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[AI人工智能教程] LattePanda+Mind+摄像头玩AI贪吃蛇

本帖最后由云天于 2022-4-11 15:49 编辑

【项目说明】

今天和大家分享一下如何使用LattePanda+Mind+ mediapipe+opencv 自制贪吃蛇小游戏。规则：食指指尖控制蛇头，指尖每接触到黄色方块，计数加一，蛇身变长，方块随机切换位置。如果指尖停止移动，或者移动过程中蛇头撞到蛇身，那么游戏结束。点击键盘上的R键重新开始游戏。

【项目准备】1、CVzone简介
OpenCV是一个开源计算机视觉库，可提供播放不同图像和视频流的权限，还有助于端到端项目，如对象检测、人脸检测、对象跟踪等。
MediaPipe是一个主要用于构建音频、视频或任何时间序列数据的框架。在 MediaPipe 框架的帮助下，我们可以为不同的媒体处理功能构建管道。
CVzone是一个计算机视觉包，可以让我们轻松运行像人脸检测、手部跟踪、姿势估计等，以及图像处理和其他 AI 功能。它的核心是使用 OpenCV 和 MediaPipe 库。
2、安装所需的模块。


-- pip install OpenCV-python
 
-- pip install cvzone
 
-- pip install mediapipe
复制代码

在Mind+中使用“库管理”——“PIP”模式安装以上这三个库
LattePanda+Mind+摄像头玩AI贪吃蛇图3

3、首先，让我们检查一下LattePanda安装的网络摄像头是否工作正常。

import cv2
 
cap = cv2.VideoCapture(0)
cap.set(3, 640)
cap.set(4, 480)
 
while True:
  success, img = cap.read()
  cv2.imshow("Image", img)
  if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
    break
复制代码

4、调用Mediapipe，识别手部关键点
LattePanda+Mind+摄像头玩AI贪吃蛇图8

21个手部关键点信息如下，本节我们主要研究食指指尖'8'的坐标(x,y)信息。


import cvzone
import cv2
import numpy as np
from cvzone.HandTrackingModule import HandDetector

cap = cv2.VideoCapture(0)   # 0代表自己电脑的摄像头
cap.set(3, 1280)        # 宽
cap.set(4, 720)         # 高

detector = HandDetector(detectionCon=0.8, maxHands=1)

# 处理每一帧图像
while True:
    success, img = cap.read()
    # 翻转图像，使自身和摄像头中的自己呈镜像关系
    img = cv2.flip(img, 1)      # 将手水平翻转
    hands, img = detector.findHands(img, flipType=False)    # 左手是左手，右手是右手，映射正确
    cv2.imshow("Image", img)
    cv2.waitKey(1)
复制代码

5、观察手的信息


import cvzone
import cv2
import numpy as np
from cvzone.HandTrackingModule import HandDetector

cap = cv2.VideoCapture(0)   # 0代表自己电脑的摄像头
cap.set(3, 1280)        # 宽
cap.set(4, 720)         # 高

detector = HandDetector(detectionCon=0.8, maxHands=1)

# 处理每一帧图像
while True:
    success, img = cap.read()
    # 翻转图像，使自身和摄像头中的自己呈镜像关系
    img = cv2.flip(img, 1)      # 将手水平翻转
    hands, img = detector.findHands(img, flipType=False)    # 左手是左手，右手是右手，映射正确

    print(hands)

    cv2.imshow("Image", img)
    cv2.waitKey(1)
复制代码

输出信息


[{‘lmList’: [[1088, 633, 0], [1012, 655, -24], [940, 629, -32], [894, 596, -35], [875, 562, -36], [949, 504, -17], [891, 441, -16], [862, 419, -16], [838, 403, -16], [995, 480, -3], [943, 418, 8], [924, 426, 17], [920, 440, 22], [1044, 480, 8], [998, 455, 17], [987, 489, 21], [993, 513, 23], [1085, 492, 19], [1048, 477, 27], [1036, 505, 35], [1041, 528, 40]], ‘bbox’: (838, 403, 250, 252), ‘center’: (963, 529), ‘type’: ‘Left’}]

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【硬件组装】

【程序测试】
运行Mind+
LattePanda+Mind+摄像头玩AI贪吃蛇图5

测试识别手部关键点

【完整程序】


import cv2
import cvzone
from matplotlib.cbook import pts_to_midstep
import numpy as np
from cvzone.HandTrackingModule import HandDetector # 导入手部检测模块
import math
import random
    
# 构造一个贪吃蛇移动的类
class SnakeGameClass:
    
     #（一）初始化
     def __init__(self):
    
         self.score = 0 # 积分器
         self.points = [] # 蛇的身体的节点坐标
         self.lengths = [] # 蛇身各个节点之间的坐标
         self.currentLength = 0 # 当前蛇身长度
         self.allowedLength = 150 # 没吃东西时，蛇的总长度
         self.previousHead = (0,0) # 前一个蛇头节点的坐标
    
         self.foodPoint = (0,0) # 食物的起始位置
         self.randomFoodLocation() # 随机改变食物的位置
    
         self.gameover = False # 蛇头撞到蛇身，变成True，游戏结束
    
     #（二）食物随机出现的位置
     def randomFoodLocation(self):
         # x在100至1000之间，y在100至600之间，随机取一个整数
         self.foodPoint = random.randint(100, 1000), random.randint(100, 600)
    
     #（三）更新增加蛇身长度
     def update(self, imgMain, currentHead): # 输入图像，当前蛇头的坐标
    
         # 游戏结束，显示文本
         if self.gameover:
             cvzone.putTextRect(imgMain, 'GameOver', [400,300], 5, 3, colorR=(0,255,255), colorT=(0,0,255))
             cvzone.putTextRect(imgMain, f'Score:{self.score}', [450,400], 5, 3, colorR=(255,255,0))
             cvzone.putTextRect(imgMain, f"Press Key 'R' to Restart", [230,500], 4, 3, colorR=(0,255,0), colorT=(255,0,0))
    
         else:
             px, py = self.previousHead # 获得前一个蛇头的x和y坐标
             cx, cy = currentHead # 当前蛇头节点的x和y坐标
            
             # 添加当前蛇头的坐标到蛇身节点坐标列表中
             self.points.append([cx,cy])
    
             # 计算两个节点之间的距离
             distance = math.hypot(cx-px, cy-py) # 计算平方和开根
             # 将节点之间的距离添加到蛇身节点距离列表中
             self.lengths.append(distance)
             # 增加当前蛇身长度
             self.currentLength += distance
    
             # 更新蛇头坐标
             self.previousHead = (cx,cy)
    
             #（四）减少蛇尾长度，即移动过程中蛇头到蛇尾的长度不大于150
             if self.currentLength > self.allowedLength:
    
                 # 遍历所有的节点线段长度。新更新的蛇头索引在列表后面，蛇尾的索引在列表前面
                 for i, length in enumerate(self.lengths):
    
                     # 从蛇尾到蛇头依次减线段长度，得到的长度是否满足要求
                     self.currentLength -= length
    
                     # 从列表中删除蛇尾端的线段长度，以及蛇尾节点
                     self.lengths.pop(i)
                     self.points.pop(i)
    
                     # 如果当前蛇身长度小于规定长度，满足要求，退出循环
                     if self.currentLength < self.allowedLength:
                      break
            
             #（五）绘制得分板
             cvzone.putTextRect(imgMain, f'Score:{self.score}', [50,80], 4, 3, colorR=(255,255,0))
    
             #（六）检查蛇是否吃了食物
             rx, ry = self.foodPoint # 得到食物的中心点坐标位置
            
             # 绘制矩形作为蛇的食物
             cv2.rectangle(imgMain, (rx-20, ry-20), (rx+20, ry+20), (255,255,0), cv2.FILLED)
             cv2.rectangle(imgMain, (rx-20, ry-20), (rx+20, ry+20), (0,255,255), 5)
             cv2.rectangle(imgMain, (rx-5, ry-5), (rx+5, ry+5), (0,0,255), cv2.FILLED)
    
             # 检查指尖(即蛇头cx,cy)是否在矩形内部
             if rx-20 < cx < rx+20 and ry-20< cy < ry+20:
    
                 # 随机更换食物的位置
                 self.randomFoodLocation()
    
                 # 增加蛇身的限制长度，每吃1个食物就能变长50
                 self.allowedLength += 50
    
                 # 吃食物的计数加一
                 self.score += 1
    
                 print('eat!', f'score:{self.score}')
    
             #（七）绘制蛇
             # 当节点列表中有值了，才能绘制
             if self.points:
    
                 # 遍历蛇身节点坐标
                 for i, point in enumerate(self.points):
                     # 绘制前后两个节点之间的连线
                     if i != 0:
                      cv2.line(imgMain, tuple(self.points[i-1]), tuple(self.points[i]), (0,255,0), 20)
                      cv2.line(imgMain, tuple(self.points[i-1]), tuple(self.points[i]), (0,0,255), 15)
    
                 # 在蛇头的位置画个圆
                 cv2.circle(imgMain, tuple(self.points[-1]), 20, (255,255,0), cv2.FILLED)
                 cv2.circle(imgMain, tuple(self.points[-1]), 18, (255,0,0), 3)
                 cv2.circle(imgMain, tuple(self.points[-1]), 5, (0,0,0), cv2.FILLED)
    
             #（八）检查蛇头碰撞到自身
             for point in self.points[:-2]: # 不算蛇头到自身的距离
    
                 # 计算蛇头和每个节点之间的距离
                 dist = math.hypot(cx-point[0], cy-point[1])
    
                 # 如果距离小于1.8，那么就证明碰撞了
                 if dist < 1.8:
    
                     # 游戏结束
                     self.gameover = True
    
         # 返回更新后的图像
         return imgMain
    
    
#（1）获取摄像头
cap = cv2.VideoCapture(0) # 0代表电脑自带的摄像头
# 设置显示窗口的size
cap.set(3, 1280) # 窗口宽1280
cap.set(4, 720) # 窗口高720
    
#（2）模型配置
detector = HandDetector(maxHands=1, # 最多检测1只手
                     detectionCon=0.8) # 最小检测置信度0.8
    
# 接收创建贪吃蛇的类
game = SnakeGameClass()
    
#（3）图像处理
while True:
    
     # 每次读取一帧相机图像，返回是否读取成功success，读取的帧图像img
     success, img = cap.read()
    
     # 图像翻转，使图像和自己呈镜像关系
     img = cv2.flip(img, 1) # 0代表上下翻转，1代表左右翻转
    
     # 检测手部关键点。返回手部信息hands，绘制关键点后的图像img
     hands, img = detector.findHands(img, flipType=False) # 由于上一行翻转过图像了，这里就不用翻转了
    
     #（4）关键点处理
     if hands: # 如果检测到手了，那就处理关键点
    
         # 获得食指指尖坐标(x,y)
         hand = hands[0] # 获取一只手的全部信息
         lmList = hand['lmList'] # 获得这只手的21个关键点的坐标(x,y,z)
         pointIndex = lmList[8][0:2] # 只获取食指指尖关键点的（x,y）坐标
    
         # 更新贪吃蛇的节点，给出蛇头节点坐标。返回更新后的图像
         img = game.update(img, pointIndex)
    
     #（5）显示图像
     cv2.imshow('img', img) # 输入图像显示窗口的名称及图像
    
     # 重新开始游戏
     k = cv2.waitKey(1) # 每帧滞留1毫秒后消失
     if k == ord('r'): # 键盘'r'键代表重新开始游戏
         game.gameover = False
         game.score = 0 # 积分器
         game.points = [] # 蛇的身体的节点坐标
         game.lengths = [] # 蛇身各个节点之间的坐标
         game.currentLength = 0 # 当前蛇身长度
         game.allowedLength = 150 # 没吃东西时，蛇的总长度
         game.previousHead = (0,0) # 前一个蛇头节点的坐标
         game.randomFoodLocation() # 随机改变食物的位置
    
     if k & 0xFF == 27: # 键盘ESC键退出程序
         break
    
# 释放视频资源
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()
复制代码