Python玩转飞机大战开题报告国内外研究综述 python飞机大战项目报告书

飞机大战项目（二）

• 1.项目实战 —— 飞机大战
• 2.英雄登场
• 3.游戏背景
• 4.游戏框架搭建
• 
  

1.项目实战 —— 飞机大战

1.1 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

• 
  

2 英雄登场

目标

• 设计 英雄 和 子弹 类
• 使用 pygame.key.get_pressed() 移动英雄
• 发射子弹

2.1 设计 英雄 和 子弹 类

英雄需求

1. 游戏启动后，英雄 出现在屏幕的 水平中间 位置，距离 屏幕底部 120 像素
2. 英雄 每隔 0.5 秒发射一次子弹，每次 连发三枚子弹
3. 英雄 默认不会移动，需要通过 左/右 方向键，控制 英雄 在水平方向移动

子弹需求

1. 子弹 从 英雄 的正上方发射 沿直线 向 上方 飞行
2. 飞出屏幕后，需要从 精灵组 中删除

Hero —— 英雄

• 初始化方法
• 指定 英雄图片
• 初始速度 = 0 —— 英雄默认静止不动
• 定义 bullets 子弹精灵组 保存子弹精灵
• 重写 update() 方法
• 英雄需要 水平移动
• 并且需要保证不能 移出屏幕
• 增加 bullets 属性，记录所有 子弹精灵
• 增加 fire 方法，用于发射子弹

Bullet —— 子弹

• 初始化方法
• 指定 子弹图片
• 初始速度 = -2 —— 子弹需要向上方飞行
• 重写 update() 方法
• 判断 是否飞出屏幕，如果是，从 精灵组 删除

2.2 创建英雄

2.2.1 准备英雄类

• 在 plane_sprites 新建 Hero 类
• 重写 初始化方法，直接指定 图片名称，并且将初始速度设置为 0
• 设置 英雄的初始位置

• centerx = x + 0.5 * width
• centery = y + 0.5 * height
• bottom = y + height

class Hero(GameSprite):
    """英雄精灵"""

    def __init__(self):

        super().__init__("./images/me1.png", 0)

        # 设置初始位置
        self.rect.centerx = SCREEN_RECT.centerx
        self.rect.bottom = SCREEN_RECT.bottom - 120

2.3 绘制英雄

2. 在 __create_sprites，添加 英雄精灵 和 英雄精灵组
• 后续要针对 英雄 做 碰撞检测 以及 发射子弹
• 所以 英雄 需要 单独定义成属性
4. 在 __update_sprites，让 英雄精灵组 调用 update 和 draw 方法

代码实现

• 修改 __create_sprites 方法如下：

# 英雄组
self.hero = Hero()
self.hero_group = pygame.sprite.Group(self.hero)

• 修改 __update_sprites 方法如下：

self.hero_group.update()
self.hero_group.draw(self.screen)

2.4 移动英雄位置

在 pygame 中针对 键盘按键的捕获，有 两种 方式

• 第一种方式 判断 event.type == pygame.KEYDOWN
• 第二种方式
1. 首先使用 pygame.key.get_pressed() 返回 所有按键元组
2. 通过 键盘常量，判断元组中 某一个键是否被按下 —— 如果被按下，对应数值为 1

提问 这两种方式之间有什么区别呢？

• 第一种方式

elif event.type == pygame.KEYDOWN and event.key == pygame.K_RIGHT:
    print("向右移动...")

• 第二种方式

# 返回所有按键的元组，如果某个键被按下，对应的值会是1
keys_pressed = pygame.key.get_pressed()
# 判断是否按下了方向键
if keys_pressed[pygame.K_RIGHT]:
    print("向右移动...")

结论

• 第一种方式 event.type 用户 必须要抬起按键 才算一次 按键事件，操作灵活性会大打折扣
• 第二种方式 用户可以按住方向键不放，就能够实现持续向某一个方向移动了，操作灵活性更好

2.4.1 移动英雄位置

演练步骤

2. 在 Hero 类中重写 update 方法
• 用 速度 speed 和 英雄 rect.x 进行叠加
• 不需要调用父类方法 —— 父类方法只是实现了单纯的垂直运动
5. 在 __event_handler 方法中根据 左右方向键 设置英雄的 速度
• 向右 => speed = 2
• 向左 => speed = -2
• 其他 => speed = 0

代码演练

• 在 Hero 类，重写 update() 方法，根据速度水平移动 英雄的飞机

def update(self):

    # 飞机水平移动
    self.rect.x += self.speed

• 调整键盘按键代码

# 获取用户按键
keys_pressed = pygame.key.get_pressed()

if keys_pressed[pygame.K_RIGHT]:
    self.hero.speed = 2
elif keys_pressed[pygame.K_LEFT]:
    self.hero.speed = -2
else:
    self.hero.speed = 0

2.4.2 控制英雄运动边界

• 在 Hero 类的 update() 方法判断 英雄 是否超出 屏幕边界

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HZr89smI-1580112219177)(media/15025349250200/003_pygame.Rect.png)]

• right = x + width 利用 right 属性可以非常容易的针对右侧设置精灵位置

def update(self):

    # 飞机水平移动
    self.rect.x += self.speed
    
    # 判断屏幕边界
    if self.rect.left < 0:
        self.rect.left = 0
    if self.rect.right > SCREEN_RECT.right:
        self.rect.right = SCREEN_RECT.right

2.5 发射子弹

需求回顾 —— 英雄需求

1. 游戏启动后，英雄 出现在屏幕的 水平中间 位置，距离 屏幕底部 120 像素
2. 英雄 每隔 0.5 秒发射一次子弹，每次 连发三枚子弹
3. 英雄 默认不会移动，需要通过 左/右 方向键，控制 英雄 在水平方向移动

2.5.1 添加发射子弹事件

pygame 的 定时器 使用套路非常固定：

1. 定义 定时器常量 —— eventid
2. 在 初始化方法 中，调用 set_timer 方法 设置定时器事件
3. 在 游戏循环 中，监听定时器事件

代码实现

• 在 Hero 中定义 fire 方法

def fire(self):
    print("发射子弹...")

• 在 plane_main.py 的顶部定义 发射子弹 事件常量

# 英雄发射子弹事件
HERO_FIRE_EVENT = pygame.USEREVENT + 1

• 在 __init__ 方法末尾中添加 发射子弹 事件

# 每隔 0.5 秒发射一次子弹
pygame.time.set_timer(HERO_FIRE_EVENT, 500)

• 在 __event_handler 方法中让英雄发射子弹

elif event.type == HERO_FIRE_EVENT:
    self.hero.fire()

2.5.2 定义子弹类

需求回顾 —— 子弹需求

1. 子弹 从 英雄 的正上方发射 沿直线 向 上方 飞行
2. 飞出屏幕后，需要从 精灵组 中删除

Bullet —— 子弹

• 初始化方法
• 指定 子弹图片
• 初始速度 = -2 —— 子弹需要向上方飞行
• 重写 update() 方法
• 判断 是否飞出屏幕，如果是，从 精灵组 删除

定义子弹类

• 在 plane_sprites 新建 Bullet 继承自 GameSprite
• 重写 初始化方法，直接指定 图片名称，并且设置 初始速度
• 重写 update() 方法，判断子弹 飞出屏幕从精灵组删除

class Bullet(GameSprite):
    """子弹精灵"""
    
    def __init__(self):
        
        super().__init__("./images/bullet1.png", -2)
 
    def update(self):
    
        super().update()
        
        # 判断是否超出屏幕，如果是，从精灵组删除
        if self.rect.bottom < 0:
            self.kill()

2.6 发射子弹

演练步骤

1. 在 Hero 的 初始化方法 中创建 子弹精灵组 属性
2. 修改 plane_main.py 的 __update_sprites 方法，让 子弹精灵组 调用 update 和 draw 方法
4. 实现 fire() 方法
• 创建子弹精灵
• 设置初始位置 —— 在 英雄的正上方
• 将 子弹 添加到精灵组

代码实现

• 初始化方法

# 创建子弹的精灵组
self.bullets = pygame.sprite.Group()

• 修改 fire() 方法

def fire(self):

    # 1. 创建子弹精灵
    bullet = Bullet()
    
    # 2. 设置精灵的位置
    bullet.rect.bottom = self.rect.y - 20
    bullet.rect.centerx = self.rect.centerx
    
    # 3. 将精灵添加到精灵组
    self.bullets.add(bullet)

一次发射三枚子弹

• 修改 fire() 方法，一次发射三枚子弹

def fire(self):

    for i in (1, 2, 3):
        # 1. 创建子弹精灵
        bullet = Bullet()
        
        # 2. 设置精灵的位置
        bullet.rect.bottom = self.rect.y - i * 20
        bullet.rect.centerx = self.rect.centerx
        
        # 3. 将精灵添加到精灵组
        self.bullets.add(bullet)

• 
  

3.游戏背景

3.1 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

3.1.1 实现思路分析

解决办法

2. 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
5. 两张图像 一起向下方运动
• self.rect.y += self.speed
7. 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
9. 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

3.1.2 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

3.2 显示游戏背景

3.2.1 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

3.2.2 在 plane_main.py 中显示背景精灵

1. 在 __create_sprites 方法中创建 精灵 和 精灵组
2. 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.update()
    self.back_group.draw(self.screen)

3.2.3 利用初始化方法，简化背景精灵创建

思考 —— 上一小结完成的代码存在什么样的问题？能否简化？

• 在主程序中，创建的两个背景精灵，传入了相同的图像文件路径
• 创建 第二个 背景精灵 时，在主程序中，设置背景精灵的图像位置

思考 —— 精灵 初始位置 的设置，应该 由主程序负责？还是 由精灵自己负责？

答案 —— 由精灵自己负责

• 根据面向对象设计原则，应该将对象的职责，封装到类的代码内部
• 尽量简化程序调用一方的代码调用

• 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

在 plane_sprites.py 中实现 Background 的 初始化方法

def __init__(self, is_alt=False):

    image_name = "./images/background.png"
    super().__init__(image_name)
       
    # 判断是否交替图片，如果是，将图片设置到屏幕顶部
    if is_alt:
        self.rect.y = -self.rect.height

• 修改 plane_main 的 __create_sprites 方法

# 创建背景精灵和精灵组
bg1 = Background()
bg2 = Background(True)

self.back_group = pygame.sprite.Group(bg1, bg2)

• 
  

4.游戏框架搭建

目标 —— 使用 面相对象 设计 飞机大战游戏类

• 明确主程序职责
• 实现主程序类
• 准备游戏精灵组

4.1 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

• 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

4.2 实现飞机大战主游戏类

4.2.1 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()

4.2.2 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

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)

4.2.3 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()

4.3 准备游戏精灵组

4.3.1 确定精灵组

4.3.2 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)