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Lab 12：Project 3 入门

**重要：**在 IntelliJ 中，应当在 proj3 目录这一层打开项目，而不是只打开 lab12 目录。否则 package 配置会出现问题。

目录#

Lab 前准备#

  • 运行 git pull skeleton master，获取 Project 3、Lab 12 和 Lab 13 的起始文件。
  • 观看课程链接中的往届 Project 3 入门视频。视频中的名称和 API 与本学期略有不同，但总体设计仍然适用。
  • 阅读 Project 3 Phase 1 的规格。
  • Project 3 是一场马拉松，而不是短跑。不要拖到最后才开始。
  • 提前联系 Project 3 搭档。最好和搭档共同完成本 Lab。
  • 整个 Project 3 必须始终与同一位搭档合作。

简介#

本 Lab 将让你熟悉 Project 3 中提供的 Tile Rendering Engine，并练习把一个复杂绘图任务分解成具有清晰抽象层次的辅助方法。

第一部分会查看两个演示程序，了解怎样建立并显示一个由 TETile 组成的二维世界。第二部分会要求你使用同一套引擎绘制六边形，并把多个六边形组合为镶嵌图案。

第一部分：认识 Tile Rendering Engine#

Boring World#

在 IntelliJ 中打开 proj3，而不是 lab12。通过 proj3/pom.xml 导入项目。对于本 Lab，只需关注 byow.lab12 package。

运行 BoringWorldDemo。这个演示程序创建一个非常简单的世界。它的过程可以分为三步：

  1. 初始化一个 TERenderer；
  2. 创建一个二维 TETile[][] 数组；
  3. 要求 renderer 显示这个数组。

创建并初始化 renderer 的代码如下：

TERenderer ter = new TERenderer();
ter.initialize(width, height);
java

这里的宽度和高度以 tile 数量为单位。每个 tile 是 16×16 像素。例如，initialize(10, 20) 会建立一个 10×20 tile 的窗口，即 160×320 像素。

你可以使用 TETile 构造器创建自己的 tile，也可以使用 Tileset.java 中已经创建好的 tile。下面的代码会创建一个空世界：

TETile[][] world = new TETile[WIDTH][HEIGHT];
for (int x = 0; x < WIDTH; x += 1) {
    for (int y = 0; y < HEIGHT; y += 1) {
        world[x][y] = Tileset.NOTHING;
    }
}
java

之后，可以覆盖数组中的某个区域：

for (int x = 20; x < 35; x += 1) {
    for (int y = 5; y < 10; y += 1) {
        world[x][y] = Tileset.WALL;
    }
}
java

最后，使用下面的调用显示世界：

ter.renderFrame(world);
java

修改数组之后，屏幕不会自动更新。只有再次调用 renderFrame，renderer 才会显示新状态。

尝试把 WALL 换成其他 tile，并修改循环边界，观察世界如何变化。

TETile 是不可变对象，因此不能通过下面这种方式修改某个 tile 的字符：

world[x][y].character = 'X';
java

Random World#

运行 RandomWorldDemo.java。这个演示展示了三个概念：

  • java.util.Random 伪随机数生成器；
  • switch 语句；
  • 把任务委托给多个方法，而不是把所有逻辑都塞进 main。

考虑下面的代码：

Random r = new Random(1000);
System.out.println(r.nextInt());
System.out.println(r.nextInt());
System.out.println(r.nextInt());
java

伪随机序列实际上是确定性的。相同的 seed 会产生完全相同的序列：

Random r = new Random(82731);
System.out.println(r.nextInt());
System.out.println(r.nextInt());
System.out.println(r.nextInt());
System.out.println(r.nextInt());

r = new Random(82731);
System.out.println(r.nextInt());
System.out.println(r.nextInt());
System.out.println(r.nextInt());
System.out.println(r.nextInt());
java

上面两组四个整数会完全相同。调用 new Random() 而不传入 seed 时，Java 会根据时间等不断变化的值选择 seed。

起始代码使用固定 seed 2873123，因此每次运行都会生成相同的世界。Project 3 必须利用这种确定性，使相同输入总是能够重建同一个世界。

观察 RandomWorldDemo 如何使用 switch，以及它如何把不同任务交给独立方法。这里最重要的设计原则是：不断把复杂任务拆分为行为清楚的小方法，并建立分层抽象。

第二部分：使用 Tile Rendering Engine#

Hex World 简介#

接下来，在 HexWorld 中创建一个由随机六边形地形组成的世界。最终结果应当类似一个六边形棋盘，并使用草地、花、沙漠、森林和山脉等不同 tile。

绘制一个六边形#

首先实现一个方法，它的作用类似：

addHexagon(..., int s, ...)
java

这个方法应当在指定位置绘制边长为 s 的六边形。

你的实现应当：

  • 支持 s = 2, 3, 4, 5, ...；
  • 让六边形最宽的“中间”始终由两行同样长度的 tile 组成，以便多个六边形能够无缝镶嵌；
  • 使用辅助方法拆分绘制逻辑和几何计算；
  • 可以为关键计算辅助方法编写 JUnit 测试；
  • 可以设计一个 Hexagon 类，但应当认真思考一个六边形对象应当知道什么、应当能够做什么；
  • 自己设计 addHexagon 的完整方法签名，这本身也是任务的一部分。

如果想生成随机颜色，可以参考：

TETile.colorVariant(...)
java

这个任务可能会占用整节 Lab。没有做完并不要紧；重点是认真思考代码设计。

绘制六边形镶嵌图案#

完成单个六边形后，尝试把它们排列成目标图案。最终图案应当包含 19 个六边形。

不要把全部工作塞进一个巨大的嵌套循环而不编写辅助方法。如果没有分层抽象，代码会难以理解和调试；在有限的 Office Hours 时间中，TA 也很难帮助你。

思考可以使用哪些辅助方法。例如，一个方法可以绘制一列六边形，另一个高层方法可以组合多列。坐标和间距的计算也可以放在独立方法中。

现场编程演示#

观看课程提供的现场编程演示，观察工作人员如何一步一步拆分问题，并让低层绘图操作服务于高层世界生成逻辑。

继续完成 Project 3#

阅读 Phase 1 规格，并查看 project3prep.md。与搭档或 TA 讨论后填写这个文件。

Project 3 的世界生成虽然比 Hex World 更复杂，但核心过程相同：先识别能够独立测试的小任务，再把它们组合成更高层的世界生成器。

提交#

提交填写完整的：

project3prep.md
text

只要完整填写并提交这个文件，就可以获得本 Lab 的满分。

原始页面：https://sp21.datastructur.es/materials/lab/lab12/lab12 ↗

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