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數據與算法之美

所用技術和軟件

• python 2.7

• pygame 1.9.3

• pyCharm

準備工作

安裝好 pygame 在第一次使用 pygame 的時候，pyCharm 會自動 install pygame。

下載好使用的素材。

技術實現

初始化 pygame

首先要初始化 pygame ，之后設定一些基本的要點，比如窗口大小（盡量避免魔法數字），窗口標題以及背景圖像。pygame 通過加載圖片，最后返回一個 surface 對象，我們不需要關系圖片的格式。但是通過?convert()?這個函數，會使我們的圖片轉換效率提高。

# coding=utf8

import pygame

WIDTH = 480

HEIGHT = 800

pygame.init()

screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))

pygame.display.set_caption('飛機大戰')

background = pygame.image.load('resources/image/background.png').convert()

screen.fill(0)

screen.blit(background, (0, 0))

默認圖片左上角為原點 (0,0)。

顯示窗口

如果我們這樣設定，當我們運行的時候，窗口會一閃而過，并不會出現我們想象的畫面。因為窗口只是運行一下就會關閉，所以我們要寫一個循環，使窗口一直保持出現。當然如果我們簡單的寫一個 while True那么我們的程序就出現了死循環，卡死。

所以還需要寫個退出。

while True:

? ?screen.fill(0)

? ?screen.blit(background, (0, 0))

? ?for event in pygame.event.get():

? ? ? ?if event.type == pygame.QUIT:

? ? ? ? ? ?pygame.quit()

? ? ? ? ? ?exit()

顯示飛機

首先我們要初始化我們的主角飛機

仍舊需要加載我們需要的資源，我們的資源文件里已經準備好各種各樣的飛機，但是他們都在一張切圖上。

同時我們的資源文件里還有一個叫做?shoot.pack?的文件，里面記錄了每個圖片所在的位置。

我們通過下面的代碼加載資源圖片，并且獲得我們需要的主角飛機。

plane_img = pygame.image.load('resources/image/shoot.png')

player = plane_img.subsurface(pygame.Rect(0, 99, 102, 126))

將 player 顯示在屏幕上，并且刷新屏幕

screen.blit(player, [100, 400])

pygame.display.update()

效果如下

讓飛機 “飛” 起來

飛機已經出現在我們的屏幕上了，現在需要讓飛機動起來讓他可以上下左右的移動。

首先要獲取鍵盤事件，獲取鍵盤上什么按鍵被按下。

key_pressed = pygame.key.get_pressed()

通過?key_pressed?獲取當前的鍵盤按鍵。并進行判斷，這里寫了四個函數進行對?player?移動。

if key_pressed[pygame.K_w] or key_pressed[pygame.K_UP]:

? ?player.moveUp()

if key_pressed[pygame.K_s] or key_pressed[pygame.K_DOWN]:

? ?player.moveDown()

if key_pressed[pygame.K_a] or key_pressed[pygame.K_LEFT]:

? ?player.moveLeft()

if key_pressed[pygame.K_d] or key_pressed[pygame.K_RIGHT]:

? ?player.moveRight()

下一步就是完善這四個方法。

簡單的說就是按下方向鍵的時候(w,a,s,d)飛機向四周移動，但是不能移動離開屏幕。

此時我們就應該把我們的飛機形成一個類，類里面有控制飛機的方法。

這里寫類比較麻煩一點

Player的出現

首先要明確一點，這個類需要什么。

我們之前對?player?有什么操作？定義了他的圖片和他出現的位置。所以我們的構造方法就要初始化這些值。
所有的這些對象，我們在?pygame?里叫做精靈(sprite)，這個概念也在其他游戲開發中使用。

class Player(pygame.sprite.Sprite):

? ?def __init__(self, plane_img, player_rect, player_position):

? ? ? ?pygame.sprite.Sprite.__init__(self)

? ? ? ?self.img = plane_img.subsurface(player_rect)

? ? ? ?self.rect = player_rect

? ? ? ?self.rect.topleft = player_position

簡單的說就是獲取飛機的圖片，初始化飛機的矩形區域。rect?該屬性會獲得四個值。分別是左上角?x?,y?坐標，矩形的寬度。topleft?初始化飛機的左上角坐標，也就是飛機出現的位置。如下圖所示。

player的控制

當飛機出現了，我們就應該實現我們在循環里寫的方法。我們首先要判斷它還在不在屏幕內，不能讓飛機飛出屏幕?？梢酝ㄟ^?rect.top,rect.bottom,rect.left,rect.right四個方法獲取飛機圖片的上下左右四個邊界值。

這樣我們就能對飛機進行判斷

def moveUp(self):

? ?if self.rect.top <= 0:

? ? ? ?self.rect.top = 0

? ?else:

? ? ? ?self.rect.top -= self.move

def moveDown(self):

? ?if self.rect.bottom >= HEIGHT:

? ? ? ?self.rect.bottom = HEIGHT

? ?else:

? ? ? ?self.rect.bottom = self.move

def moveLeft(self):

? ?if self.rect.left <= 0:

? ? ? ?self.rect.left = 0

? ?else:

? ? ? ?self.rect.left -= self.move

def moveRight(self):

? ?if self.rect.right >= WIDTH:

? ? ? ?self.rect.right = WIDTH

? ?else:

? ? ? ?self.rect.right = self.move

這里的?move?是我們對飛機的移動的位移定義的常量。

讓子彈飛

子彈要沿著發射方向射出去?？梢栽谄聊簧弦恢币苿?#xff0c;直到移出屏幕。
我們只要有定義一個子彈對象，讓這個對象顯示在屏幕上就可以。
先定義飛機子彈類，基本和定義?player?一樣，獲得圖片，裁剪圖片，設置圖片初始位置，在屏幕上顯示圖片

class Bullet(pygame.sprite.Sprite):

? ?def __init__(self, bullet_image, bullet_position):

? ? ? ?pygame.sprite.Sprite.__init__(self)

? ? ? ?self.image = bullet_image

? ? ? ?self.rect = self.image.get_rect()

? ? ? ?self.rect.midbottom = bullet_position

# 省略其他代碼

# 加載子彈圖片

bullet_rect = pygame.Rect(69, 78, 9, 21)

bullet_img = plane_img.subsurface(bullet_rect)

# 省略其他代碼

while True:

? ?# 省略其他代碼

? ?screen.blit(bullet.img, bullet.rect)

? ?# 省略其他代碼

運行結果

下一步就是讓飛機的子彈跟隨飛機。
我們需要在 Player 類里面添加方法。
首先我們規定，按下空格發射子彈。

if key_pressed[pygame.K_SPACE]:

? ?player.shoot()

完善shoot方法。子彈類已經有了，我們每次只要在按下空格的時候創建一個對象就好。
首先要每次傳入一個子彈的圖像，然后還有出現位置，這樣子彈才能跟隨飛機。
定義一個pygame.sprite.Group()?來存放精靈組。這樣我們就能把我們的子彈都放進去。

def shoot(self, bullet_img):

? bullet = Bullet(bullet_img, self.rect.midtop)

? self.bullets.add(bullet)

每次按下空格的時候傳入一個子彈圖片

if key_pressed[pygame.K_SPACE]:

? ?player.shoot(bullet_img)

最后我們只需要在屏幕上進行子彈的繪制即可。

player.bullets.draw(screen)

這樣我們的子彈就會跟隨飛機出現。

下一步就是讓子彈在屏幕上移動。

創建移動的方法。

def move(self):

? ?self.rect.top -= self.move

因為我們的子彈在 bullets 里，所以我們僅需要一個循環，遍歷每個子彈，之后移動即可。當子彈移出屏幕的時候我們只要在?bullets?中移出就可以。

for bullet in player.bullets:

? ?bullet.bulletMove()

? ?if bullet.rect.bottom < 0:

? ? ? ?player.bullets.remove(bullet)

結果

這個和我們的預期還是有差別的，頻率太快了。

關于pygame 的鍵盤重復事件 官方好像并沒有這個設置。那么我們只能在添加一個計數器，通過計算器的數值來判斷子彈是否發射。這里的數值是多次測試后，自己感覺一個比較滿意的頻率?？梢宰约赫{整。

# 省略其他代碼

# 子彈頻率

SHOOT_PC = 0

在鍵盤事件中我們需要判斷頻率。

if key_pressed[pygame.K_SPACE]:

? ?SHOOT_PC = SHOOT_PC ?1

? ?if SHOOT_PC % 400 == 0:

? ? ? ?player.shoot(bullet_img)

player 的飛機就算基本繪制好了

繪制敵機

下一步就是繪制敵機。敵機是從屏幕上方移動到屏幕下方。我們任就需要一個類來設置敵機。設置類任就和我們前面的差不多，加載資源，設置?rect，設置位置。

# 加載敵機圖片

enemy_rect = pygame.Rect(267, 347, 57, 51)

enemy_img = plane_img.subsurface(enemy_rect)

enemy_position = [200, 200]

enemy = Enemy(enemy_img, enemy_position)

# 敵機類

class Enemy(pygame.sprite.Sprite):

? ?def __init__(self, enemy_img, enemy_position):

? ? ? ?pygame.sprite.Sprite.__init__(self)

? ? ? ?self.image = enemy_img

? ? ? ?self.rect = self.image.get_rect()

? ? ? ?self.rect.topleft = enemy_position

最后在屏幕顯示出來

1

screen.blit(enemy_img, enemy_rect)

現在我們就應該想想敵機的特點了，其實他和子彈的特點基本一直，只不過方向不一樣而已。還有一點是敵機是隨機生成的。

# 敵機計數器

EnEMY_PC = 0

# 省略代碼

enemy_position = [random.randint(0, WIDTH - enemy_rect.width), 0]

? ? ? ?enemy = Enemy(enemy_img, enemy_position)

? ? ? ?enemies.add(enemy)

我們隨機在頂部生成飛機。

這個方式的情況和子彈其實差不多，我們應該給出現敵機確定一個頻率。

if EnEMY_PC % 500 == 0:

? ?enemy_position = [random.randint(0, WIDTH - enemy_rect.width), 0]

? ?enemy = Enemy(enemy_img, enemy_position)

? ?enemies.add(enemy)

EnEMY_PC = EnEMY_PC ?1

這樣的話出現情況就變得緩慢。下一步實現敵機的移動。敵機的移動原理和子彈的移動其實也是一樣的。不多解釋

移動方法

def enemyMove(self):

? ?self.rect.top = self.move

移動實現

for enemy in enemies:

? ? ? enemy.enemyMove()

? ? ? if enemy.rect.top > HEIGHT:

? ? ? ? ? enemies.remove(enemy)

? enemies.draw(screen)

碰撞檢測

飛機和敵機還有子彈都有了，我們現在需要進行完成碰撞檢測。有下面幾種場景。

敵機和玩家碰撞在一起

子彈和敵機碰撞在一起

無論是那種情況的碰撞，其實就是兩張圖片有了交集。
如圖

pygame 給我們提供了碰撞檢測的方法。首先兩個對象必須是?sprite?。通過?pygame.sprite.collide_rect()?進行碰撞檢測。

我們先進行一個測試

if pygame.sprite.collide_rect(enemy, player):

? ?print '檢測成功'

結果

檢測成功

此時我們就可以完成,當玩家和敵機發生碰撞,游戲結束,當子彈和敵機碰撞,敵機消失。

同樣的 pygame 給我們提供了一個?pygame.sprite.groupcollide()?用于?Group?之間的碰撞檢測.當發生碰撞的時候這兩個對象都會在?Group?中移出。

用于檢測敵機和子彈

pygame.sprite.groupcollide(enemies, player.bullets, 1, 1)

敵機和子彈的關系已經和好的處理。
處理敵機和玩家飛機的關系。

我們需要在?Player?里添加一個屬性判斷當前玩家是否被擊中的?boolean?值.當集中的時候把屬性改為?True.當為?True?的時候游戲結束.也就是我們一開始設置的循環就會結束.所以我們需要更改之前寫的一些代碼,使它更加完善。

在 Player 類里面添加是否擊中屬性。

self.is_hit = False

修改循環

RUN = True

while RUN:

? ?# 省略代碼

? ? ? ?if pygame.sprite.collide_rect(enemy, player):

? ? ? ?player.is_hit = True

? ? ? ?RUN = False

? ?# 省略代碼

執行結果

當玩家被擊中的時候,在顯示一張 GameOver 圖片提示

gameOver = pygame.image.load('resources/image/gameover.png')

while GAMEOVER:

? ?screen.fill(0)

? ?screen.blit(gameOver, (0, 0))

? ?pygame.display.update()

? ?# 退出程序

? ?for event in pygame.event.get():

? ? ? ?if event.type == pygame.QUIT:

? ? ? ? ? ?pygame.quit()

? ? ? ? ? ?exit()

做到這里基本算是實現了飛機大戰.但是還有很多細節處理。

細節處理

精細的碰撞檢測

從圖上看,當敵機看似還沒有和我們接觸時,但是已經 GameOver 了。
實際情況是這樣的,所有的圖片都是矩形,當兩張圖片的矩形邊框線碰撞的時候,就算兩個對象碰撞,所以我們要更加精細的使用碰撞檢測。

我們可以按著圖片中心的某個長度為半徑，在這個半徑內發生碰撞才是碰撞。

pygame 給我們提供了這樣的方法。pygame.sprite.collide_circle_ratio()?可以自己算出一個半徑，作為檢測半徑。并且可以做出一個有效檢測的百分比。

if pygame.sprite.collide_circle_ratio(0.6)(player, enemy):

? ?player.is_hit = True

? ?RUN = False

同樣，子彈和敵機也可以修改，讓碰撞檢測更加精細。
修改后面的兩個參數，使得碰撞檢測更加精細。

pygame.sprite.groupcollide(enemies, player.bullets, 0.6, 0.8)

動畫

做了怎么就，感覺它沒有一點動效，感覺死氣沉沉的。無論是飛機飛行，還是飛機被擊中，都沒有一個明確的反饋。
對于2d游戲，動畫其實就是一張一張的圖片不停的變化。就和電影的原理類似。要想讓我們的飛機動起來，我們需要定義一個列表來存放這些圖片，然后寫個循環，讓他一直不停的更換圖片就好。

首先我們更改我們的主角?Player
任就是老套路，加載圖片。把加載的圖片放到list 里。

player_rect = [pygame.Rect(0, 99, 102, 126),

? ? ? ? ? ? ? pygame.Rect(165, 360, 102, 126),

? ? ? ? ? ? ? pygame.Rect(165, 234, 102, 126),

? ? ? ? ? ? ? pygame.Rect(330, 624, 102, 126),

? ? ? ? ? ? ? pygame.Rect(330, 498, 102, 126),

? ? ? ? ? ? ? pygame.Rect(432, 624, 102, 126)]

player_position = [100, 400]

player = Player(plane_img, player_rect, player_position)

之后在?Player?添加循環的方法。獲取圖片。

class Player(pygame.sprite.Sprite):

? ?def __init__(self, plane_img, player_rect, player_position):

? ? ? ?pygame.sprite.Sprite.__init__(self)

? ? ? ?self.image = []

? ? ? ?for i in range(len(player_rect)):

? ? ? ? ? ?self.image.append(plane_img.subsurface(player_rect[i]).convert_alpha())

? ? ? ?self.rect = player_rect[0]

? ? ? ?self.rect.topleft = player_position

? ? ? ?self.img_index = 0

? ? ? ?self.move = 1

? ? ? ?self.bullets = pygame.sprite.Group()

? ? ? ?self.is_hit = False

飛機正常飛行的圖片只有兩張。所以我們要循環變化這兩張圖片。所以每發射一個子彈，圖片變化兩張。

screen.blit(player.image[player.img_index], player.rect)

player.img_index = SHOOT_PC / 248

# 省略代碼

if key_pressed[pygame.K_SPACE]:

? ?if SHOOT_PC % 495 == 0:

? ? ? ?player.shoot(bullet_img)

? ?SHOOT_PC = SHOOT_PC ?1

? ?if SHOOT_PC >= 495:

? ? ? ?SHOOT_PC = 0

正常發射子彈的動畫效果已經做完。我們還需要進行被擊中爆炸的動畫效果。

擊中的原理和正常也一樣。只不過先要判斷當前飛機狀態，是否被擊中。

if not player.is_hit:

? ?screen.blit(player.image[player.img_index], player.rect)

? ?player.img_index = SHOOT_PC / 248

else:

? ?player.img_index = player_shoot / 248

? ?screen.blit(player.image[player.img_index], player.rect)

? ?player_shoot = 30

? ?if player_shoot > 495:

? ? ? ?RUN = False

# 省略代碼

if pygame.sprite.collide_circle_ratio(0.6)(player, enemy):

? ?player.is_hit = True

248，30，495，1457?這些數字是什么？如何計算出來的。先說?495?這個數字。
495 這個數字很隨便，只是控制子彈的發射間隔。完全可以自定義。但是495這個數字一旦確定，其他三個數字基本確定。
248 為 495 的一半，因為發射一個子彈，圖片要變化兩張。
30 這個數字基本也是自定義的，只要比1大就好，他影響了結束動畫出現的時間。

1488 這個數字是通過 248 確定的，是 248 的 6倍，因為飛機被射擊后會有四張圖片的顯示。
同理，把敵機接觸子彈的動畫寫出來。

加載圖片

enemies_shoot_img = [plane_img.subsurface(pygame.Rect(267, 347, 57, 43)),

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? plane_img.subsurface(pygame.Rect(873, 697, 57, 43)),

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? plane_img.subsurface(pygame.Rect(267, 296, 57, 43)),

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? plane_img.subsurface(pygame.Rect(930, 697, 57, 43))]

同樣我們需要創建 Group() 來存放被擊中的敵機。

enemies_shoot = pygame.sprite.Group()

之后的處理邏輯基本相似，不多介紹

for enemy in enemies:

? ?enemy.enemyMove()

? ?if pygame.sprite.collide_circle_ratio(0.6)(player, enemy):

? ? ? ?enemies_shoot.add(enemy)

? ? ? ?enemies.remove(enemy)

? ? ? ?player.is_hit = True

? ? ? ?break

? ?if enemy.rect.top > HEIGHT:

? ? ? ?enemies.remove(enemy)

for enemy_shoots in enemies_shoot:

? ?if enemy_shoots.shoot_index == 0:

? ? ? ?pass

? ?if enemy_shoots.shoot_index > 70:

? ? ? ?enemies_shoot.remove(enemy_shoots)

? ? ? ?continue

? ?screen.blit(enemy_shoots.shoot_imgs[enemy_shoots.shoot_index / 20], enemy_shoots.rect)

? ?enemy_shoots.shoot_index = 1

這樣的話基本完成了動畫效果。

音樂

有了動畫還的有音樂。

音樂的處理只要在特定的地方播放音樂就好，比如子彈發射的時候，背景音樂，被擊中的時候，游戲結束的時候，等等。他們的處理邏輯都一樣。先加載資源，然后在播放。

背景音樂的播放。

pygame?在處理背景音樂的時候都在?pygame.mixer?方法中。其中播放音樂的play中的參數，第一個為播放幾次，-1 為循環播放，后面的浮點表示 從第幾秒開始播放。

backgroundMusic = pygame.mixer.music.load('resources/sound/game_music.mp3')

pygame.mixer.music.play(-1, 0.0)

其他的音樂先加載資源，在需要的地方播放。

發射子彈

def shoot(self, bullet_img):

? ? ? shootMusic = pygame.mixer.Sound('resources/sound/bullet.mp3')

? ? ? bullet = Bullet(bullet_img, self.rect.midtop)

? ? ? self.bullets.add(bullet)

? ? ? shootMusic.play()

其他音樂處理一樣，不多解釋。

分數&等級

分數

首先繪制得分情況，在屏幕上顯示多少分。

繪制字體基本和繪制精靈是差不多的。首先要生成字體
兩個參數分別是字體和字號

score_font = pygame.font.Font(None, 36)

有了字體那么需要寫點字。

score_font.render("分數",True,(0,0,0),(255,255,255))

第一個參數是寫的文字；第二個參數是個布爾值，以為這是否開啟抗鋸齒，就是說True的話字體會比較平滑，不過相應的速度有一點點影響；第三個參數是字體的顏色；第四個是背景色，如果你想沒有背景色（也就是透明），那么可以不加這第四個參數
字體也有了，文本也有了，下一步就是繪制。通過?get_rect()?獲得矩形，之后繪制和精靈繪制方法一樣

score_font = pygame.font.Font(None, 36)

score_text = score_font.render('分數：0', True, (128, 128, 128))

text_rect = score_text.get_rect()

text_rect.topleft = [10, 10]

screen.blit(score_text, text_rect)

分數已經顯示了，就可以積分。我們每擊落一個飛機增加 100 分。

if enemy_shoots.shoot_index > 70:

? ? ? ? ? enemies_shoot.remove(enemy_shoots)

? ? ? ? ? score = 100

? ? ? ? ? continue

我們還需要在文本的地方強制轉換為 str 。

score_text = score_font.render(str(score), True, (128, 128, 128))

等級

有了分數，那么再加點等級會使游戲更加有趣味性。

同樣的先繪制等級。

level_font = pygame.font.Font(None, 42)

level_text = level_font.render('Level 'str(level), True, (128, 128, 128, 128))

level_rect = level_text.get_rect()

level_rect.midtop = [240, 10]

screen.blit(level_text, level_rect)

下一步就是寫等級函數。
隨著分數的增加，等級增加，飛機變多，等等。
首先寫分數和等級的關系。
隨便瞎寫的函數

if score == 100 \* (level ** 2 \ level):

? ? ? level = 1

這個是控制敵機數量的，我們可以設定一個變量，使敵機越來越多。

if ENEMY_PC % 500 == 0:

每增加一級，就添加敵機數量。等級也不能一直增加，所以當等級是摸個值的時候，就算最高級別了。

if score == 100 \* (level ** 2 \ ?level):

? ?level = 1

? ?if level != 10:

? ? ? ?enemy_add -= 20

基本到這里算是寫了一個相對完整的游戲。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的用 Python 实现打飞机的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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