R语言游戏之旅 贪食蛇入门 （附代码）

前言

用R语言进行统计分析不神奇，用R语言做分类算法不神奇，用R语言做可视也不神奇，你见过用R语言做的游戏吗？

本文将带你进入R语言的游戏开发，用R语言实现贪食蛇游戏。

目录

1. 贪食蛇游戏介绍
2. 场景设计
3. 程序设计
4. R语言实现

1. 贪食蛇游戏介绍

贪食蛇是一个产生于1970年代中后期的计算机游戏。此类游戏在1990年代由于一些小屏幕设备引入而再度流行起來，在现在的手机上基本都可安装此小游戏。

在游戏中，玩家操控一条细长的直线蛇，它会不停前进，玩家只能操控蛇的头部朝向（上下左右），一路拾起触碰到之物(水果)，并要避免触碰到自身或者其他障碍物。每次贪食蛇吃掉一件食物，它的身体便增长一些。吃掉一些食物后会使蛇的移動速度逐漸加快，让游戏的难度渐渐变大。游戏设置分为四面都有墙，并且不可以穿越，蛇头碰到墙或障碍物时，游戏结束。以游戏过程吃到的水果，得分。 贪食蛇游戏，在各种设备上都有实现，已经有很多种版本。

2. 场景设计

要开发这款游戏，我们应该如何动手呢？首先，我们需要从软件开发的角度，对这款游戏进行需求分析，列出游戏的规则，并设计业务流程，给出游戏的原型，验证是否可行。

2.1 需求分析

贪食蛇游戏，应该有3个场景：开机场景，游戏场景，结束场景。

• 开机场景：运行程序，在游戏前，给用户做准备，并提示如何操作游戏。
• 游戏场景：游戏运行中的场景。
• 结束场景：当用户胜利、失败或退出时的场景，并提示用户在游戏中的得分。

开机场景和结束场景比较简单，不再解释。游戏场景，包括一块画布，一条蛇，一个蛇头和一个不定长的蛇尾，一个水果，边界和障碍物。

2.2 游戏规则

游戏进行时的规则：

• 1. 开始游戏后，用户可以通过上(up)下(down)左(left)右(right)键，来操作蛇头，控制蛇的前进方向，还可以按q键直接游戏失败，其他的键盘操作。
• 2. 蛇头用蓝色标识，蛇尾用灰色标识，水果用红色标识，障碍物用黑色标识。
• 3. 当蛇头移动到水果的位置后，表示蛇吃到了水果，蛇尾的长度加1。水果会在下一次蛇头移动后，在空路径上自动生成。
• 4. 游戏画布的外围是枪，当蛇头移动到画布看不到的位置，则表示蛇头撞到枪，游戏失败。
• 5. 游戏画面中，有一些黑色障碍物，当蛇头碰到障碍，游戏失败。
• 6. 当蛇头碰到蛇尾时，游戏失败。

2.3 业务流程

场景切换的流程：

• 打开程序时，用户首先看到开机场景，按任意键后进入游戏场景。
• 在游戏场景，当游戏失败，进入结束场景；按q键，则直接游戏失败。
• 在结束场景，按空格回到开机场景；按q键，则直接能出软件。

2.4 游戏原型

我们画出3个场景的界面。左边为开机场景，中间是游戏场景，右边是结束场景。

我们根据游戏原型的图，用程序画出游戏的场景。

3. 程序设计

通过上面的功能需求分析，我们已经非常清楚地了解贪食游戏的各种规则和功能。接下来，我们要把需求分析中的业务语言，通过技术语言重新描述，并考虑非功能需求，以及R语言相关的技术细节。

3.1 游戏场景

我们让每个场景对应于一块画布，及每个场景对应一个内存结构。

• 开机场景，是静态的，我们可以提前生成好这块画布存储起来，也可以当用户切换时再临时生成，性能开销不大。
• 游戏场景，是动态的，每进行一次用户的交互行为或按时间刷新时，都需要求重新绘制画布，让游戏场景通过绑定事件来生成画布。由于用户会频繁操作，因此性能开销比较大。
• 结束场景，是动态的，在结束场景会显示当次游戏的得分，需要在切换时临时生成。

3.2 游戏对象

在游戏进行中，会产生很多的对象，如上文中提到的。这些对象都需要在内存中进行定义，匹配到对应程序语言的数据类型。

画布对象：

• 画布：用矩阵来描述，画布中每个小方块对应到矩阵中一个数据。
• 画布大小：画布的长和宽，分别用对应两个数字变量。
• 画布坐标：用于画布内小格子的定位，从左到右横坐标是1到20，从底到顶纵坐标为1到20。
• 画布索引：用于画布内小格式的定位，按从左到右，从底到顶的顺序，为1到400。
• 方格：在画布里小的单位是方格，按照画面的比例，设置方格的大小。

蛇对象：

• 蛇头：用一个向量来描述，只有一个方格。游戏开始时，起点位置为坐标(2,2)，默认蛇头向上移动，用户打开界面显示位置为(2,3)。
• 蛇尾：用数据框来描述，存储不定长度的坐标向量。游戏开始时，蛇尾长度是0。

水果对象：

• 水果：用一个向量来描述，只有一个方格。游戏开始时，随机在空格式上，选一个坐标为水果位置。

边界和障碍物：

• 边界：无内存描述，通过计算判断。当蛇头坐标超过矩阵坐标时，触发边界。
• 障碍物：用数据框来描述，存储不定长度的坐标向量。

3.3 游戏事件
游戏过程中，会有3种事件，键盘事件、时间事件和碰撞事件。

• 键盘事件：全局事件，用户通过键盘输入，而触发的事件，比如，上下左右控制蛇的移动方向。
• 时间事件：全局事件，系统计时以每0.2秒触发一个时间事件，比如，蛇头每0.2秒的移动一格。
• 碰撞事件：当蛇头移动时，与非空和格式碰撞除法的事情，比如，吃到水果，蛇头撞到蛇尾。

通常情况，上面3种事件分别有3个线程来控制。但由于R语言本身是单线程的设计，而且不支持异步调用，因此我们无法同时实现上面的3个事件监听。取一种折中方案为，全局监听键盘事件，通过键盘事件触发碰撞事件的进行检查。

3.4 游戏控制

在游戏进行中，每个状态我们都需要进行控制的。比如，什么时候生成新的水果，什么时候增加一节尾巴，什么游戏结束等。通过定义控制函数，可以方便我们管理游戏运行中的各种游戏状态。

上图中每个方块代表一个R语言函数定义：

• run():启动程序。
• keydown():监听键盘事件，锁定线程。
• stage0():创建开机场景，可视化输出。
• stage1():创建游戏场景，可视化输出。
• stage2():创建结束场景，可视化输出。
• init():打开游戏场景时，初始化游戏变量。
• furit():判断并生成水果坐标。
• head():生成蛇头移动坐标。
• fail():失败查询，判断蛇头是否撞墙或蛇尾，如果失败则跳过画图，进入结束场景。
• body():生成蛇尾移动坐标。
• drawTable():绘制游戏背景。
• drawMatrix():绘制游戏矩阵。

通过程序设计过程，我们就把需求分析中的业务语言描述，变成了程序开发中的技术语言描述。经过完整的设计后，后就剩下写代码了。

4. R语言实现

用R语言写代码，其实没有几行就可以搞定，按照上面的函数定义，我们把代码像填空一样地写进去就行了。当然，在写代码的过程中，我们需要掌握一些R语言特性，让代码更健壮。

run()函数，启动程序。

run<-function(){
# 设置全局画布无边
  par(mai=rep(0,4),oma=rep(0,4))

# 定义全局环境空间，用于封装变量
  e<<-new.env()

# 启动开机场景
  stage0()

# 注册键盘事件
  getGraphicsEvent(prompt="Snake Game",onKeybd=keydown)
}