python应用篇之外星人入侵项目——记分(上)

Posted 2021-11-11 一计之长

前言

  这个项目在这个阶段已经接近尾声了，基本的功能可以实现了，现在就是最后添加玩游戏中记分的功能，只有这样才可以提高玩家的兴趣。如果随意玩，玩家也不知道自己玩的效果如何，那体验感就会差很多。就像大型网络游戏——英雄联盟、王者荣耀等也是记分的，也有比赛，包括全球总决赛，以此来提高玩家的兴趣。因此，我们“外星人入侵”项目也是很有必要的。
  我们在前面通过四篇文章给大家介绍了飞船的构建、又通过五篇文章介绍了外星人的创建以及飞船打外星人的相关功能。本文给大家介绍开始游戏按钮——play按钮，有效控制我们游戏的开始与结束以及介绍游戏等级的提高。首先给大家介绍添加play按钮。

一、添加play按钮

  我们在本部分给大家介绍play按钮添加功能的实现；它在游戏开始前出现，并在游戏结束后再次出现，让玩家能够开始新的游戏。
  当前，这个游戏在玩家运行alien_invasion.py时就开始了。下面让游戏一开始处于非活动状态，并提示玩家单击play按钮来开始游戏。为此，在game_stats.py中添加以下代码：

class GameStats():
    """跟蹤遊戲的統計信息"""
    def __init__(self, ai_settings):
        """初始化統計信息"""
        self.ai_settings = ai_settings
        self.reset_stats()
        # 遊戲剛啟動時處於非活動狀態
        self.game_active = False
    def reset_stats(self):
        """初始化在遊戲運行期間可能變化的統計信息"""
        self.ships_left = self.ai_settings.ship_limit

  现在游戏一开始将处于非活动状态，等我们创建Play按钮后，玩家才能开始游戏。

1、创建Button类

  由于Pygame没有内置创建按钮的方法，我们创建了一个Button类，用于创建带标签的实心矩阵。我们可以在游戏中使用这些代码来创建任何按钮。下面是Button类的第一部分，在实现这些代码之前在我们项目下创建button.py，具体位置如下：

  接下来，我们在button中实现Button类：

import pygame.font
class Button():
    def __init__(self, ai_settings, screen, msg):
        """初始化按钮属性"""
        self.screen = screen
        self.screen_rect = screen.get_rect()

        # 设置按钮尺寸和其他属性
        self.width, self.height = 200, 50
        self.button_color = (0, 255, 0)
        self.text_color = (255, 255, 255)
        self.font = pygame.font.SysFont(None, 48)

        # 创建按钮的rect对象，并使其居中
        self.rect = pygame.Rect(0, 0, self.width, self.height)
        self.rect.center = self.screen_rect.center

        # 按钮的标签只需创建一次
        self.prep_msg(msg)

  首先，我们导入了模块pygame.font，它让pygame能够将文本渲染到屏幕上。方法__init__()接受参数self，对象ai_settings和screen，以及msg，其中msg是要在按钮中显示的文本。我们设置按钮的尺寸，然后通过设置button_color让按钮的rect对象为亮绿色，并通过设置text_color让文本为白色。
  我们首先需要考虑的就是指定渲染文本的字体颜色。实参None让Pygame使用默认字体，而48指定了文本的字号。为了让按钮出现在屏幕上居中，我们创建了一个表示按钮的rect对象，并将其center属性设置为屏幕的center属性。
  Pygame通过将你要显示的字符串渲染为图像来处理文本，并且，我们调用prep_msg()来处理这样的渲染。具体prep_msg()的实现如下：

    def prep_msg(self, msg):
        """将msg渲染为图像，并使其在按钮上居中"""
        self.msg_image = self.font.render(msg, True, self.text_color, self.button_color)
        self.msg_image_rect = self.msg_image.get_rect()
        self.msg_image_rect.center = self.rect.center

  方法prep_msg()接受参数self以及要渲染为图像的文本(msg)。调用font.render()将存储在msg中的文本转换为图像，然后将该图像存储在msg_image中。方法font.render()还接受一个布尔实参，该实参指定开启还是关闭反锯齿功能(反锯齿让文本的边缘更平滑)。余下的两个实参分别是文本颜色和背景色。我们启用反锯齿功能，并将文本设置为按钮的颜色(如果没有指定的背景色，Pygame将以透明背景的方式渲染文本)。
  另外，我们让文本图像在按钮上居中；根据文本图像创建一个rect，并将其center属性设置为按钮的center属性。
  最后，我们创建方法draw_button()，通过调用它可将这个按钮显示在屏幕上：

    def draw_button(self):
        """绘制一个用颜色填充的按钮，在绘制文本"""
        self.screen.fill(self.button_color, self.rect)
        self.screen.blit(self.msg_image, self.msg_image_rect)

  我们调用screen_fill()来绘制表示按钮的矩形，在调用screen.blit()，并向它传递一幅图像以及与该图像相关联的rect对象，从而在屏幕上绘制文本图像。至此，Button类就创建好了。

2、在屏幕上绘制按钮

  我们使用Button类来创建一个Play按钮，我们直接在alien_invasion.py中创建他，如下所示：

import sys
import pygame
from settings import Settings
from ship import Ship
import game_functions as gf
from pygame.sprite import Group
from alien import Alien
from game_stats import GameStats
from button import  Button

def run_game():
    # 初始化游戏并创建一个屏幕对象
    pygame.init()
    ai_settings = Settings()
    screen = pygame.display.set_mode((ai_settings.screen_width, ai_settings.screen_height))
    pygame.display.set_caption("Alian Invasion")
    # 创建play按钮
    play_button = Button(ai_settings, screen, "Play")
    # 創建一個用于存儲遊戲統計信息的實例
    stats = GameStats(ai_settings)
    # 创建一艘飞船、一个子弹编组和一个外星人编组
    ship = Ship(ai_settings, screen)
    # 创建一组一个用于存储子弹的编组
    bullets = Group()
    aliens = Group()
    # 创建外星人群
    # alien = Alien(ai_settings, screen)
    gf.create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)
    # 开始游戏的主循环
    while True:
        # 监视键盘和鼠标事件
        gf.check_events(ai_settings, screen, ship, bullets)
        if stats.game_active:
            ship.update()
            gf.update_bullets (ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)
            gf.update_aliens(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets)
        gf.update_screen(ai_settings, screen, stats, ship, aliens, bullets, play_button)
run_game()

  我们导入Button类，并创建一个名为play_button的实例，然后我们将play_button传递给update_screen()，以便能够在屏幕更新时，显示按钮。接下来，修改update_screen()，以便在游戏处于非活动状态时显示play按钮：

def update_screen(ai_settings, screen, stats, ship, aliens, bullets, play_button):
    """更新屏幕上的图像，并切换到新屏幕"""
    # 每次循环时都重绘屏幕
    screen.fill(ai_settings.bg_color)
    # 在飞船和外星人后面重绘所有子弹
    for bullet in bullets.sprites():
        bullet.draw_bullet()
    ship.blitme()
    aliens.draw(screen)
    # 如果游戏处于非活动状态，就绘制play添加按钮
    if not stats.game_active:
        play_button.draw_button()
    # 让最近绘制的屏幕可见
    pygame.display.flip()

  为让play按钮位于其他所有屏幕元素上面，我们在绘制其他所有游戏元素后再绘制这个按钮，然后切换到新屏幕。如果我们现在运行这个游戏，将在屏幕中央看到一个play按钮，具体效果如下所示：

3、开始游戏

  为在玩家单机play按钮时开始游戏，需要在game_functions.py中添加如下代码，以监视与这个按钮相关的鼠标事件：

def check_events(ai_settings, screen, stats, play_button, ship, bullets):
    """响应按键和鼠标事件"""
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            sys.exit()
        elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
            mouse_x, mouse_y = pygame.mouse.get_pos()
            check_play_button(stats, play_button, mouse_x, mouse_y)
        elif event.type == pygame.KEYDOWN:
            check_keydown_events(event, ai_settings, screen, ship, bullets)
        elif event.type == pygame.KEYUP:
            check_keyup_events(event, ship)
def check_play_button(stats, play_button, mouse_x, mouse_y):
    """在玩家单击play按钮时开始新游戏"""
    if play_button.rect.collidepoint(mouse_x, mouse_y):
        stats.game_active = True

  我们修改了check_events()的定义，在其中添加了形参stats和play_button。我们将使用stats来访问标志game_active，并使用play_button来检查玩家是否单击了play按钮。
  无论玩家单击屏幕什么地方，Pygame都将检测到一个MOUSEBUTTONDOWN事件，但我们只想让这个游戏在玩家用鼠标单击play按钮时作出响应。为此，我们使用了pygame.mouse.get_pos()，它返回一个元组，其中包含玩家单击时鼠标的x和y坐标。我们将这些值传递给函数check_play_button()，而这个函数使用collidpoint()检查鼠标单击位置是否在play按钮的rect内。如果是这样，我们就将game_active设置为True，让游戏就此开始！在alien_invasion.py中调用check_events()，需要传递另外两个实参——stats和play_button：

    while True:
        # 监视键盘和鼠标事件
        gf.check_events(ai_settings, screen, stats, play_button, ship, bullets)
        if stats.game_active:
            ship.update()
            gf.update_bullets (ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)
            gf.update_aliens(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets)
        gf.update_screen(ai_settings, screen, stats, ship, aliens, bullets, play_button)
run_game()

  至此，我们如果运行这个游戏，点击play按钮就会开始游戏。游戏结束时，game_active应为False，并重新显示play按钮。
###4、重置游戏

4、重置游戏

  前面编写的代码只处理玩家第一次单击play按钮的情况，而没有处理游戏结束的情报，因为没有重置导致游戏结束的条件。
  为在玩家每次单击play按钮时都需要重置游戏，需要重置统计信息、删除现有的外星人和子弹、创建一群新的外星人，并让飞船居中能：

def check_play_button(ai_settings, screen, stats, play_button, ship,
                      aliens, bullets,  mouse_x, mouse_y):
    """在玩家单击play按钮时开始新游戏"""
    if play_button.rect.collidepoint(mouse_x, mouse_y):
        # 重置游戏统计信息
        stats.reset_stats()
        stats.game_active = True
        # 清空外星人列表和子弹列表
        aliens.empty()
        bullets.empty()
        # 创建一群新的外星人，并让飞船居中
        create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)
        ship.center_ship()

  我们更新了check_play_button()的应以，使其能够访问ai_settings、stats、ship、aliens、和bullets。为重置在游戏期间发生了变化的设置以及刷新游戏的视觉元素，它需要这些对象。我们重置了这些信息统计信息，给玩家提供了三艘新飞船。接下来，我们将game_active设置为True(这样，这个函数的代码执行完毕后，游戏就会开始)，清空编组aliens和bullets，创建一群新的外星人，并将飞船居中。
  check_events()的定义需要修改，调用check_play_button()的代码亦是如此：

def check_events(ai_settings, screen, stats, play_button, ship,
                 aliens, bullets):
    """响应按键和鼠标事件"""
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            sys.exit()
        elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
            mouse_x, mouse_y = pygame.mouse.get_pos()
            check_play_button(ai_settings, screen,stats,
                              play_button, ship, aliens, bullets,
                              mouse_x, mouse_y)
        elif event.type == pygame.KEYDOWN:
            check_keydown_events(event, ai_settings, screen, ship, bullets)
        elif event.type == pygame.KEYUP:
            check_keyup_events(event, ship)

  check_events()的定义需要形参aliens()，以便将它传递给check_play_button()，接下来，我们修改了调用check_play_button()的代码，以将合适的实参传递给它。
  我们接下来修改alien_invasion.py中调用check_events()的代码，以将实参aliens传递给它：

    while True:
        # 监视键盘和鼠标事件
        gf.check_events(ai_settings, screen, stats, play_button, ship,
                        aliens, bullets)
        if stats.game_active:
            ship.update()
            gf.update_bullets (ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)
            gf.update_aliens(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets)
        gf.update_screen(ai_settings, screen, stats, ship, aliens, bullets, play_button)
run_game()

  现在，每当玩家单击play按钮时，这个游戏都将正确地重置，让玩家想玩多少次就玩多少次！

5、将paly按钮切换到非活动状态

  当前，play按钮存在一个问题，那就是即便play按钮不可见，玩家单击其原来所在的区域时，游戏依然会作出响应。游戏开始后，如果玩家不小心单击了play按钮原来所处的区域，游戏将重新开始！为修复这个问题，可让游戏仅在game_active为False时才开始：

def check_play_button(ai_settings, screen, stats, play_button, ship,
                      aliens, bullets,  mouse_x, mouse_y):
    """在玩家单击play按钮时开始新游戏"""
    button_checked = play_button.rect.collidepoint(mouse_x, mouse_y)
    if button_checked and not stats.game_active:
        # 隐藏光标
        pygame.mouse.set_visible(False)
        # 重置游戏统计信息
        stats.reset_stats()
        stats.game_active = True
        # 清空外星人列表和子弹列表
        aliens.empty()
        bullets.empty()
        # 创建一群新的外星人，并让飞船居中
        create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)
        ship.center_ship()

  标志着button_clicked的值为True或False，仅当玩家单击了play按钮且游戏当前处于非活动状态时，游戏才能重新开始。为了测试这种行为，可开始新游戏，并不断地单击play按钮原来所处的区域。如果一切都像预期的那样工作，单击play按钮原来所处的区域应该没有任何影响。

6、隐藏光标

  为了让玩家能够开始游戏，我们要让玩家可见，但是游戏开始后，光标这会添。为了修复这种问题，我们在游戏处于活动状态时让光标不可见，具体实现只需要在def check_play_button()中添加一行代码，即：pygame.mouse.set_visible(False)。通过向set_visible()传递False，让Pygame在光标处于游戏窗口内时将其隐藏起来。游戏结束后，我们将重新显示光标，让玩家能够单击play按钮来开始新的游戏；具体实现如下：

def ship_hit(ai_settings, stats, screen, ship, aliens,  bullets):
    """響應被外星人撞到飛船"""
    if stats.ships_left > 0:
        # 將飛船ships_left減1
        stats.ships_left -= 1
        # 清空外星人列表和子彈列表
        aliens.empty()
        bullets.empty()
        # 創建一群新的外星人，並將飛船放到屏幕低端中央
        create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)
        ship.center_ship()
        # 暫停
        sleep(0.5)
    else:
        stats.game_active = False
        pygame.mouse.set_visible(True)

  在ship_hit()中，我们在游戏进入非活动状态后，立即让光标可见。关注这样的细节让游戏显得更专业，也让玩家能够专注于玩游戏而不是费力搞明白用户界面。

二、提高等级

  当前，将整群外星人都消灭干净后，玩家将提高一个等级，但游戏难度并没有变，下面来增加一点趣味性：每当玩家将屏幕上的外星人都消灭干净后，加快游戏节奏，让游戏玩起来更难。

1、修改速度设置

  我们首先重新组织Settings类，将游戏设置划分为静态和动态的两组。对于随着游戏进行而变化的设置，我们还确保它们在开始新游戏时被重置。settings.py的方法__init__()如下：

    def __init__(self):
        """初始化游戏的设置"""
        # 屏幕的设置
        self.screen_width = 1400
        self.screen_height = 700
        self.bg_color = (230, 230, 230)
        # 飞船的设置
        self.ship_limit = 3
        # 子弹设置
        self.bullet_width = 3
        self.bullet_height = 15
        self.bullet_color = 60, 60, 60
        self.bullets_allowed = 6
        # 外星人设置
        self.fleet_drop_speed = 10
        # 以什么样的速度加速游戏节奏
        self.speedup_scale = 1.1
        self.initialize_dymaic_settings()

  我们依然在__init__()中初始化静态设置。首先我们添加了设置speed_scale，用于控制游戏节奏的加快速度：2表示玩家没提高一个等级，游戏节奏就翻倍；1表示游戏节奏始终不变，将其设置为1.1能够将游戏的节奏提高够快，让游戏既有难度，又并非不可完成。最后，我们调用initialize_dymaic_settings()，以初始化随游戏进行而变化的属性；具体的initialize_dymaic_settings()的实现如下：

    def initialize_dymaic_settings(self):
        """初始化随游戏进行而变化的设置"""
        self.ship_speed_factor = 1.5
        self.bullet_speed_factor = 3
        self.alien_speed_factor = 1
        # fleet_direction为1表示向右移动，为-1表示向左移动
        self.fleet_direction = 1

  这个方法设置了飞船、子弹和外星人的速度。随着游戏的进行，我们将提高这些速度，而每当玩家开始新游戏时，都将重置这些速度。在这个方法中，我们还设置了fleet_direction，使得游戏刚开始时，外星人总是向右移动。每当玩家提高一个等级时，我们都使用increase_speed()来提高飞船、子弹和外星人的速度：

    def increase_speed(self):
        """提高速度设置"""
        self.ship_speed_factor *= self.speedup_scale
        self.bullet_speed_factor *= self.speedup_scale
        self.alien_speed_factor *= self.speedup_scale

  为了提高这些游戏元素的速度，我们将每个速度设置都乘以speed_scale的值。在check_bullet_alien_collisions()中，我们在整群外星人都被消灭后调用increase_speed()来加快游戏的节奏，在创建一群新的外星人：

def check_bullet_alien_collisions(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets):
    """更新子弹的位置，并删除已消失的子弹"""
    collisions = pygame.sprite.groupcollide(bullets, aliens, True, True)
    if len(aliens) == 0:
        bullets.empty()
        ai_settings.increase_speed()
        create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)

  通过修改速度设置ship_speed_factor、alien_speed_factor和bullet_speed_factor的值，足以加快整个游戏的节奏。

2、重置速度

  每当玩家开始新的游戏时，我们都需要将发生了变化的设置重置为初始值，否则新游戏开始时，速度设置将是前一次游戏增加了的值：

def check_play_button(ai_settings, screen, stats, play_button, ship,
                      aliens, bullets,  mouse_x, mouse_y):
    """在玩家单击play按钮时开始新游戏"""
    button_checked = play_button.rect.collidepoint(mouse_x, mouse_y)
    if button_checked and not stats.game_active:
        # 重置游戏设置
        ai_settings.initialize_dymaic_settings()
        # 隐藏光标
        pygame.mouse.set_visible(False)
        # 重置游戏统计信息
        stats.reset_stats()
        stats.game_active = True
        # 清空外星人列表和子弹列表
        aliens.empty()
        bullets.empty()
        # 创建一群新的外星人，并让飞船居中
        create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)
        ship.center_ship()

  现在，游戏《外星人入侵》玩起来更有趣，也更具有挑战性。每当玩家将屏幕上的外星人消灭后，游戏都将加快节奏，因此，难度会更大些。如果游戏的难度提高太快，可降低settings.speedup_scale的值；如果游戏挑战性不足，可稍微提高这个设置的值。找出这个设置的最佳值，让游戏难度相对合理；一开始的几群外星人很容易消灭干净；接下来的几群消灭起来一定有难度，单也不是不可能；而更靠后的外星人群消灭干净几乎不可能。

总结

  我们在前面通过四篇文章给大家介绍了飞船的构建、又通过五篇文章介绍了外星人的创建以及飞船打外星人的相关功能。本文给大家介绍开始游戏按钮——play按钮，有效控制我们游戏的开始与结束以及介绍游戏等级的提高。包括创建Button类、在屏幕上绘制按钮以及游戏的开始以及重置，最后修改了游戏的速度，从而提高了游戏的难度。不过本文在部分代码中只写了部分代码，因为随着项目的不断扩大，代码行数太多，为了尽可能减少每篇文章的篇幅，大家阅读的方便以及尽可能将文章阅读时间控制在20分钟左右。不过，代码的准确度一定是正确的，可以跑起来的！所以，希望大家能够仔细阅读，认真跟着写代码，理解其中的深入含义，吧这个项目的价值发挥到最大。其实这个项目已经很典型，代码到处都是，但是，如果你只是简单的粘贴复制，对你知识的学习没有任何的价值，你还是得跟着过一遍，然后要知道每行代码的含义或者是用到了前面我们介绍的哪一块知识点，只有这样，这个项目才会发挥不一样的价值，希望大家认真学习，把基础知识打扎实一点。Python是一门注重实际操作的语言，它是众多编程语言中最简单，也是最好入门的。当你把这门语言学会了，再去学习java、go以及C语言就比较简单了。当然，Python也是一门热门语言，对于人工智能的实现有着很大的帮助，因此，值得大家花时间去学习。生命不息，奋斗不止，我们每天努力，好好学习，不断提高自己的能力，相信自己一定会学有所获。加油！！！