永远不撞车的小火车 🚂

A peaceful train simulation that loops forever without crashing - available in both 2D and 3D versions.

项目概述

这是一个双版本实现的火车模拟项目，包含2D Pygame版本和3D Three.js版本。火车在椭圆形轨道上永远循环行驶，不会发生碰撞，提供一种放松的视觉体验。

技术架构

2D版本 (train.py)

• 技术栈: Python 3 + Pygame + Pygame.freetype
• 窗口: 900×650 像素，60 FPS
• 渲染: 软件渲染，程序化生成所有图形
• 字体: 中文字体回退链 (PingFang → STHeiti → Hiragino Sans GB → Arial Unicode MS)

核心组件

组件	功能
make_oval()	生成600个点的椭圆轨道路径
draw_track()	绘制铁路枕木和双轨
Train	火车位置、速度、圈数管理和渲染
Puff	烟雾粒子系统
Cloud	漂浮云朵
Tree	程序化生成的树木

3D版本 (train_3d.html)

• 技术栈: HTML5 + CSS3 + JavaScript ES6 + Three.js r169
• 渲染器: WebGL with PBR材质，ACES色调映射
• 后处理: EffectComposer + UnrealBloomPass + OutputPass
• 阴影: PCF软阴影，4096×4096阴影贴图

场景架构

Scene
├── Lighting (HemisphereLight + DirectionalLight + AmbientLight)
├── Sky Dome (程序化渐变着色器)
├── Terrain (程序化高度位移)
├── Track System (参数化椭圆轨道)
├── Train (机车 + 5节车厢)
├── Particle System (500个烟雾粒子池)
├── Environment
│   ├── Trees (60+ 程序化生成)
│   └── Mountains (12个背景山峰)
└── Camera System (3种模式)

PBR材质系统

材质	颜色	用途
body	深炭灰 #1a1a1e	主体结构
steel	银色 #b2b2be	辐条、连杆、联轴器
brass	金色 #b88a12	装饰环、汽笛、车灯
red	深红 #cc2200	装饰条纹
glass	蓝色调，38%透明度	车窗

轨道系统

2D版本

• 轨道形状: 椭圆，中心(450, 350)，半径315×195
• 数据结构: 600个离散点数组
• 移动方式: 基于索引的位置推进

3D版本

• 轨道形状: 参数化椭圆 trackPt(t) = (TRX·cos(2πt), 0, TRZ·sin(2πt))
• 轨道参数: TRX=14, TRZ=9.5
• 轨道构建:
  • 双轨: TubeGeometry沿CatmullRomCurve3路径，垂直偏移±0.58单位
  • 枕木: BoxGeometry，每7个点放置一个，自动朝向轨道方向

火车移动实现

2D版本

# 基于索引的移动
pos += speed  # 沿600点数组推进
for i, car in enumerate(cars):
    car_pos = track_points[(pos - i*18) % 600]  # 每节车厢间隔18个点

3D版本

// 基于参数化时间的移动
trainT += speed;  // 0.0-1.0循环
if (trainT >= 1.0) { trainT -= 1.0; laps++; }

// 自动定向系统
function orient(obj, t) {
    obj.position.copy(trackPt(t));
    obj.lookAt(trackPt(t).add(trackTan(t)));  // 面向切线方向
}

交互元素

控制系统

按键	2D版本	3D版本
↑/↓	速度调节 (0.3-7.0)	速度调节 (0.2-5.0×)
Space	暂停/继续	暂停/继续
C	-	切换相机模式
Q/Esc	退出	关闭窗口

3D版本相机模式

1. 轨道控制 - 自由拖拽和缩放
2. 跟随相机 - 跟在机车后方
3. 鸟瞰视角 - 俯视整个场景

UI界面

• 2D版本: 半透明HUD面板，显示标题、圈数、速度、控制说明
• 3D版本:
  • 毛玻璃效果HUD面板（左上角）
  • 速度滑块控制
  • 相机模式标签（底部中央）
  • 加载屏幕和暂停覆盖层

粒子系统

烟雾效果

• 2D版本: Puff类，每9个速度单位发射一次，上升并随机漂移
• 3D版本: 500个粒子池，径向渐变精灵纹理，从烟囱世界坐标发射

部署方式

本地运行

2D版本

# 安装依赖
pip install pygame

# 运行
python train.py

3D版本

# 方式1: 直接打开HTML文件
open train_3d.html

# 方式2: 使用macOS启动器
./play.command

# 方式3: 本地服务器（可选）
python -m http.server 8000
# 然后访问 http://localhost:8000/train_3d.html

在线部署

GitHub Pages

1. 推送到GitHub仓库
2. 在仓库设置中启用GitHub Pages
3. 选择主分支作为源
4. 访问 https://username.github.io/repository-name/train_3d.html

其他静态托管平台

• Netlify: 拖拽整个文件夹到Netlify
• Vercel: 连接GitHub仓库自动部署
• Firebase Hosting: 使用Firebase CLI部署

系统要求

2D版本

• Python 3.6+
• Pygame 2.0+
• 支持中文字体的操作系统

3D版本

• 现代浏览器，支持WebGL 2.0
• 推荐Chrome 80+, Firefox 75+, Safari 13.1+
• 建议显卡支持硬件加速

项目特色

• ✅ 零外部资源: 所有图形、纹理、模型都是程序化生成
• ✅ 自包含: 3D版本是单个HTML文件，无需构建步骤
• ✅ 跨平台: 2D版本支持所有Python平台，3D版本支持所有现代浏览器
• ✅ 中文支持: 完整的中文字体回退和UI
• ✅ 性能优化: 粒子池、对象复用、LOD系统
• ✅ 视觉效果: PBR材质、动态阴影、后处理效果

开发者信息

这是一个展示程序化生成和实时渲染技术的示例项目，适合学习：

• Pygame 2D游戏开发
• Three.js 3D Web图形
• 程序化内容生成
• 粒子系统设计
• 跨平台部署策略

许可证

MIT License - 自由使用和修改

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享受这趟永远不会撞车的宁静旅程！ 🚂✨