Python项目实战：飞机大战

Posted 2022-11-09 英雄有梦

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Python项目实战：飞机大战相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、项目实战 —— 飞机大战

目标

强化 面向对象 程序设计
体验使用 pygame 模块进行 游戏开发

实战步骤

pygame 快速体验
飞机大战 实战

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：https://www.pygame.org/
- 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

网站栏目	内容
`GettingStarted`	在各平台安装模块的说明
`Docs`	`pygame` 模块所有类和子类的参考手册

安装 pygame

$ sudo pip3 install pygame

验证安装

$ python3 -m pygame.examples.aliens

二、pygame 快速入门

目标

项目准备
使用 pygame 创建图形窗口
理解图像并实现图像绘制
理解 游戏循环 和 游戏时钟
理解精灵和 精灵组

项目准备

新建 飞机大战 项目
新建一个 hm_01_pygame入门.py
导入 游戏素材图片

游戏的第一印象

把一些 静止的图像 绘制到 游戏窗口 中
根据 用户的交互 或其他情况，移动这些图像，产生动画效果
根据 图像之间 是否发生重叠，判断 敌机是否被摧毁 等其他情况

01. 使用 `pygame` 创建图形窗口

小节目标

游戏的初始化和退出
理解游戏中的坐标系
创建游戏主窗口
简单的游戏循环

可以将图片素材绘制到 游戏的窗口 上，开发游戏之前需要先知道 如何建立游戏窗口！

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

方法	说明
`pygame.init()`	导入并初始化所有 `pygame` 模块，使用其他模块之前，必须先调用 `init` 方法
`pygame.quit()`	卸载所有 `pygame` 模块，在游戏结束之前调用！

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

定义 hero_rect 矩形描述 英雄的位置和大小
输出英雄的 坐标原点（x 和 y）
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

方法	说明
`pygame.display.set_mode()`	初始化游戏显示窗口
`pygame.display.update()`	刷新屏幕内容显示，稍后使用

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

加载 background.png 创建背景
将背景绘制在屏幕的 (0, 0) 位置
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

加载 me1.png 创建英雄飞机
将 英雄飞机 绘制在屏幕的 (200, 500) 位置
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

保证游戏 不会直接退出
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
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

在 游戏初始化 定义一个 pygame.Rect 的变量记录英雄的初始位置
在 游戏循环 中每次让英雄的 y - 1 —— 向上移动
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()

作业

英雄向上飞行，当 英雄完全从上方飞出屏幕后
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

新建 plane_sprites.py 文件
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

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
在 游戏初始化 创建 精灵对象 和 精灵组对象
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 *

1. 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)

1. 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

目标 —— 使用 面相对象 设计 飞机大战游戏类

目标

明确主程序职责
实现主程序类
准备游戏精灵组

01. 明确主程序职责

回顾 快速入门案例，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
根据明确的职责，设计 PlaneGame 类如下：

提示根据职责封装私有方法，可以避免某一个方法的代码写得太过冗长

如果某一个方法编写的太长，既不好阅读，也不好维护！

游戏初始化 —— __init__() 会调用以下方法：

方法	职责
`__create_sprites(self)`	创建所有精灵和精灵组

游戏循环 —— start_game() 会调用以下方法：

方法	职责
`__event_handler(self)`	事件监听
`__check_collide(self)`	碰撞检测 —— 子弹销毁敌机、敌机撞毁英雄
`__update_sprites(self)`	精灵组更新和绘制
`__game_over()`	游戏结束

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)

四、游戏背景

目标

背景交替滚动的思路确定
显示游戏背景

01. 背景交替滚动的思路确定

运行 备课代码，观察背景图像的显示效果：

游戏启动后，背景图像 会 连续不断地 向下方 移动
在 视觉上 产生英雄的飞机不断向上方飞行的错觉 —— 在很多跑酷类游戏中常用的套路
- 游戏的背景 不断变化
- 游戏的主角 位置保持不变

1.1 实现思路分析

解决办法

创建两张背景图像精灵
- 第 1 张 完全和屏幕重合
- 第 2 张在 屏幕的正上方
两张图像 一起向下方运动
- self.rect.y += self.speed
当 任意背景精灵 的 rect.y >= 屏幕的高度 说明已经 移动到屏幕下方
将 移动到屏幕下方的这张图像 设置到 屏幕的正上方
- rect.y = -rect.height

1.2 设计背景类

初始化方法
- 直接指定 背景图片
- is_alt 判断是否是另一张图像
  - False 表示 第一张图像，需要与屏幕重合
  - True 表示 另一张图像，在屏幕的正上方
update() 方法
- 判断 是否移动出屏幕，如果是，将图像设置到 屏幕的正上方，从而实现 交替滚动

继承如果父类提供的方法，不能满足子类的需求：

派生一个子类
在子类中针对特有的需求，重写父类方法，并且进行扩展

02. 显示游戏背景

2.1 背景精灵的基本实现

在 plane_sprites 新建 Background 继承自 GameSprite

class Background(GameSprite):
    """游戏背景精灵"""

    def update(self):

        # 1. 调用父类的方法实现
        super().update()

        # 2. 判断是否移出屏幕，如果移出屏幕，将图像设置到屏幕的上方
        if self.rect.y >= SCREEN_RECT.height:
            self.rect.y = -self.rect.height

2.2 在 `plane_main.py` 中显示背景精灵

在 __create_sprites 方法中创建精灵和 精灵组
在 __update_sprites 方法中，让 精灵组 调用 update() 和 draw() 方法

__create_sprites 方法

def __create_sprites(self):

    # 创建背景精灵和精灵组
    bg1 = Background("./images/background.png")
    bg2 = Background("./images/background.png")
    bg2.rect.y = -bg2.rect.height
    
    self.back_group = pygame.sprite.Group(bg1, bg2)

__update_sprites 方法

def __update_sprites(self):

    self.back_group.updatepython开发飞机大战
 Python笔记22——飞机大战（下）
 飞机大战项目
 Python飞机大战项目终篇（一步一步实现---最全笔记）
 java开发飞机大战
 2019 春第1次课程设计实验报告

Python项目实战：飞机大战

一、项目实战 —— 飞机大战

目标

实战步骤

确认模块 —— pygame

安装 pygame

验证安装

二、pygame 快速入门

目标

项目准备

01. 使用 pygame 创建图形窗口

小节目标

1.1 游戏的初始化和退出

1.2 理解游戏中的坐标系

案例演练

1.3 创建游戏主窗口

1.4 简单的游戏循环

02. 理解 图像 并实现图像绘制

代码演练 I —— 绘制背景图像

代码演练 II —— 绘制英雄图像

理解 update() 方法的作用

03. 理解 游戏循环 和 游戏时钟

3.1 游戏中的动画实现原理

3.2 游戏循环

游戏的两个组成部分

游戏循环的作用

3.3 游戏时钟

3.4 英雄的简单动画实现

作业

3.5 在游戏循环中 监听 事件

事件 event

监听

代码实现

04. 理解 精灵 和 精灵组

4.1 精灵 和 精灵组

精灵

精灵组

4.2 派生精灵子类

4.3 使用 游戏精灵 和 精灵组 创建敌机

实现步骤

三、游戏框架搭建

目标

01. 明确主程序职责

02. 实现飞机大战主游戏类

2.1 明确文件职责

代码实现

2.3 游戏初始化部分

使用 常量 代替固定的数值

2.4 游戏循环部分

03. 准备游戏精灵组

3.1 确定精灵组

3.2 代码实现

四、游戏背景

目标

01. 背景交替滚动的思路确定

1.1 实现思路分析

1.2 设计背景类

02. 显示游戏背景

2.1 背景精灵的基本实现

2.2 在 plane_main.py 中显示背景精灵

01. 使用 `pygame` 创建图形窗口

02. 理解图像并实现图像绘制

理解 `update()` 方法的作用

03. 理解游戏循环和游戏时钟

3.5 在游戏循环中监听事件

事件 `event`

04. 理解精灵和精灵组

4.1 精灵和精灵组

4.3 使用游戏精灵和精灵组创建敌机

使用常量代替固定的数值

2.2 在 `plane_main.py` 中显示背景精灵