利用光线追踪实现3D效果｜掌控板也能玩“伪3D”！ 中等

有没有想过？在只有巴掌大的掌控板上，居然也能跑出类似《毁灭战士》的3D画面？

没有建模，没有图形卡——靠的只是聪明的数学头脑和一种神奇的技术：✨光线追踪（Ray Casting）！

别眨眼，让我们走进这场“像素幻觉”的魔术表演！

🎩 光线追踪到底是啥？

想象你被困在一个黑漆漆的迷宫中，只能靠手里的一只手电筒照明。

你一边转动身体，一边发射出一束束“光线”，看看哪些方向被挡住了、哪些地方能走通。

你的大脑很聪明，它会根据“光照的距离”，自动在脑海里勾勒出立体的迷宫墙！

这就是“光线追踪”的灵感来源！我们用程序来模拟这种人眼+手电筒的探路逻辑！

👾 程序里怎么“假装看见立体”？

别担心，这里没有高数和公式怪兽，我带你用最直白的话来理解：

第一步：发射“无形的激光眼”！

我们站在地图上的某个位置，然后像雷达一样向前方发出几十条光线，每条线略微有一点角度变化，像扇子一样张开，形成一个视野。

第二步：每条光线一路狂奔，直到撞墙！

每一条光线像个勇敢的小探险家，一步步往前冲，不撞南墙不回头！只要碰到了地图里的“墙壁”，它就会立刻回报：“我在第3格撞到了墙！”

第三步：根据“撞墙的距离”，画出墙的高度

这是最神奇的部分！

如果光线走得很短就撞墙，那这面墙就离我们很近 → 画得高高的！

如果走了很远才撞墙，那这面墙很远 → 画得矮矮的！

第四步：每条光线画一条“竖线”，屏幕瞬间3D化！

把这些“高高矮矮”的线一根根排在屏幕上，远近高低、错落有致——

嘿！你看到的就像站在迷宫里，左右有墙，前方还有转角！

🕹 掌控板怎么操作？

别看这是个技术活，玩起来可简单得很！

A按钮 👉 左转视角

B按钮 👉 右转视角

触摸键 T 👉 像勇者一样向前冲！

触摸键 H 👉 小心后退，别撞墙啦！

就这样，你在掌控板的小小屏幕里，像第一人称射击游戏一样自由探索！

🗺 地图是“像素级”的世界

你走的每一步，其实都是在一个 二维数组中穿梭：

1111111111

1000000001

…………

你就像一个活跃在数组中的小精灵，凭着“光线”去认清世界，真有点《黑客帝国》的感觉～

💡 光线追踪是“3D错觉大师”！

说到底，屏幕永远是2D的，但光线追踪却能用数学制造出立体的错觉：

近大远小

角度偏差

墙面高度变化

再加一点点线条间距优化，就能节省性能也更真实

这些细节，正是构建“视觉幻觉”的关键！

⚙️代码

from mpython import *
import math
import time

# 地图
game_map = [
[1,1,1,1,1,1,1,1],
[1,1,0,0,0,0,0,1],
[1,0,1,0,1,0,1,1],
[1,0,0,0,0,0,0,1],
[1,0,1,1,0,1,0,1],
[1,0,0,0,0,0,0,1],
[1,0,1,0,0,1,0,1],
[1,1,1,1,1,1,1,1],
]

# 玩家初始位置和角度
player_x = 3.5
player_y = 3.5
player_angle = 0.0

# 常量
SCREEN_WIDTH = 128
SCREEN_HEIGHT = 64
FOV = math.pi / 3
MAX_DEPTH = 8.0
STEP_SIZE = 0.11 # 光线步长，越小越精确但越慢

# 线条间距函数：每隔1格方块距离，线条间隔+1像素，最多6像素
def get_line_spacing(distance):
spacing = int(distance) + 1
if spacing > 6:
spacing = 6
return spacing

last_time = time.ticks_ms() # 记录上一帧时间

# 视野绘制函数
def cast_rays(fps):
oled.fill(0)

x = 0
while x < SCREEN_WIDTH:
ray_angle = player_angle - FOV / 2 + (x / SCREEN_WIDTH) * FOV
cos_a = math.cos(ray_angle)
sin_a = math.sin(ray_angle)

distance = 0
hit = False

# 光线追踪
while not hit and distance < MAX_DEPTH:
distance += STEP_SIZE
test_x = int(player_x + cos_a * distance)
test_y = int(player_y + sin_a * distance)
if test_x < 0 or test_x >= 8 or test_y < 0 or test_y >= 8:
hit = True
distance = MAX_DEPTH
elif game_map[test_y][test_x] == 1:
hit = True

# 鱼眼修正
corrected_dist = distance * math.cos(ray_angle - player_angle)
if corrected_dist == 0:
corrected_dist = 0.1

# 墙高度计算
wall_height = int(SCREEN_HEIGHT / corrected_dist)
if wall_height > SCREEN_HEIGHT:
wall_height = SCREEN_HEIGHT
wall_start = max(0, int(SCREEN_HEIGHT / 2 - wall_height / 2))
wall_end = min(SCREEN_HEIGHT, int(SCREEN_HEIGHT / 2 + wall_height / 2))

# 绘制墙壁垂直线
oled.line(x, wall_start, x, wall_end, 1)

# 根据距离调整线条间距
spacing = get_line_spacing(distance)
x += spacing

# 左上角显示 FPS
oled.DispChar("FPS:%d" % fps, 0, 0)
oled.show()

# 游戏主循环
def game_loop():
global player_x, player_y, player_angle, last_time
while True:
now = time.ticks_ms()
elapsed = time.ticks_diff(now, last_time)
last_time = now
if elapsed == 0:
elapsed = 1 # 防止除零
fps = 1000 // elapsed

# 左转
if button_a.value() == 0:
player_angle -= 0.1
# 右转
if button_b.value() == 0:
player_angle += 0.1

# 角度归一化
player_angle %= 2 * math.pi

# 前进：触摸键T
if touchPad_T.read() < 400:
dx = math.cos(player_angle) * 0.12
dy = math.sin(player_angle) * 0.12
new_x = player_x + dx
new_y = player_y + dy
if game_map[int(new_y)][int(new_x)] == 0:
player_x = new_x
player_y = new_y

# 后退：触摸键H
if touchPad_H.read() < 400:
dx = math.cos(player_angle) * 0.12
dy = math.sin(player_angle) * 0.12
new_x = player_x - dx
new_y = player_y - dy
if game_map[int(new_y)][int(new_x)] == 0:
player_x = new_x
player_y = new_y

cast_rays(fps)
time.sleep(0.01)

# 启动游戏
game_loop()

⚙️ 技术细节科普

视角范围（FOV）：一般设置为60度（π/3弧度），越大视野越广。

角度单位：用的是弧度（1圈 = 2π）。

鱼眼修正：边缘光线看起来会比中间更远，需修正距离避免画面拉伸。

帧率（FPS）显示：可以实时观察游戏运行流畅度。

🧪 有趣的拓展玩法

别满足于“只会看见墙”，试试加入：

🌟 “宝箱”、“钥匙” → 变身解谜游戏

🧟 “怪物NPC” → 第一人称射击（别担心，激光是你画的！）

🕹 自动地图生成 → 每次进入都是新的挑战！

还能加入光影效果、色彩深浅、贴图模仿，让这个迷宫更“魔幻”！

🧙 总结：数学+创意 = 掌控板上的3D奇迹！

谁说“3D”一定要靠大屏幕、高显卡？

只要你肯动脑，哪怕是小小的掌控板，也能跑出惊艳的立体世界！

学技术，不如造作品；玩代码，不如玩游戏！

下次，当有人说“我用Unity做了个3D迷宫”时，你可以笑着说：

“我在掌控板上用数学‘画’了一个！” 😎

如果你喜欢，欢迎留言/点赞。

也欢迎你自己创作迷宫地图、换个主角皮肤，甚至做个3D版“跳一跳”！

世界很小，创意无限——让我们在像素里冒险，在屏幕里穿越吧！

欢迎留言/点赞。