利用pygame完成动画精灵和碰撞检测

动画精灵和碰撞检测

一、动画精灵

动画精灵：四处移动的单个图像或图像部分称为动画精灵（sprite），pygame有一个特殊的模块帮助跟踪屏幕上移动的大量图像。利用这个模块，可以更容易地移动图形对象。

具备特征：

• 图像（image）：为动画精灵显示的图片。
• 矩形区（rect）：包含动画精灵的矩形区域。

①、一堆沙滩球都反弹

Pygame 的 sprite 模块提供了一个动画精灵基类Sprite，基于pygame.sprite.Sprite 来创建自己的子类。

这里用了常规的python列表

import sys, pygame
class MyBallClass(pygame.sprite.Sprite):
    def __init__(self, image_file, location):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)        #初始化动画精灵
        self.image = pygame.image.load(image_file) #加载图片
        self.rect = self.image.get_rect()          #得到定义图像边界矩形
        self.rect.left, self.rect.top = location   #设置球的初始位置
#设置窗口大小和颜色
size = width, height = 640, 480
screen = pygame.display.set_mode(size)
screen.fill([255, 255, 255])
img_file = "beach_ball.png"
balls = []
#将球增加到列表
for row in range(0, 3):
    for column in range(0, 3):
        location = [column * 180 + 10, row * 180 + 10]
        ball = MyBallClass(img_file, location)
        balls.append(ball)
for ball in balls:
    screen.blit(ball.image, ball.rect)
pygame.display.flip()
running = True
while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False
pygame.quit()
 

显示效果：

②、让小球动起来

move() 方法

创建一个新的类方法

 def move(self):
        self.rect = self.rect.move(self.speed)
        #碰到窗口左右两边
        if self.rect.left < 0 or self.rect.right > width:
            self.speed[0] = -self.speed[0]
        #碰到窗口上下两边
        if self.rect.top < 0 or self.rect.bottom > height:
            self.speed[1] = -self.speed[1]
###
其中 self.speed告诉对象要移动多远，包含2个列表。

import sys, pygame
from random import *
class MyBallClass(pygame.sprite.Sprite):
    def __init__(self, image_file, location, speed):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)        #初始化动画精灵
        self.image = pygame.image.load(image_file) #加载图片
        self.rect = self.image.get_rect()          #得到定义图像边界矩形
        self.rect.left, self.rect.top = location   #设置球的初始位置
        self.speed = speed                         #创建一个速度
    def move(self):
        self.rect = self.rect.move(self.speed)
        if self.rect.left < 0 or self.rect.right > width:
            self.speed[0] = -self.speed[0]
        if self.rect.top < 0 or self.rect.bottom > height:
            self.speed[1] = -self.speed[1]
#设置窗口大小和颜色
size = width, height = 640, 480
screen = pygame.display.set_mode(size)
screen.fill([255, 255, 255])
img_file = "beach_ball.png"
balls = []
#将球增加到列表
for row in range(0, 3):
    for column in range(0, 3):
        location = [column * 180 + 10, row * 180 + 10]
        speed = [choice([-2, 2]), choice([-2, 2])]     #让每个球变得随机性
        ball = MyBallClass(img_file, location, speed)
        print("y = ", ball.rect)
        balls.append(ball)
running = True
while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False
    #这里不是单独擦除（覆盖各个球），直接用白色填充窗口，重新绘制
    pygame.time.delay(20)
    screen.fill([255, 255, 255])
    for ball in balls:
        ball.move()
        screen.blit(ball.image, ball.rect)
    pygame.display.flip()
pygame.quit()

二、碰撞检测

上面的动画，仅仅只是移动和反弹，球与球之间的碰撞还不能反弹.

Pygame 中已经内置有这种碰撞检测。

Pygame 还提供了一种方法对动画精灵分组。 Pygame 的 group 类。例如，在保龄球游戏中，所有球瓶可能在一组，球则在另一组。

动画精灵模块的spritecollide()函数用来检测某个精灵是否与制定组的其他精灵发生碰撞，

这个函数的形式如下：

spritecollide(被检测的精灵（sprite），指定组（group），是否重叠（False）)

要检查组中精灵之间的碰撞：

• 从这个组中删除这个精灵；
• 检查这个精灵与组中其他精灵之间的碰撞； 
• 再把这个精灵添加回原来的组中。 

问：为什么要先从组删除？

答：如果开始时没有从组中删除这个精灵，spritecollide() 会检测到这个精灵与它自身发生了碰撞，因为它也在这个组中

import sys, pygame
from random import *
class MyBallClass(pygame.sprite.Sprite):
    def __init__(self, image_file, location, speed):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)        #初始化动画精灵
        self.image = pygame.image.load(image_file) #加载图片
        self.rect = self.image.get_rect()          #得到定义图像边界矩形
        self.rect.left, self.rect.top = location   #设置球的初始位置
        self.speed = speed                         #创建一个速度
    def move(self):
        self.rect = self.rect.move(self.speed)
        if self.rect.left < 0 or self.rect.right > width:
            self.speed[0] = -self.speed[0]
        if self.rect.top < 0 or self.rect.bottom > height:
            self.speed[1] = -self.speed[1]
def animate(group):
    screen.fill([255, 255, 255])
    for ball in group:
        group.remove(ball)      #从组删除精灵
        #检查精灵与组的碰撞
        if pygame.sprite.spritecollide(ball, group, False):
            ball.speed[0] = -ball.speed[0]
            ball.speed[1] = -ball.speed[1]
        group.add(ball)
        ball.move()
        screen.blit(ball.image, ball.rect)
    pygame.display.flip()
    pygame.time.delay(20)
#设置窗口大小和颜色
size = width, height = 640, 480
screen = pygame.display.set_mode(size)
screen.fill([255, 255, 255])
img_file = "beach_ball.png"
group = pygame.sprite.Group()   #创建精灵组
#将球增加到列表
for row in range(0, 2):
    for column in range(0, 2):
        location = [column * 180 + 10, row * 180 + 10]
        speed = [choice([-2, 2]), choice([-2, 2])]     #让每个球变得随机性
        ball = MyBallClass(img_file, location, speed)
        group.add(ball)
running = True
while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False
    #这里不是单独擦除（覆盖各个球），直接用白色填充窗口，重新绘制
    pygame.time.delay(20)
    screen.fill([255, 255, 255])
    animate(group)
pygame.quit()

上述代码存在问题：

• 球碰撞时，它们会“颤抖”或者发生两次 碰撞；
• 有时球会“卡”在窗口边界上，颤抖一段时间。

可能原因：上述代码是先移动一个球，检查碰撞，然后移动球在检查下一个。这样子可能造成球的滞后性

修改animate函数（）
def animate(group):
    screen.fill([255, 255, 255])
    for ball in group:
        ball.move()
    for ball in group:
        group.remove(ball)      #从组删除精灵
        #检查精灵与组的碰撞
        if pygame.sprite.spritecollide(ball, group, False):
            ball.speed[0] = -ball.speed[0]
            ball.speed[1] = -ball.speed[1]
        group.add(ball)
        #ball.move()
        screen.blit(ball.image, ball.rect)
    pygame.display.flip()
    pygame.time.delay(20)

矩形碰撞与像素完美结合

在观察可以方向，球“碰撞”时并不是完全接触。因为 spritecollide() 没有使用球的圆形轮廓来检测碰撞。它使用了球的 rect，也就是球的外围矩形。

如果希望球的圆形部分（而不是矩形边界）真正接触时球才会相互反弹，就必须使用一种称为“像素完美碰撞检测 ” 的 方 法。

三、统计时间

在之前我们都用time.delay(50)来控制动画运行的快慢，

pygame.time.delay(50)

在计算机图形学中，每个动画步叫做一帧，游戏程序员讨论图形更新的快慢时都会提到帧速率（每秒帧数，fps）

问：要怎么控制未知代码运行时间？

——Pygame 的 time 模块提供了这样的工具：一个名为 Clock 的类。

用 pygame.time.Clock() 控制帧速率

并不是向每个循环增加一个延迟，  pygame.time.Clock() 会控制每个循环多长时间运行一次。

clock = pygame.time.Clock()
clock.tick(60)
#此处的60指示：这个循环应当每秒运行 60 次。
每秒 60 个循环（或帧）时，每个循环需要 1000 / 60 = 16.66 ms（大约 17 ms）。
如果循环中的代码运行时间超过 17 ms，在 clock 指出开始下一次循环时当前循环将无法完成。

检查帧速率

 clock.get_fps()    知道程序能以多快的速度运行，检查帧速率

调整帧速率

假设设置运行 clock.tick(30)，每秒39帧，但 clock.get_fps()检测实际得到的速率为20fps，说明每个循环运行的时间比预计的长，这样达不到原来要的效果，需要调整帧速率。

以小球为例，原来每秒30帧，可以将小球移动比较远，但是目前的代码每秒只能运行20帧，达不到预期的要求，需要在限有的时间内到达移动的距离，就需要更改小球移动的速度。可以按期望帧频率与实际帧速率的比值来增加

如果小球对象距离是10，期望的帧速率是30fps，程序实际运行速率为20fps. 

object_speed = current_speed * (desired fps / actual fps)
object_speed = 10 * (30 / 20)
object_speed = 15

 沙滩球程序中使用 Clock 和 get_fps()

import sys, pygame
from random import *
class MyBallClass(pygame.sprite.Sprite):
    def __init__(self, image_file, location, speed):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)        #初始化动画精灵
        self.image = pygame.image.load(image_file) #加载图片
        self.rect = self.image.get_rect()          #得到定义图像边界矩形
        self.rect.left, self.rect.top = location   #设置球的初始位置
        self.speed = speed                         #创建一个速度
    def move(self):
        self.rect = self.rect.move(self.speed)
        if self.rect.left < 0 or self.rect.right > width:
            self.speed[0] = -self.speed[0]
        if self.rect.top < 0 or self.rect.bottom > height:
            self.speed[1] = -self.speed[1]
def animate(group):
    screen.fill([255, 255, 255])
    for ball in group:
        ball.move()
    for ball in group:
        group.remove(ball)      #从组删除精灵
        #检查精灵与组的碰撞
        if pygame.sprite.spritecollide(ball, group, False):
            ball.speed[0] = -ball.speed[0]
            ball.speed[1] = -ball.speed[1]
        group.add(ball)
        screen.blit(ball.image, ball.rect)
    pygame.display.flip()
    pygame.time.delay(20)
#设置窗口大小和颜色
size = width, height = 640, 480
screen = pygame.display.set_mode(size)
screen.fill([255, 255, 255])
img_file = "beach_ball.png"
clock = pygame.time.Clock()
group = pygame.sprite.Group()   #创建精灵组
#将球增加到列表
for row in range(0, 2):
    for column in range(0, 2):
        location = [column * 180 + 10, row * 180 + 10]
        speed = [choice([-4, 4]), choice([-4, 4])]     #让每个球变得随机性
        ball = MyBallClass(img_file, location, speed)
        group.add(ball)
running = True
while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False
            frame_rate = clock.get_fps()
            print( "frame rate = ", frame_rate)
    animate(group)
    clock.tick(30)
pygame.quit()

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