飞机大战项目铺垫

一、确认模块 —— pygame

• pygame 就是一个 Python 模块，专为电子游戏设计

• 官方网站：链接

  • 提示：要学习第三方模块，通常最好的参考资料就在官方网站

安装 pygame

$ sudo pip3 install pygame

验证安装

$ python3 -m pygame.examples.aliens

二、pygame 快速入门

01. 使用 pygame 创建图形窗口

1.1 游戏的初始化和退出

• 要使用 pygame 提供的所有功能之前，需要调用 init 方法
• 在游戏结束前需要调用一下 quit 方法

import pygame

pygame.init()

# 游戏代码...

pygame.quit()

1.2 理解游戏中的坐标系

• 坐标系
  • 原点 在 左上角 (0, 0)
  • x 轴 水平方向向 右，逐渐增加
  • y 轴 垂直方向向 下，逐渐增加

• 在游戏中，所有可见的元素 都是以 矩形区域 来描述位置的

  • 要描述一个矩形区域有四个要素：(x, y) (width, height)

• pygame 专门提供了一个类 pygame.Rect 用于描述 矩形区域

Rect(x, y, width, height) -> Rect

提示

• pygame.Rect 是一个比较特殊的类，内部只是封装了一些数字计算
• 不执行 pygame.init() 方法同样能够直接使用

案例演练

需求

1. 定义 hero_rect 矩形描述 英雄的位置和大小
2. 输出英雄的 坐标原点（x 和 y）
3. 输出英雄的 尺寸（宽度 和 高度）

hero_rect = pygame.Rect(100, 500, 120, 126)

print("坐标原点 %d %d" % (hero_rect.x, hero_rect.y))
print("英雄大小 %d %d" % (hero_rect.width, hero_rect.height))
# size 属性会返回矩形区域的 (宽, 高) 元组
print("英雄大小 %d %d" % hero_rect.size)

1.3 创建游戏主窗口

• pygame 专门提供了一个 模块 pygame.display 用于创建、管理 游戏窗口

set_mode 方法

set_mode(resolution=(0,0), flags=0, depth=0) -> Surface

• 作用 —— 创建游戏显示窗口

• 参数

  • resolution 指定屏幕的 宽 和 高，默认创建的窗口大小和屏幕大小一致
  • flags 参数指定屏幕的附加选项，例如是否全屏等等，默认不需要传递
  • depth 参数表示颜色的位数，默认自动匹配

• 返回值

  • 暂时 可以理解为 游戏的屏幕，游戏的元素 都需要被绘制到 游戏的屏幕 上

• 注意：必须使用变量记录 set_mode 方法的返回结果！因为：后续所有的图像绘制都基于这个返回结果

# 创建游戏主窗口
screen = pygame.display.set_mode((480, 700))

1.4 简单的游戏循环

• 为了做到游戏程序启动后，不会立即退出，通常会在游戏程序中增加一个 游戏循环
• 所谓 游戏循环 就是一个 无限循环
• 在 创建游戏窗口 代码下方，增加一个无限循环
  • 注意：游戏窗口不需要重复创建

# 创建游戏主窗口
screen = pygame.display.set_mode((480, 700))

# 游戏循环
while True:
    pass

02. 理解 图像 并实现图像绘制

• 在游戏中，能够看到的 游戏元素 大多都是 图像
  • 图像文件 初始是保存在磁盘上的，如果需要使用，第一步 就需要 被加载到内存
• 要在屏幕上 看到某一个图像的内容，需要按照三个步骤：
  1. 使用 pygame.image.load() 加载图像的数据
  2. 使用 游戏屏幕 对象，调用 blit 方法 将图像绘制到指定位置
  3. 调用 pygame.display.update() 方法更新整个屏幕的显示

提示：要想在屏幕上看到绘制的结果，就一定要调用 pygame.display.update() 方法

代码演练 I —— 绘制背景图像

需求

1. 加载 background.png 创建背景
2. 将 背景 绘制在屏幕的 (0, 0) 位置
3. 调用屏幕更新显示背景图像

# 绘制背景图像
# 1> 加载图像
bg = pygame.image.load("./images/background.png")

# 2> 绘制在屏幕
screen.blit(bg, (0, 0))

# 3> 更新显示
pygame.display.update()

代码演练 II —— 绘制英雄图像

需求

1. 加载 me1.png 创建英雄飞机
2. 将 英雄飞机 绘制在屏幕的 (200, 500) 位置
3. 调用屏幕更新显示飞机图像

# 1> 加载图像
hero = pygame.image.load("./images/me1.png")

# 2> 绘制在屏幕
screen.blit(hero, (200, 500))

# 3> 更新显示
pygame.display.update()

透明图像

• png 格式的图像是支持 透明 的
• 在绘制图像时，透明区域 不会显示任何内容
• 但是如果下方已经有内容，会 透过 透明区域 显示出来

理解 update() 方法的作用

可以在 screen 对象完成 所有 blit 方法之后，统一调用一次 display.update 方法，同样可以在屏幕上 看到最终的绘制结果

• 使用 display.set_mode() 创建的 screen 对象 是一个 内存中的屏幕数据对象
  • 可以理解成是 油画 的 画布
• screen.blit 方法可以在 画布 上绘制很多 图像
  • 例如：英雄、敌机、子弹…
  • 这些图像 有可能 会彼此 重叠或者覆盖
• display.update() 会将 画布 的 最终结果 绘制在屏幕上，这样可以 提高屏幕绘制效率，增加游戏的流畅度

案例调整

# 绘制背景图像
# 1> 加载图像
bg = pygame.image.load("./images/background.png")

# 2> 绘制在屏幕
screen.blit(bg, (0, 0))

# 绘制英雄图像
# 1> 加载图像
hero = pygame.image.load("./images/me1.png")

# 2> 绘制在屏幕
screen.blit(hero, (200, 500))

# 3> 更新显示 - update 方法会把之前所有绘制的结果，一次性更新到屏幕窗口上
pygame.display.update()

03. 理解 游戏循环 和 游戏时钟

现在 英雄飞机 已经被绘制到屏幕上了，怎么能够让飞机移动呢 ？

3.1 游戏中的动画实现原理

• 跟 电影 的原理类似，游戏中的动画效果，本质上是 快速 的在屏幕上绘制 图像
  • 电影是将多张 静止的电影胶片 连续、快速的播放，产生连贯的视觉效果！
• 一般在电脑上 每秒绘制 60 次，就能够达到非常 连续 高品质 的动画效果
  • 每次绘制的结果被称为 帧 Frame

3.2 游戏循环

游戏的两个组成部分

游戏循环的开始 就意味着 游戏的正式开始

游戏循环的作用

1. 保证游戏 不会直接退出
2. 变化图像位置 —— 动画效果
   • 每隔 1 / 60 秒 移动一下所有图像的位置
   • 调用 pygame.display.update() 更新屏幕显示
3. 检测用户交互 —— 按键、鼠标等…

3.3 游戏时钟

• pygame 专门提供了一个类 pygame.time.Clock 可以非常方便的设置屏幕绘制速度 —— 刷新帧率
• 要使用 时钟对象 需要两步：
  • 1）在 游戏初始化 创建一个 时钟对象
  • 2）在 游戏循环 中让时钟对象调用 tick(帧率) 方法
• tick 方法会根据 上次被调用的时间，自动设置 游戏循环 中的延时

# 3. 创建游戏时钟对象
clock = pygame.time.Clock()
i = 0

# 游戏循环
while True:

    # 设置屏幕刷新帧率
    clock.tick(60)

    print(i)
    i += 1

3.4 英雄的简单动画实现

需求

1. 在 游戏初始化 定义一个 pygame.Rect 的变量记录英雄的初始位置
2. 在 游戏循环 中每次让 英雄 的 y - 1 —— 向上移动
3. y <= 0 将英雄移动到屏幕的底部

提示：

• 每一次调用 update() 方法之前，需要把 所有的游戏图像都重新绘制一遍
• 而且应该 最先 重新绘制 背景图像

# 4. 定义英雄的初始位置
hero_rect = pygame.Rect(150, 500, 102, 126)

while True:

    # 可以指定循环体内部的代码执行的频率
    clock.tick(60)

    # 更新英雄位置
    hero_rect.y -= 1

    # 如果移出屏幕，则将英雄的顶部移动到屏幕底部
    if hero_rect.y <= 0:
        hero_rect.y = 700

    # 绘制背景图片
    screen.blit(bg, (0, 0))
    # 绘制英雄图像
    screen.blit(hero, hero_rect)

    # 更新显示
    pygame.display.update()

演练

1. 英雄向上飞行，当 英雄完全从上方飞出屏幕后
2. 将飞机移动到屏幕的底部

if hero_rect.y + hero_rect.height <= 0:
    hero_rect.y = 700

提示

• Rect 的属性 bottom = y + height

if hero_rect.bottom <= 0:
    hero_rect.y = 700

3.5 在游戏循环中 监听 事件

事件 event

• 就是游戏启动后，用户针对游戏所做的操作
• 例如：点击关闭按钮，点击鼠标，按下键盘…

监听

• 在 游戏循环 中，判断用户 具体的操作

只有 捕获 到用户具体的操作，才能有针对性的做出响应

代码实现

• pygame 中通过 pygame.event.get() 可以获得 用户当前所做动作 的 事件列表
  • 用户可以同一时间做很多事情
• 提示：这段代码非常的固定，几乎所有的 pygame 游戏都 大同小异！

# 游戏循环
while True:

    # 设置屏幕刷新帧率
    clock.tick(60)

    # 事件监听
    for event in pygame.event.get():

        # 判断用户是否点击了关闭按钮
        if event.type == pygame.QUIT:
            print("退出游戏...")

            pygame.quit()

            # 直接退出系统
            exit()

04. 理解 精灵 和 精灵组

4.1 精灵 和 精灵组

• 在刚刚完成的案例中，图像加载、位置变化、绘制图像 都需要程序员编写代码分别处理
• 为了简化开发步骤，pygame 提供了两个类
  • pygame.sprite.Sprite —— 存储 图像数据 image 和 位置 rect 的 对象
  • pygame.sprite.Group

精灵

• 在游戏开发中，通常把 显示图像的对象 叫做精灵 Sprite

• 精灵 需要 有 两个重要的属性

  • image 要显示的图像
  • rect 图像要显示在屏幕的位置

• 默认的 update() 方法什么事情也没做

  • 子类可以重写此方法，在每次刷新屏幕时，更新精灵位置

• 注意：pygame.sprite.Sprite 并没有提供 image 和 rect 两个属性

  • 需要程序员从 pygame.sprite.Sprite 派生子类
  • 并在 子类 的 初始化方法 中，设置 image 和 rect 属性

精灵组

• 一个 精灵组 可以包含多个 精灵 对象
• 调用 精灵组 对象的 update() 方法
  • 可以 自动 调用 组内每一个精灵 的 update() 方法
• 调用 精灵组 对象的 draw(屏幕对象) 方法
  • 可以将 组内每一个精灵 的 image 绘制在 rect 位置

Group(*sprites) -> Group

注意：仍然需要调用 pygame.display.update() 才能在屏幕看到最终结果

4.2 派生精灵子类

1. 新建 plane_sprites.py 文件
2. 定义 GameSprite 继承自 pygame.sprite.Sprite

注意

• 如果一个类的 父类 不是 object
• 在重写 初始化方法 时，一定要 先 super() 一下父类的 __init__ 方法
• 保证父类中实现的 __init__ 代码能够被正常执行

属性

• image 精灵图像，使用 image_name 加载
• rect 精灵大小，默认使用图像大小
• speed 精灵移动速度，默认为 1

方法

• update 每次更新屏幕时在游戏循环内调用
  • 让精灵的 self.rect.y += self.speed

提示

• image 的 get_rect() 方法，可以返回 pygame.Rect(0, 0, 图像宽, 图像高) 的对象

import pygame


class GameSprite(pygame.sprite.Sprite):
    """游戏精灵基类"""
    
    def __init__(self, image_name, speed=1):
        
        # 调用父类的初始化方法
        super().__init__()
        
        # 加载图像
        self.image = pygame.image.load(image_name)
        # 设置尺寸
        self.rect = self.image.get_rect()
        # 记录速度
        self.speed = speed

    def update(self, *args):
        
        # 默认在垂直方向移动
        self.rect.y += self.speed
        

4.3 使用 游戏精灵 和 精灵组 创建敌机

需求

• 使用刚刚派生的 游戏精灵 和 精灵组 创建 敌机 并且实现敌机动画

步骤

1. 使用 from 导入 plane_sprites 模块
   • from 导入的模块可以 直接使用
   • import 导入的模块需要通过 模块名. 来使用
2. 在 游戏初始化 创建 精灵对象 和 精灵组对象
3. 在 游戏循环中 让 精灵组 分别调用 update() 和 draw(screen) 方法

职责

• 精灵
  • 封装 图像 image、位置 rect 和 速度 speed
  • 提供 update() 方法，根据游戏需求，更新位置 rect
• 精灵组
  • 包含 多个 精灵对象
  • update 方法，让精灵组中的所有精灵调用 update 方法更新位置
  • draw(screen) 方法，在 screen 上绘制精灵组中的所有精灵

实现步骤

• 1. 导入 plane_sprites 模块

from plane_sprites import *

• 2. 修改初始化部分代码

# 创建敌机精灵和精灵组
enemy1 = GameSprite("./images/enemy1.png")
enemy2 = GameSprite("./images/enemy1.png", 2)
enemy2.rect.x = 200
enemy_group = pygame.sprite.Group(enemy1, enemy2)

• 3. 修改游戏循环部分代码

# 让敌机组调用 update 和 draw 方法
enemy_group.update()
enemy_group.draw(screen)

# 更新屏幕显示
pygame.display.update()

三、游戏框架搭建

01. 明确主程序职责

• 回顾 快速入门，一个游戏主程序的 职责 可以分为两个部分：

  • 游戏初始化
  • 游戏循环

• 游戏初始化 —— __init__() 会调用以下方法：

• 游戏循环 —— start_game() 会调用以下方法：

02. 实现飞机大战主游戏类

2.1 明确文件职责

• plane_main
  1. 封装 主游戏类
  2. 创建 游戏对象
  3. 启动游戏
• plane_sprites
  • 封装游戏中 所有 需要使用的 精灵子类
  • 提供游戏的 相关工具

代码实现

• 新建 plane_main.py 文件，并且设置为可执行
• 编写 基础代码

import pygame
from plane_sprites import *


class PlaneGame(object):
    """飞机大战主游戏"""

    def __init__(self):
        print("游戏初始化")

    def start_game(self):
        print("开始游戏...")


if __name__ == '__main__':
    # 创建游戏对象
    game = PlaneGame()

    # 开始游戏
    game.start_game()

2.3 游戏初始化部分

• 完成 __init__() 代码如下：

def __init__(self):
    print("游戏初始化")
    
    # 1. 创建游戏的窗口
    self.screen = pygame.display.set_mode((480, 700))
    # 2. 创建游戏的时钟
    self.clock = pygame.time.Clock()
    # 3. 调用私有方法，精灵和精灵组的创建
    self.__create_sprites()

def __create_sprites(self):
    pass

使用 常量 代替固定的数值

• 常量 —— 不变化的量
• 变量 —— 可以变化的量

应用场景

• 在开发时，可能会需要使用 固定的数值，例如 屏幕的高度 是 700
• 这个时候，建议 不要 直接使用固定数值，而应该使用 常量
• 在开发时，为了保证代码的可维护性，尽量不要使用 魔法数字

常量的定义

• 定义 常量 和 定义 变量 的语法完全一样，都是使用 赋值语句
• 常量 的 命名 应该 所有字母都使用大写，单词与单词之间使用下划线连接

常量的好处

• 阅读代码时，通过 常量名 见名之意，不需要猜测数字的含义
• 如果需要 调整值，只需要 修改常量定义 就可以实现 统一修改

提示：Python 中并没有真正意义的常量，只是通过命名的约定 —— 所有字母都是大写的就是常量，开发时不要轻易的修改！

代码调整

• 在 plane_sprites.py 中增加常量定义

import pygame

# 游戏屏幕大小
SCREEN_RECT = pygame.Rect(0, 0, 480, 700)

• 修改 plane_main.py 中的窗口大小

self.screen = pygame.display.set_mode(SCREEN_RECT.size)

2.4 游戏循环部分

• 完成 start_game() 基础代码如下：

def start_game(self):
    """开始游戏"""
    
    print("开始游戏...")
       
    while True:
    
        # 1. 设置刷新帧率
        self.clock.tick(60)
        
        # 2. 事件监听
        self.__event_handler()
        
        # 3. 碰撞检测
        self.__check_collide()
        
        # 4. 更新精灵组
        self.__update_sprites()
        
        # 5. 更新屏幕显示
        pygame.display.update()

def __event_handler(self):
    """事件监听"""
    
    for event in pygame.event.get():
    
        if event.type == pygame.QUIT:
            PlaneGame.__game_over()

def __check_collide(self):
    """碰撞检测"""
    pass

def __update_sprites(self):
    """更新精灵组"""
    pass
    
@staticmethod
def __game_over():
   """游戏结束"""

   print("游戏结束")
   pygame.quit()
   exit()

03. 准备游戏精灵组

3.1 确定精灵组

3.2 代码实现

• 创建精灵组方法

def __create_sprites(self):
    """创建精灵组"""
    
    # 背景组
    self.back_group = pygame.sprite.Group()
    # 敌机组
    self.enemy_group = pygame.sprite.Group()
    # 英雄组
    self.hero_group = pygame.sprite.Group()

• 更新精灵组方法

def __update_sprites(self):
    """更新精灵组"""
    
    for group in [self.back_group, self.enemy_group, self.hero_group]:
    
        group.update()
        group.draw(self.screen)