俄罗斯方块的建模与建模研究（一）——方格当中

发布时间：2022-08-16 16:04:04来源：网络整理浏览：122

本文涵盖了游戏背景搭建、积木建模、按键响应、随机生成积木和生成下一个小积木等内容，记录一个C语言练习。本项目涉及图形，可以使用EasyX库绘制简单图形。这个库的下载和使用可以在百度找到。

本项目使用的软件是2019，新建一个C++空项目编译代码。文件的项目结构如右图所示。一共三个文件，一个头文件，两个C++文件。之所以使用cpp后缀是因为EasyX库只能在C++文件中使用，工程代码全部用C语言编译。

基本概念：

网格：指游戏区域内的小条纹，大小为20*20；

小方格：指日式小方格，由4*4共16个小碎花组成，大小为80*80；

游戏区域：背景为网格线作为游戏区域，大小为300*500，有25*15=375个方格；

图形区：图形区包括游戏区和文字显示部分，大小为500*500；

小方块坐标点：定义小方块左下角的坐标点为整个小方块的坐标点；

小方块的行号和列号：统计条带的个数，第一个条带的行号为0，列号为0；个数与坐标点的关系为：行数*20=坐标点的y，列数*20=坐标点的x；二、构建游戏背景

//game.c
void context(void)
{
	initgraph(500, 500);					// 初始化图形模式
	setorigin(0, 500);						//重新定义原点
	setaspectratio(1, -1);					//将Y上半部分设定为正半轴
	setlinestyle(PS_SOLID);					//设定画线样式为虚线
	setlinecolor(WHITE);					//线条颜色为白色
	for (size_t i = 0; i <= 25; i++)			         //画出游戏区域网格线，宽300，高500
		line(0, 0 + 20 * i, 300, 0 + 20 * i);            //横线
	for (size_t i = 0; i <= 15; i++)
		line(0 + 20 * i, 0, 0 + 20 * i, 500);			 //竖线
	for (size_t i = 0; i <= 4; i++)						 //画出下一个方块网格线，宽80，高80
		line(370, 300 + 20 * i, 450, 300+20 * i);		 //横线
	for (size_t i = 0; i <= 4; i++)
		line(370 + 20 * i, 300, 370 + 20 * i, 380);		//竖线
	setaspectratio(1, 1);
	settextstyle(25, 0, _T("Consolas"));
	outtextxy(310, -430, _T("SCORE:0  points"));
	outtextxy(310, -410, _T("下一个方块："));
	outtextxy(310, -270, _T("w 转换方向"));
	outtextxy(310, -240, _T("s 加快下降速度"));
	outtextxy(310, -210, _T("a 左移"));
	outtextxy(310, -0, _T("d 右移"));
	outtextxy(310, -150, _T("h 重启"));
	setaspectratio(1, -1);
}

首先对图形区域进行初始设置，设置线的样式为黄色实线；

用两个循环画出游乐区的横竖线，共25行15列，大小为300*500；

用两个循环画下一个区域的网格线，共4行4列，大小为80*80；

绘制提示文字，主要写分数和操作提示；

疗效如右图所示。

三、块建模

研究日本小方块的各种形状，你会发现它们都是4*4的方块，考虑到C语言的短数据类型正好有2个字节和16bit的粗细。所以我们可以使用short数据类型来表示我们的小方块。比如下面的日文小方块可以表示为11000，换算成16的补码就是8888H。

考虑到每个日本方格都有不同的方向，不同的方位对应不同的态度，我创建了一个二维链表来表示所有的德国小方格。一共有7个日式小方块，每个有4个方向的变化，有些变化还是和以前一样。在game.h头文件中声明显示日文小方块和位置结构，以小方块左下角点的坐标作为整个小方块的坐标点。

//main.c
unsigned short Diamond[7][4] = {
		  {0x000f,0x8888,0x000f,0x8888},
		  {0x008E,0x0c88,0x00E2,0x044c},
		  {0x002E,0x088c,0x00E8,0x0c44},
		  {0x00CC,0x00CC,0x00CC,0x00CC},
		  {0x006C,0x08c4,0x006c,0x08c4},
		  {0x004E,0x08c8,0x00E4,0x04c4},
		  {0x00C6,0x04c8,0x00c6,0x04c8} };
//game.h
//方块的坐标
typedef struct LOCATE
{
	int x;
	int y;
} Location;
//俄罗斯方块展示函数
void DisplayDiamond(unsigned short diamond, Location Loca, int cur_color);

日文小方块显示功能主要使用了EasyX上面的功能，可以画一个带边框的实心圆。

以下是日文小方块显示功能的具体代码。判断短数据中的每一位是否为1。如果是，则填充一朵小花。辨析。这个函数也是用来擦除的，只是颜色变成了背景色（红色），变相达到了擦除的效果。

int color[15][35] = { 0 };  //定义网格属性
//俄罗斯方块展示函数
void DisplayDiamond(unsigned short diamond, Location Loca, int draw_color)
{
	int num_x, num_y;
	int k = 0;
		setfillcolor(draw_color);	    //设定填充颜色		
		for (int i = 3; i >= 0; i--)    //四行填充
		{
			for (int j = 0; j < 4; j++) //四列填充
			{
				if (diamond & (0x8000 >> k))//判断格子是否存在1,20是格子边长
				{
					fillrectangle(Loca.x + 20 * j, Loca.y + 20 * i, Loca.x + 20 * (j + 1), Loca.y + 20 * (i + 1));
					num_x = Loca.x / 20 + j;
					num_y = Loca.y / 20 + i;
					color[num_x][num_y] = draw_color;
				 }	
				k++;
			}
		}
}

设置填充颜色，这是EasyX的外部函数，直接引用即可；双循环，填写四行四列；函数内部判断，对于每一个短数据类型（小日本方块）用一位来判别，如果为1则填充，如果为0则跳过； color是一个二维链表，用来记录条带对应的颜色，一共25行15列，对应条带的个数。这个变量是一个全局变量，所以game.c文件中的所有函数都可以引用或参数化这个变量。显示所有小印度方块并验证上述建模是否正确。从右图可以看出，形状是正确的，符合我们的设想。

四、关键回应

连接和翻转需要鼠标选择，所以这涉及到与按钮的交互，所以需要包含头文件conio.h。 conio.h不是C标准库中的头文件，而是vc下的头文件。 conio是Input/（控制台输入输出）的缩写，定义了通过控制台进行数据输入和数据输出的功能，主要是一些用户通过按键形成的相应操作，如getch()函数等.

1.实现小方块自由落体

//main.c
while (MoveEnable(CurDiamond, CurLocation, EnableDown) == 0)
		{
			DisplayDiamond(CurDiamond, CurLocation, BLACK);      //先擦除
			CurLocation.y -= 20;
			DisplayDiamond(CurDiamond, CurLocation, cur_color);  //再更新
			Sleep(speed);
			if (_kbhit())					//如果敲击了键盘，就会返回1
			{
				userHit = _getch();			//获取敲击键盘字符
				Keyboard(userHit, &row, &column, &CurLocation, &speed);
				CurDiamond = Diamond[row][column];
			}
			
		}

//game.h
#define EnableDown 1
#define EnableLeft 2
#define EnableRight 3
//game.c
bool MoveEnable(unsigned short diamond, Location CurLocation, int direction)
{
	bool stop=0;
	int num_x,num_y;
	switch (direction)
	{
	case EnableDown:    //判断是否可以下移
	{
		for (int i = 0; i < GetWidth(diamond); i++)		//对每一列进行判断
		{
			for (int j = 0; j < GetHigh(diamond); j++)   //对该列每一行进行判断
			{
				num_x = CurLocation.x / 20 + i ;		 //小方格的列序号
				num_y = CurLocation.y / 20 + j ;		 //小方格的行序号
				if( diamond & (0x0001<<(3-i+4*j)) )		 
                //如果该小方格是为1，即方块该列最底部
				{ 
					if ((color[num_x][num_y - 1] != BLACK) || (CurLocation.y == 0))	
                    //如果下面那个小方格也是非黑色，就要停止
					{
						stop = 1;
					}
					break;	        //找到底部小格子即可跳出循环，进行下一列的判断
				}	
			}
			if (stop == 1)  break;	//既然已经要停止了，就不用去判断下一列
		}
		break;
	}
	}
	return stop;
}

以上是字符处理函数。上面只判断部分代码是否可以下移，代码是否可以左右移动类似，这里就不展示了。

swith语句选择是判断增长，左移，右移；生长判定，虽然是找出每一列最下面的那一行彩色小花，并在找到它下面的条纹后判断，如果下面的条纹也是彩色小花，则说明它不能生长；如果下面的条纹是红色的小花，它可以生长；然后拿出来，找到第二列最上面的小格子，因为有可能第一列没有被挡住，第二列被挡住了。当其中一列下有彩色条纹时填充方块，可以将stop变量设置为1，然后不判断下一列就跳出循环。函数返回bool数据类型，停止这个变量。如果为1，表示有阻塞，不能再连接。如果为0，则表示没有障碍物，可以继续连接。以上是函数的逻辑。

实现小方块的变化方向和速度

//game.c
//响应键盘函数

void Keyboard(char userHit, int *row, int *column, Location *CurLocation, int *speed)
{
	unsigned short Diamond[7][4] = {
		  {0x000f,0x8888,0x000f,0x8888},
		  {0x008E,0x0c88,0x00E2,0x044c},
		  {0x002E,0x088c,0x00E8,0x0c44},
		  {0x00CC,0x00CC,0x00CC,0x00CC},
		  {0x006C,0x08c4,0x006c,0x08c4},
		  {0x004E,0x08c8,0x00E4,0x04c4},
		  {0x00C6,0x04c8,0x00c6,0x04c8} };
	unsigned short CurDiamond;
	switch(userHit)
	{
		case 'w': //改变方向
		{
			CurDiamond = Diamond[*row][*column];
			DisplayDiamond(CurDiamond, *CurLocation, BLACK);    //先擦除
			if ((*column) < 3)
				(*column)++;
			else
				(*column) = 0;
			CurDiamond = Diamond[*row][*column];			
			DisplayDiamond(CurDiamond, *CurLocation, cur_color);  //再更新
			break;
		}
		
		case 's': //增加下降速度
		{
			if ((*speed) > 50 )
			{
				(*speed) -= 50;
			}			
			break;
		}
		
		case 'h':  //重新开始
		{
			for (size_t i =0; i < 25; i++)			//25行
			{
				for (size_t j = 0; j < 15; j++)		//15列
				{
					color[j][i] = BLACK;		 //每一个格子填充黑色
					setfillcolor(color[j][i]);
					fillrectangle(20 * j, 20 * i, 20 * (j + 1), 20 * (i + 1));
				}
			}
			break;
		}
	}
}

以上是响应鼠标的函数。首先对传入的字符进行判断，最后要进行左移、右移、加快滑动速度、改变方向、重启操作。由于我们的日本小方块模型是一个7*4的二维链表，对应7种印度小方块的四个方向。因此，虽然改变方向就是改变的列号，但是只要从0到4循环，就可以达到这些疗效。由于行和列都需要保存并传出函数，所以这里使用指针。

通过影响中间的区间来改变速率，只要区间短，增长速率就快。所以每按一次s，速度变量减少50，速度变快。同理，函数外也传速度，也用针。按'h'是重新开始，也就是清除掉下来的日本小方块填充方块，所以只要把游戏区的所有条纹都填上红色，就可以达到治疗效果，而且属性颜色条纹必须同时更换。

左右连线和小方块的下落一样，只是x变了。 x 每变化 20，就是一个条带的宽度。先擦除，再重新更新小方块，即可达到预期效果。

五、随机生成块和生成下一个小块

//main.c
	unsigned short CurDiamond; //下一个方块
	unsigned short NewDiamond; //下一个方块
	
	context();								//画出游戏背景
	row = 0;
	column = 0;
	CurDiamond = Diamond[row][column];
	cur_color = BLUE;
	while(1)
	{ 		
		RandomDiamond(&new_row, &new_column, &CurLocation, &speed); //随机生成方块
		NewDiamond = Diamond[new_row][new_column];
		DisplayDiamond(NewDiamond, { 370,300 }, new_color);  //画出下一块方块
		while (MoveEnable(CurDiamond, CurLocation, EnableDown) == 0)
		{
			//自由下落+按键响应代码
			
		}
		row = new_row;
		column = new_column;
		cur_color = new_color;
		CurDiamond = Diamond[row][column];
		DisplayDiamond(NewDiamond, { 370,300 }, BLACK);    //先擦除
		FullJudge();
	}

小方块的随机生成使用自定义函数，在链表的行列中生成小方块，给它们赋值，然后在下一个小方块区域绘制。 while 部分中的小块自由落体和键盘响应在不能落下时会跳出 while 循环。将先前随机生成的新行号和列号分配给当前行总和，并分配生成的颜色。之后就可以擦除下一个区域的小方块，等待新的生成。

最后会进行全线判定，全线会消失。接下来我会讲到这个。

以上是日本小方块的随机生成函数。一开始会产生随机的行和，相当于随机的日本小方块的形状。同时，颜色也会生成。颜色使用了链表的内部循环，所以生成了五颜六色的日式小方块。

六、全行清理和更新

//game.c
void FullJudge()
{
	int color_num=0;
	for (size_t i = 0; i < 25; i++)    //25行
	{
		for (size_t j = 0; j < 15; j++) //15列
			if (color[j][i] != BLACK) color_num++;		
		if (color_num == 15)			//遇到满行
		{
			setfillcolor(BLACK);		     //设定填充黑色
			for (size_t j = 0; j < 15; j++)  //填充该行15列,即消除该行		
			{ 
				fillrectangle(j*20, i*20 ,(j+1)*20, (i+1)*20);
				color[j][i] = BLACK;
			}
			Updata(i);//更新
			i--;    //重新判断该行
		}
		color_num = 0;
	}
}
//消除满行后，上面往后降，重新判断该行
void Updata(int row)  
{
	//从满行的第row行开始
	for (size_t i = row; i < 25; i++)
	{
		for (size_t j = 0; j < 15; j++)		//15列
		{
			color[j][i] = color[j][i + 1]; //每一个格子等于上面格子的颜色
			setfillcolor(color[j][i]);
			fillrectangle( 20 * j, 20 * i, 20 * (j + 1), 20 * (i + 1));
		}	
	}
	static int game_point = 0;
	game_point++;   //更新分数
	setaspectratio(1, 1);
	TCHAR s1[5];
	settextstyle(25, 0, _T("Consolas"));
	swprintf_s(s1, _T("%d"), game_point);
	outtextxy(380, -426, s1);
	setaspectratio(1, -1);
}

全行判断是逐行判断。首先判断第一行，判断每条条纹的颜色。如果统计条带颜色为非蓝色（即有小方块），列数为15，即遇到满行情况。如果确定是整行，则将该行的所有条纹都用红色填充，相当于去掉了。

去掉后，里面的条纹应该是掉下来的，相当于把整个往下移。这是函数的任务，必须更新分数，每行一行。整条线下移后，需要重新判断这条线。事实上，掉下来的线路可能已经满了。循环判断25行后，任务完成。

七、判断真长真高

//game.c
//计算方块的真实高度
int GetHigh(unsigned short diamond)
{
	int a=0;
	for (size_t i = 0; i < 4; i++)
	{
		if ( (diamond & (0x000f << 4 * i)) > 0)
			a++;
	}
	return a;
}
//计算方块的真实宽度
int GetWidth(unsigned short diamond)
{
	int a = 0;
	for (size_t i = 0; i < 4; i++)
	{
		if ((diamond & (0x8888 >>  i)) > 0)
			a++;
	}
	return a;
}

从下面的美式小方格可以看出，即使每个日式小方格占据4*4小花的空间大小，其实日式小方格的真实高度和长度也不一定是4。连接左右，还需要判断日本小方块的真实高度和长度，即长度为1，高度为4。判断的逻辑是求和，逻辑运算，然后是否小于0。如果等于0，则表示该行/列全为0，即未占用的空间。

以上是日文小方块的大部分代码，不是全部的代码，有的只讲逻辑，大家可以自由发挥。

八、跑步效果

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