇头的位置，并将蛇的身体附加到蛇头的后面

void Snake::move(Direction direction) { Block* snakeHead = blocks.at(0);if (direction == D_LEFT && currentDirection != D_RIGHT) {pushSnake();snakeHead->setX(snakeHead->getX() - 1.0f);currentDirection = direction;isUpdated = true;}else if (direction == D_RIGHT && currentDirection != D_LEFT) {pushSnake();snakeHead->setX(snakeHead->getX() + 1.0f);currentDirection = direction;isUpdated = true;}else if (direction == D_UP && currentDirection != D_DOWN) {pushSnake();snakeHead->setZ(snakeHead->getZ() + 1.0f);currentDirection = direction;isUpdated = true;}else if (direction == D_DOWN && currentDirection != D_UP) {pushSnake();snakeHead->setZ(snakeHead->getZ() - 1.0f);currentDirection = direction;isUpdated = true;}
};

完成上述函数就可以实现蛇的移动

下面要做的是碰撞检测，检测蛇头的位置是否为食物，或者建筑物。并且还要对蛇头是否到达边缘进行判断，实现穿越边界从另一边出来的功能需求。

void Snake::collisionDetection(Fruit* fruit, Stone* stones[]) {float x = blocks.at(0)->getX();float z = blocks.at(0)->getZ();// 检测食物if (fruit->getX() == x && fruit->getZ() == z) { score++;printf("Score = %i\n", score);bool repeat = false;// 避免食物生成是在蛇的身体上do { repeat = false;fruit->setX(rand() % 11 - 5);fruit->setZ(rand() % 11 - 5);for (int i = 0; i <= blocks.size() - 1;i++) {x = blocks.at(i)->getX();z = blocks.at(i)->getZ();if (fruit->getX() == x && fruit->getZ() == z)repeat = true;}} while (repeat);addBlock();}// 判断蛇头是否接触到边界Block* snakeHead = blocks.at(0);if (-6 >= x && currentDirection == D_LEFT) {pushSnake();snakeHead->setX(6.0f);currentDirection = D_LEFT;isUpdated = true;}else if (x >= 6 && currentDirection == D_RIGHT) {pushSnake();snakeHead->setX(-6.0f);currentDirection = D_RIGHT;isUpdated = true;}else if (z >= 6 && currentDirection == D_UP) {pushSnake();snakeHead->setZ(-6.0f);currentDirection = D_UP;isUpdated = true;}else if (z <= -6 && currentDirection == D_DOWN) {pushSnake();snakeHead->setZ(6.0f);currentDirection = D_DOWN;isUpdated = true;}// 检查蛇是否碰撞到了石头，如果是则结束游戏for (int i = 0; i < 1; i++) {if (stones[i]->getX() == x && stones[i]->getZ() == z) {printf("Stone collision. You loss!\n");// exit(0); glutHideWindow();}}// 检查蛇是否碰撞到了自己的身体，如果是则结束游戏for (int i = 1; i <= blocks.size() - 1; i++) { if (blocks.at(i)->getX() == blocks.at(0)->getX() && blocks.at(i)->getZ() == blocks.at(0)->getZ()) {printf("Body collision. You loss!\n"); glutHideWindow();blocks.at(i)->setColor(1, 0, 0); }}
};

3. 食物的基类Fruit与障碍物的基类Stone

这两个类也类似，其区别只是在于如何draw显示。我将石头显示成正方体，将食物显示成三棱锥。

class Stone {public:Stone(int pX, int pZ);~Stone();void draw();float getX();float getZ();void setX(float pX);void setZ(float pZ);float getAngle();
private:float x, z, angle;
};

Stone的draw函数

void Stone::draw() {angle += 2.0f;glPushMatrix();glTranslatef(-x, 0, z);glColor3f(0, 1, 1);glutSolidCube(0.9);
}

Fruit的draw函数

void Fruit::draw() {angle += 2.0f;glPushMatrix();glTranslatef(-x, 0, z);glRotatef(angle, 0, 1, 0);float gC = 0.5;glColor3f(128, 1, 1);glBegin(GL_TRIANGLES);glVertex3f(0 - gC, 0 - gC, 0 - gC);glVertex3f(1 - gC, 0 - gC, 0 - gC);glVertex3f(0.5 - gC, 0 - gC, 1 - gC);glTexCoord2f(0.5, 1);glVertex3f(0.5 - gC, 1 - gC, 0.5 - gC);glTexCoord2f(0, 0); glVertex3f(0 - gC, 0 - gC, 0 - gC);glTexCoord2f(1, 0); glVertex3f(1 - gC, 0 - gC, 0 - gC);glTexCoord2f(0.5, 1);glVertex3f(0.5 - gC, 1 - gC, 0.5 - gC);glTexCoord2f(1, 0); glVertex3f(0 - gC, 0 - gC, 0 - gC);glTexCoord2f(0, 0); glVertex3f(0.5 - gC, 0 - gC, 1 - gC);glTexCoord2f(0.5, 1);glVertex3f(0.5 - gC, 1 - gC, 0.5 - gC);glTexCoord2f(0, 0); glVertex3f(1 - gC, 0 - gC, 0 - gC);glTexCoord2f(1, 0); glVertex3f(0.5 - gC, 0 - gC, 1 - gC);glEnd();glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);glPopMatrix();
}

4.画图的基类Draw

该类用于画出贪吃蛇的运动区域，为一个11*11的矩形，并且画出边界的正方体线。

这里比较简单，只是循环布置正方体即可，就不放代码。

5. 主函数Main

键位回调函数

使用wsad来控制蛇的上下左右移动。

void keyEvents(unsigned char key, int x, int y) { switch (key) {case 27: exit(0);break;case 'a':snake->move(D_LEFT);break;case 'd':snake->move(D_RIGHT);break;case 'w':snake->move(D_UP);break;case 's':snake->move(D_DOWN);break;}
}

窗口大小改变

这里定义resize函数，当游戏窗口在改变大小的时候，保证游戏界面的横纵比保持一定，不会出现变形的情况，也可以用作全屏展示。

void resize(int w, int h) { //function called on resize of windowif (h == 0)h = 1;float ratio = w * 1.0f / h;glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();glViewport(0, 0, w, h);gluPerspective(50, ratio, 1, 200);glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}

绘制

首先要定义出食物，蛇，石头，然后分别调用这些基类的draw函数来画图

Fruit* fruit = new Fruit(1, 1);Snake* snake = new Snake(0, 0, 3);// 这里以后可以设置关卡，定义不同的石头位置
Stone* stone1 = new Stone(2, 2);
Stone* stones[1] = { stone1 };void draw() {snake->update(fruit, stones); //update snake positionglClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);glLoadIdentity();gluLookAt(0, yCamPos, -5, //eye0, 0, 0,  //centre0, 1, 0   //up);Draw d;d.drawGrid();snake->draw();fruit->draw();// build stonesstone1->draw();glutSwapBuffers();
}

主函数

定义窗口的大小，位置，标题等信息，绑定函数

int main(int argc, char **argv) {srand(time(NULL));glutInit(&argc, argv);glutInitWindowPosition(-1, -1);glutInitWindowSize(800, 600);glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DEPTH | GLUT_DOUBLE);glutCreateWindow("Snake Game");initGL();Draw d;d.buildDLs();glutDisplayFunc(draw);glutIdleFunc(draw);glutReshapeFunc(resize);glutKeyboardFunc(keyEvents);glutSpecialFunc(specialKeys);glutMouseFunc(mouseEvents);glutMainLoop();return 1;
}

实验截图

实验截图如下：

粉红色三棱锥为果实，蓝色正方体为障碍物。绿色正方体为蛇的头部。蛇在接触果实后会自动增长一个格子，碰到障碍物的时候，游戏结束，命令行显示游戏结束。

第二个截图演示的是，蛇在碰到自己身体后，游戏结束的情形。

四、实验感想

本周的贪吃蛇任务功能并不复杂，主要的难度在于如何使用opengl来绘制一个3d的蛇，以及食物。这里只是简单的使用正方体、三棱锥以及不同的颜色来代表不同的物品。关于碰撞检测方面，我是利用坐标来进行判断，获取蛇头的坐标与地图中食物、石头、身体的这些坐标进行比较，在每一次更新的时候进行检测。在更新动画方面，我也是以蛇头为主，身体跟随蛇头来进行绘制，绘制蛇的身体其实就是绘制多个正方体，只需要按顺序根据蛇头的坐标进行绘制即可。

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