如何用 Python 实现超级玛丽的人物行走和碰撞检测？

功能介绍

人物行走

人物的行走速度这边分成水平方向（X轴）和竖直方向（Y轴），水平方向的速度要考虑加速度和摩擦力，竖直方向的速度要考虑重力加速度。

• 水平方向：设定X轴向右走的速度为大于0，向左走的速度为小于0；

• 竖直方向：设定Y轴向下的速度为大于0，向上的速度为小于0。

• 

游戏中的人物有下面几个主要的状态：

• 站立不动：水平方向速度为0，且竖直方向站在某个物体上。

• 向左或向右走：水平方向速度的绝对值大于0，且竖直方向站在某个物体上。

• 向上跳：竖直方向方向速度小于0，且上方没有碰到某个物体，同时需要玩家按住jump键。

• 向下降落：竖直方向方向速度大于0或者玩家没有按住jump键，且下方没有碰到某个物体。

向上跳和向下降落的状态判断可能一开始比较难理解，可以看后面的具体实现，目的是如果玩家长按jump键时，可以让人物跳的更高。

上面的判断是否站在某个物体上，或者是否碰到某个物体，就需要用到物体之间的碰撞检测。

碰撞检测

对于游戏中出现的每一样东西，比如砖块，箱子，水管，地面，还有人物都可以看成是一个独立的物体，所以每个物体类都继承了pygame的精灵类pg.sprite.Sprite，可以使用精灵类提供的碰撞检测函数来判断。

设置source\constants.py 中的变量DEBUG值为True，可以看到图1的游戏截图，比如最简单的地面，可以看成是一个长方形的物体。

• 下方红色的长方形物体就是地面（ground）；

• 右边的几个红色小方块是阶梯（step）；

• 左边空中的像墙一样的是砖块（brick）；

• 带问号的是箱子（box）。

因为人物是站在地面上，且水平速度为0，所以当前的人物状态就是站立不动。

图1 

游戏代码

游戏实现代码的github链接：https://github.com/marblexu/PythonSuperMario.git

这边是csdn的下载链接：https://download.csdn.net/download/marble_xu/11391533

代码介绍

人物行走代码

有一个单独的人物类，在source\components\player.py 中，其中有个handle_state 函数，根据人物当前的状态执行不同的函数。

为了简洁下面所有函数中将不相关的代码都省略掉了。

    def handle_state(self, keys, fire_group):
        if self.state == c.STAND:
            self.standing(keys, fire_group)
        elif self.state == c.WALK:
            self.walking(keys, fire_group)
        elif self.state == c.JUMP:
            self.jumping(keys, fire_group)
        elif self.state == c.FALL:
            self.falling(keys, fire_group)

人物的状态就是上面说的4个状态：

• 站立不动：c.STAND

• 向左或向右走：c.WALK

• 向上跳：c.JUMP

• 向下降落：c.FALL

人物类关于行走速度的成员变量先了解下：

水平方向相关的：

• x_accel：水平方向的加速度，值大于0，不区别方向。

• max_x_vel：水平方向的最大速度，值大于0，不区别方向。

• x_vel：水平方向的速度，值大于0表示向右走，值小于0表示向左走。

• 初始值：max_run_vel和max_walk_vel 表示最大速度，run_accel和walk_accel表示加速度。

• facing_right：值为True表示当前是向右走，值为False表示当前是向左走，这个是用来设置人物的图像。

竖直方向相关的：

• gravity：重力加速度，值大于0，表示方向向下。

• jump_vel：起跳时竖直方向的初始速度，值小于0，表示方向向上。

• y_vel：竖直方向的速度。

看下最复杂的 walking 函数，keys数组是当前按下的键盘输入，tools.keybinding中值的含义如下：

keybinding = {
    'action':pg.K_s,
    'jump':pg.K_a,
    'left':pg.K_LEFT,
    'right':pg.K_RIGHT,
    'down':pg.K_DOWN
}

• 先根据当前是否有按下 keybinding[‘action’] 键来设置不同的最大水平方向速度和水平方向加速度。

• 如果有按下 keybinding[‘jump’] 键，则设置人物状态为c.JUMP，初始化竖直方向的速度。

• 如果有按下keybinding[‘left’]键，表示要向左走，如果 x_vel 大于0，表示之前是向右走的，所以设置一个转身的加速度为SMALL_TURNAROUND，然后调用cal_vel 函数根据之前的速度和加速度，计算出当前的速度。

• 如果有按下keybinding[‘right’]键，表示要向右走，和上面类似。

• 如果没有按下keybinding[‘left’]键和keybinding[‘right’]键，就像有摩擦力的存在，则水平方向的速度会慢慢变成0，如果 x_vel 值为0，则设置人物状态为c.STAND。

    def walking(self, keys, fire_group):        
        if keys[tools.keybinding['action']]:
            self.max_x_vel = self.max_run_vel
            self.x_accel = self.run_accel
        else:
            self.max_x_vel = self.max_walk_vel
            self.x_accel = self.walk_accel

        if keys[tools.keybinding['jump']]:
            if self.allow_jump:
                self.state = c.JUMP
                if abs(self.x_vel) > 4:
                    self.y_vel = self.jump_vel - .5
                else:
                    self.y_vel = self.jump_vel

        if keys[tools.keybinding['left']]:
            self.facing_right = False
            if self.x_vel > 0:
                self.frame_index = 5
                self.x_accel = c.SMALL_TURNAROUND

            self.x_vel = self.cal_vel(self.x_vel, self.max_x_vel, self.x_accel, True)
        elif keys[tools.keybinding['right']]:
            self.facing_right = True
            if self.x_vel < 0:
                self.frame_index = 5
                self.x_accel = c.SMALL_TURNAROUND

            self.x_vel = self.cal_vel(self.x_vel, self.max_x_vel, self.x_accel)
        else:
            if self.facing_right:
                if self.x_vel > 0:
                    self.x_vel -= self.x_accel
                else:
                    self.x_vel = 0
                    self.state = c.STAND
            else:
                if self.x_vel < 0:
                    self.x_vel += self.x_accel
                else:
                    self.x_vel = 0
                    self.state = c.STAND

   def cal_vel(self, vel, max_vel, accel, isNegative=False):
        """ max_vel and accel must > 0 """
        if isNegative:
            new_vel = vel * -1
        else:
            new_vel = vel
        if (new_vel + accel) < max_vel:
            new_vel += accel
        else:
            new_vel = max_vel
        if isNegative:
            return new_vel * -1
        else:
            return new_vel

再看下jumping 函数：

• 开始gravity 设为 c.JUMP_GRAVITY，可以看到JUMP_GRAVITY 比GRAVITY值小很多，如果玩家长按jump键时，可以让人物跳的更高。

• 如果竖直方向速度y_vel 大于0，表示方向向下，则设置人物状态为c.FALL。

• 如果按下 keybinding[‘left’]键或 keybinding[‘right’]键，则计算水平方向的速度。

• 如果没有按 keybinding[‘jump’]键，则设置人物状态为c.FALL。

JUMP_GRAVITY = .31
GRAVITY = 1.01

    def jumping(self, keys, fire_group):
        """ y_vel value: positive is down, negative is up """  
        self.allow_jump = False
        self.frame_index = 4
        self.gravity = c.JUMP_GRAVITY
        self.y_vel += self.gravity

        if self.y_vel >= 0 and self.y_vel < self.max_y_vel:
            self.gravity = c.GRAVITY
            self.state = c.FALL

        if keys[tools.keybinding['right']]:
            self.x_vel = self.cal_vel(self.x_vel, self.max_x_vel, self.x_accel)
        elif keys[tools.keybinding['left']]:
            self.x_vel = self.cal_vel(self.x_vel, self.max_x_vel, self.x_accel, True)

        if not keys[tools.keybinding['jump']]:
            self.gravity = c.GRAVITY
            self.state = c.FALL

standing函数和 falling 函数比较简单，就省略了。

碰撞检测代码

人物的碰撞检测代码在 source\states\level.py 中的入口是update_player_position函数 ，可以看到这边分成水平方向和竖直方向：

• 根据人物的水平方向速度x_vel 更新人物的X轴位置，同时人物的X轴位置不能超出游戏地图的X轴范围，然后调用check_player_x_collisions函数进行水平方向的碰撞检测。

• 根据人物的竖直方向速度y_vel 更新人物的Y轴位置，然后调用check_player_y_collisions函数进行竖直方向的碰撞检测。

    def update_player_position(self):
        self.player.rect.x += round(self.player.x_vel)
        if self.player.rect.x < self.start_x:
            self.player.rect.x = self.start_x
        elif self.player.rect.right > self.end_x:
            self.player.rect.right = self.end_x
        self.check_player_x_collisions()

        if not self.player.dead:
            self.player.rect.y += round(self.player.y_vel)
            self.check_player_y_collisions()

具体实现时将同一类物体放在一个pygame.sprite.Group类中：

pygame.sprite.Group
  A container class to hold and manage multiple Sprite objects.
  Group(*sprites) -> Group

这样每次调用pg.sprite.spritecollideany 函数就能判断人物和这一类物体是否有碰撞。

pygame.sprite.spritecollideany()
  Simple test if a sprite intersects anything in a group.
  spritecollideany(sprite, group, collided = None) -> Sprite Collision with the returned sprite.
  spritecollideany(sprite, group, collided = None) -> None No collision

不同物体的group如下，另外敌人，金币和蘑菇等物体的碰撞检测先忽略。

• ground_step_pipe_group：地面，阶梯和水管的group。

• brick_group：砖块的group, 如果是金币砖块，从下面碰撞会获取金币。

• box_group：箱子的group，从下面碰撞箱子可以出现金币，蘑菇，花等的奖励。

因为不同种类group撞击时，后续产生的结果会有区别，所有需要对每一类group分别进行碰撞检测。

X轴方向上面3类group如果检测到有碰撞时，会调用adjust_player_for_x_collisions 函数，来调整人物的X轴位置。

    def check_player_x_collisions(self):
        ground_step_pipe = pg.sprite.spritecollideany(self.player, self.ground_step_pipe_group)
        brick = pg.sprite.spritecollideany(self.player, self.brick_group)
        box = pg.sprite.spritecollideany(self.player, self.box_group)
        ...
        if box:
            self.adjust_player_for_x_collisions(box)
        elif brick:
            self.adjust_player_for_x_collisions(brick)
        elif ground_step_pipe:
            if (ground_step_pipe.name == c.MAP_PIPE and
                ground_step_pipe.type == c.PIPE_TYPE_HORIZONTAL):
                return
            self.adjust_player_for_x_collisions(ground_step_pipe)
        elif powerup:
            ...
        elif enemy:
            ...
        elif coin:
            ...

adjust_player_for_x_collisions 函数先根据人物和碰撞物体的X轴相对位置，判断人物在碰撞物体的左边还是右边，来调整人物的X轴位置，然后设置人物水平方向的速度为0。

    def adjust_player_for_x_collisions(self, collider):
        if collider.name == c.MAP_SLIDER:
            return

        if self.player.rect.x < collider.rect.x:
            self.player.rect.right = collider.rect.left
        else:
            self.player.rect.left = collider.rect.right
        self.player.x_vel = 0

check_player_y_collisions 函数也是对不同group分别进行碰撞检测，Y轴方向这3类group如果检测到有碰撞时，会调用adjust_player_for_y_collisions 函数，来调整人物的Y轴位置。

最后调用check_is_falling函数判断人物是否要设成向下降落的状态。

    def check_player_y_collisions(self):
        ground_step_pipe = pg.sprite.spritecollideany(self.player, self.ground_step_pipe_group)

        # decrease runtime delay: when player is on the ground, don't check brick and box
        if self.player.rect.bottom < c.GROUND_HEIGHT:
            brick = pg.sprite.spritecollideany(self.player, self.brick_group)
            box = pg.sprite.spritecollideany(self.player, self.box_group)
            brick, box = self.prevent_collision_conflict(brick, box)
        else:
            brick, box = False, False

        if box:
            self.adjust_player_for_y_collisions(box)
        elif brick:
            self.adjust_player_for_y_collisions(brick)
        elif ground_step_pipe:
            self.adjust_player_for_y_collisions(ground_step_pipe)
        elif enemy:
            ...
        elif shell:
            ...
        self.check_is_falling(self.player)

adjust_player_for_y_collisions 函数先根据人物和碰撞物体的Y轴相对位置，判断人物在碰撞物体的下边还是上边，来调整人物的Y轴位置：

• 如果人物在碰撞物体的下边，则有一个反弹的效果，设置人物的竖直方向速度为7，调整人物的Y轴位置，设置人物状态为c.FALL。如果碰撞物体为砖块或箱子，还要进行后续处理。

• 如果人物在碰撞物体的上边，设置人物的竖直方向速度为0，调整人物的Y轴位置，一般情况下设置人物状态为c.WALK。

    def adjust_player_for_y_collisions(self, sprite):
        if self.player.rect.top > sprite.rect.top:
            if sprite.name == c.MAP_BRICK:
                ...
            elif sprite.name == c.MAP_BOX:
                ...
            elif (sprite.name == c.MAP_PIPE and
                sprite.type == c.PIPE_TYPE_HORIZONTAL):
                return

            self.player.y_vel = 7
            self.player.rect.top = sprite.rect.bottom
            self.player.state = c.FALL
        else:
            self.player.y_vel = 0
            self.player.rect.bottom = sprite.rect.top
            if self.player.state == c.FLAGPOLE:
                self.player.state = c.WALK_AUTO
            elif self.player.state == c.END_OF_LEVEL_FALL:
                self.player.state = c.WALK_AUTO
            else:
                self.player.state = c.WALK

check_is_falling函数 判断人物下方是否有物体，有个小技巧，就是先将人物的Y轴位置向下移动1，然后判断和上面三类group是否有碰撞：

• 如果没有碰撞，表示人物下方没有物体，这时候如果人物状态不是 c.JUMP 和一些特殊状态，就设置人物状态为 c.FALL。

• 如果有碰撞，则不用管。

最后将人物的Y轴位置恢复（向上移动1）。

    def check_is_falling(self, sprite):
        sprite.rect.y += 1
        check_group = pg.sprite.Group(self.ground_step_pipe_group,
                            self.brick_group, self.box_group)

        if pg.sprite.spritecollideany(sprite, check_group) is None:
            if (sprite.state == c.WALK_AUTO or
                sprite.state == c.END_OF_LEVEL_FALL):
                sprite.state = c.END_OF_LEVEL_FALL
            elif (sprite.state != c.JUMP and 
                sprite.state != c.FLAGPOLE and
                not self.in_frozen_state()):
                sprite.state = c.FALL
        sprite.rect.y -= 1