软件工程课程第二次个人作业

软件工程课程第二次个人作业:Pygame 网格解谜游戏《一箭又一箭》开发记录

这个作业属于哪个课程	https://edu.cnblogs.com/campus/fzu/202601SofwareEngineering
这个作业要求在哪里	https://edu.cnblogs.com/campus/fzu/202601SofwareEngineering/homework/16717
这个作业的目标	合理使用AIGC完成“一箭又一箭”python小游戏
学号	0724080101
GitHub 仓库	https://github.com/baiyi060404/arrow-game/tree/main

一、项目展示

本项目的最终成果是一个可运行的 Pygame 网格解谜游戏，主要展示内容包括主界面、第一关、第三关和无尽模式。

演示 GIF

主界面

第一关游戏界面

第三关游戏界面

无尽模式

胜利界面

失败界面

二、项目介绍

2.1 游戏规则

游戏名称为《一箭又一箭》，英文项目名为 arrow-game。棋盘上分布着不同方向、不同长度的箭头：

• 单格箭头占用一个格子
• 长箭头由头部和多段身体组成
• 第二、三关中的长箭头可以弯折

点击箭头后：

1. 箭头头部先向前移动一格
2. 身体每一段依次跟随前一段上一帧的位置
3. 移动过程类似“蛇的跟随”
4. 前方没有阻挡时，箭头继续向前移动
5. 前方存在其他箭头时，箭头停止移动并扣除一次失误次数

2.2 界面设计

• 主菜单：开始游戏、设置、离开游戏
• 选关界面：第 1 关、第 2 关、第 3 关、无尽模式
• 设置界面：窗口模式 / 全屏模式切换
• 游戏界面：HUD 显示关卡、剩余箭头、得分、时间、爱心
• 结算界面：显示最终得分和星级评价

2.3 主要功能与特色

• 支持普通关卡和无尽模式
• 支持长箭头、弯折箭头
• 支持蛇形逐步移动动画
• 支持碰撞检测与失误反馈
• 支持得分、计时和星级评价
• 支持成功滑出与碰撞音效
• 使用缓存优化第二、三关加载速度

三、实现思路

3.1 箭头和方向的表示

项目使用数字编码表示方向：

DIRECTIONS = {
    1: (-1, 0),  # 上
    2: (1, 0),   # 下
    3: (0, -1),  # 左
    4: (0, 1),   # 右
}

第一关的普通箭头直接存放在 level_data 二维数组中：

0：空格
1：上
2：下
3：左
4：右

第二、三关使用可弯折的蛇形箭头，每个箭头保存为有序坐标列表：

{
    "cells": [头部, 身体段1, 身体段2, ..., 尾巴],
    "direction": 当前头部移动方向,
}

其中 cells[0] 永远是头部，后面依次是身体段，最后是尾巴。

3.2 关卡表示

普通关卡配置集中在 LEVELS 字典中：

LEVELS = {
    1: {"size": 9,  "cell_size": 40, "total_arrows": 20},
    2: {"size": 11, "cell_size": 36, "total_arrows": 24},
    3: {"size": 13, "cell_size": 32, "total_arrows": 34},
}

第一关只生成单格箭头；第二、三关使用蛇形箭头列表 self.arrows，同时维护 snake_grid 记录每个格子的占用箭头编号，用于碰撞判断。

3.3 路径检测方法

第一关使用 can_arrow_fly_out(row, col, direction) 进行直线路径检测：

1. 从箭头头部开始
2. 沿箭头方向逐格检查
3. 遇到非空格子说明前方被阻挡
4. 一直检查到棋盘外仍无阻挡，说明可以飞出

核心逻辑如下：

def can_arrow_fly_out(self, row, col, direction):
    dr, dc = self.DIRECTIONS[direction]
    check_row = row + dr
    check_col = col + dc

    while 0 <= check_row < self.BOARD_SIZE and 0 <= check_col < self.BOARD_SIZE:
        if self.level_data[check_row][check_col] != 0:
            return False
        check_row += dr
        check_col += dc

    return True

对于蛇形箭头，移动时还需要判断“下一格是否可以走”：

def can_snake_arrow_step(self, arrow_index):
    ...
    if 下一格越界:
        return "fly_out"
    if 下一格存在其他箭头:
        return "blocked"
    return "move"

蛇形箭头的完整飞出判断使用 can_snake_arrow_fly_out，它调用只读函数 is_snake_arrow_path_clear，从 cells[0] 头部开始沿方向逐格扫描，直到棋盘外：

• 途中发现 snake_grid 非 0，返回 False
• 一路畅通到边界外，返回 True

点击蛇形箭头时，先判断整条前方路径是否可飞出；如果被阻挡则立即触发碰撞反馈，不创建移动动画。

四、AIGC 使用过程

本次开发中主要使用了 Codex、ChatGPT 等 AIGC 工具。以下记录三次有代表性的协作过程。

子任务	借助何种 AIGC 技术	AI 实现或提供了什么	效果如何	人工修改
路径检测	ChatGPT / Codex	生成四个方向的检测代码	向上判断时出现越界	修改边界条件后正常
关卡设计	ChatGPT / Codex	生成第二、三关可弯折箭头和可通关检测	存在相互阻挡导致无解	增加可通关检测，并调整生成策略
蛇形移动与渲染	ChatGPT / Codex	生成头部移动、身体跟随、折线绘制代码	身体段顺序和坐标映射出错	修正 cells 顺序，修正像素坐标映射

4.1 路径检测协作

我向 AI 提出：

“实现路径检测函数，输入箭头坐标和方向，判断从箭头位置到棋盘边界之间是否存在其他箭头，四个方向都要处理。”

AI 生成了基本检测逻辑，但最初在向上方向判断时数组越界，导致边缘箭头报错。我检查后修改了边界条件，最终稳定运行。

4.2 关卡生成协作

我向 AI 提出：

“设计三个可通关关卡，第二、三关包含可弯折长箭头，并保证不存在无解关卡。”

AI 最初生成了随机布局，但实际测试发现存在多个箭头相互阻挡、无法全部消除的情况。我让 AI 增加 has_snake_solution 检测函数，并在生成时验证是否存在可消除顺序。同时人工调整第三关箭头数量和弯折比例，最终保证关卡可通关。

4.3 蛇形移动与渲染协作

我向 AI 提出：

“箭头头部先移动一格，身体每一段跟随前一段上一帧的位置，渲染时按照顺序连接成连续折线。”

AI 生成了移动和渲染代码，但出现两个问题：

1. 身体段坐标顺序不正确，导致渲染图形扭曲。
2. 像素坐标 x 对应列、y 对应行，AI 写反了偏移。

我修改了 cells 顺序和 body_start 坐标映射，最终实现连续弯折箭头效果。

五、测试结果

测试环境：

• Windows
• Python 3.11
• Pygame 2.6.x

主要测试结果如下：

编号	测试内容	预期结果	实际结果	是否通过
T01	点击前方无阻挡的箭头	箭头飞出棋盘并消失	箭头逐步飞出并清除	通过
T02	点击前方有阻挡的箭头	箭头不消失，失误次数减 1	箭头原位红色晃动，爱心减 1	通过
T03	点击位于边缘且朝向棋盘外的箭头	箭头正常消失，不发生越界错误	正常飞出，无越界	通过
T04	消除本关全部箭头	显示通关并进入下一关	显示通关，普通关卡可进入下一关	通过
T05	失误次数耗尽	显示失败并允许重新开始	显示失败，可重新开始	通过
T06	游戏进行中重新开始	箭头布局和失误次数恢复	布局重新生成，爱心恢复 3 个	通过

自动化测试命令：

python -m unittest test_path_detection.py -v

测试结果：全部通过。

六、PSP 表格

任务	预估耗时（小时）	实际耗时（小时）	差异（小时）
需求分析与游戏设计	3	4	+1
Python 与图形库学习	4	5	+1
游戏界面实现	1	3	+2
路径与碰撞逻辑实现	5	8	+3
关卡设计	4	6	+2
AIGC 辅助开发	3	4	+1
测试与修改	4	6	+2
README 与博客撰写	2	3	+1
合计	26	39	+13

七、心得体会

7.1 AI 带来的帮助

• 快速生成基础代码和框架
• 快速补全路径检测、动画等重复性逻辑
• 帮助分析越界、坐标映射等隐蔽问题

7.2 使用 AI 时出现的问题

• AI 生成的代码并不总是符合游戏规则
• 关卡随机生成容易出现无解布局
• 蛇形移动和渲染容易出现坐标顺序错误
• 直接使用 AI 代码会导致功能看似可用，但实际存在边界问题

7.3 个人收获

这次开发让我更清楚地理解了：

• 网格坐标和像素坐标之间的转换
• 蛇形移动时“先备份旧坐标，再更新新坐标”的重要性
• 关卡不能只随机生成，还需要验证是否存在可通关顺序
• AIGC 是很好的加速工具，但必须结合测试和人工验证

最终项目实现了普通关卡、无尽模式、得分、计时、星级评价和音效反馈，并完成了较完整的自动化测试。