飛機大戰
最近學習了python的面向對象，對面向對象的理解不是很深刻。
面向對象是數據和函數的'打包整理'，將相關數據和處理數據的方法集中在一個地方，方便使用和管理。
本着學習的目的，在網上找了這個飛機大戰游戲的素材和相關代碼，自己研究學習，加深對面向對象的理解。
python可以做游戲，最基本的一個第三方模塊就是pygame，借助pygame可以實現2D和3D游戲的開發。
對python開發游戲感興趣的園友請參考官方文檔：pygame.doc
下面就開始學習了解對象思想吧，順便學學pygame，娛樂一下。
游戲需求
# 飛機大戰
<1> 玩機通過鍵盤操作我方飛機，我方飛機自動發射初級子彈。
<2> 敵機分三種：小型敵機、中型敵機、大型敵機，區別：速度不同，數量不同，外形不同，血值不同。
<3> 小型敵機速度快，數量多，一顆子彈必殺；大型敵機和中型敵機速度慢，數量少，需要多可子彈才能消滅。
<4> 小型敵機分值低，大型敵機和中型敵機分值高。
<5> 統計玩機得分和最高分記錄。
<6> 隨着得分的增加，提升游戲等級，增加游戲的難度：增加敵機速度和數量
<7> 任意敵機和我方飛機碰撞，則玩家挑戰失敗一次；玩家有三次挑戰機會。三次機會用完結束游戲。
<8> 我方飛機和敵機毀滅時，動畫效果要實現
<9> 游戲中，每隔30s有一次隨機空投補給：全屏炸彈或超級子彈。
<10> 游戲開始，玩家自帶三顆全屏炸彈,按空格鍵觸發，消滅屏幕內所有敵機；
<11> 使用一次全屏炸彈，數量減一，當玩家的全屏炸彈數少於3顆時，通過空投補給全屏炸彈，最多攜帶3顆全屏炸彈。
<12> 玩家領到超級子彈時，有18s的使用時間限制；超級子彈發射數量是普通子彈的兩倍。
<13> 大型敵機和中型敵機，要顯示血量，標識生命值，生命值結束，敵機摧毀，玩機得分。
<14> 玩家可以通過暫停按鈕暫停和繼續游戲
<15> 游戲有開始界面和結束是否繼續的界面。
需求分析
# 角色1：我方飛機、敵機(小型敵機、中型敵機、大型敵機)、子彈、補給(全屏炸彈、超級子彈)
# 角色2：設置類、面板類、游戲狀態類
- 我方飛機
- 繼承pygame.sprite.Sprite
- 本地保存設置類對象和 屏幕對象
- 數據屬性：surface\destory_surface\rect\speed\active\invincible\mask
- 功能屬性：上下左右移動、繪制、重置位置
- 敵機（小、中、大）
- 繼承pygame.sprite.Sprite
- 本地保存設置類對象和 屏幕對象
- 數據屬性：surface\destory_surface\rect\speed\active\hit\mask\energy
- 功能屬性：向下移動、繪制、血槽、重置位置
- 子彈（子彈1、子彈2）
- 繼承pygame.sprite.Sprite
- 本地保存設置類對象和 屏幕對象
- 數據屬性：surface\rect\speed\active\mask
- 功能屬性：向上移動、繪制、重置位置
- 補給（全屏炸彈、超級子彈）
- 繼承pygame.sprite.Sprite
- 本地保存設置類對象和 屏幕對象
- 數據屬性：surface\rect\speed\active\mask
- 功能屬性：向下移動、繪制、重置位置
- 設置類
- 數據屬性：游戲基本參數設置
- 功能屬性：游戲加載、暫停、統計得分、補給設置等
- 面板類
- 本地保存設置類對象和 屏幕對象、游戲狀態對象
- 數據屬性：分數面板數據、暫停面板數據、全屏炸彈面板數據、玩家生命個數面板數據、開啟|結束|繼續面板等
- 功能屬性：繪制各種面板數據
- 面板類
- 本地保存設置類對象
- 數據屬性：game_active\game_paused\game_start\game_level\game_score_level
提取功能
提取游戲功能背后對應的pygame功能
- 游戲背景圖、背景音樂 - 顯示、圖片、音效功能
- 繪制我方飛機、實現移動 - 事件監聽功能
- 繪制敵機
- 我機-敵機碰撞檢測 - 碰撞檢測功能
- 我機死亡后重置-5秒無敵模式 - 自定義時間事件
- 增加普通子彈
- 子彈-敵機碰撞檢測
- 繪制血槽能量值 - 幾何圖形功能
- 得分統計面板 - 字體功能
- 全屏炸彈面板功能
- 游戲難度等級
- 游戲暫停-繼續 - 光標設置圖像功能
- 空投補給-全屏炸彈和超級子彈 - 自定義時間事件
- 普通子彈和超級子彈的切換 - 自定義時間事件
運行環境
- win10
- python3.8
- pygame1.9.6
- pycharm2019.3
實現思路
- 采用腳本的方式運行整個游戲，游戲運行在一個主函數內，在這個主函數內實例化各種對象。
- 然后通過一個主循環，主循環內有兩個功能：監測事件，更新對象
- 監測事件，觸發相應功能函數的執行，改變對象屬性
- 更新屏幕，功能1：根據游戲狀態，更新對象位置並繪制；功能2：對象間碰撞判斷（可以優化）
- 每個對象的類，在不同的文件中實現
- 所有圖片素材、音效素材、字體素材單獨文件夾管理存放
- 增加設置類，保存游戲設置相關的參數和方法，在大多數對象內保存設置類對象，方便直接獲取游戲相關參數
- 增加面板類，分擔設置類的壓力；面板類負責管理游戲中各種面板按鈕標題繪制時需要的數據和方法。
- 增加游戲狀態類，判斷游戲是否處於：開始、活動、結束 等狀態。
程序結構
腳本的方式
Aircraft-Battle/ # 游戲根目錄
|-- fonts # 字體文件夾
|-- images # 圖片文件夾
|-- sounds # 音樂文件夾
|-- board.py # 面板類
|-- bullet.py # 子彈類
|-- enemy.py # 敵機類
|-- game_functions.py # 游戲方法，包括事件監測、屏幕更新等等
|-- game_status.py # 游戲狀態類
|-- main.py # 游戲入口函數，主函數
|-- my_ship.py # 我方飛機類
|-- settings.py # 配置類
|-- supply.py # 空投補給類
|-- recorded.txt # 最高分記錄
|-- readme.md
功能實現
飛機噴氣動畫
任何視頻動畫效果都是一幀一幀順出來的，pygame也不例外。噴氣效果就是兩張圖片不停的切換實現的。
游戲全局設置了一個刷新頻率，clock.tick(60)， 在這樣一個速度下切換兩張局部不同的圖，肉眼很難分辨。
這就需要一個在不改變全局刷新頻率，實現局部延遲的需求。
- 在全局設置一個時間延遲變量，每次刷新都減一，減到零后再從100開始累減。
- 根據這個延遲變量，設置切換的頻率，每隔幾秒切換一次圖片。
delay = 100
switch_image = True
while 1:
delay -= 1
if delay == 0:
delay = 100
if not (delay % 5): # 每個5幀切換一次
switch_image = not switch_image
if switch_image:
"""開始切換"""
- 類推：飛機催化時毀滅的動畫效果、敵機毀滅的動畫效果、擊中敵機的動畫效果都是采用這個策略實現的。
游戲暫停功能
游戲暫停功能其實很簡單，所謂的暫停其實就是讓對象們不要動起來，實現的方式就是不更新對象的位置。
可以通過一個檢測事件，當玩家在暫停按鈕處點擊了鼠標左鍵，則將游戲狀態參數paused設置為True，
根據這個參數，判斷何時更新對象位置合適不更新對象位置。
一個小的注意點是，暫停時要將某些事件音效關閉。
判斷鼠標在指定位置
比如，在游戲結束時，鼠標點擊重新開始按鈕，開始游戲。那如何判斷鼠標在重新開始位置呢？
我們可以使用pygame.rect.collidepoint(event.pos)
elif event.type == MOUSEMOTION:
if ab_board.pause_rect.collidepoint(event.pos): # 鼠標在pause_rect內，返回True
pass
碰撞檢測功能
運動只是第一步，碰撞檢測才是大多數游戲的靈魂。只有碰撞檢測實現了，才有可能實現更過的業務邏輯。
敵機和子彈的碰撞、我機和敵機的碰撞，我們都借助pygame中的精靈類（Sprite）幫我們實現。
我們將所有敵機對象都放在一個大Group精靈組內，然后每種類型的敵機單獨放在各自的精靈組內。
這樣做碰撞檢測時，我們只需要將我機對象和大Group精靈組判斷是否碰撞，子彈和敵機也類似。
collide_obj = pygame.sprite.spritecollide(
sprite, group, False, collide=pygame.sprite.collide_mask)
if collide_obj:
pass
-
spritecollide是一個精靈和一個精靈組的碰撞檢測方法，返回一個列表，列表內是發生碰撞的精靈組成員 -
參數False背后對應的參數是，是否將發生碰撞的精靈從精靈組內移出，False表示不移出。這里我們不移出，但會做一些邏輯判斷，將這個精靈的active屬性設為False，然后重置該靜靈位置，不需要再次刪除和創建。
-
參數
collide表示，指定碰撞檢測機制，這里通過圖像不透明部分的重疊來檢測碰撞，這種碰撞檢測機制需要被檢測的對象有一個mask數據屬性，self.mask = pygame.mask.from_surface(self.image)
# 補充：
# pygame的碰撞檢測機制有很多
- 通過矩形 collide_rect(left, right)，返回布爾值，判斷矩形位置知否重疊，left和right是兩個精靈
- 通過圓形 collide_circle(left, right)，返回布爾值，判斷圓心和半徑，需要精靈有rect和radius屬性
- 通過圖像不透明面積 collide_mask(left, right) mask判斷，需要精靈有rect和mask屬性
# pygame的碰撞檢測方式
- 一對多 spritecollide(sprite, group, dokill, collided=None)，
返回碰撞的精靈列表，存放group內被sprite碰撞到的精靈
- 多對多 groupcollide(groupa, groupb, dokilla, dokillb, collided=None)，
返回字典，key:groupa內發生碰撞的精靈，value:groupb內被key撞的精靈
- 一對多 spritecollideany(sprite, group, collided=None)，
返回一個group內找到的第一個被撞的精靈，如果沒有返回None
控制玩家飛機移動
玩家移動飛機操作，可以交給pygame.event的事件監測實現，不過我們這里通過pygame.key實現的。
因為有這么一個'規則'：比如鍵盤事件，偶然的事件采用event，頻繁的事件采用key。
其實這樣是有道理的，因為pygame.event在處理鍵盤事件時，內部采用key的一些方法。直接采用key更快一點。
def check_me_move(me, ab_state):
"""檢測我方飛機移動事件"""
if ab_state.game_active and not ab_state.game_paused:
key_pressed = pygame.key.get_pressed()
if key_pressed[K_w] or key_pressed[K_UP]: # 上移
me.move_up()
if key_pressed[K_s] or key_pressed[K_DOWN]: # 下移
me.move_down()
if key_pressed[K_a] or key_pressed[K_LEFT]: # 左移
me.move_left()
if key_pressed[K_d] or key_pressed[K_RIGHT]: # 右移
me.move_right()
定時功能
比如每隔30s一個空投，超級子彈18s使用時間，我機重生時5s無敵時間，都需要使用定時功能。
定時功能，可以通過pygame提供的自定義事件實現，pygame提供 USEREVENT，用戶可以自定義自己的事件。
注意：每自定義一個事件，USEREVENT + 1
比如，我們自定義上述三個功能的自定義事件
import pygame
from pygame.locals import *
# 定義事件
SUPPLY_INTERVAL = USEREVENT
SUPPER_BULLET_TIME = USEREVENT + 1
INVINCIBLE_TIME = USEREVENT + 1
# 觸發自定義時間事件
pygame.time.set_timer(SUPPLY_INTERVAL, 30 * 1000) # 注意時間單位事毫秒
pygame.time.set_timer(SUPPER_BULLET_TIME, 18 * 1000)
pygame.time.set_timer(INVINCIBLE_TIME, 5 * 1000)
# 捕捉自定義事件, 終止事件
for event in pygame.event.get():
if event.type == QUIT:
sys.exit()
elif event.type == SUPPLY_INTERVAL:
pass
elif event.type == SUPPER_BULLET_TIME:
pygame.time.set_timer(SUPPER_BULLET_TIME, 0)
elif event.type == INVINCIBLE_TIME:
pygame.time.set_timer(INVINCIBLE_TIME, 0)
繪制血槽功能
繪制血槽，標識敵機的能量值，對於大型敵機和中型敵機，子彈擊中只能減少敵機的一個生命值；
當敵機的生命值耗盡時，敵機毀滅，玩家得分。
可以通過敵機當前的生命值和初始生命值相除，得到一個比例，這個比例是敵機的當前血量百分比。
在敵機頂部一定位置畫一條寬度為2的線，一條固定長度的黑線表示血槽，另一條可變長度的線表示剩余血量。
當血量百分比大於0.2時畫綠線，否則顯示紅線。
此處畫線使用：pygame.draw.line(Surface, color, start_pos, end_pos, width=1)
子彈位置更新
本游戲中，子彈的操作比較特殊。游戲開始先實例化普通子彈和超級子彈，存放在兩個列表中。
普通子彈4顆，從飛機頂部發射；超級子彈8顆，從飛機兩側同時發射兩顆。
每隔10幀，將子彈列表中的一個子彈位置重置，其他幀繪制更新子彈位置並繪制，效果就是子彈不停的射出。
def blit_bullet(ab_settings, bullets, me):
# 每個10幀，重置一個子彈的位置
if not (ab_settings.delay % 10):
ab_settings.bullet_sound.play()
if ab_settings.is_double_bullet:
bullets[ab_settings.bullet2_index].reset((me.rect.centerx - 33, me.rect.centery))
bullets[ab_settings.bullet2_index + 1].reset((me.rect.centerx + 30, me.rect.centery))
ab_settings.bullet2_index = (ab_settings.bullet2_index + 2) % ab_settings.bullet2_num
else:
bullets[ab_settings.bullet1_index].reset((me.rect.centerx, me.rect.top - 5))
ab_settings.bullet1_index = (ab_settings.bullet1_index + 1) % ab_settings.bullet1_num
for bullet in bullets:
bullet.move()
bullet.blitme()
自定義鼠標圖像
繪制心愛的圖像，位置設為鼠標所在位置；再將鼠標隱藏。
pygame.mouse.set_visible(False)
mouse_image = pygame.image.load('images/check.png').convert_alpha()
mouse_rect = mouse_image.get_rect()
mouse_rect = pygame.mouse.get_pos()
screen.blit(mouse_image, mouse_rect)
補充
# 游戲圖標，需要 .ico文件，32x32，不要convert_alpha()，一定要在set_mode()之前
# 背景圖片一定要在set_mode()之后，即一定要在有了screen之后才能image.load()加載圖片
# 鼠標顯示設置關閉使用完畢后，記得還原設置。
# 相關的數據放在一塊，比如面板的繪制操作，將image和rect盡可能在board.init中；繪制動作在board下的方法中
# 得分統計，千分位顯示，使用 format(1234567, ',') --> 1,234,567
總結
-
pygame游戲動畫是一幀一幀刷出來的，圖像在屏幕上繪制的先后順序很重要。
-
通過事件監測，對象位置更新、繪制屏幕，實現基本游戲動畫的制作。
-
游戲采用面向對象的方式，實在太合適了；可擴展性極強，一個屬性判斷就可以擴展出很多功能。
-
pygame的事件監測和精靈類的非常好用，碰撞檢測機制很有用。
-
面向對象，對象的屬性和方法息息相關；本質還是面向過程，好處是數據使用起來更加方便靈活。
-
有了對象，就有了對象的數據和方法，自己的能力也同時得到極大的提升。
程序源碼
游戲源碼和素材
Update to [V3-優化子彈生成函數, 微調游戲等級]
代碼量統計如下
