3D打印小猫-第11届蓝桥杯Scratch国赛真题第6题

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[导读]：超平老师计划推出Scratch蓝桥杯真题解析100讲，这是超平老师解读Scratch蓝桥真题系列的第8讲。

第11届蓝桥杯青少年组国赛原定于2020年4月25日举行，因疫情推迟到2020年10月31日，并且改为在线考试。Scratch分为初级组和中级组，其中初级组面向7~10岁孩子，中级组面向11~14岁孩子。

3D打印小猫，本题是第11届蓝桥杯Scratch国赛真题编程第6题，是中级组最后一题，初级组没有此题。题目要求考生使用Scratch编程模拟3D打印技术来打印一只小猫，本题难度系数为5。

本题将编程和当下最时髦的黑科技之一-3D打印相结合，非常具有前瞻性，创意十足，先来看看题目的详细说明吧。

一.题目说明

背景信息：3D打印技术，它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

编程实现：通过滑杆控制小猫造型变化，按下空格键，传感器进行扫描并在小猫右侧打印它的造型。

具体要求：

1). 当小绿旗被点击后，角色出现在舞台对应位置；

2). 通过滑杆控制小猫形状变化（外观特效：鱼眼，滑杆范围：-100~100）；

3). 按下空格键，小猫左侧出现传感从下到上对小猫进行全身扫描，同时在右侧从下到上依次画出扫描过的部分身体；

4). 当完成扫描后，右侧程序完整造型效果；

5). 点击绿旗，程序可重新开始。

二.思路分析

对于大多数中小学生来说，3D打印技术是一个比较新颖的概念，如果不了解3D打印原理，是很难找到解题思路的。

什么是3D打印呢，简单来说，3D打印就是以数字模型为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印技术有两个关键点：

建立数字模型
逐层打印

逐层打印相对比较好理解一点，我们可以将小猫分成若干层，比如150层，每一层又由若干个点构成的。如果能确定小猫的层数，以及每一层中所有点的位置，那么我们就可以使用Scratch画笔来绘制出黑色的小猫造型了。

每一层中各个点的位置，这就构成了数字模型，很显然，本题中并没有直接给出数字模型，而需要我们通过编程建立小猫的数字模型。我们可以模拟使用扫描仪扫描物体的过程，扫描的时候也是逐层进行，每一层都从左至右进行逐点扫描，并记录下有效打印点的位置，这样就可以建立数字模型。

这有点类似于在LED屏幕中显示文字，如图所示：

这是一个 16 x 16 的LED屏幕，点亮不同位置的点，就可以显示不同的文字，生活中的交通信号灯、电子屏都是利用这个原理来实现的。

搞清楚了3D打印过程及原理，我们的思路就变得非常清晰了，那就是先模拟扫描过程，逐行扫描小猫，记录下各个有效打印点的坐标，建立数据模型，与此同时，在小猫的右侧打印出小猫造型。

本题一共使用了4个角色，如图所示：

三.编程实现

根据上面的思路分析，我们可以分3步进行编程：

鱼眼特效
模拟扫描过程，建立数据模型
逐层打印小猫

1.鱼眼特效

根据题目要求，通过滑杆控制小猫实现鱼眼特效在-100到100之间变化。这个功能比较简单，先建立一个变量，将其命名为”n“，并将其设置为滑杆模式，如图：

当变量变为滑杆模式时，再使用鼠标右键点击变量，会多出一个”改变滑杆范围“选项，如图：

点击”改变滑杆范围“选项，弹出如下窗口，将最小值设为-100，最大值设为100，再点击确定按钮。

接下来就可以编写代码了，切换到小猫角色，编写代码如下：

这样一来，当使用鼠标调整滑杆范围时，小猫就会呈现相应的鱼眼特效，非常有意思。

2. 模拟扫描过程，建立数据模型

根据前面的分析，我们需要建立数据模型，这就需要对小猫进行逐层扫描。在扫描过程中，对点的大小把握显得至关重要，点越小，效果越好，但需要扫描的次数也更多，一般来说，选择1个像素（等于Scratch中的1步）是最合适的。

在Scratch角色库中，没有1个像素大小的角色，该怎么办呢？

解决方案就是绘制一个小圆点作为扫描点角色，先将该角色移到小猫的左下方，并隐藏起来，等待玩家按下空格键，显示角色，并进行逐层扫描，代码如下：

这里使用了两层嵌套循环，外层的循环重复执行了125次，表示将小猫分125层进行逐行扫描，每一层扫描完毕，都回到左边，并向上移动一层，进行下一层的扫描。

内层循环则是自左至右重复执行127次，每移动1步，都需要记录下该点的x，y坐标，分别保存在变量”扫描点x“和”扫描点y“中。在扫描过程中，如果碰到小猫，就说明这个点是有效的打印点，将其x，y坐标保存到变量”打印点x“和”打印点y“中。

这里还发送了两个广播，其中”扫描“广播是发送给角色”扫描仪“的，而”打印“广播则发送给”画笔“角色，用来打印小猫。

切换到”扫描仪“角色，编写代码如下：

代码非常简单，也很容易理解，该角色的作用就是让用户看到扫描仪扫描的过程，但真正完成扫描工作的是”扫描点“角色。

3. 逐层打印小猫

在扫描过程中，我们已经通过变量”打印点x“和”打印点y“记录下有效的打印点坐标，并且发送了”打印“广播。现在，我们只需要在接收到”打印“广播时，完成打印小猫动作即可。

打印需要在一个新的角色中完成，添加一个”画笔“角色，编写代码如下：

需要注意的是，这里的x坐标值为”打印点x + 120“，其作用是在小猫的右侧120步处开始打印小猫，如果没有右移的话，那么打印出来的小猫和原来的小猫会重叠，至于右移多少，可以自己设定，比如100步、150步都可以。

四.总结与思考

本题代码并不复杂，一共50来个积木块，但涉及到的知识点不少，主要包括：

绘制新角色；
鱼眼特效的设置；
变量的使用，尤其是滑杆变量的使用及滑杆范围设置；
嵌套循环的使用；
事件广播机制；
Scratch画图。

作为压轴题目，从代码的角度来讲，这里没有复杂的逻辑，真正的难点在于对3D打印原理的理解，并通过Scratch编程来模拟这个打印流程。

不知道你发现了没有，编程的学习完全不同于学校文化课的学习。编程学习是以解决实际问题为导向的，它没有固定的标准答案，需要孩子不停的思考（分析问题）、尝试（发现问题）、直到完成任务（解决问题），这个过程其实就是编程所倡导的项目制教学（PBL）。

针对本题，你还可以做进一步探索，尝试完成如下功能：

打印出小猫的倒影；
打印出一模一样的彩色小猫。

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