Python?Pygame實(shí)現(xiàn)可控制的煙花游戲

更新時(shí)間：2022年01月27日 10:15:26 作者：DogMonkeys

大家好，本篇文章主要講的是Python?Pygame實(shí)現(xiàn)可控制的煙花游戲，感興趣的同學(xué)趕快來(lái)看一看吧，對(duì)你有幫助的話記得收藏一下

實(shí)現(xiàn)效果描述

這大過(guò)年的不弄點(diǎn)有意思的怎么行呢?可以考慮用編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)煙花升空-爆炸-絢麗地效果。隨機(jī)的煙花也玩習(xí)慣了，這次我們用pygame實(shí)現(xiàn)用戶鼠標(biāo)點(diǎn)擊屏幕實(shí)現(xiàn)放煙花并在指定高度綻放~

效果

效果圖

鼠標(biāo)點(diǎn)擊時(shí)，煙花點(diǎn)會(huì)從屏幕底部正中心發(fā)射至鼠標(biāo)點(diǎn)擊點(diǎn)處并綻放出隨機(jī)的顏色，煙花顆粒符合物理規(guī)律，看上去很和諧，并且會(huì)隨機(jī)消失做出閃爍的效果。
那么一起來(lái)看看是如何實(shí)現(xiàn)的吧~

代碼地址

https://gitee.com/DogMonkeys/daily-script/tree/master/fireworks 直接訪問(wèn)即可

解析

main.py

import core

def main():
    core.init()
    while True:
        core.loop()

if __name__ == "__main__":
    main()

很簡(jiǎn)單,調(diào)用core模塊中的初始化函數(shù)和主循環(huán)函數(shù)

core.py

import pygame
from fireworks import Fireworks

g_fireworks = None  # 煙花主類

def init():
    global g_fireworks
    pygame.init()
    screen = pygame.display.set_mode([800, 600])
    pygame.mouse.set_visible(1)
    pygame.display.set_caption("煙花")
    g_fireworks = Fireworks(screen)

clock = pygame.time.Clock()

def loop():
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
        else:
            g_fireworks.run(event)
    clock.tick(24)
    pygame.display.update()

這里為了簡(jiǎn)化，直接使用全局變量g_fireworks保存游戲運(yùn)行主類。
初始化函數(shù)中，調(diào)用pygame庫(kù)提供的初始化各項(xiàng)參數(shù)方法，包括設(shè)定窗口大小和標(biāo)題，設(shè)定鼠標(biāo)可見(jiàn)，等等

然后設(shè)定全局變量clock用來(lái)控制全局的幀率。（我也不知道為啥要弄一個(gè)global，但是當(dāng)時(shí)就這么寫(xiě)的懶得改了反正沒(méi)啥大問(wèn)題，這部分的源碼未經(jīng)優(yōu)化，許多地方都可以改得讓其更順暢，更符合標(biāo)準(zhǔn)。）

最后是loop主循環(huán)函數(shù)，不斷遍歷pygame事件表，如果有退出信號(hào)就退出（很正常，點(diǎn)擊“X”或者按alt+F4都會(huì)觸發(fā)）。其他事件交給firework主類完成。

遍歷完事件后就進(jìn)行迭代更新工作，不用解釋，刷新屏幕和控制幀率

接下來(lái)最重要的部分來(lái)了，控制煙花的運(yùn)行！

fireworks.py

先貼出全部代碼吧：

import math
import pygame
from random import randint
from math import sin, cos, radians, tan

class Point:
    def __init__(self, idx, pos, screen, color) -> None:
        self.rad = radians(idx*6)
        self.x = pos[0]
        self.y = pos[1]
        self.t = 0
        self.screen = screen
        self.color = color
        self.v0 = 2  # 初速度
        self.limit = 51

    def get_pos(self) -> list:
        self.t += 1
        self.x += self.v0 * cos(self.rad)
        self.y -= self.v0 * sin(self.rad) - 0.08 * self.t
        return [self.x, self.y]

    def draw(self) -> None:
        if self.t >= 31:
            self.limit = randint(35, 50)
        if self.limit < self.t:
            return
        pygame.draw.circle(self.screen, self.color, self.get_pos(), 2)


class Fireworks:
    def __init__(self, screen) -> None:
        self.screen = screen
        self.pos = [-1, -1]
        # 一次只能發(fā)射一個(gè)煙花,免得出問(wèn)題,刷新圖層蓋住就不好了
        self.can_fire = True

    def run(self, event) -> None:
        if event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
            if not self.can_fire:
                return
            self.pos = pygame.mouse.get_pos()
            self.fire_to()

    def fire_to(self) -> None:
    	# 一個(gè)煙花放映過(guò)程中不允許另一個(gè)進(jìn)來(lái),不然會(huì)混亂
        self.can_fire = False
        color = (randint(0, 255), randint(0, 255), randint(0, 255))
        try:
            k = (600 - self.pos[1]) / (self.pos[0] - 400)
        except ZeroDivisionError:
            # x==400!
            # 指針指向屏幕最中間,除零錯(cuò)
            pass
        tmp_x, tmp_y = 400, 600
        # 分類討論(可能有更好的算法,但這個(gè)最好理解)
        if self.pos[0] > 400:
            dX = 0.5
            dY = - dX * k
        elif self.pos[0] == 400:
            dX = 0
            dY = -0.5
        else:
            dX = -0.5
            dY = - dX * k
        v0 = 1  # 目標(biāo)速度,根據(jù)dX與dY求解dX'和dY'
        # 斜方向速度
        dV = math.sqrt(dX**2 + dY**2)
        # 相似成比例求解
        dX *= v0 / dV
        dY *= v0 / dV
        while round(tmp_y) != self.pos[1]:
            tmp_x += dX
            tmp_y += dY
            self.screen.fill((0, 0, 0))
            pygame.draw.circle(self.screen, color, [tmp_x, tmp_y], 2)
            pygame.display.update()

        # 到達(dá)位置,炸開(kāi)!
        self.bomb(color)
        self.can_fire = True

    def bomb(self, color) -> None:
        self.screen.fill((0, 0, 0))
        pygame.display.update()
        ps = []
        for i in range(60):
            ps.append(Point(i, self.pos, self.screen, color))
        for j in range(100):
            print(".")  # 減緩爆炸
            self.screen.fill((0, 0, 0))
            for point in ps:
                point.draw()
                print(".")  # 經(jīng)測(cè)試,還是太快了
            pygame.display.update()
        self.screen.fill((0, 0, 0))

下面一部分一部分地分析

首先，導(dǎo)入要用到的庫(kù)，包括數(shù)學(xué)庫(kù)，隨機(jī)庫(kù)的隨機(jī)整數(shù)方法，數(shù)學(xué)庫(kù)的三角函數(shù)和弧度轉(zhuǎn)換，還有主角pygame。

Point類先放放,先說(shuō)Fireworks。首先初始化類成員，然后run方法提供對(duì)事件的判斷，如果鼠標(biāo)按下（pygame中，左右鍵都會(huì)觸發(fā)這個(gè)事件），就看看能不能發(fā)射（即現(xiàn)在有沒(méi)有煙花運(yùn)行中），如果不能就提前退出，免得繼續(xù)下面的運(yùn)算。
如果能，就獲取鼠標(biāo)坐標(biāo)并保存，然后調(diào)用發(fā)射的方法。

fire_to()方法。首先調(diào)整狀態(tài)機(jī)使之不能再發(fā)射下一個(gè)煙花；然后獲取一個(gè)隨機(jī)的顏色，然后嘗試計(jì)算一下屏幕底部中點(diǎn)（400， 600）到目標(biāo)點(diǎn)的路徑斜率（pygame的坐標(biāo)系：原點(diǎn)在左上角，x，y分別以右和下為+）。這里需要使用try，因?yàn)橹本€垂直于x軸時(shí)斜率不存在，即tan（2/π）=∞ (勉強(qiáng)理解吧…)

然后,計(jì)算坐標(biāo)的增量(初步)

計(jì)算坐標(biāo)增量-1

第一種情況，目標(biāo)C在底部中點(diǎn)A的右側(cè)，即self.pos[0]>400，此時(shí)計(jì)算的k值實(shí)質(zhì)上是∠A的正切，應(yīng)該是正數(shù)（還是坐標(biāo)系的問(wèn)題，并非經(jīng)典笛卡爾坐標(biāo)系）。
因此煙花在x方向需要+方向運(yùn)動(dòng)，y使用需要-方向。設(shè)定x方向增量dX為定值0.5.那么對(duì)應(yīng)的步長(zhǎng)dY可以根據(jù)tanA乘上dX算出來(lái)。注意需要加一個(gè)負(fù)號(hào)，因?yàn)閐X=0.5>0, k>0.

第二種,垂直發(fā)射,只需要y軸負(fù)增量就夠了,定值-0.5吧

第三種,如圖,C在A左側(cè)

情況三

同理計(jì)算,只是把dX設(shè)為負(fù)值,dY的表達(dá)式不變,因?yàn)榇藭r(shí)直線AB傾角θ的正切是負(fù)值.(即k),所以乘出來(lái)dY仍為負(fù)值

計(jì)算完水平和豎直增量,如果直接測(cè)試會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題,速度分布十分不均勻，我們想實(shí)現(xiàn)的效果是，煙花在A->C方向上速度恒定為v0=1
這個(gè)問(wèn)題可以用相似三角形解。首先根據(jù)dX和dY計(jì)算斜方向速度大小（勾股定理），然后根據(jù)v0成比例，等比縮放dX和dY即可。如下：

        v0 = 1  # 目標(biāo)速度,根據(jù)dX與dY求解dX'和dY'
        # 斜方向速度
        dV = math.sqrt(dX**2 + dY**2)
        # 相似成比例求解
        dX *= v0 / dV
        dY *= v0 / dV

在后面，幾乎不怎需要數(shù)學(xué)計(jì)算：

        while round(tmp_y) != self.pos[1]:
            tmp_x += dX
            tmp_y += dY
            self.screen.fill((0, 0, 0))
            pygame.draw.circle(self.screen, color, [tmp_x, tmp_y], 2)
            pygame.display.update()

只需要解釋這個(gè)round，對(duì)tmp_y進(jìn)行四舍五入，這樣就可以保證他是個(gè)整數(shù)，就可以正常根據(jù)slef.pos[1]的值合適的時(shí)候退出。
注意，這里不能用x比較，因?yàn)槿f(wàn)一 x==400？

接下來(lái)，如果while退出，那么進(jìn)入bomb：

        ps = []
        for i in range(60):
            ps.append(Point(i, self.pos, self.screen, color))
        for j in range(100):
            print(".")  # 減緩爆炸
            self.screen.fill((0, 0, 0))
            for point in ps:
                point.draw()
                print(".")  # 經(jīng)測(cè)試,還是太快了
            pygame.display.update()
        self.screen.fill((0, 0, 0))

(省略了兩行很普通的代碼.)
首先構(gòu)建60個(gè)Point對(duì)象，分別存入索引，爆炸點(diǎn)，屏幕，顏色
然后重復(fù)構(gòu)建100幀，每一幀都同時(shí)刷新60個(gè)顆粒的坐標(biāo)。這里有一個(gè)特殊用法，就是在大批量循環(huán)里加入一個(gè)print調(diào)用，這樣可以減緩虛擬機(jī)運(yùn)行，讓我們能夠看清煙花的效果，就是慢慢落下并消失（有更好的方法，懶），很直觀不是嗎（笑）
每一幀遍歷爆炸花并顯示，最后刷幀，很好理解。

（前方數(shù)學(xué)高能）

        self.v0 = 2  # 初速度
        self.limit = 51

    def get_pos(self) -> list:
        self.t += 1
        self.x += self.v0 * cos(self.rad)
        self.y -= self.v0 * sin(self.rad) - 0.08 * self.t
        return [self.x, self.y]

前面是初始化,后面是獲取當(dāng)前坐標(biāo).這可能是最不能理解的模塊了。
首先設(shè)定一個(gè)合適的初速度，那個(gè)limit后面講。然后，每次迭代把時(shí)間自增1，模擬斜拋運(yùn)動(dòng)中時(shí)間的變化。
我們可以把切線方向初速度v0正交分解成x和y方向兩個(gè)速度，其中直接帶入時(shí)間變化量deltaT=1（因?yàn)閟elf.t += 1），省的計(jì)算效率變慢。
根據(jù)水平位移公式：x=v[0]·cosθ·t，易證水平速度v1=v0cosθ
(由于math庫(kù)的三角函數(shù)要求傳參是弧度,在初始化預(yù)先轉(zhuǎn)換掉.)
縱向速度v2=v0sinθ-gt，相當(dāng)于把重力給的加速度給它消掉一部分，向量加法
這里經(jīng)過(guò)測(cè)試，取一個(gè)合適的重力加速度g=0.08（奇奇怪怪，但事實(shí)就是如此）

然后為了實(shí)現(xiàn)下落一部分時(shí)間就閃爍著消失，可以考慮讓每個(gè)顆粒自己隨機(jī)一個(gè)消失節(jié)點(diǎn)，到了就不畫(huà)，就能實(shí)現(xiàn)了。

    def draw(self) -> None:
        if self.t >= 31:
            self.limit = randint(35, 50)
        if self.limit < self.t:
            return
        pygame.draw.circle(self.screen, self.color, self.get_pos(), 2)

相關(guān)代碼，設(shè)定消失可以開(kāi)始的閾值31，然后在35-50幀后消失，相關(guān)邏輯很好懂。