向量使用1:pygame编写篮球游戏-火柴人运球避开防守跳起投篮(向量法处理防守者逼近投篮者前进数据)

Posted 2021-07-08 geng_zhaoying

编写“火柴人运球避开防守跳起投篮”游戏时，未系统学习pygame，边看边编程，并不知道pygame中有向量。游戏中投篮者靠近篮板投篮，防守者逼近防守，向投篮者方向移动若干距离。原计算前进距离的代码没使用向量，因此逻辑关系较复杂，精度差，还花费较多时间。后发现pygame中有向量，改为向量法实现，可简化编程，提高了精度。程序中篮球从投篮处向篮板前进代码，也可使用向量，但改后和原代码没有优势，因此未改。向量是处理这类问题常用的方法，是编写游戏必须掌握的知识。读懂下边程序要有向量概念，可参见向量入门网页
https://blog.csdn.net/ttm2d/article/details/107798949。
文章中特别强调：关于向量的一个要点是，它们仅表示相对方向和大小，一个向量的位置是没有意义的。这是指数学意义上的向量。但实际上，在程序中处理的向量是在游戏坐标系中的有向线段，位置还是必要的。可以这样理解，有向线段是指定了位置的向量，因此，向量的许多概念和方法也适用于有向线段。另外，请仔细学习向量差的物理意义。
Guard类的方法draw(self)中被改写代码如下。请注意是投篮者向量减防守者向量，从而产生从防守者到投篮者的向量，防守者从自己所在位置出发沿向量方向逼近投篮者。这里防守者处是运动的出发点，投篮者处是目的地，为方便使用请记住：出发点到目的点向量，是目的地减出发点。很多游戏要用到这些概念，例如，投篮、踢球和射击等。

vGuard=pygame.math.Vector2(self.x,self.y)               #防守者向量,参数是防守者坐标
vPlayer=pygame.math.Vector2(self.PlayerX,self.PlayerY)  #投篮者向量,参数是投篮者坐标
vG_P=vPlayer-vGuard         #注意投篮者向量减防守者向量，产生从防守者到投篮者的向量
dist=vG_P.length()                             #防守者到投篮者距离
#vG_P=vG_P.normalize()                         #可先变单位向量
#vG_P=vG_P*5                                   #向量长度变为5
vG_P.scale_to_length(5) #也可直接将向量长度变为5，这是防守者向投篮者方向1帧前进距离
if dist>200:                                    #如距投篮者>200,返回初始点
    self.x,self.y=400,300
elif self.PlayerFrameNum<4:                     #如投篮者未投篮，逼近投篮者
    self.x+=int(vG_P.x)                         #防守者移动        
    self.y+=int(vG_P.y)

完整程序如下。所需图形和原来程序相同。

import pygame
import math
import random
import os
class Ball():                       #篮球类
    def __init__(self,screen):      #screen是游戏主窗体，Surface类实例
        self.screen=screen
        b=pygame.image.load('b.png').convert_alpha()                #得到篮球图形
        r=b.get_rect()
        self.p=pygame.transform.scale(b,(r.width//2,r.height//2))   #缩小图形
        self.x,self.y,self.xi,self.yi=0,0,0,0#(x,y)篮球坐标,(xi,yi)是篮球两个位置间增量
        self.frameNum=9         #篮球帧编号(1-8),=9,篮球不可见
        self.mark=0             #此次投篮中否，=0不中，=1中
        self.score=0            #投篮投中次数(得分)        
    def draw(self):             #主程序调用，实现篮球动画
        if self.frameNum==9:    #篮球帧编号=9,篮球不可见           
            return
        if self.frameNum==1:    #第1帧计算必要数据,下句坐标(self.x,self.y)是球运行起点
            dx,dy=(400-self.x),(40-self.y)  #坐标(400,530)点是球碰到篮板上的点
            self.xi=dx//6                   #篮球从起始点到篮板每帧沿x轴前进的增量
            self.yi=dy//6                   #篮球从起始点到篮板每帧沿y轴前进的增量
            dist=math.sqrt((dx**2)+(dy**2))     #投篮点距离篮板距离
            n=int(dist//100)                    #除数越小，总投中率越低
            if random.randint(1,n+1)==1:        #随机数为1投中，n+1避免dist<100为0
                self.mark=1                     #投中标记为1           
            else:
                self.mark=0                     #投不中为0
        if self.frameNum>=1 and self.frameNum<6:    #从第1帧到第5帧,球按此法前进
            self.x+=self.xi                         #篮球每帧沿x轴增加1个增量值
            self.y+=self.yi                         #篮球每帧沿y轴增加1个增量值
            self.frameNum+=1
        elif self.frameNum==6:      #此帧球将碰到篮板，要准确控制碰到篮板的落点
            self.x=400              #球碰到篮板的x坐标    
            self.frameNum+=1
            if self.mark==1:        #投中，篮球落点y轴方向靠近篮筐
                self.y=90
            else:                   #投不中，篮球落点y轴方向离篮筐较远
                self.y=70
        else:                       #篮球下落的两个点，即第7，8帧
            if self.mark==0:        #球未投中,球除下落,还沿x轴方向移动,球从篮筐两侧落下
                if self.xi>=0:      #如球从左到右,最后两帧,球沿x轴方向继续从左向右移动
                    self.x+=30
                else:
                    self.x-=30      #否则最后两帧，球沿x轴方向继续从右向左移动
            self.y+=25              #如投中x坐标不变，即球直接下落穿过篮筐
            self.frameNum+=1
        self.screen.blit(self.p, (self.x, self.y)) #在屏幕指定位置绘制篮球
        if self.frameNum==9 and self.mark==1:      #球所有动作完成，判断得分是否加1 
            self.score+=1
class Guard():                      #防守者类
    def __init__(self,screen):      ##screen是游戏主窗体，Surface类实例
        self.screen=screen
        self.images=[]
        for n in range(2):          #将2帧图像保存到列表中
            p = pygame.image.load(str(n+16)+'.png').convert_alpha()#文件名为16.png,17.png
            r=p.get_rect()      
            p = pygame.transform.scale(p, (r.width//6, r.height//6))    #调整图像的大小
            self.images.append(p)
        self.frameNum=0                 #帧编号，0-1
        self.x,self.y=400,300           #防守运动员在窗体的初始坐标
        self.PlayerX,self.PlayerY=0,0   #此时投篮手坐标
        self.PlayerFrameNum=0           #此时投篮手帧号
        self.rect=None#调用blit绘制图形,返回rect记录图形在screen坐标和图形宽和高,用来检测碰撞
    def draw(self):                     #主程序调用，实现防守者动画
        p=self.images[self.frameNum]                #取出当前帧图形
        if self.PlayerX-self.x<0:                   #面向投篮手
            p=pygame.transform.flip(p,True,False)
        vGuard=pygame.math.Vector2(self.x,self.y)               #防守者向量,参数是防守者坐标
        vPlayer=pygame.math.Vector2(self.PlayerX,self.PlayerY)  #投篮者向量,参数是投篮者坐标
        vG_P=vPlayer-vGuard         #注意投篮者向量减防守者向量，产生从防守者到投篮者的向量
        dist=vG_P.length()                             #防守者到投篮者距离
        #vG_P=vG_P.normalize()                         #可先变单位向量
        #vG_P=vG_P*5                                   #向量长度变为5
        vG_P.scale_to_length(5) #也可直接将向量长度变为5，这是防守者向投篮者方向1帧前进距离
        if dist>200:                                    #如距投篮者>200,返回初始点
            self.x,self.y=400,300
        elif self.PlayerFrameNum<4: #如投篮者未投篮，逼近投篮者，如投篮者投篮，防守者位置不变
            self.x+=int(vG_P.x)                         #防守者移动        
            self.y+=int(vG_P.y)
        #下句返回rect用来检测碰撞,其属性x,y是图形在游戏窗口坐标,width,hight是图形宽和高
        self.rect=self.screen.blit(p,(self.x,self.y))   #在屏幕指定位置绘制防守者
        self.frameNum+=1        
        if self.frameNum==2:
            self.frameNum=0
class Player():                 #投篮手类
    def __init__(self,screen):  #screen是游戏主窗体，Surface类实例
        self.screen=screen
        self.images=[]
        for n in range(16):      #将16帧图像(包括运球和跳投图像)保存到列表中
            p = pygame.image.load(str(n)+'.png').convert_alpha()#文件名为1.png,2.png...
            r=p.get_rect()      
            p = pygame.transform.scale(p, (r.width//6, r.height//6))    #调整图像的大小
            self.images.append(p)
        self.frameNum=0                 #帧编号，运球为0到3，跳投为4到15
        self.x,self.y=0,0               #图像在窗体的坐标
        self.mouseX,self.mouseY=0,0     #此时鼠标坐标值
        self.jumpUpOrDown=-10   #按空格键后投篮手向上跳，初始值为负数。到最高点后下落，为正数
        self.rect=None#调用blit绘制图形,返回rect记录图形在screen坐标和图形宽和高,用来检测碰撞
    def dribble(self):          #运球动画
        p=self.images[self.frameNum]
        if self.mouseX-self.x<0:        #面向鼠标
            p=pygame.transform.flip(p,True,False)
        self.x,self.y=self.mouseX,self.mouseY   #投篮手坐标=鼠标坐标
        if self.x<1:                            #控制投篮手必须在篮球场中
            self.x=1
        if self.x+90>width:
            self.x=width-90
        if self.y<230:
            self.y=230
        if self.y+120>height:
            self.y=height-120
        self.rect=self.screen.blit(p,(self.x,self.y)) #在指定位置绘制图形,返回rect
        self.frameNum+=1
        if self.frameNum==4:
            self.frameNum=0
    def jumpShot(self):                             #跳投动画
        p=self.images[self.frameNum]
        if self.x>width/2:                          #面向篮板
            p=pygame.transform.flip(p,True,False)
        self.screen.blit(p, (self.x, self.y))   #跳投初始位置是运球转跳投时位置
        self.y+=self.jumpUpOrDown               #以后先向上(y值减少)，到最高点后下降
        self.frameNum+=1        
        if self.frameNum==9:    #开始下落，下落值为正
            self.jumpUpOrDown=10           
        if self.frameNum==16:   #=16，跳起投篮结束，转运球
            self.frameNum=0
            self.jumpUpOrDown=-10
pygame.init()
os.environ['SDL_VIDEO_WINDOW_POS']="%d,%d"%(200,40) #游戏窗口距左侧和顶部点数为200,40
size = width, height = 800,600                      #创建游戏窗口大小
screen = pygame.display.set_mode(size)  
pygame.display.set_caption("投手运球和跳投")        #设置窗口标题
bg_img = pygame.image.load("篮球场1.png").convert() #背景篮球场图像

fclock = pygame.time.Clock()                        #创建控制频率的clock
fps = 4                                             #定义刷新频率
player=Player(screen)                               #投篮手类实例
ball=Ball(screen)                                   #篮球类实例
guard=Guard(screen)                                 #防守者类实例
font1 = pygame.font.SysFont('宋体', 50, True)       #创建字体
gameOver=False                                      #该次游戏是否结束，初始不结束
running = True                                      #程序是否结束，初始运行
while running:    
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:               #处理退出事件
            running = False                         #程序结束
        if event.type == pygame.MOUSEMOTION:        #鼠标移动事件
            player.mouseX,player.mouseY=event.pos   #将鼠标位置传递给投篮手用于运球
        if event.type == pygame.KEYUP:              #按键后抬起事件，避免长按键不抬起
            if event.key == pygame.K_SPACE:         #按空格键后抬起
                if player.frameNum<4:               #如在运球状态，转投篮状态
                    player.frameNum=4               #已在投篮状态不处理
            if event.key == pygame.K_r and gameOver==True:     #按r键后抬起，重玩游戏
                gameOver=False
                ball.score=0
    screen.blit(bg_img, (0, 0))             #绘制篮球场背景
    surface1=font1.render('score:'+str(ball.score),True,[255,0,0])  #不能显示中文
    screen.blit(surface1, (20, 20))         #显示进球数(得分)
    if gameOver==True:                      #如果该次游戏结束，后边程序不再执行
        fclock.tick(fps)   #fps是每秒多少帧,减去程序运行时间，为实现fps,还需延迟时间
        continue
    if player.frameNum>=4:              #如果投篮手帧号>=4,投篮手正在跳投
        player.jumpShot()
        if player.frameNum==8:          #第8帧跳起手中无球，篮球要出现并开始向篮板运动
            ball.frameNum=1             #球向篮板运动第1帧
            ball.x=player.x             #球向篮板运动的起始位置
            ball.y=player.y
    else:                                   #如果投篮手帧号<4,投篮手正在运球
        player.dribble()
    ball.draw()                             #篮球动画
    guard.PlayerX,guard.PlayerY=player.x,player.y   #将投篮手位置传递给防守者
    guard.PlayerFrameNum=player.frameNum            #将投篮手帧号传递给防守者
    guard.draw()                            #防守运动员动画        
    if player.frameNum<4:               #仅在投篮手运球时，判断和防守者是否发生碰撞
        if player.rect.colliderect(guard.rect):     #检测投篮者和防守者是否发生碰撞
            gameOver=True                           #发生碰撞，游戏结束
            surface2=font1.render('if play again,press key r',True,[255,0,0])
            screen.blit(surface2, (20, 100))        #显示如继续玩，按r键
    pygame.display.flip()                           #刷新游戏场景
    fclock.tick(fps)        #fps是每秒多少帧,减去程序运行时间，为实现fps,还需延迟时间
pygame.quit()