魔方游戏实现：任意阶魔方的表示

第一节 魔方的简单表示

对于任意N阶的魔方均有六个面（Surface)，每个面有N*N个方块。在面向对象的程序设计里，我们可以把魔方（Cube)、魔方的面(Surface)和面的方块（Block)均视作为对象。

魔方的定义：六个面存储在一个数组

2. ''' <summary>
3. ''' 表示一个指定阶的魔方
4. ''' </summary>
5. Public Class CubeClass
6.     ''' <summary>
7.     ''' 魔方阶数
8.     ''' </summary>
9.     Public CubeRank As Integer
10.     ''' <summary>
11.     ''' 魔方的六个表面
12.     ''' </summary>
13.     Public SurfaceArray(5) As CubeSurfaceClass
14. End Class

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魔方的面定义：方块存储为N*N的二维数组

2. ''' <summary>
3. ''' 表示一个魔方的面
4. ''' </summary>
5. Public Class CubeSurfaceClass
6.     ''' <summary>
7.     ''' 魔方表层的块数据
8.     ''' </summary>
9.     Public BlockData(,) As CubeBlockClass
10. End Class

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魔方的块定义：每个块具有独立的颜色

2. ''' <summary>
3. ''' 表示魔方面上的一个方块
4. ''' </summary>
5. Public Class CubeBlockClass
6.     ''' <summary>
7.     ''' 当前块的颜色
8.     ''' </summary>
9.     Public BlockColor As  Color
10.     Public x As Integer '所在列数
11.     Public y As Integer '所在行数
12. End Class

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上述，我们完成了魔方类的简单定义，并且确立了之间的从属关系。这里有一点需要注意，方块（BlockClass)是指魔方的单个颜色块。

所以N阶魔方应有6*N*N个颜色块，以三阶魔方为例，它应有54个颜色块（BlockClass)。

第二节 面之间的空间关系

魔方的六个面之间并非独立的，手机游戏出售而是存在一定的空间关系。前面在CubeClass中定义了SurfaceArray()表示魔方的六个面，现在索引0~5分别指示魔方的顶层，底层，左侧，右侧，前方，后方六个面。

SurfaceArray(0):顶层

SurfaceArray(1):底层

SurfaceArray(2):左侧

SurfaceArray(3):右侧

SurfaceArray(4):前方

SurfaceArray(5):后方

图2.1 魔方六面的空间位置

由此确定了各个面的空间方位，给SurfaceClass添加如下定义：

2. ''' <summary>
3.     ''' 当前表层的相邻表层（顶、底、左、右、前和后）
4.     ''' </summary>
5.     Public NeibourSurface(5) As CubeSurfaceClass

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NeibourSurface()的索引从0~5依次指示当前面的顶、底、左、右、前和后。以图2.1“右面”为例，它的NeibourSurface()应该为

NeibourSurface(0)：顶层

NeibourSurface(1)：底层

NeibourSurface(2)：前方

NeibourSurface(3)：后方

NeibourSurface(4)：右侧，每一个面的“前”就是它自身

NeibourSurface(5)：左侧

但上述是默认为"右面"的"上方"就是顶层。所以我们还需要对每一个面的“上方”进行严格的定义：

 

图2.2 魔方六面的空间位置_平面展开

图2.3 魔方六面"上方"的方向

由上，我们可以确定各面之间的空间关系：

2. Dim TempArray(,) As Integer = {{2, 3, 4, 5, 0, 1},
3.                                        {3, 2, 4, 5, 1, 0},
4.                                        {1, 0, 4, 5, 2, 3},
5.                                        {0, 1, 4, 5, 3, 2},
6.                                        {0, 1, 2, 3, 4, 5},
7.                                        {0, 1, 3, 2, 5, 4}} '空间相邻关系矩阵

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该矩阵行数值指某个面在SurfaceArray()中的索引，列数表示这个面相邻的面在SurfaceArray()的索引。前面提到每一个面的“前”就是它自身，矩阵的第五列从0依次到5。

在CubeClass类中添加如下方法，并在构造函数中调用：

2. ''' <summary>
3.     '''初始化各个表层间的空间相邻关系
4.     ''' </summary>
5.     Public Sub InitSurface()
6.         Dim TempArray(,) As Integer = {{2, 3, 4, 5, 0, 1},
7.                                        {3, 2, 4, 5, 1, 0},
8.                                        {1, 0, 4, 5, 2, 3},
9.                                        {0, 1, 4, 5, 3, 2},
10.                                        {0, 1, 2, 3, 4, 5},
11.                                        {0, 1, 3, 2, 5, 4}} '空间相邻关系矩阵
12. 
    
13.         For i = 0 To 5
14.             For j = 0 To 5
15.                 SurfaceArray(i).NeibourSurface(j) = SurfaceArray(TempArray(i, j))
16.             Next
17.         Next
18.     End Sub

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第三节 魔方的初始化

魔方（CubeClass)的构造函数：六面的颜色标准：顶-白色，底-黄色，左-橙色，右-红色，前-绿色，后-蓝色

2.     ''' <summary>
3.     ''' 新建一个指定阶的魔方
4.     ''' </summary>
5.     ''' <param name="nRank">指定的阶数</param>
6.     Public Sub New(ByVal nRank As Integer)
7.         Dim ColorArr() As Color = {Color.White, Color.Yellow, Color.Orange, Color.Red, Color.Green, Color.Blue}
8.         For i = 0 To 5
9.             SurfaceArray(i) = New CubeSurfaceClass(nRank, i, ColorArr(i))
10.         Next
11.         CubeRank = nRank
12.         InitSurface()
13.     End Sub

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魔方面（CubeSurfaceClass)的构造函数：

2.     ''' <summary>
3.     ''' 当前魔方的阶数
4.     ''' </summary>
5.     Public CubeRank As Integer
6.     ''' <summary>
7.     ''' 魔方表层的数据
8.     ''' </summary>
9.     Public BlockData(,) As CubeBlockClass
10.     ''' <summary>
11.     ''' 当前表层的相邻表层（顶、底、左、右、前和后）
12.     ''' </summary>
13.     Public NeibourSurface(5) As CubeSurfaceClass
14.     Public Index As Integer
15.     Public Sub New(nRank As Integer, nIndex As Integer, nColor As Color)
16.         ReDim BlockData(nRank - 1, nRank - 1)
17.         CubeRank = nRank
18.         Index = nIndex
19.         Dim rnd As New Random
20.         For i = 0 To nRank - 1
21.             For j = 0 To nRank - 1
22.                 BlockData(i, j) = New CubeBlockClass(i, j)
23.                 BlockData(i, j).ParentIndex = Index
24.                 BlockData(i, j).BlockColor = nColor
25.             Next
26.         Next
27.     End Sub

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魔方块（CubeBlockClass)的构造函数：

2. Public ParentIndex As Integer
3.     ''' <summary>
4.     ''' 当前块的颜色
5.     ''' </summary>
6.     Public BlockColor As Color
7.     Public x As Integer '所在列数
8.     Public y As Integer '所在行数
9.     Public Sub New(nX As Integer, nY As Integer)
10.         x = nX
11.         y = nY
12.     End Sub

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至此，一个任意阶的魔方已可以被表示，并且在此基础上将可以实现魔方的扭动逻辑。