1.4 增加小方块
虽然游戏可以正常运行，但是窗口显得有些空旷。让我们来丰富一下游戏内容，让它变得更加生动有趣吧！
1.4.1 绘制小方块
现在，让我们尝试添加一个小方块到游戏窗口中，代码如下所示：
01\04.py
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# 主循环 isRunning = True while isRunning: for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: isRunning = False
# 小方块 pygame.draw.rect(screen, (255, 255, 255), ((5, 5), (30, 30)), 0)
# 刷新显示 pygame.display.flip()
# 每秒60帧 clock.tick(60) # 退出 Pygame pygame.quit() |
为了节省篇幅，这里只展示了主循环的代码。运行程序，画面如图1‑19所示。
图1‑19增加小方块
pygame.draw.rect()方法用于绘制矩形，其格式如下：
pygame.draw.rect(surface,color,Rect,width=0)
参数含义如下：
l surface：在哪个表面(surface)上绘制矩形。本例中使用的是 screen 表面，因此矩形会直接绘制在屏幕上。也可以创建其他表面，先在表面上绘制，然后进行放大、缩放等处理，最后再显示在屏幕上。Surface是可以用来绘制的对象，可以理解为画布，屏幕、图片和文本等等都是Surface对象。
l color：线条（或填充）的颜色，参数为元祖格式，其中的值是 RGB(红、绿、蓝) 格式，如 (255,255,255) 代表白色。
l Rect：矩形的位置和大小，为Rect对象，格式可以是((x, y), (width, height))。第一个元组表示矩形的左上角坐标，在此例中是 (5, 5)，第二个元组 (30, 30) 表示矩形的宽度和高度，此处矩形的宽度为 30，高度也为 30。
l Width：矩形轮廓线的宽度。默认值为0，表示填充整个矩形，不绘制轮廓线。
pygame.display.flip()方法用于将屏幕缓冲区的内容显示在实际屏幕上，实现画面更新。一般在主循环的最后，处理完所有的事件和绘制之后才调用该方法。实际上，矩形是绘制在缓冲区中，如果不调用 flip() 方法，则不会显示在屏幕上。
有关 Surface、Color、Rect 和 Display 等对象的详细说明，请参阅 Pygame 的官方文档，网址是https://www.pygame.org/docs/，如图1‑20所示。
图1‑20 pygame官方文档
有些读者可能会对小方块的位置表示感到困惑，这是因为 Pygame 的坐标系与数学中常用的坐标系不同。在 Pygame 中，原点 (0,0) 位于左上角，X 轴向右增大，Y 轴向下增大，该坐标系示意图如图1‑21所示。小方块的坐标是(5, 5)，所以它显示在屏幕的左上角。
图1‑21 pygame的坐标系
1.4.2 控制小方块移动
1.4.2.1处理键盘事件
接下来让小方块动起来。我们将使用键盘的上、下、左、右方向键来控制小方块的移动，代码如下所示：
01\05.py
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import pygame
# 初始化pygame pygame.init()
# 设置窗口大小 WIDTH = 400 HEIGHT = 300 screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
# 设置窗口标题 pygame.display.set_caption('super mario bros')
# 时钟 clock = pygame.time.Clock()
# 小方块位置 x = 10 y = 20
# 主循环 isRunning = True while isRunning: for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: isRunning = False elif event.type == pygame.KEYDOWN: if event.key == pygame.K_LEFT: print("按了左方向键") x = x - 10 elif event.key == pygame.K_RIGHT: print("按了右方向键") x = x + 10 elif event.key == pygame.K_UP: print("按了上方向键") y = y - 10 elif event.key == pygame.K_DOWN: print("按了下方向键") y = y + 10
# 小方块 pygame.draw.rect(screen, (255, 255, 255), ((x, y), (30, 30)), 0)
# 刷新显示 pygame.display.flip()
# 每秒60帧 clock.tick(60) # 退出 Pygame pygame.quit() |
运行程序，按下方向键，画面如图1‑22所示。
图1‑22键盘控制小方块
在代码中，通过响应 pygame.KEYDOWN 事件来捕获键盘按键操作。按下上下方向键时，小方块的 Y 坐标会发生变化，按下左右方向键时，X坐标会发生变化。
如果连续按下方向键，会发现小方块好像变成了贪吃蛇。这是因为虽然新位置绘制了小方块，但旧位置的小方块仍然存在，导致小方块叠加。要实现小方块的真正平滑移动，需要在移动后擦除旧位置的小方块。理想的做法是使用背景色重新绘制旧位置，这样就相当于擦除了旧的小方块。在这里我们采用了简单直接的方式，即全屏用背景色重新绘制，相当于擦除了屏幕上的所有内容，代码如下所示：
01\06.py
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# 全屏擦除 screen.fill((0, 0, 0))
# 小方块 pygame.draw.rect(screen, (255, 255, 255), ((x, y), (30, 30)), 0) |
每一帧绘制小方块之前，先使用 screen.fill((0,0,0)) 方法填充整个屏幕，其中的 (0,0,0) 表示黑色。运行程序，画面如图1‑23所示。现在小方块可以在窗口中自由移动，到达任何位置都只会显示一个小方块，避免了拖尾现象。
图1‑23增加全屏擦除
1.4.2.2连续运动
在尝试操作游戏时，可能会感到不够畅快，因为每按一次方向键，小方块只移动一下。即使按住方向键不放，小方块也只会移动一次。这是因为在 Pygame 的默认设置下，按住某个按键只会触发一次按键事件，只在按下时触发一次 KEY_DOWN 事件，不会持续触发。如果希望实现按住键盘按键后持续响应的效果，可以使用 pygame.key.set_repeat 方法进行设置，格式如下：
pygame.key.set_repeat(delay, interval)
参数含义如下：
l delay：表示按下按键后，延迟多久开始重复响应，单位为毫秒。
l interval：表示重复响应之间的间隔时间，单位为毫秒。
例如，使用 pygame.key.set_repeat(10, 15)，会在按下按键时触发一次 KEY_DOWN 事件，然后延迟 10 毫秒后再触发一次，之后每隔 15 毫秒触发一次。将这个语句添加到set_caption()方法之后即可实现按住方向键后持续响应的效果，代码如下所示：
01\07.py
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#设置窗口标题 pygame.display.set_caption('super mario bros')
#按键重复响应 pygame.key.set_repeat(10,15)
#时钟 clock = pygame.time.Clock() |
运行程序，按住按键，发现小方块可以持续的移动了。
1.4.2.3限制运动边界
在程序支持连续运动后，小方块移动速度加快，很容易超出窗口范围。为了避免这种情况，需要限制小方块移动的边界。小方块位于窗口边界的情况如图1‑24所示。
图1‑24 小方块位于边界的情况
从图可以看出：
l X轴方向：最小值是0，最大值是窗口宽度减去小方块的宽度。
l Y轴方向：最小值是0，最大值是窗口高度减去小方块的高度。
当小方块移动到边界时，只需要不响应对应方向的按键事件即可。例如，如果小方块一直向左移动且X坐标已经是0，则无需继续向左移动，其他方向也类似。修改后的代码如下所示：
01\08.py
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import pygame
# 初始化pygame pygame.init()
# 设置窗口大小 WIDTH = 400 HEIGHT = 300 screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
# 设置窗口标题 pygame.display.set_caption('super mario bros')
# 按键重复响应 pygame.key.set_repeat(10, 15)
# 时钟 clock = pygame.time.Clock()
# 小方块位置和大小 x = 10 y = 20 blockWidth = 30 blockHeight = 30
# 主循环 isRunning = True while isRunning: for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: isRunning = False elif event.type == pygame.KEYDOWN: if event.key == pygame.K_LEFT: print("按了左方向键") if x > 0: x = x - 10 elif event.key == pygame.K_RIGHT: print("按了右方向键") if x + blockWidth < WIDTH: x = x + 10 elif event.key == pygame.K_UP: print("按了上方向键") if y > 0: y = y - 10 elif event.key == pygame.K_DOWN: print("按了下方向键") if y + blockHeight < HEIGHT: y = y + 10
# 全屏擦除 screen.fill((0, 0, 0))
# 小方块 pygame.draw.rect(screen, (255, 255, 255), ((x, y), (blockWidth, blockHeight)), 0)
# 刷新显示 pygame.display.flip()
# 每秒60帧 clock.tick(60) # 退出 Pygame pygame.quit() |
代码中将小方块的宽度和高度存储在变量中，避免在程序中使用固定的数字，使代码更加清晰明了。运行程序，可以观察到小方块被成功限制在窗口范围内。
1.4.3 重力模拟
目前，游戏主角是一个小方块，它能在窗口内自由移动，感觉有点像飞行射击游戏，如图1‑25所示。整个画面采用俯视图，玩家从上而下观察游戏世界，小方块有点像飞机，可以在空中自由飞行。
图1‑25 飞行射击游戏的画面
而马里奥的世界采用的是侧视图，玩家从侧面观察游戏世界，如图1‑26所示。
图1‑26 马里奥的世界
马里奥会从空中掉落，最终落到地面上，仿佛受到了重力的影响，这就是重力模拟的效果。我们编写一个程序来模拟这个掉落的过程，基本思路是画一条横线代表地面，让小方块（也就是马里奥）从空中掉落，一旦碰到地面就停止下落，代码如下所示：
01\09.py
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import pygame
# 初始化pygame pygame.init()
# 设置窗口大小 WIDTH = 600 HEIGHT = 400 screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
# 设置窗口标题 pygame.display.set_caption('super mario bros')
# 时钟 clock = pygame.time.Clock()
# 小方块位置和大小 x = 10 y = 20 blockWidth = 30 blockHeight = 30
# 主循环 isRunning = True while isRunning: for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: isRunning = False
# 全屏擦除 screen.fill((0, 0, 0))
# 地平线 pygame.draw.line(screen, (255, 255, 255), (0, 300), (WIDTH, 300), 1) # 画直线
# 计算马里奥位置 y = y + 1 if y >= 300: y = 300
# 显示马里奥 pygame.draw.rect(screen, (255, 255, 255), ((x, y), (blockWidth, blockHeight)), 0)
# 刷新显示 pygame.display.flip()
# 每秒60帧 clock.tick(60) # 退出 Pygame pygame.quit() |
马里奥的初始位置在顶部，然后每帧向下移动马里奥。运行程序，马里奥开始向下匀速运动，然后到达图1‑27所示位置时停止。
图1‑27 马里奥停止掉落
这个停止位置不正确，马里奥掉到了地面之下。直线的Y坐标是300，考虑到马里奥的身高，正确的停止位置应该是300减去马里奥的身高。此外，马里奥掉落速度有些缓慢，每次掉落1像素，每秒钟60帧，因此每秒只移动了60像素。修改后的代码如下所示：
01\10.py
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# 计算马里奥位置 y = y + 4 if y >= 300 - blockHeight: y = 300 - blockHeight
# 显示马里奥 pygame.draw.rect(screen, (255, 255, 255), ((x, y), (blockWidth, blockHeight)), 0) |
运行程序，马里奥稳稳地落到了地面上，画面如图1‑28所示。
图1‑28 马里奥掉落在地面上
1.4.4 跳跃
1.4.4.1增加跳跃
让我们对马里奥的动作进行优化。上方向键不再响应，这样马里奥就不会随便向上移动了。我们还定义了一个跳跃键，这里使用字母G键。这样，右手控制方向，左手按G键跳跃，操作起来更加顺畅。同时，下方向键也不再响应，马里奥的掉落由重力来处理，修改后的代码如下所示：
01\11.py
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import pygame
# 初始化pygame pygame.init()
# 设置窗口大小 WIDTH = 600 HEIGHT = 400 screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
# 设置窗口标题 pygame.display.set_caption('super mario bros')
# 按键重复响应 pygame.key.set_repeat(10, 15)
# 时钟 clock = pygame.time.Clock()
# 小方块位置和大小 x = 10 y = 20 blockWidth = 30 blockHeight = 30
# 主循环 isRunning = True while isRunning: for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: isRunning = False elif event.type == pygame.KEYDOWN: if event.key == pygame.K_LEFT: print("按了左方向键") if x > 0: x = x - 10 elif event.key == pygame.K_RIGHT: print("按了右方向键") if x + blockWidth < WIDTH: x = x + 10 elif event.key == pygame.K_g: print("按了跳跃键") if y > 0: y = y - 10
# 全屏擦除 # screen.fill((0,0,0))
# 地平线 pygame.draw.line(screen, (255, 255, 255), (0, 300), (WIDTH, 300), 1) # 画直线
# 计算马里奥位置 y = y + 4 if y >= 300 - blockHeight: y = 300 - blockHeight
# 显示马里奥 pygame.draw.rect(screen, (255, 255, 255), ((x, y), (blockWidth, blockHeight)), 0)
# 刷新显示 pygame.display.flip()
# 每秒60帧 clock.tick(60) # 退出 Pygame pygame.quit() |
现在，按住G键，会发现马里奥可以持续上升，而且按住时间越长，飞得越高。松开键后，马里奥会自动掉落到地面，这是因为每帧都会增加Y坐标，直到碰到地面，就如同受到持续的重力影响一样。
为了观察运动轨迹，我们暂时注释掉全屏擦除的代码，运行程序，画面如图1‑29所示。
图1‑29 跳跃轨迹
1.4.4.2同时按键的处理
在操作游戏时，你可能会发现马里奥无法同时进行水平移动和跳跃，也就是无法进行弧线式的跳跃。要么走路，要么跳跃，二者无法同时进行。让我们打印出事件，看看究竟是怎么回事，代码如下所示：
01\12.py
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# 主循环 isRunning = True while isRunning: print("----------------") for event in pygame.event.get(): print(event.type) if event.type == pygame.QUIT: isRunning = False elif event.type == pygame.KEYDOWN: if event.key == pygame.K_LEFT: print("按了左方向键") if x > 0: x = x - 10 elif event.key == pygame.K_RIGHT: print("按了右方向键") if x + blockWidth < WIDTH: x = x + 10 elif event.key == pygame.K_g: print("按了跳跃键") if y > 0: y = y - 10 |
代码中只是增加了两行打印语句，每次循环用横线分隔。运行程序，一边走路，一边跳跃，结果如图1‑30所示。
图1‑30 打印事件类型
从图可以看到，按下跳跃键之后，之前的方向键就没有触发了，说明pygame.key.set_repeat()方法不支持多个按键同时重复发送。看起来，是抛弃它的时候了。
我们可以使用pygame.key.get_pressed()方法，它返回一个包含所有按键状态的列表。例如，如果A键被按下，则返回True，如果B键没有被按下，则返回False，以此类推。该方法返回的是当前时刻的按键状态。例如，在第一帧按下A键，在第二帧按下B键，那么在第三帧中A和B都为True。如果此时松开了A键，那么在第四帧中A为False，B为True。
让我们修改一下程序，代码如下所示：
01\13.py
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import pygame
# 初始化pygame pygame.init()
# 设置窗口大小 WIDTH = 600 HEIGHT = 400 screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
# 设置窗口标题 pygame.display.set_caption('super mario bros')
# 避免输入法影响按键 pygame.key.stop_text_input()
# 时钟 clock = pygame.time.Clock()
# 小方块位置和大小 x = 10 y = 20 blockWidth = 30 blockHeight = 30
# 主循环 isRunning = True while isRunning: for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: isRunning = False
# 获取按键状态 keys = pygame.key.get_pressed() if keys[pygame.K_LEFT]: print("按了左方向键") if x > 0: x = x - 10 if keys[pygame.K_RIGHT]: print("按了右方向键") if x + blockWidth < WIDTH: x = x + 10 if keys[pygame.K_g]: print("按了跳跃键") if y > 0: y = y - 10
# 全屏擦除 # screen.fill((0,0,0))
# 地平线 pygame.draw.line(screen, (255, 255, 255), (0, 300), (WIDTH, 300), 1) # 画直线
# 计算马里奥位置 y = y + 4 if y >= 300 - blockHeight: y = 300 - blockHeight
# 显示马里奥 pygame.draw.rect(screen, (255, 255, 255), ((x, y), (blockWidth, blockHeight)), 0)
# 刷新显示 pygame.display.flip()
# 每秒60帧 clock.tick(60) # 退出 Pygame pygame.quit() |
请注意，已经移除了pygame.key.set_repeat()方法。但是，新增了一个pygame.key.stop_text_input()方法，用于停止接收pygame.TEXTEDITING和pygame.TEXTINPUT事件。在游戏运行时，如果中文输入法处于打开状态，可能会吞噬键盘输入，导致无法操作游戏，使用此方法可以避免这种影响。
另外，请注意，判断按键状态需要三个if语句，也就是，每帧都要分别判断三个按键是否被按下。运行程序，连续跳跃的画面如图1‑31所示，可以看出，现在马里奥的运动还是比较灵活的。
图1‑31 连续小跳
让我们稍微总结一下：
l pygame.key.get_pressed()方法适合处理多个按键，适合每帧都进行的动作，比如持续行走、持续射击等等。
l KEYDOWN事件适合处理单个按键，适合执行单次动作，比如选择菜单，打开开关等等。