【OpenCV C++ 案例實戰(zhàn)一】實現(xiàn)雙人籃球游戲

• 概述
• 一、 預處理
• • 1.1定義結構體
  • 1.2背景處理
  • 1.3籃球處理
• 二、項目實現(xiàn)
• • 2.1籃球放置（角色放置同理）
  • 2.2籃球移動（角色移動同理，但是需要通過鍵盤監(jiān)聽）
  • 2.3角色與籃球的碰撞檢測
  • 2.4角色移動
• 三、項目總結
• • 3.1 復習內(nèi)容
  • 3.2項目亮點
  • 3.3項目不足
• 四、源碼下載

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概述

本小游戲類似于4399中的火柴人打羽毛球游戲，在背景圖上，左右雙方通過鍵盤來進行接球操作。
實現(xiàn)方法比較簡單，其中的知識點包括霍夫圓檢測，鍵盤事件響應，背景填充等。
做這個小游戲的目的主要是為了用于OpenCV學習的階段性展示。

演示視頻如下所示：

basketBallGame

一、 預處理 1.1定義結構體

為了增強代碼的可讀性以及后續(xù)對程序的修改，我們對項目中的一些重要對象定義結構體。
包括：游戲角色、背景圖、籃球。

// 定義籃球的結構體（把籃球看作圓形。x，y為籃球位置；d為籃球直徑）
typedef struct ballLoc {double x;
    double y;
    double d;
};
// 人物結構體（人物的高度，寬度，位置）
typedef struct kun {double heigth;
    double width;
    double x;
    double y;
};
// 背景圖結構體（背景圖的寬度，高度）
typedef struct backgroundI {int bg_width;
    int bg_height;
};

1.2背景處理

背景圖使用resize()函數(shù)調(diào)整到合適的大小

1.3籃球處理

籃球如下圖所示，為了讓籃球能夠完美地貼合到背景圖中，我們這里的先使用霍夫圓檢測，把籃球單獨從圖像之中摳出來備用。
籃球處理分為以下步驟：
1. 預處理（灰度化、高斯模糊）
2. 霍夫圓檢測
3. 在檢測出來的圓中根據(jù)特征提取出我們需要的圓
4. 將提取出來的圓單獨定義為一張圖像，調(diào)整大小并返回給主函數(shù)

實現(xiàn)代碼如下：

// 籃球處理
Mat ballDetect(Mat image) {// 1. 預處理(灰度化，濾波)
    Mat gray_image,gauss_image;
    cvtColor(image, gray_image, COLOR_BGR2GRAY);
    GaussianBlur(gray_image, gauss_image, Size(3, 3), 0, 0);

    // 2. 霍夫圓檢測
    // 圓的表示：前兩個參數(shù)為圓心坐標，第三個參數(shù)為半徑
    vectorball_circles;
    HoughCircles(gauss_image, ball_circles, HOUGH_GRADIENT, 1, 50, 80, 80, 50, 200);

    // 3. 找到需要的籃球的圓（大的圓）
    Vec3f ball_circle = ball_circles[0];
    for (int i = 0; i< ball_circles.size(); i++)
    {if (ball_circles[i][2] >ball_circle[2]) {ball_circle = ball_circles[i];
        }
    }

    // 4. 這里的(x,y)為通過圓參數(shù)計算出來的正方形的左上角坐標，d為正方形的邊長
    double x = ball_circle[0] - ball_circle[2];
    double y = ball_circle[1] - ball_circle[2];
    double d = ball_circle[2]*2;
    Rect rect(x, y,d ,d);
    
    // 單獨把籃球提取出成一張圖像
    Mat det_ball;
    image(rect).copyTo(det_ball);

    resize(det_ball, det_ball, Size(ball_01.d, ball_01.d));
    
    return det_ball;
}

二、項目實現(xiàn) 2.1籃球放置（角色放置同理）

如果使用常規(guī)的ball(ROI).copyTo(background(ROI));需要把感興趣區(qū)域設置為圓形，但是由于沒有看懂這塊是怎么用的（我不會?。?。所以使用數(shù)學的方法暴力進行背景填充。

如下圖所示，給出一個圓形和他的外接正方形（正方形邊長與圓直徑相同），將中心視作圖像的原點，那么我們就可以通過判斷 x，y的坐標與圓半徑r的關系得出這個點是否落在圓內(nèi)。

但是由于圖形的默認坐標是從左上角算起。即（0，0）點為圖像的左上點。所以我們在遍歷圖像像素點的過程中應當使用額外的參數(shù)來進行判斷。
實現(xiàn)代碼如下：
圓形區(qū)域（籃球）像素點不變；圓形區(qū)域外的像素用背景圖的對應像素進行替換

// 畫球(主要用來分離背景)
// 有坐標位置，有背景圖
void drawBall(Mat & ball) {
    int r = ball_01.d / 2;
    for (int i = -r, ix = 0; i< ball_01.d - r; i++, ix++) {for (int j = -r, iy = 0; j< ball_01.d - r; j++, iy++) {if (i * i + j * j >r * r) {for (int c = 0; c< 3; c++) {ball.at(iy, ix)[c] = background.at(ball_01.y + iy,  ball_01.x + ix)[c];
                }
            }
        }
    }
}

2.2籃球移動（角色移動同理，但是需要通過鍵盤監(jiān)聽）

在主函數(shù)中通過while(1){} ，不斷循環(huán)繪制籃球（通過籃球坐標），由于我們定義了籃球位置的結構體，所以如果想要改變籃球的位置，修改其坐標即可。

// x向著左邊越界
        if (ball_01.x<= 5) {ball_01.x += 1;
            b_x = -b_x;
        }
        // x右邊界越界
        else if (ball_01.x >= (bg_width - ball_01.d - 4)) {ball_01.x -= 1;
            b_x = -b_x;

        }
        // 上邊界
        else if (ball_01.y<= 5) {ball_01.y += 1;
            b_y = -b_y;
        }
        // 下邊界
        else if (ball_01.y >= (bg_height - ball_01.d - 4)) {ball_01.y -= 1;
            b_y = -b_y;
            break;
        }

籃球撞墻后的變向思路如下圖所示：

2.3角色與籃球的碰撞檢測

角色與籃球碰撞后，籃球的運動方向改變，且角色狀態(tài)改變。

這里只是通過籃球和角色的位置以及他們各自的高度寬度進行檢測，因此如果當籃球的大小設置的過于大時，會出現(xiàn)bug，感覺后續(xù)可以通過opencv視覺的方法進行替換。代碼如下：

  // 檢測哥哥與籃球碰撞
        if (((ball_01.y + ball_01.d) >= kun01.y &&
            (ball_01.x + ball_01.d) >= kun01.x &&
            (ball_01.x + ball_01.d)<= (kun01.x + kun01.width))
            ||
            ((ball_01.y + ball_01.d) >= kun_right.y &&
            (ball_01.x + ball_01.d) >= kun_right.x &&
            (ball_01.x + ball_01.d)<= (kun_right.x + kun_right.width)
            ))
        {drawKun(background, kunImage2, 0);
            drawKun(background, kunImage2, 1);
            b_y = -b_y;
        }

2.4角色移動

角色移動通過監(jiān)聽鍵盤響應實現(xiàn)。
使用int key = waitKeyEx(1);獲取到按鍵，再通過按鍵內(nèi)容進行響應。

int key = waitKeyEx(1);
        if (key == 2424832)
        {//鍵盤←鍵
            if (kun01.x >10) {kun01.x -= 10;
                drawKun(background, kunImage2, 0);
            }
        }
        if (key == 2555904)
        {//鍵盤→鍵
            if (kun01.x< ((bg01.bg_width - 10 - kun01.width)/2)) {kun01.x += 10;
                drawKun(background, kunImage2, 0);
            }
        }
        if (key == 97)
        {//鍵盤a鍵
            if (kun_right.x >((bg01.bg_width - 10 - kun_right.width)/2)) {kun_right.x -= 10;
                drawKun(background, kunImage2, 1);
            }
        }
        if (key == 100)
        {//鍵盤d鍵
            if (kun_right.x< (bg01.bg_width - 10 - kun_right.width)) {kun_right.x += 10;
                drawKun(background, kunImage2, 1);
            }
        }

三、項目總結 3.1 復習內(nèi)容

1. 復習了霍夫圓檢測
2. 復習了opencv中圓的表示方法：Vec3f（前兩個參數(shù)表示圓心位置，第三個參數(shù)表示圓半徑）

   vectorball_circles;
   HoughCircles(gauss_image, ball_circles, HOUGH_GRADIENT, 1, 50, 80, 80, 50, 200);

3. 復習了鼠標監(jiān)聽方法

   int key = waitKeyEx(1);
   	key = 100：d
   	key = 97：a
   	key = 2555904：鍵盤→鍵
   	key = 2424832：鍵盤←鍵

3.2項目亮點

可以嘗試用數(shù)學的角度去解決一些圖像中的問題。
例如正方形中大圓的檢測以及碰撞中球的運動軌跡變化

3.3項目不足

1. 學一下自定義（圓）掩膜層可以更方便高效的解決籃球在背景圖的放置問題。
2. 利用opencv視覺方法可以解決因為通過坐標判斷人物與籃球碰撞帶來的bug。

四、源碼下載

https://download.csdn.net/download/weixin_46221106/87212956

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文章題目：【OpenCVC++案例實戰(zhàn)一】實現(xiàn)雙人籃球游戲-創(chuàng)新互聯(lián)
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