软件工程个人作业2：一箭又一箭小游戏开发

软件工程个人作业2：一箭又一箭小游戏开发

一、作业基础信息

项目	内容
这个作业属于哪个课程	H202601软件工程与软件工程实践
这个作业要求在哪里	2026秋软件工程个人作业（第二次）
这个作业的目标	使用 Python 和 AIGC 完成“一箭又一箭”小游戏
学号	052405110
GitHub 仓库	a-small-game

二、项目展示

本次开发的“一箭又一箭”小游戏使用 Python + Pygame 实现，拥有完整的开始界面、游戏主界面、通关界面、失败界面，支持多关卡切换、失误判定、碰撞反馈、重新开始功能。
运行gif：

开始界面：

游戏对局界面：

通关界面：

失败碰撞界面：

三、项目介绍

1. 游戏规则

棋盘上分布着朝上（U）、下（D）、左（L）、右（R）四个方向的箭头。玩家点击一个箭头后，程序检测其前进方向上的路径：

• 若箭头与棋盘边界之间没有其他箭头，箭头飞出棋盘并被消除，播放点击音效；
• 若路径上存在其他箭头，箭头不能被消除，并通过晃动、变红和“前方有阻挡！”文字给出碰撞反馈，同时消耗 1 次失误机会，播放错误音效；
• 每关共有 3 次失误机会；清空本关全部箭头即通关并进入下一关；失误次数耗尽则本关失败，可重新开始。
• 路径判定采用网格单格箭头：只需判断同一行（左右箭头）或同一列（上下箭头）、箭头与边界之间是否还有其他箭头。

2. 界面与功能特色

• 完整三级界面：开始页 → 游戏页 → 通关/失败结果页；
• 实时显示：当前关卡、剩余箭头数、剩余失误次数（心形UI）、计时；
• 动态反馈：箭头飞出有透明渐变和位移动画，碰撞有抖动和变色反馈；
• 内置关卡：设计了 5 个满格可通关合法关卡，布局合理、无死锁；
• 多素材集成：主菜单和游戏内加入了背景图片，游戏全程配有背景音乐（BGM）和交互音效。

四、实现思路与核心原理

4.1 箭头和方向怎么表示

方向用四个字符常量 U D L R，每个方向对应一组「行增量、列增量」：

DIRECTIONS = {
    'U': (-1, 0),   # 上
    'D': (1, 0),    # 下
    'L': (0, -1),   # 左
    'R': (0, 1),    # 右
}

这里有个容易搞反的地方：屏幕坐标系里 y 轴是向下的，所以第 0 行在最上面，"向上" 是行号减一。我一开始把 U 写成 (1, 0)，结果所有上下箭头的路径检测都反了，直到实际试玩时才发现"明明朝上的箭头点了说被挡"。

棋盘用二维列表存储：board[r][c] 存放方向字符或 None（空格）。选二维列表而不是字典，是因为棋盘是稠密矩形网格，按坐标直接索引 O(1)。

4.2 路径检测（核心）

这是整个程序最关键的一段。做法是从箭头的下一个格子开始，沿它指的方向一格一格往外走：

def is_blocked(self, row, col):
    d = self.board[row][col]
    if d is None: return False
    dr, dc = DIRECTIONS[d]
    n = len(self.board)
    r, c = row + dr, col + dc
    while 0 <= r < n and 0 <= c < n:
        if self.board[r][c] is not None:
            return True  # 碰到箭头 -> 被挡住
        r += dr
        c += dc
    return False  # 走出棋盘了 -> 可以飞出

几个关键点：
从下一格开始，不检测箭头自身所在的格子；
只沿方向向量走（同行或同列），不会跨行误判；
遇到边界自动停止，0 <= r < n 兜底，不会数组越界；
返回纯布尔值，调用方根据结果决定是消除还是扣失误，逻辑和界面完全解耦。

4.3 关卡设计：如何保证满格且有解

为了增加游戏画面饱满度和挑战性，我设计了 5 个满格（每个格子都有箭头）的关卡。
设计思路采用了两种必定有解的策略：
整行/整列同向（第 1-4 关）：例如第一行全是 U，第二行全是 R。玩家只需按行或列的顺序依次点击，总能全部飞出。
螺旋矩阵（第 5 关）：从最外圈开始，按顺时针方向 R -> D -> L -> U 排列，一层层往里清，最后清空中心点。这种设计在逻辑上保证了绝对有解，不会出现死锁。

4.4 音效与背景图集成

为了提升游戏体验，我在 assets 文件夹中引入了背景图与音频。在 Pygame 中，音频和图片的加载需要容错处理，否则文件缺失会导致游戏直接崩溃：

def load_audio(filename):
    path = os.path.join(ASSETS_DIR, filename)
    if os.path.exists(path):
        try:
            return pygame.mixer.Sound(path)
        except pygame.error:
            print(f"无法加载音频: {path}")
    return None

游戏通过 pygame.mixer.music.play(-1) 实现背景音乐的循环播放。

五、AIGC 辅助开发过程（3次真实记录）

本作业使用 AIGC 工具（DeepSeek）辅助开发。以下是 3 次具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
环境搭建	DeepSeek	给出安装 pygame 的命令和 VS Code 配置指导	电脑存在多个 Python 版本，pip 安装到了 3.11 而 VS Code 使用的是 3.12，导致报错	使用绝对路径 "C:\...\python.exe" -m pip install pygame 重新安装，并切换 VS Code 解释器解决
字体与资源加载	DeepSeek	生成 SysFont 加载字体及图片音频加载代码	运行时报 TypeError: expected str, bytes or os.PathLike object, not int，且图片音频死活加载不出来	改用 pygame.font.Font('C:/Windows/Fonts/msyh.ttc', size) 绕过兼容性 bug；排查发现 Windows 隐藏了文件扩展名（变成 .png.jpg），手动重命名后正常
满格关卡设计	DeepSeek	生成满格关卡数组与死锁检测思路	初版生成的关卡存在同行/同列互堵死锁，且每个格子都必须填满，难度失衡	采用“整行/整列同向”与“螺旋矩阵”结构重新设计，人工推演验证确保 5 关绝对有解

记录 1：环境搭建与依赖冲突（Python 版本冲突）

• 提出的要求：如何在 Windows 上为 Python 项目正确安装 pygame 并在 VS Code 中运行？
• AI 完成的工作：给出了基础的 pip install pygame 命令，以及 VS Code 选择解释器的步骤。
• 实际效果与问题：电脑中存在 Python 3.11 和 3.12 两个版本。在 CMD 中执行 pip install 默认安装到了 3.11，但 VS Code 默认使用的是 3.12。导致 VS Code 运行时报 ModuleNotFoundError: No module named 'pygame'。
• 人工修改：通过绝对路径强制为 3.12 安装："C:\Users\...\Python312\python.exe" -m pip install pygame，并在 VS Code 中手动切换解释器版本，最终解决了环境问题。

记录 2：字体加载报错与资源路径排查（隐蔽陷阱）

• 提出的要求：给游戏加上中文文字、背景图片和背景音乐。
• AI 完成的工作：生成了 pygame.font.SysFont 以及 pygame.image.load、pygame.mixer.Sound 的资源加载代码。
• 实际效果与问题：运行后游戏直接崩溃，报错 TypeError: expected str, bytes or os.PathLike object, not int。此外，图片和音频一直加载失败，但在电脑文件夹里明明能看到文件。
• 人工修改：① 发现是 SysFont 的底层兼容性 bug，果断改用 pygame.font.Font('C:/Windows/Fonts/msyh.ttc', size) 直接加载系统字体；② 排查发现是 Windows 默认隐藏了文件扩展名，我的文件实际是 bg_menu.png.jpg，手动开启扩展名显示并重命名后，图片和音乐终于成功加载。

记录 3：满格关卡设计（可解性验证）

• 提出的要求：把游戏扩充到 5 个关卡，保证每个格子都有箭头，且关卡要有解。
• AI 完成的工作：生成了多个满格关卡的二维数组，并提示可以用贪心思路验证。
• 实际效果与问题：AI 随机生成的满格关卡中，出现了同一行 L...R 或者同一列 U...D 互堵死锁的情况，导致关卡根本无解。
• 人工修改：采用“整行同向”和“螺旋矩阵”的数学结构手动重写了 5 个关卡的数据。例如第五关从外圈顺时针排列，一层层向内清空，从逻辑上确保了绝对不会死锁。

六、项目测试结果

测试环境：Windows + Python 3.12.4 + Pygame 2.6.1
测试方式：手工测试与试玩验证

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，播放音效	箭头飞出，剩余数量减少，音效正常	✅ 通过
T02	点击前方有阻挡的箭头	箭头不消失，失误次数减 1，有抖动反馈	箭头抖动变红，失误 3→2，播放错误音效	✅ 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	上下左右及角落箭头均正常飞出，无报错	✅ 通过
T04	消除本关全部箭头	显示通关并进入下一关	进入结算页面，点击继续进入下一关	✅ 通过
T05	失误次数耗尽	显示失败并允许重新开始	进入失败界面，点击重新开始恢复当前关	✅ 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、失误次数、飞行动画均重置为初始状态	✅ 通过
附加	5个满格关卡可解性验证	每关都存在通关顺序	人工推演试玩，5关全部可正常通关	✅ 通过

测试小结：共 6 项核心测试及附加测试全部通过。测试不仅验证了需求，还真实暴露了开发中的多个 Bug（环境冲突、字体加载、隐藏扩展名、关卡死锁），体现了“先写用例、再验证”的价值。

七、PSP 个人软件开发过程量表

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	1.0	0.5	-0.5
Python 与图形库学习	1.0	1.5	+0.5
游戏界面实现	2.0	2.0	0
路径与碰撞逻辑实现	2.0	1.5	-0.5
关卡设计（含5关满格设计）	1.0	2.0	+1.0
AIGC 辅助开发与排错	2.0	3.0	+1.0
测试与修改	1.0	1.5	+0.5
README 与博客撰写	2.0	2.0	0
合计	12.0	14.0	+2.0

八、心得体会

AI 带来的帮助：AIGC 把“从零搭框架”变成了“在草稿上修改”。路径检测、动画逻辑、资源加载这些成熟模式，AI 能一次性给出可用版本，让我把精力集中在真正需要判断的地方——边界条件、关卡可解性、交互细节。

出现的问题：AI 生成代码最大的风险是“看起来对、实际错”。本次 AI 的路径检测方向向量写错、关卡出现互堵死锁、SysFont 字体兼容性报错，都是只靠肉眼检查发现不了的。特别是在配置环境时，因为电脑装了两个 Python 版本，绕了很大的弯路。这提醒我：AI 是“高效的草稿生成器”，不是“可靠的代码评审员”，把 AI 代码直接当正确答案是最危险的用法。

我的收获：一是真正理解了本游戏路径检测与“互堵死锁”的本质，并学会用数学结构（整行同向、螺旋矩阵）去构造必定有解的关卡；二是掌握了“遇到报错先看终端输出、排查文件扩展名、使用绝对路径”的工程排错习惯；三是对 AI 协作有了更理性的定位——提问要具体，验证要独立（测试、试玩），修改要敢下手。这次查错让我亲身体会到，AI 修改过的代码必须回归测试，环境配置必须锱铢必较。