pygame 俄罗斯方块

本期，我们开发一个大家都非常熟悉的俄罗斯方块游戏
想起俄罗斯方块，都是慢慢的回忆～
闲话少说，开始正文

游戏设计

本次我们开发俄罗斯方块，pygame的基本结构我们就不讲了，不清楚的同学可以参考之前的文章，另外就是一些通用的函数比如：show_text 用于显示文字的函数， draw_grids 用于画出网格的函数等等。

俄罗斯方块游戏主要需要处理好三个的问题

画背景
游戏的主逻辑
满行消除逻辑
生成新的骨牌

难度从易到难

背景（包括方块）

如何画出背景网格在之前的贪吃蛇游戏中已经有了，再次不再赘述
我们用一个 screen_color_matrix 一个全局变量保存已经固定的小方块，其中每一行、每一列都对应我们屏幕的网格中的一个小方块，如果为None，说明此处还没有方块；如果不为None，存储的是方块的颜色，函数如下

# 画出已经固定的网格点
def draw_matrix():
    for i, row in zip(range(GRID_NUM_HEIGHT), screen_color_matrix):
        for j, color in zip(range(GRID_NUM_WIDTH), row):
            if color is not None:
                pygame.draw.rect(screen, color,
                            (j * GRID_WIDTH, i * GRID_WIDTH,
                             GRID_WIDTH, GRID_WIDTH))
                pygame.draw.rect(screen, WHITE,
                            (j * GRID_WIDTH, i * GRID_WIDTH,
                             GRID_WIDTH, GRID_WIDTH), 2)

游戏的主逻辑

俄罗斯方块本身操作简单，自然主逻辑也不复杂。

游戏中只需要检测是否有上下左右键和空格键被按下，左右和下键用于控制移动，上键我们用于旋转，空格键我们用于快速落下骨牌
每次骨牌落下时，我们就重新生成一个新的骨牌
每次骨牌移动的时候，我们都会去判断是否有满行，如果有满行，我们就消除满行并且加分
最后就是需要更新屏幕，这个步骤在之前的游戏中都有，主要就是更新背景及当前的骨牌和分数

OK，看一下我们的函数，大家可以先忽略用于生成新的骨牌的类CubeShape，以及满行消除逻辑函数remove_full_line

running = True
gameover = True
counter = 0
live_cube = None
while running:
    clock.tick(FPS)
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False
        elif event.type == pygame.KEYDOWN:
            if gameover:
                gameover = False
                live_cube = CubeShape()
                break
            if event.key == pygame.K_LEFT:
                live_cube.left()
            elif event.key == pygame.K_RIGHT:
                live_cube.right()
            elif event.key == pygame.K_DOWN:
                live_cube.down()
            elif event.key == pygame.K_UP:
                live_cube.rotate()
            elif event.key == pygame.K_SPACE:
                while live_cube.down() == True:
                    pass
            remove_full_line()

    # level 是为了方便游戏的难度，level 越高 FPS // level 的值越小
    # 这样屏幕刷新的就越快，难度就越大
    if gameover is False and counter % (FPS // level) == 0:
        # down 表示下移骨牌，返回False表示下移不成功，可能超过了屏幕或者和之前固定的
        # 小方块冲突了
        if live_cube.down() == False:
            for cube in live_cube.get_all_gridpos():
                screen_color_matrix[cube[0]][cube[1]] = live_cube.color
            live_cube = CubeShape()
            if live_cube.conflict(live_cube.center):
                gameover = True
                score = 0
                live_cube = None
                screen_color_matrix = [[None] * GRID_NUM_WIDTH for i in range(GRID_NUM_HEIGHT)]
        # 消除满行
        remove_full_line()
    counter += 1
    # 更新屏幕
    screen.fill(BLACK)
    draw_grids()
    draw_matrix()
    draw_score()
    if live_cube is not None:
        live_cube.draw()
    if gameover:
        show_welcome(screen)
    pygame.display.update()

好的，这里我们将要进入此游戏最复杂的地方

骨牌类

骨牌类主要就是为了生成新的骨牌，代码量也就100行

首先分析一下骨牌类，骨牌一共有七种：'I', 'J', 'L', 'O', 'S', 'T', 'Z'，可以参考下图

俄罗斯方块骨牌类型

各个字母对应哪个图形，相信大家都可以看出来 ^o~
我们知道每个骨牌除了'O'型的之外，其他图形的转动都会改变。转动图形的时候必须要有一个中心点，不然转动时就会出现奇怪的现象。我们将哪个中心点的位置记为(0, 0)，第一个零表示行，第二个零表示列，没向左一个那么列减一，没向下一行行加一，具体的意思大家看下图一看便知

T型骨牌

OK, 这样我们将一种骨牌的一个角度记为一个元组列表，如我们记上图为[(0, -1), (0, 0), (0, 1), (-1, 0)]，这样上面的T行一共可以有四个方向，就用四个这样的列表表示。

我们用一个字典SHAPES_WITH_DIR表示所有的图形的各个相对位置

SHAPES = ['I', 'J', 'L', 'O', 'S', 'T', 'Z']
I = [[(0, -1), (0, 0), (0, 1), (0, 2)],
     [(-1, 0), (0, 0), (1, 0), (2, 0)]]
J = [[(-2, 0), (-1, 0), (0, 0), (0, -1)],
     [(-1, 0), (0, 0), (0, 1), (0, 2)],
     [(0, 1), (0, 0), (1, 0), (2, 0)],
     [(0, -2), (0, -1), (0, 0), (1, 0)]]
L = [[(-2, 0), (-1, 0), (0, 0), (0, 1)],
     [(1, 0), (0, 0), (0, 1), (0, 2)],
     [(0, -1), (0, 0), (1, 0), (2, 0)],
     [(0, -2), (0, -1), (0, 0), (-1, 0)]]
O = [[(0, 0), (0, 1), (1, 0), (1, 1)]]
S = [[(-1, 0), (0, 0), (0, 1), (1, 1)],
     [(1, -1), (1, 0), (0, 0), (0, 1)]]
T = [[(0, -1), (0, 0), (0, 1), (-1, 0)],
     [(-1, 0), (0, 0), (1, 0), (0, 1)],
     [(0, -1), (0, 0), (0, 1), (1, 0)],
     [(-1, 0), (0, 0), (1, 0), (0, -1)]]
Z = [[(0, -1), (0, 0), (1, 0), (1, 1)],
     [(-1, 0), (0, 0), (0, -1), (1, -1)]]
SHAPES_WITH_DIR = {
    'I': I, 'J': J, 'L': L, 'O': O, 'S': S, 'T': T, 'Z': Z
}

这样我们每次更新骨牌位置的时候，只需要更新骨牌的中心就可以了，而形状只需要根据上面列表中的相对位置，再加上骨牌中心的实际位置（相对位置为（0, 0））画出骨牌的实际形状。

骨牌生成有一下几点注意：
- 生成骨牌的时候，我们随机选择一个骨牌类型。
- 初始时，我们将中心的坐标置于屏幕的中上方。
- 为了好看，我们在游戏的最前面定义了好多颜色，每次我们就随机选择一种颜色。
- 同样，每次生成骨牌我们都随机选择一个方向的骨牌。这样我们骨牌类的初始化函数就像下面的那样

def __init__(self):
    self.shape = self.SHAPES[random.randint(0, len(self.SHAPES) - 1)]
    # 骨牌所在的行列
    self.center = (2, GRID_NUM_WIDTH // 2)
    self.dir = random.randint(0, len(self.SHAPES_WITH_DIR[self.shape]) - 1)
    self.color = CUBE_COLORS[random.randint(0, len(CUBE_COLORS) - 1)]

为了方便，我们写一个函数用于将图形的相对位置转化为屏幕中的绝对位置，其实就是用相对位置加上屏幕中心点所在的位置就好了

def get_all_gridpos(self, center=None):
    curr_shape = self.SHAPES_WITH_DIR[self.shape][self.dir]
    if center is None:
        center = [self.center[0], self.center[1]]

    return [(cube[0] + center[0], cube[1] + center[1])
            for cube in curr_shape]

好了，有了这个函数，我们就方便我们画出我们的骨牌了

def draw(self):
    for cube in self.get_all_gridpos():
        pygame.draw.rect(screen, self.color,
                         (cube[1] * GRID_WIDTH, cube[0] * GRID_WIDTH,
                          GRID_WIDTH, GRID_WIDTH))
        pygame.draw.rect(screen, WHITE,
                         (cube[1] * GRID_WIDTH, cube[0] * GRID_WIDTH,
                          GRID_WIDTH, GRID_WIDTH),
                         1)

pygame.draw.rect和我们之前文章中使用的一样，就是一个画出方块的函数，我们使用了两个rect函数，下面那个是为了画一个边框，使得我们的方块好看一点～～

到这里，我们就差骨牌移动的函数了，要移动骨牌我们就必须要判断每次移动是否合法，即是否会超出屏幕之外，或者和之前的小方块冲突了

def conflict(self, center):
    for cube in self.get_all_gridpos(center):
        # 超出屏幕之外，说明不合法
        if cube[0] < 0 or cube[1] < 0 or cube[0] >= GRID_NUM_HEIGHT or\
                cube[1] >= GRID_NUM_WIDTH:
            return True

        # 不为None，说明之前已经有小方块存在了，也不合法
        if screen_color_matrix[cube[0]][cube[1]] is not None:
            return True

    return False

有了这个函数之后，我们移动骨牌之前就只需要判断一下移动是否合法就好了，移动或者转动的逻辑都非常简单

def rotate(self):
    # 选择下一个方向
    new_dir = self.dir + 1
    new_dir %= len(self.SHAPES_WITH_DIR[self.shape])
    # 这里需要保存一下先前的方向，因为我们不知道转动是否合法
    old_dir = self.dir
    self.dir = new_dir
    if self.conflict(self.center):
        self.dir = old_dir
        return False

def down(self):
    # import pdb; pdb.set_trace()
    center = (self.center[0] + 1, self.center[1])
    if self.conflict(center):
        return False

    self.center = center
    return True

def left(self):
    center = (self.center[0], self.center[1] - 1)
    if self.conflict(center):
        return False
    self.center = center
    return True

def right(self):
    center = (self.center[0], self.center[1] + 1)
    if self.conflict(center):
        return False
    self.center = center
    return True

好了，最后我们看一下，我们消除满行的函数，这个函数没有什么好说的，只要每一行的方块都不为None就好了(也就是screen_color_matrix中对应位置)，如果有为None的，我们就将整行复制到新的屏幕矩阵中就好了～～

def remove_full_line():
    # 这里我们用的是python3， 所以这里声明一下
    global screen_color_matrix
    global score
    global level
    new_matrix = [[None] * GRID_NUM_WIDTH for i in range(GRID_NUM_HEIGHT)]
    index = GRID_NUM_HEIGHT - 1
    n_full_line = 0
    for i in range(GRID_NUM_HEIGHT - 1, -1, -1):
        is_full = True
        for j in range(GRID_NUM_WIDTH):
            if screen_color_matrix[i][j] is None:
                is_full = False
                continue
        if not is_full:
            new_matrix[index] = screen_color_matrix[i]
            index -= 1
        else:
            n_full_line += 1
    score += n_full_line
    level = score // 20 + 1
    screen_color_matrix = new_matrix

至此，我们大功告成！看一下效果～

完整的代码可以去我的 github 看，点击这里进入GitHub。
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pygame 俄罗斯方块

游戏设计

背景（包括方块）

游戏的主逻辑

骨牌类

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