2026 秋软件工程个人作业（第二次）：利用 AIGC 完成"一箭又一箭"小游戏

项目 内容
这个作业属于哪个课程 2026-01软件工程与软件工程实践
这个作业要求在哪里 作业要求链接
这个作业的目标 使用 Python 和 AIGC 完成"一箭又一箭"小游戏
学号 102401415
GitHub 仓库 https://github.com/Lin-fzu/ArrowGame

一、项目展示

1.1 开始界面

游戏启动后进入开始界面，展示游戏名称、规则说明和开始按钮。

1.2 游戏界面

游戏界面顶部显示关卡名称，左上角显示剩余箭头数量，右上角显示剩余失误次数，中央为游戏棋盘，底部提供重新开始和返回菜单按钮。

1.3 通关界面

清除当前关卡全部箭头后，显示通关结果，可选择进入下一关或重玩本关。

1.4 失败界面

失误次数耗尽时，显示失败结果，可选择重新开始或返回菜单。

二、项目介绍

2.1 游戏规则

"一箭又一箭"是一款点击式箭头解谜游戏。棋盘中包含上、下、左、右四种方向的箭头，玩家需要观察箭头的方向和相互阻挡关系，按照合适的顺序点击箭头，使所有箭头依次飞出棋盘。

  • 点击箭头后，程序检查其前进方向上的路径
  • 前方无阻挡：箭头飞出棋盘并被消除
  • 前方有阻挡：箭头不能消除，触发碰撞反馈（前冲后返回 + 变红），并消耗一次失误机会
  • 清除本关全部箭头即可进入下一关
  • 失误次数耗尽时，本关失败，可重新开始

2.2 主要功能

功能 说明
图形化界面 基于 Pygame 开发，包含开始、游戏、通关、失败四种界面
四方向箭头 支持上、下、左、右四种箭头，用三角形绘制
鼠标点击操作 点击箭头尝试飞出，点击按钮进行操作
路径检测 正确判断箭头前进方向上是否存在其他箭头
飞出动画 箭头沿方向加速移出棋盘
碰撞反馈 箭头前冲后返回，同时变为红色警示
失误计数 显示剩余失误次数，耗尽则失败
三个关卡 3×3、4×4、5×5 三个难度递增的关卡
关卡切换 通关后自动进入下一关
重新开始 恢复当前关卡到初始状态
键盘快捷键 R 键重开、ESC 键返回菜单

2.3 关卡设计

关卡 名称 棋盘大小 箭头数量 失误上限
1 初窥门径 3×3 4 3
2 渐入佳境 4×4 6 3
3 运筹帷幄 5×5 8 4

每个关卡均经过贪心算法验证，存在合理的通关顺序。

三、实现思路

3.1 数据结构设计

箭头方向表示：使用字符 U/D/L/R 分别表示上、下、左、右四种方向，关卡数据以二维字符数组存储，.

表示空格。

# 关卡数据示例
LEVELS = [{"name": "第一关 · 初窥门径","grid": [["R", ".", "U"],[".", ".", "."],["D", ".", "L"],],"max_mistakes": 3,},
]

Arrow 类

：每个箭头对象包含以下属性：

  • row, col：在棋盘中的行列位置
  • direction：箭头方向（U/D/L/R）
  • alive：是否存活（未被消除）
  • anim_state：动画状态（idle/flying/crashing）
  • anim_progress：动画进度（0.0 ~ 1.0）

3.2 路径检测算法

路径检测是游戏的核心逻辑。对于一个箭头，从其位置出发，沿方向向量逐格检查，直到到达棋盘边界：

def check_path_clear(self, arrow):dx, dy = DIR_VECTORS[arrow.direction]r, c = arrow.row, arrow.colrows = len(self.initial_grid)cols = len(self.initial_grid[0])nr, nc = r + dy, c + dxwhile 0 <= nr < rows and 0 <= nc < cols:if self.get_arrow_at(nr, nc) is not None:return False  # 遇到阻挡nr += dync += dxreturn True  # 路径畅通

算法说明

：

  • 时间复杂度 O(n)，n 为棋盘边长
  • 只检查同一行或同一列上箭头与边界之间的格子
  • 遇到第一个存活箭头即返回 False（有阻挡）
  • 到达边界仍未遇到箭头则返回 True（畅通）

3.3 动画系统

飞出动画：箭头沿方向向量移动，位移随动画进度递增，最终移出棋盘后将 alive

设为 False。

碰撞动画

：箭头先沿方向前冲一段距离（进度 0~0.5），然后返回原位（进度 0.5~1.0），同时颜色变为红色。动画结束后恢复 idle 状态。

3.4 游戏状态管理

使用状态机管理游戏流程：

  • menu：开始界面
  • playing：游戏进行中
  • level_complete：关卡通关
  • game_over：游戏失败
  • all_complete：全部通关

状态切换由用户操作和游戏逻辑触发，例如消除全部箭头后切换到 level_complete，失误耗尽后切换到 game_over

。

四、AIGC 使用过程

本次开发使用 豆包 (Doubao)

作为 AIGC 辅助工具，以下记录 4 次具有代表性的使用过程。

4.1 第一次：需求分析与代码结构设计

项目 内容
子任务 游戏整体架构设计
借助何种 AIGC 技术 豆包 (Doubao)
提出的要求 分析"一箭又一箭"游戏需求，设计 Python + Pygame 的代码结构，包括类划分、核心方法和数据结构
AI 实现或提供了什么 设计了 Arrow 类（箭头属性和动画）、ArrowGame 类（游戏主控制器），规划了路径检测、状态管理、界面绘制等模块，给出了关卡数据的二维数组表示方案
效果如何 整体架构清晰合理，类划分符合面向对象设计原则，数据结构选择恰当，为后续编码提供了明确的框架
人工修改 基本采用 AI 设计的结构，仅将字体初始化从 SysFont 改为直接加载字体文件（因兼容性问题，见第三次记录），并增加了键盘快捷键功能

4.2 第二次：路径检测算法实现

项目 内容
子任务 四方向路径检测与碰撞判断
借助何种 AIGC 技术 豆包 (Doubao)
提出的要求 实现箭头前进方向的路径检测算法，要求正确处理四个方向、边界条件，以及有阻挡和无阻挡两种情况
AI 实现或提供了什么 生成了 check_path_clear 方法，使用方向向量 DIR_VECTORS 统一处理四个方向，从箭头位置出发沿方向逐格检查，遇到其他箭头返回 False，到达边界返回 True
效果如何 算法逻辑正确，四个方向统一处理避免了重复代码，边界条件处理得当，经测试 T01-T03 全部通过
人工修改 未做实质性修改，仅调整了变量命名以保持代码风格一致

4.3 第三次：Bug 修复 - Pygame 字体兼容性问题

项目 内容
子任务 修复游戏启动崩溃问题
借助何种 AIGC 技术 豆包 (Doubao)
提出的要求 运行游戏时 pygame.font.SysFont("microsoftyahei", 48) 报错 TypeError: expected str, bytes or os.PathLike object, not int，分析原因并提供修复方案
AI 实现或提供了什么 分析出这是 pygame 2.6.1 在 Python 3.13 上的已知兼容性问题（initsysfonts_win32 函数处理注册表字体时类型错误），建议改用 pygame.font.Font(font_path, size) 直接加载字体文件，并提供了微软雅黑字体的系统路径
效果如何 修复后游戏正常启动，中文字体渲染正确，所有界面文字显示正常
人工修改 采用 AI 建议的方案，将 4 处 SysFont 调用替换为 Font("C:/Windows/Fonts/msyh.ttc", size)，并添加了注释说明原因

4.4 第四次：自动化测试用例编写

项目 内容
子任务 编写 T01-T06 自动化测试
借助何种 AIGC 技术 豆包 (Doubao)
提出的要求 根据作业要求的 T01-T06 测试项，编写自动化测试脚本，使用 dummy 视频驱动避免弹窗，验证箭头消除、失误计数、边界处理、关卡通关、游戏失败、重新开始等功能
AI 实现或提供了什么 生成了完整的 test_game.py 测试脚本，包含 7 个测试函数，使用 SDL_VIDEODRIVER=dummy 环境变量实现无窗口测试，通过模拟动画更新验证箭头消除，使用贪心算法验证所有关卡可通关
效果如何 7/7 测试全部通过，覆盖了作业要求的所有测试项，额外验证了三个关卡的可通关性
人工修改 未做修改，测试脚本直接运行通过

五、测试结果

5.1 测试环境

  • 操作系统：Windows 11
  • Python 版本：3.13.13
  • Pygame 版本：2.6.1
  • 测试方式：自动化测试脚本（dummy 视频驱动）+ 手工试玩验证

5.2 测试结果汇总

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 箭头飞出动画播放后消失，存活数减 1 ✅ 通过
T02 点击前方有阻挡的箭头 箭头不消失，失误次数减 1 箭头播放碰撞动画后保持，失误数从 0 变为 1 ✅ 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 边缘朝外箭头路径检测返回 True，正常飞出，无越界异常 ✅ 通过
T04 消除本关全部箭头 显示通关并进入下一关 全部箭头消除后状态切换为 level_complete，显示通关界面 ✅ 通过
T05 失误次数耗尽 显示失败并允许重新开始 失误达到上限后状态切换为 game_over，显示失败界面，可重新开始 ✅ 通过
T06 游戏进行中重新开始 箭头布局和失误次数恢复 重新开始后箭头数恢复为初始值，失误数归零 ✅ 通过

5.3 额外测试

测试内容 结果
关卡 1 可通关性验证 ✅ 4 步通关
关卡 2 可通关性验证 ✅ 6 步通关
关卡 3 可通关性验证 ✅ 8 步通关
键盘快捷键（R/ESC） ✅ 功能正常
界面切换流畅性 ✅ 无卡顿

5.4 测试运行输出

============================================================
测试总结
============================================================[PASS] T01 箭头消除[PASS] T02 失误计数[PASS] T03 边界处理[PASS] T04 关卡通关[PASS] T05 游戏失败[PASS] T06 重新开始[PASS] 关卡可通关验证总计: 7/7 通过
所有测试通过！

六、PSP 表格

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 0.5 0.5 0
Python 与图形库学习 0.5 0.3 -0.2
游戏界面实现 1.5 1.5 0
路径与碰撞逻辑实现 1.0 0.8 -0.2
关卡设计 0.5 0.5 0
AIGC 辅助开发 1.0 1.2 +0.2
测试与修改 1.0 1.0 0
README 与博客撰写 1.5 1.8 +0.3
合计 7.5 7.6 +0.1

差异分析

：

  • Python 与图形库学习比预估少，因为已有 Pygame 基础
  • 路径与碰撞逻辑实现比预估快，AIGC 生成的代码质量较高
  • AIGC 辅助开发和博客撰写比预估略多，主要花在调试字体兼容性问题和完善博客内容上

七、心得体会

7.1 AIGC 带来的帮助

  1. 架构设计效率提升

    ：AIGC 能够快速分析需求并给出合理的代码结构设计，避免了从零开始摸索的时间成本。Arrow 类和 ArrowGame 类的划分在开发初期就确定了，后续编码非常顺畅。

  2. 核心算法快速实现

    ：路径检测算法虽然不复杂，但 AIGC 生成的代码使用方向向量统一处理四个方向，比我最初设想的四个 if 分支更简洁优雅。

  3. Bug 定位与修复

    ：遇到 Pygame 字体兼容性问题时，AIGC 迅速定位到是 pygame 2.6.1 + Python 3.13 的已知问题，并给出了直接加载字体文件的解决方案，节省了大量搜索和试错时间。

  4. 测试用例自动生成

    ：AIGC 生成的测试脚本覆盖了所有要求的测试项，还额外使用 dummy 视频驱动实现了无窗口测试，以及贪心算法验证关卡可通关性，测试质量超出预期。

7.2 出现的问题

  1. Pygame 字体兼容性问题：pygame.font.SysFont 在 Python 3.13 下崩溃，这是 pygame 2.6.1 的已知 bug。通过改用 pygame.font.Font

    直接加载字体文件解决。

  2. Git 环境缺失

    ：系统未安装 Git，需要通过 winget 安装。安装后首次推送时凭据管理器弹出浏览器授权，整体流程顺利。

  3. 关卡设计需验证可通关性

    ：最初设计的几个关卡布局存在死锁（两个箭头互相阻挡），通过编写贪心算法验证才发现并调整。这让我意识到关卡设计不能只靠直觉，需要算法验证。

7.3 收获与总结

  1. AIGC 是工具不是替代品

    ：AIGC 能够大幅提升开发效率，但生成的代码仍需要人工审查和测试。例如字体兼容性问题就是在实际运行中发现的，AIGC 最初生成的代码也使用了 SysFont。

  2. 测试驱动开发的价值

    ：编写自动化测试脚本不仅验证了功能正确性，还在关卡设计阶段帮助发现了死锁问题。测试不再是可选的"额外工作"，而是开发流程的必要组成部分。

  3. 版本控制的重要性

    ：按照作业要求进行多次有意义的 Commit，而不是一次性上传全部代码，让开发过程更有条理，也便于回溯和问题定位。

  4. 小游戏开发的完整流程

    ：从需求分析、架构设计、编码实现、测试验证到文档撰写，完整经历了一个小型软件项目的开发流程，对软件工程的实践有了更深入的理解。

八、附录

8.1 项目结构

ArrowGame/
├── main.py                  # 游戏主程序（界面、逻辑、动画）
├── levels.py                # 关卡数据
├── test_game.py             # 自动化测试脚本
├── capture_screenshots.py   # 截图生成脚本
├── README.md                # 项目说明文档
├── .gitignore               # Git 忽略文件
├── assets/                  # 资源文件目录
└── screenshots/             # 游戏截图├── 01_menu.png├── 02_game_level1.png├── 03_game_level3.png├── 04_level_complete.png└── 05_game_over.png

8.2 运行方法

# 安装依赖
pip install pygame# 运行游戏
python main.py# 运行测试
python test_game.py

8.3 GitHub 提交记录

Commit 说明
417f77e feat: 初始化项目结构，添加三个关卡数据
275ae4b feat: 实现游戏核心逻辑和图形界面
633c44d feat: 添加键盘快捷键支持
281dee8 test: 添加自动化测试脚本，覆盖全部测试项
ca1509a docs: 添加游戏截图和自动截图脚本
d33882e docs: 完善 README 项目文档