利用pygame完成動畫精靈和碰撞檢測

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動畫精靈和碰撞檢測

一、動畫精靈

動畫精靈：四處移動的單個圖像或圖像部分稱為動畫精靈（sprite），pygame有一個特殊的模塊幫助跟蹤屏幕上移動的大量圖像。利用這個模塊，可以更容易地移動圖形對象。

具備特征：

  • 圖像（image）：為動畫精靈顯示的圖片。
  • 矩形區（rect）：包含動畫精靈的矩形區域。

①、一堆沙灘球都反彈

Pygame 的 sprite 模塊提供瞭一個動畫精靈基類Sprite，基於pygame.sprite.Sprite 來創建自己的子類。

這裡用瞭常規的python列表

import sys, pygame
class MyBallClass(pygame.sprite.Sprite):
    def __init__(self, image_file, location):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)        #初始化動畫精靈
        self.image = pygame.image.load(image_file) #加載圖片
        self.rect = self.image.get_rect()          #得到定義圖像邊界矩形
        self.rect.left, self.rect.top = location   #設置球的初始位置
#設置窗口大小和顏色    
size = width, height = 640, 480
screen = pygame.display.set_mode(size)
screen.fill([255, 255, 255])
img_file = "beach_ball.png"
balls = []
#將球增加到列表
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()

顯示效果：

②、讓小球動起來

move() 方法

創建一個新的類方法

 def move(self):
        self.rect = self.rect.move(self.speed)
        #碰到窗口左右兩邊
        if self.rect.left < 0 or self.rect.right > width:
            self.speed[0] = -self.speed[0]
        #碰到窗口上下兩邊
        if self.rect.top < 0 or self.rect.bottom > height:
            self.speed[1] = -self.speed[1]
###
其中 self.speed告訴對象要移動多遠，包含2個列表。
import sys, pygame
from random import *
class MyBallClass(pygame.sprite.Sprite):
    def __init__(self, image_file, location, speed):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)        #初始化動畫精靈
        self.image = pygame.image.load(image_file) #加載圖片
        self.rect = self.image.get_rect()          #得到定義圖像邊界矩形
        self.rect.left, self.rect.top = location   #設置球的初始位置
        self.speed = speed                         #創建一個速度
    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]
#設置窗口大小和顏色    
size = width, height = 640, 480
screen = pygame.display.set_mode(size)
screen.fill([255, 255, 255])
img_file = "beach_ball.png"
balls = []
#將球增加到列表
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])]     #讓每個球變得隨機性
        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
    #這裡不是單獨擦除（覆蓋各個球），直接用白色填充窗口，重新繪制
    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、碰撞檢測

上面的動畫，僅僅隻是移動和反彈，球與球之間的碰撞還不能反彈.

Pygame 中已經內置有這種碰撞檢測。

Pygame 還提供瞭一種方法對動畫精靈分組。 Pygame 的 group 類。例如，在保齡球遊戲中，所有球瓶可能在一組，球則在另一組。

動畫精靈模塊的spritecollide()函數用來檢測某個精靈是否與制定組的其他精靈發生碰撞，

這個函數的形式如下：

spritecollide(被檢測的精靈（sprite），指定組（group），是否重疊（False）)

要檢查組中精靈之間的碰撞：

  • 從這個組中刪除這個精靈；
  • 檢查這個精靈與組中其他精靈之間的碰撞； 
  • 再把這個精靈添加回原來的組中。 

問：為什麼要先從組刪除？

答：如果開始時沒有從組中刪除這個精靈，spritecollide() 會檢測到這個精靈與它自身發生瞭碰撞，因為它也在這個組中

import sys, pygame
from random import *
class MyBallClass(pygame.sprite.Sprite):
    def __init__(self, image_file, location, speed):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)        #初始化動畫精靈
        self.image = pygame.image.load(image_file) #加載圖片
        self.rect = self.image.get_rect()          #得到定義圖像邊界矩形
        self.rect.left, self.rect.top = location   #設置球的初始位置
        self.speed = speed                         #創建一個速度
    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)      #從組刪除精靈
        #檢查精靈與組的碰撞
        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)
#設置窗口大小和顏色    
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()   #創建精靈組
#將球增加到列表
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])]     #讓每個球變得隨機性
        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
    #這裡不是單獨擦除（覆蓋各個球），直接用白色填充窗口，重新繪制
    pygame.time.delay(20)
    screen.fill([255, 255, 255])
    animate(group)   
pygame.quit()

上述代碼存在問題：

  • 球碰撞時，它們會“顫抖”或者發生兩次 碰撞；
  • 有時球會“卡”在窗口邊界上，顫抖一段時間。

可能原因：上述代碼是先移動一個球，檢查碰撞，然後移動球在檢查下一個。這樣子可能造成球的滯後性

修改animate函數（）
def animate(group):
    screen.fill([255, 255, 255])
    for ball in group:
        ball.move()
    for ball in group:
        group.remove(ball)      #從組刪除精靈
        #檢查精靈與組的碰撞
        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)

矩形碰撞與像素完美結合

在觀察可以方向，球“碰撞”時並不是完全接觸。因為 spritecollide() 沒有使用球的圓形輪廓來檢測碰撞。它使用瞭球的 rect，也就是球的外圍矩形。

如果希望球的圓形部分（而不是矩形邊界）真正接觸時球才會相互反彈，就必須使用一種稱為“像素完美碰撞檢測 ” 的 方 法。

三、統計時間

在之前我們都用time.delay(50)來控制動畫運行的快慢，

pygame.time.delay(50)

在計算機圖形學中，每個動畫步叫做一幀，遊戲程序員討論圖形更新的快慢時都會提到幀速率（每秒幀數，fps）

問：要怎麼控制未知代碼運行時間？

——Pygame 的 time 模塊提供瞭這樣的工具：一個名為 Clock 的類。

用 pygame.time.Clock() 控制幀速率

並不是向每個循環增加一個延遲，  pygame.time.Clock() 會控制每個循環多長時間運行一次。

clock = pygame.time.Clock()
clock.tick(60)
#此處的60指示：這個循環應當每秒運行 60 次。
每秒 60 個循環（或幀）時，每個循環需要 1000 / 60 = 16.66 ms（大約 17 ms）。
如果循環中的代碼運行時間超過 17 ms，在 clock 指出開始下一次循環時當前循環將無法完成。

檢查幀速率

 clock.get_fps()    知道程序能以多快的速度運行，檢查幀速率

調整幀速率

假設設置運行 clock.tick(30)，每秒39幀，但 clock.get_fps()檢測實際得到的速率為20fps，說明每個循環運行的時間比預計的長，這樣達不到原來要的效果，需要調整幀速率。

以小球為例，原來每秒30幀，可以將小球移動比較遠，但是目前的代碼每秒隻能運行20幀，達不到預期的要求，需要在限有的時間內到達移動的距離，就需要更改小球移動的速度。可以按期望幀頻率與實際幀速率的比值來增加

如果小球對象距離是10，期望的幀速率是30fps，程序實際運行速率為20fps. 

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

 沙灘球程序中使用 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)        #初始化動畫精靈
        self.image = pygame.image.load(image_file) #加載圖片
        self.rect = self.image.get_rect()          #得到定義圖像邊界矩形
        self.rect.left, self.rect.top = location   #設置球的初始位置
        self.speed = speed                         #創建一個速度
    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)      #從組刪除精靈
        #檢查精靈與組的碰撞
        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)
#設置窗口大小和顏色    
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()   #創建精靈組
#將球增加到列表
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])]     #讓每個球變得隨機性
        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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