Pygame 教程-Python Pygame（游戏开发库）

整理：python架构师

Python 是最受欢迎的编程语言，可以说它是下一代编程语言。在计算机科学的每一个新兴领域，Python 都活跃地发挥着作用。Python 拥有众多用于不同领域的库，例如 机器学习（Numpy、Pandas、Matplotlib）、人工智能（Pytorch、TensorFlow）和游戏开发（Pygame、Pyglet）。

在这个教程中，我们将学习使用 Pygame（Python 库）进行游戏开发。

Pygame

• Pygame 是一套跨平台的 Python 模块，用于创建视频游戏。

• 它包含了与 Python 编程语言一起使用的计算机图形和声音库。

• Pygame 是由 Pete Shinners 正式编写，以替代 PySDL。

• Pygame 适合创建客户端应用程序，可以被包装成独立可执行文件。

学习 Pygame 的先决条件：

在学习 pygame 之前，我们需要了解我们想开发什么样的游戏。

• 要学习 pygame，需要具备 Python 的基础知识。

Pygame 安装

在 Windows 中安装 Pygame

在安装 Pygame 之前，应该在系统中安装 Python，最好安装 3.6.1 或更高版本，因为它对初学者更友好，并且运行速度更快。安装 Pygame 主要有两种方式，如下所示：

1. 通过 pip 安装：安装 Pygame 的好方法是使用 pip 工具（Python 用于安装包的工具）。命令如下：

py -m pip install -U pygame --user

2. 通过 IDE 安装：第二种方法是通过 IDE 安装，这里我们使用 Pycharm IDE。在 Pycharm 中安装 pygame 很简单。我们可以通过在终端运行上述命令或使用以下步骤安装：

• 打开 文件 选项卡，点击 设置 选项。

• 选择 项目解释器 并点击 + 图标。

• 它将显示搜索框。搜索 pygame 并点击 安装包 按钮。

要检查 pygame 是否正确安装，可以在 IDLE 解释器中输入以下命令并按 Enter：

import pygame

如果命令成功运行且没有抛出任何错误，这意味着我们已经成功安装了 Pygame，并找到了正确的 IDLE 版本用于 pygame 编程。

在 Mac 中安装 Pygame

安装 Pygame 的步骤如下：

• 访问 pygame 的官方网站 pygame.org，它将显示如下窗口，下载 pygame-1.9.1release-python.org-32bit-py2.7-macosx10.3.dmg：

注意：如果您使用的是不同版本的 Python，请下载最后一个链接。

• 双击下载的文件并解压缩。现在双击解压缩的 mpkg 文件以运行安装程序。按照指示安装 pygame。

• 启动终端（Cmd+Space，然后在搜索框中输入 'terminal'）。在终端中输入 'python2.7' 并按 Enter。

• Python 应该启动，显示版本为 2.7.2（2.7.1 也可以），并给你一个提示。在 Python 提示符下，输入 'import pygame'。如果没有出现任何错误，一切正常。

简单的 Pygame 示例

这里是一个简单的 pygame 程序，可以让您了解基本的语法。

import pygame  
  
pygame.init()  
screen = pygame.display.set_mode((400,500))  
done = False  
  
while not done:  
    for event in pygame.event.get():  
        if event.type == pygame.QUIT:  
            done = True  
    pygame.display.flip()

输出：

成功执行后，它将显示如下窗口作为输出：

让我们逐行了解上述程序的基本语法：

import pygame - 这提供了访问 pygame 框架的功能，并导入了 pygame 的所有函数。

pygame.init() - 这用于初始化 pygame 所需的所有模块。

pygame.display.set_mode((width, height)) - 这用于显示所需大小的窗口。返回值是一个 Surface 对象，这是我们将进行图形操作的对象。

pygame.event.get()- 这用于清空事件队列。如果我们不调用此函数，窗口消息将开始堆积，游戏将在操作系统看来变得无响应。

pygame.QUIT - 当我们点击窗口角落的关闭按钮时，这用于终止事件。

pygame.display.flip() - Pygame 是双缓冲的，所以这会切换缓冲区。为了使您在游戏屏幕上所做的任何更新可见，必须调用此函数。

Pygame Surface

Pygame Surface 用于显示任何图像。Surface 具有预定义的分辨率和像素格式。Surface 的默认颜色是黑色。其大小由传递的 size 参数定义。

Surface 可以具有许多额外的属性，如 alpha 平面、色键、源矩形剪裁等。blit 例程将在可能的情况下尝试使用硬件加速；否则，它们将使用高度优化的软件 blitting 方法。

Pygame Clock

在 pygame 中，时间以毫秒（1/1000 秒）表示。Pygame 时钟用于追踪时间。时间对于创建运动、播放声音或响应任何事件至关重要。一般来说，我们不是按秒计时。我们按毫秒计时。时钟还提供了各种功能来帮助控制游戏的帧率。以下是一些函数：

tick()

这个函数用于更新时钟。语法如下：

tick(framerate=0)

每帧应该调用一次此方法。它会计算自上次调用以来经过了多少毫秒。framerate 参数是可选的，如果作为参数传递，则该函数将延迟以保持游戏运行速度低于给定的每秒帧数。

tick_busy_loop()

tick_busy_loop() 与 tick() 相同。通过每帧调用 Clock.tick_busy_loop(20)，程序将不会以超过每秒 20 帧的速度运行。语法如下：

tick_busy_loop()

get_time()

get_time() 用于获取上一次 tick。上两次调用 Clock.tick() 之间经过的毫秒数。

get_time()

Pygame Blit

Pygame中的blit操作是将游戏对象渲染到表面的过程，这个过程称为blitting。当我们创建游戏对象时，需要对其进行渲染。如果我们不渲染游戏对象并运行程序，那么输出将是一个黑色窗口。

Blitting是任何游戏中最慢的操作之一，所以我们需要小心，不要在每一帧中都在屏幕上进行太多的blit。用于blitting的主要函数是blit()，其定义如下：

blit()

blit(source,dest,area=None,special_flags=0)

此函数用于将一幅图像绘制到另一幅图像上。可以通过dest参数指定绘制的位置。dest参数可以是代表源左上角的一对坐标。

Pygame 添加图片

要在窗口上添加图片，首先需要通过调用Surface构造器并传入宽高元组来实例化一个空白表面。

surface = pygame.Surface((100,100))

上面的行创建了一个默认为黑色的100*100像素的空白24位RGB图像。

要实现Surface的透明初始化，传入SRCALPHA参数。

surface = pygame.Surface((100,100), pygame.SRCALPHA)

考虑以下示例，在表面上显示图像：

import pygame  
pygame.init()  
white = (255, 255, 255)  
# assigning values to height and width variable   
height = 400  
width = 400  
# creating the display surface object   
# of specific dimension..e(X, Y).   
display_surface = pygame.display.set_mode((height, width))  
  
# set the pygame window name   
pygame.display.set_caption('Image')  
  
# creating a surface object, image is drawn on it.   
image = pygame.image.load(r'C:\Users\DEVANSH SHARMA\Desktop\download.png')  
  
# infinite loop   
while True:  
    display_surface.fill(white)  
    display_surface.blit(image, (0, 0))  
  
    for event in pygame.event.get():  
        if event.type == pygame.QUIT:  
            pygame.quit()  
            # quit the program.   
            quit()  
        # Draws the surface object to the screen.   
        pygame.display.update()

输出：

Pygame Rect

Rect用于在Pygame中绘制矩形。Pygame使用Rect对象来存储和操作矩形区域。Rect可以由left, top, width和height值组合生成。它也可以从已经是Rect的Python对象或具有名为"rect"的属性的对象创建。

rect() 函数用于对矩形的位置或大小进行更改。它返回受影响更改的Rect的新副本。原始矩形不会发生修改。

Rect对象有多种虚拟属性，可用于移动和对齐Rect：

x,y  
top, left, right, bottom  
topleft, bottomleft, topright, bottomright  
midtop, midleft, midbottom, midright  
center, centerx, centery  
size, width, height  
w,h

通过赋值size, width或height可以更改矩形的尺寸。所有其他赋值操作将移动矩形而不改变其大小。

如果Rect的宽度或高度是非零值，则对非零测试返回True。某些方法返回尺寸为0的Rect以表示无效矩形。

让我们在pygame窗口上创建一个矩形：

import pygame  
  
pygame.init()  
screen = pygame.display.set_mode((400, 300))  
done = False  
  
while not done:  
    for event in pygame.event.get():  
        if event.type == pygame.QUIT:  
            done = True  
    pygame.draw.rect(screen, (0, 125, 255), pygame.Rect(30, 30, 60, 60))    
  
    pygame.display.flip()

执行上述代码后，将在pygame窗口上显示矩形。

Pygame Keydown

Pygame的KEYDOWN和KEYUP可以检测到物理按下和释放键的事件。KEYDOWN 检测按键事件，而KEYUP检测释放键事件。这两个事件（按键和释放键）都有两个属性，如下所示：

• key: key是一个整数id，代表键盘上的每个键。

• mod: 这是一个位掩码，表示事件发生时处于按下状态的所有修饰键。

考虑以下按键和释放键的示例。

import pygame  
pygame.init()  
# sets the window title  
pygame.display.set_caption(u'Keyboard events')  
# sets the window size  
pygame.display.set_mode((400, 400))  
  
while True:  
    # gets a single event from the event queue  
    event = pygame.event.wait()  
    # if the 'close' button of the window is pressed  
    if event.type == pygame.QUIT:  
        # stops the application  
        break  
    # Detects the 'KEYDOWN' and 'KEYUP' events  
    if event.type in (pygame.KEYDOWN, pygame.KEYUP):  
        # gets the key name  
        key_name = pygame.key.name(event.key)  
        # converts to uppercase the key name  
        key_name = key_name.upper()  
        # if any key is pressed  
        if event.type == pygame.KEYDOWN:  
            # prints on the console the key pressed  
            print(u'"{}" key pressed'.format(key_name))  
        # if any key is released  
        elif event.type == pygame.KEYUP:  
            # prints on the console the released key  
            print(u'"{}" key released'.format(key_name))

输出：

让我们看看另一个示例

import pygame  
  
pygame.init()  
screen = pygame.display.set_mode((400, 300))  
done = False  
is_blue = True  
x = 30  
y = 30  
  
while not done:  
    for event in pygame.event.get():  
        if event.type == pygame.QUIT:  
            done = True  
        if event.type == pygame.KEYDOWN and event.key == pygame.K_SPACE:  
            is_blue = not is_blue  
  
    pressed = pygame.key.get_pressed()  
    if pressed[pygame.K_UP]: y -= 3  
    if pressed[pygame.K_DOWN]: y += 3  
    if pressed[pygame.K_LEFT]: x -= 3  
    if pressed[pygame.K_RIGHT]: x += 3  
  
    if is_blue:  
        color = (0, 128, 255)  
    else:   
        color = (255, 100, 0)  
    pygame.draw.rect(screen, color, pygame.Rect(x, y, 60, 60))  
  
    pygame.display.flip()  

在上述代码中，矩形将在pygame窗口上显示。

当我们按下方向键时，矩形会向下变形。输出结果如下：

Pygame 绘图

Pygame 提供了几何函数来绘制简单形状到表面。这些函数适用于渲染到任何格式的表面。大多数函数接受宽度参数，表示形状边缘的厚度大小。如果传递的宽度为0，则形状将是实心的（填充的）。

所有绘图函数都接受颜色参数，可以是以下格式之一：

• 一个 pygame.Color 对象

• 一个 (RGB) 三元组（元组/列表）

• 一个 (RGBA) 四元组（元组/列表）

• 一个映射到表面像素格式的整数值

绘制矩形

以下函数用于在给定的表面上绘制矩形。

pygame.draw.rect(surface, color, rect)  
pygame.draw.rect(surface, color, rect, width=0)

参数：

• surface - 绘制的屏幕。

• color- 用于给定形状上色的参数。如果我们使用元组，则 alpha 值是可选的。

• rect(Rect)- 绘制矩形，位置和尺寸。

• width(int)- 可选，用于指定线条粗细或表示矩形是否填充。

if width == 0, (default) fill the rectangle  
if width > 0, used for line thickness  
if width < 0, nothing will be drawn

绘制多边形

以下函数用于在给定的表面上绘制多边形。

• pygame.draw.polygon(surface, color, points)

• pygame.draw.polygon(surface, color, points, width=0)

参数：

• surface - 绘制的屏幕。

• color- 用于给定形状上色的参数。如果我们使用元组，则 alpha 值是可选的。

• points(tuple(coordinate) 或 list(coordinate))：由3个或更多的(x,y)坐标组成的序列，这些坐标构成多边形的顶点。序列中的每个坐标都必须是元组/列表。

注意：如果 len(points) < 3 或 points 不是序列，或者 points 不包含数字对，则会引发值错误

绘制椭圆

以下函数用于在给定的表面上绘制椭圆。

pygame.draw.ellipse(surface, color, rect)  
pygame.draw.ellipse(surface, color, rect, width=0)

参数：

• surface - 绘制的屏幕。

• color- 用于给定形状上色的参数。如果我们使用元组，则 alpha 值是可选的。

• rect(Rect)- 绘制矩形，位置和尺寸。

绘制直线

此方法用于在给定的表面上绘制直线。没有端帽。

pygame.draw.line(surface,color,start_pos,end_pos,width)  
pygame.draw.line(surface,color,start_pos,end_pos,width=1)

参数：

• surface - 绘制的屏幕。

• color- 用于给定形状上色的参数。如果我们使用元组，则 alpha 值是可选的。

• start_pos- 线条的起始位置(x,y)

• end_pos- 线条的结束位置

绘制圆

以下是用于在给定表面上绘制圆的函数。

• circle(surface, color, center, radius)

• circle(surface, color, center, radius, width=0)

参数：

• surface - 绘制的屏幕。

• color- 用于给定形状上色的参数。如果我们使用元组，则 alpha 值是可选的。

• center - 圆心点，为两个int/float的序列，例如 (x,y)

• radius(int 或 float)- 圆的半径，从中心参数测量，如果半径为零，则只会绘制中心像素。

绘制椭圆形弧

以下函数用于在给定的表面上绘制椭圆形弧。

?  arc(surface, color, rect, start_angle, stop_angle)   
?  arc(surface, color, rect, start_angle, stop_angle, width=1)

参数：

• surface - 绘制的屏幕。

• color- 用于给定形状上色的参数。如果我们使用元组，则 alpha 值是可选的。

• rect(Rect)- 绘制矩形，位置和尺寸。

• start_angle- 弧的起始角度，以弧度为单位。

• stop_angle- 弧的终止角度，以弧度为单位。

start_angle 和 stop_angle 参数有三种情况：

1. 如果 start_angle < stop_angle，则弧将从 start_angle 绘制到 end_angle 的逆时针方向。

2. 如果 start_angle > stop_angle，则会向 stop_angle 添加 tau（tau=2*pi）。

3. 如果 start_angle == stop_angle，则不会绘制任何内容。

考虑以下示例：

import pygame  
from math import pi  
pygame.init()  
# size variable is using for set screen size  
size = [400, 300]  
screen = pygame.display.set_mode(size)  
pygame.display.set_caption("Example program to draw geometry")  
# done variable is using as flag   
done = False  
clock = pygame.time.Clock()  
while not done:  
    # clock.tick() limits the while loop to a max of 10 times per second.  
        clock.tick(10)  
  
    for event in pygame.event.get():  # User did something  
        if event.type == pygame.QUIT:  # If user clicked on close symbol   
            done = True  # done variable that we are complete, so we exit this loop  
  
    # All drawing code occurs after the for loop and but  
    # inside the main while done==False loop.  
  
    # Clear the default screen background and set the white screen background  
    screen.fill((0, 0, 0))  
  
    # Draw on the screen a green line which is 5 pixels wide.  
    pygame.draw.line(screen, (0, 255, 0), [0, 0], [50, 30], 5)  
    # Draw on the screen a green line which is 5 pixels wide.  
    pygame.draw.lines(screen, (0, 0, 0), False, [[0, 80], [50, 90], [200, 80], [220, 30]], 5)  
  
    # Draw a rectangle outline  
    pygame.draw.rect(screen, (0, 0, 0), [75, 10, 50, 20], 2)  
  
    # Draw a solid rectangle  
    pygame.draw.rect(screen, (0, 0, 0), [150, 10, 50, 20])  
  
    # This draw an ellipse outline, using a rectangle as the outside boundaries  
    pygame.draw.ellipse(screen, (255, 0, 0), [225, 10, 50, 20], 2)  
  
    # This draw a solid ellipse, using a rectangle as the outside boundaries  
    pygame.draw.ellipse(screen, (255, 0, 0), [300, 10, 50, 20])  
  
    # Draw a triangle using the polygon function  
    pygame.draw.polygon(screen, (0, 0, 0), [[100, 100], [0, 200], [200, 200]], 5)  
  
    # This draw a circle  
    pygame.draw.circle(screen, (0, 0, 255), [60, 250], 40)  
  
    # This draw an arc  
    pygame.draw.arc(screen, (0, 0, 0), [210, 75, 150, 125], 0, pi / 2, 2)  
  
    # This function must write after all the other drawing commands.  
    pygame.display.flip()  
  
# Quite the execution when clicking on close  
pygame.quit()

输出：

Pygame 文本和字体

Pygame 还提供渲染字体和文本的功能。我们可以使用 pygame.font.SysFont() 函数从系统中加载字体。Pygame 自带内置默认字体，可以通过传递字体名称或 None 来访问。有许多函数可以帮助处理字体。

字体对象是通过 pygame.font.Font() 创建的。实际的字体对象完成了大部分与字体相关的工作。字体对象通常用于将文本渲染到新的 Surface 对象中。一些重要的字体函数如下：

render()

此函数用于在新的 Surface 上绘制文本。Pygame 没有在现有 Surface 上绘制文本的功能。这会创建一个新的 Surface，并在其上渲染指定的文本。语法如下：

render(text, antialias, color, background=None)

size()

此函数用于确定渲染文本所需的空间或定位大小。它也可以用于文字换行和其他布局效果。语法如下：

size(bool)

set_bold()

此函数用于加粗渲染文本。语法如下：

set_bold(bool)

让我们考虑以下示例：

import pygame  
pygame.init()  
screen = pygame.display.set_mode((640, 480))  
done = False  
  
#load the fonts  
font = pygame.font.SysFont("Times new Roman", 72)  
# Render the text in new surface  
text = font.render("Hello, Pygame", True, (158, 16, 16))  
while not done:  
    for event in pygame.event.get():  
        if event.type == pygame.QUIT:  
            done = True  
        if event.type == pygame.KEYDOWN and event.key == pygame.K_ESCAPE:  
            done = True  
    screen.fill((255, 255, 255))  
    #We will discuss blit() in the next topic  
    screen.blit(text,(320 - text.get_width() // 2, 240 - text.get_height() // 2))  
  
    pygame.display.flip()

输出：

注意- 需要记住的是，某些字体必须安装在用户的计算机上。如果您不确定字体是否已安装，pygame 有以下函数来列出机器上可用的所有字体：

all_font = pygame.font.get_fonts()

还有另一个函数用于实例化默认的系统字体：

font = pygame.font.Font(None,size)

使用以上任一函数，我们可以在游戏中处理引人注目的字体。

Pygame 精灵和碰撞检测

Pygame 精灵是大型图形场景中的二维图像。通常，精灵将是场景中的某个对象。

使用精灵的一个最大优点是能够以组的形式处理它们。如果它们在一个组中，我们可以通过一个命令轻松地移动和绘制所有精灵。

Sprite 模块包含各种简单的类，用于游戏中。使用 Pygame 时，使用 Sprite 类和不同的组类是可选的。

Pygame 提供了精灵和精灵组，有助于碰撞检测。碰撞检测是指屏幕上的两个对象相撞的过程。例如，如果玩家被敌人的子弹击中，那么它可能会失去生命，或者程序需要知道玩家何时触摸到硬币，以便它们自动被拾起。

让我们考虑以下示例：

import pygame  
import sys  
#Sprite class   
class Sprite(pygame.sprite.Sprite):  
    def __init__(self, pos):  
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)  
        self.image = pygame.Surface([20, 20])  
        self.image.fill((255, 0, 255))  
        self.rect = self.image.get_rect()  
        self.rect.center = pos  
def main():  
    pygame.init()  
    clock = pygame.time.Clock()  
    fps = 50  
    bg = [0, 0, 0]  
    size =[300, 300]  
    screen = pygame.display.set_mode(size)  
    player = Sprite([40, 50])  
    # Define keys for player movement  
    player.move = [pygame.K_LEFT, pygame.K_RIGHT, pygame.K_UP, pygame.K_DOWN]  
    player.vx = 5  
    player.vy = 5  
  
    wall = Sprite([100, 60])  
  
    wall_group = pygame.sprite.Group()  
    wall_group.add(wall)  
  
    player_group = pygame.sprite.Group()  
    player_group.add(player)  
  
    while True:  
        for event in pygame.event.get():  
            if event.type == pygame.QUIT:  
                return False  
        key = pygame.key.get_pressed()  
        for i in range(2):  
            if key[player.move[i]]:  
                player.rect.x += player.vx * [-1, 1][i]  
  
        for i in range(2):  
            if key[player.move[2:4][i]]:  
                player.rect.y += player.vy * [-1, 1][i]  
        screen.fill(bg)  
        # first parameter takes a single sprite  
        # second parameter takes sprite groups  
        # third parameter is a kill command if true  
        hit = pygame.sprite.spritecollide(player, wall_group, True)  
        if hit:  
        # if collision is detected call a function to destroy  
            # rect  
            player.image.fill((255, 255, 255))  
        player_group.draw(screen)  
        wall_group.draw(screen)  
        pygame.display.update()  
        clock.tick(fps)  
    pygame.quit()  
    sys.exit  
if __name__ == '__main__':

输出：

按下箭头键后，一个矩形将与另一个矩形碰撞，输出为：

Pyglet

Python 提供了另一个名为 Pyglet 的游戏库，这是一个跨平台的窗口和多媒体库。它用于开发游戏和其他视觉丰富的应用程序。它支持用户界面事件处理、窗口、OpenGL 图形、加载图像和视频以及播放声音和音乐。

Pyglet 的一些特点包括：

• 无需外部安装需求或依赖。

• 支持多窗口和多显示器。

• 可以加载任何格式的图像、声音、音乐和视频。

• Pyglet在BSD开源许可下提供。

• 支持Python 2和3。

安装Pyglet非常简单，只需输入以下命令即可安装。

pip install pyglet

考虑以下示例。

import pyglet  
window = pyglet.window.Window()  
lable = pyglet.text.Label('Hello world', font_name='Times New Roman', font_size=36,  
                          x= window.width//2,y=window.height//2,anchor_x='center', anchor_y='center')  
@window.event  
def on_draw():  
    window.clear()  
    lable.draw()  
pyglet.app.run()

输出：

Pygame与Pyglet的比较

Pyglet	Pygame
3D支持 由于Pyglet与OpenGL紧密合作，它支持3D绘图。	易学的Python语法 Pygame使用Python作为脚本语言。Python被广泛认为是最易于掌握的语言之一，即使是初学者。
跨平台 可以在Windows、Linux和OS X上工作。	使用API API非常直观。
纯Python编写 可以使用其他Python解释器编译。	最佳画布系统 Pygame提供了一个绘图系统，允许用户创建和绘制无限数量的画布。
较少的人气 Pyglet因为社区支持小而不太受欢迎。	更受欢迎 Pygame比Pyglet更受欢迎。

在这个教程中，我们讨论了通过将开源模块pygame安装到Python 3编程环境中的简单游戏开发编程方法。

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