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Python+Kivy編寫一個乒乓球游戲

更新時間：2022年05月25日 15:44:45 作者：Ckend

Kivy 是用 Python 和 Cython 編寫的，基于 OpenGL ES 2，支持各種輸入設備并擁有豐富的部件庫。本文將教你如何使用 Kivy 編寫一款乒乓球游戲，感興趣的可以動手試一試

前言

好久沒有寫游戲系列教程了，今天恰好瀏覽到了 Kivy 這個開源跨平臺的Python 框架，它能用于開發(fā)多點觸控的用戶界面程序，允許快速簡單的交互設計，非常方便，于是有了制作本教程的想法。

本教程將教你如何使用 Kivy 編寫一款乒乓球游戲。我們將從一個基本的應用程序開始，描述創(chuàng)建這個游戲的每個步驟。

Kivy 是用 Python 和 Cython 編寫的，基于 OpenGL ES 2，支持各種輸入設備并擁有豐富的部件庫。使用相同的代碼，你可直接實現多平臺應用，包括 Windows、macOS、Linux、Android 和 iOS。所有 Kivy 部件都支持多點觸控。

1.準備

開始之前，你要確保Python和pip已經成功安裝在電腦上,如果沒有，可以訪問這篇文章：超詳細Python安裝指南進行安裝。

(可選1) 如果你用Python的目的是數據分析，可以直接安裝Anaconda，它內置了Python和pip.

(可選2) 此外，推薦大家用VSCode編輯器，它有許多的優(yōu)點

請選擇以下任一種方式輸入命令安裝依賴：

1. Windows 環(huán)境打開 Cmd (開始-運行-CMD)。

2. MacOS 環(huán)境打開 Terminal (command+空格輸入Terminal)。

3. 如果你用的是 VSCode編輯器或 Pycharm，可以直接使用界面下方的Terminal.

pip install kivy[base]?kivy_examples

2.簡單使用 Kivy

這一節(jié)將簡單介紹Kivy的基本使用，首先為我們游戲創(chuàng)建一個目錄和一個名為main.py的文件：

# main.py
from?kivy.app?import?App
from?kivy.uix.widget?import?Widget


class?PongGame(Widget):
????pass


class?PongApp(App):
????def?build(self):
????????return?PongGame()


if?__name__ ==?'__main__':
????PongApp().run()

在命令行中輸入 python main.py 運行該應用程序。它應該只顯示一個黑色的窗口。所以我們所做的只是創(chuàng)建一個非常簡單的Kivy應用程序，它創(chuàng)建了一個 PongGame Widget 類的實例，并將其作為應用程序用戶界面的根元素返回。

在這一點上你應該把它想象成一個 Widget 的分層樹。Kivy 將這個 Widget 放在默認的窗口中。在下一步，我們將通過定義 PongGame 小部件的外觀來繪制Pong的背景和游戲分數。

3.Kivy - 添加簡單圖形

我們將使用一個 .kv 文件來定義 PongGame 類的外觀。由于我們的應用程序類被稱為 PongApp，我們可以簡單地在同一目錄下創(chuàng)建一個名為 pong.kv 的文件，當應用程序運行時將會自動加載。

因此，為了定義游戲的外觀，我們創(chuàng)建一個名為 pong.kv 的新文件并添加以下內容：

#:kivy 1.0.9

<PongGame>:
????canvas:
????????Rectangle:
????????????pos: self.center_x - 5, 0
????????????size: 10, self.height
????????????
????Label:
????????font_size: 70
????????center_x: root.width / 4
????????top: root.top - 50
????????text: "0"
????????
????Label:
????????font_size: 70
????????center_x: root.width * 3 / 4
????????top: root.top - 50
????????text: "0"

注意一個常見錯誤：kv文件的名稱，例如 pong.kv，必須與應用程序的名稱一致，例如 PongApp（App結尾之前的部分）。

如果你現在運行這個應用程序，你應該看到中間有一個豎條，還有兩個零，那里將顯示玩家的分數，如下所示：

可以看到，在第一行，我們有：

#:kivy 1.0.9

每個 kv 文件都需要第一行。它應該以 #:kivy 及一個空格開頭，然后是它要使用的 Kivy 版本（因此 Kivy 可以確保您至少擁有所需的版本，或者稍后處理向后兼容性）。

再往下看 kv 文件里定義了三個元素，一個 canvas 和兩個 label。

先說說兩個label，他們代表的是左右兩個數字，設定了 font_size(字體大小), center_x(中心位置), top(離頂部距離), text(文本)，此外可以看到 root.width 和 root.top 的使用，這樣寫的好處是能跟跟隨窗口寬度和高度的變化而變化。

另一個元素 canvas，它的下面定義了 Rectangle 參數，意思是我們向畫布添加一個矩形。將矩形的 pos 設置為小部件水平中心左側 5 個像素，y 設置為 0，這就定義了矩形的顯示位置。

矩形的大小 size 設置為寬度為 10 像素，高度為小部件的高度。像這樣定義圖形的好處是，當值表達式中使用的任何小部件的屬性發(fā)生變化時，渲染的矩形將自動更新。

4. Kivy - 增加乒乓球球體

好了，我們有一個基本的乒乓球場（雖然很簡陋），但我們仍然需要球拍和一個球來打球。讓我們從球開始。我們將添加一個新的 PongBall 類來創(chuàng)建一個小部件，它將成為我們的球并使它彈跳起來。

PongBall 類：

class?PongBall(Widget):

????# velocity of the ball on x and y axis
????velocity_x = NumericProperty(0)
????velocity_y = NumericProperty(0)

????# referencelist property so we can use ball.velocity as
????# a shorthand, just like e.g. w.pos for w.x and w.y
????velocity = ReferenceListProperty(velocity_x, velocity_y)

????# ``move`` function will move the ball one step. This
????# will be called in equal intervals to animate the ball
????def?move(self):
????????self.pos = Vector(*self.velocity) + self.pos

白球的 kv 配置如下：

<PongBall>:
????size: 50, 50
????canvas:
????????Ellipse:
????????????pos: self.pos
????????????size: self.size

為了使這一切順利進行，你還必須為球體增加所用的Property屬性類。下面是這一步更新后的python代碼和kv文件。

from?kivy.app?import?App
from?kivy.uix.widget?import?Widget
from?kivy.properties?import?NumericProperty, ReferenceListProperty
from?kivy.vector?import?Vector


class?PongBall(Widget):
????velocity_x = NumericProperty(0)
????velocity_y = NumericProperty(0)
????velocity = ReferenceListProperty(velocity_x, velocity_y)

????def?move(self):
????????self.pos = Vector(*self.velocity) + self.pos


class?PongGame(Widget):
????pass


class?PongApp(App):
????def?build(self):
????????return?PongGame()


if?__name__ ==?'__main__':
????PongApp().run()

kv文件如下：

#:kivy 1.0.9

<PongBall>:
????size: 50, 50
????canvas:
????????Ellipse:
????????????pos: self.pos
????????????size: self.size

<PongGame>:
????canvas:
????????Rectangle:
????????????pos: self.center_x - 5, 0
????????????size: 10, self.height
????
????Label:
????????font_size: 70
????????center_x: root.width / 4
????????top: root.top - 50
????????text: "0"
????????
????Label:
????????font_size: 70
????????center_x: root.width * 3 / 4
????????top: root.top - 50
????????text: "0"
????
????PongBall:
????????center: self.parent.center

5. kivy - 增加乒乓球體運動

現在我們的目的是讓這個球動起來，因此必須定期調用 move 函數讓他動起來。使用 Kivy 提供的 Clock 函數可以輕易地做到這一點：

Clock.schedule_interval(game.update,?1.0/60.0)

這一行將導致游戲對象的更新函數每秒被調用60次。

不過我們還有一個問題。我們想確保PongBall的移動函數被定期調用，但是在我們的代碼中沒有任何對球對象的引用，因為我們只是通過 kv 文件在 PongGame 類的 kv 規(guī)則中添加了它。

由于我們要做的不僅僅是移動球（比如把球從墻上彈下來，然后再彈到球員的球拍上），我們可能需要為我們的PongGame類建立一個更新方法。

class?PongGame(Widget):

????def?update(self, dt):
????????# call ball.move and other stuff
????????pass

class?PongApp(App):

????def?build(self):
????????game = PongGame()
????????Clock.schedule_interval(game.update,?1.0/60.0)
????????return?game

然而，這仍然不能改變我們沒有對kv規(guī)則所創(chuàng)建的 PongBall 進行操作的這一事實。為了解決這個問題，我們可以給PongGame類添加一個ObjectProperty，并將其與kv規(guī)則中創(chuàng)建的widget掛鉤。

一旦這樣做了，我們就可以很容易地在更新方法中引用球的屬性，甚至可以讓它從邊緣彈起。

class?PongGame(Widget):
????ball = ObjectProperty(None)

????def?update(self, dt):
????????self.ball.move()

????????# bounce off top and bottom
????????if?(self.ball.y <?0)?or?(self.ball.top > self.height):
????????????self.ball.velocity_y *=?-1

????????# bounce off left and right
????????if?(self.ball.x <?0)?or?(self.ball.right > self.width):
????????????self.ball.velocity_x *=?-1

在kv文件中將其與代碼中設定的 id: ball 映射起來：

<PongGame>:
????ball: pong_ball

????# ... (canvas and Labels)

????PongBall:
????????id: pong_ball
????????center: self.parent.center

6. Kivy - 球拍移動事件

現在，我們的球正在彈來彈去。唯一缺少的是可移動的球拍和對分數的跟蹤。我們不會再去討論創(chuàng)建類和kv規(guī)則的所有細節(jié)，因為這些概念已經在前面的步驟中涵蓋了。

相反，讓我們把重點放在如何響應用戶的輸入而移動球拍上。你可以在Python實用寶典公眾號后臺回復：乒乓球 獲得全部代碼和kv規(guī)則。

在Kivy中，小部件可以通過實現 on_touch_down、on_touch_move和on_touch_up 方法對輸入做出反應。默認情況下，Widget類實現這些方法時，只是在其子部件上調用相應的方法來傳遞事件，直到其中一個子部件返回True。

乒乓運動是非常簡單的。球拍只需要向上和向下移動。事實上，它是如此簡單，我們甚至不需要讓球員小部件自己處理事件。我們只需為PongGame類實現on_touch_move函數：

def?on_touch_move(self, touch):
????if?touch.x < self.width/3:
????????self.player1.center_y = touch.y
????if?touch.x > self.width - self.width/3:
????????self.player2.center_y = touch.y

我們將在NumericProperty中保留每個球員的分數。PongGame的分數標簽通過改變 NumericProperty score來保持更新，這反過來又會更新PongGame的子標簽文本屬性。

這是如何實現的？因為Kivy屬性會自動綁定到其對應的kv文件中的任何引用。當球從兩側逃出時，我們將通過PongGame類中的更新方法來更新分數并再次發(fā)球。

PongPaddle類也實現了一個 bounce_ball 方法，這樣球就會根據它擊中球拍的位置而產生不同方向的彈跳，非常有意思。下面是PongPaddle類的代碼：

class?PongPaddle(Widget):

????score = NumericProperty(0)

????def?bounce_ball(self, ball):
????????if?self.collide_widget(ball):
????????????speedup =?1.1
????????????offset =?0.02?* Vector(0, ball.center_y-self.center_y)
????????????ball.velocity = speedup * (offset - ball.velocity)