Python 外星人入侵游戏（二）：外星人（上）

来源：《Python编程：从入门到实践》

1

• 在这部分将给游戏添加外星人
• 下面开始工作之前，先添加一个结束游戏的快捷键Q：要不每次运行游戏时，都必须用鼠标来关闭它，实在麻烦

game_functions.py

def check_keydown_events(event, ai_settings, screen, ship, bullets):
    --snip--
    elif event.key == pygame.K_q:
        sys.exit()

2 创建第一个外星人

• 在屏幕上放置外星人与放置飞船类似
• 每个外星人的行为都有Alien类控制，我们将像创建Ship类那样创建这个类
• 外星人图像可在本书配套资源找到，将其保存在文件夹images中

2.1 创建Alien类

alien.py

import pygame
from pygame.sprite import Sprite

class Alien(Sprite):
    """表示单个外星人的类"""
    
    def __init__(self, ai_settings, screen):
        """初始化外星人并设置其起始位置"""
        super().__init__()
        self.screen = screen
        self.ai_settings = ai_settings
        
        # 加载外星人图像，并设置其rect属性
        self.image = pygame.image.load('images/alien.bmp')
        self.rect = self.image.get_rect()
        
        # 每个外星人最初在屏幕左上角附近
        self.rect.x = self.rect.width
        self.rect.y = self.rect.height
        
        # 存储外星人的准确位置
        self.x = float(self.rect.x)
        
    def blitme(self):
        """在指定位置绘制外星人"""
        self.screen.blit(self.image, self.rect)

• 除位置不同外，大部分代码都与Ship类相似
• 每个外星人最初都位于屏幕左上角附近，每个外星人的左边距都设置为外星人的宽度，并将上边距设置为外星人的高度

2.2 创建Alien实例

alien_invasion.py

--snip--
from alien import Alien
import game_functions as gf

def run_game():
    --snip--
    # 创建一个外星人
    aline = Alien(ai_settings, screen)
    
    # 开始游戏的主循环
    while True:
        gf.check_events(ai_settings, screen, ship, bullets)
        ship.update()
        gf.update_bullets(bullets)
        gf.update_screen(ai_settings, screen, ship, alien, bullets)

run_game()

• 值得注意的，修改了 对update_screen()的调用，传递了一个外星人实例

2.3 让外星人出现在屏幕上

• 为让外星人出现在屏幕上，在update_screen()中调用其方法blitme()：

game_functions.py

def update_screen(ai_settings, screen, ship, alien, bullets):
    --snip--
    # 在飞船和外星人后面重绘所有子弹
    for bullet in bullets.sprites():
        bullet.draw_bullet()
    ship.blitme()
    alien.blitme()

    # 让最近绘制的屏幕可见
    pygame.display.flip()

• 先绘制飞船和子弹，再绘制外星人，让外星人在屏幕位于最前面
  

3 创建一群外星人

• 需要确定一行容纳多少个外星人以及要绘制多少行外星人

3.1 确定一行可容纳多少个外星人

• 可用于放置外星人的水平空间为屏幕宽度（ai_settings.screen_width）减去外星人宽度（alien_width）的两倍：

available_space_x = ai_settings.screen_width - （2 * alien_width）

• 一个宽度用于放置外星人，另一个宽度为外星人右边的空白区域。
• 确定一行可容纳多少个外星人，将可用空间除以外星人宽度的两倍

number_aliens_x = int(available_space_x / ( 2 * alien_width))

3.2 创建多行外星人

• 创建一行外星人，首先在alien_invasion.py中创建一个名为aliens的空编组，用于存储全部外星人

alien_invasion.py

import pygame

from pygame.sprite import Group
from settings import Settings
from ship import Ship
import game_functions as gf

def run_game():
    --snip--
    # 创建一艘飞船、一个子弹编组和一个外星人编组
    ship = Ship(ai_settings, screen)
    bullets = Group()
    aliens = Group()
    
    # 创建外星人群
    gf.create_fleet(ai_settings, screen, aliens)
    
    # 开始游戏的主循环
    while True:
        --snip--
        gf.update_screen(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)

run_game()

• 由于不在alien_invasion.py中直接创建外星人，因此无需在这个文件中导入Alien类
• 修改update_screen()：

game_functions.py

def update_screen(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets):
    --snip--
    ship.blitme()
    aliens.draw(screen)

    # 让最近绘制的屏幕可见
    pygame.display.flip()

• aliens.draw(screen)在屏幕上绘制编组的每个外星人

3.3 创建外星人群

• 现在可以创建外星人群了。
• 下面是新函数create_fleet()，将它放在game_functions.py的末尾
• 还需要导入Alien类

game_functions.py

--snip--
from bullet import Bullet
from alien import Alien
--snip--
def create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens):
    """创建外星人群"""
    # 创建一个外星人，并计算一行可容纳多少个外星人
    # 外星人间距为外星人宽度
    alien = Alien(ai_settings, screen)
    alien_width = alien.rect.width
    available_space_x = ai_settings.screen_width - 2 * alien_width
    number_aliens_x = int(available_space_x / ( 2 * alien_width))

	# 创建第一行外星人
	for alien_number in range(number_aliens_x):
		"""创建一个外星人将其放在当前行"""
    	alien = Alien(ai_settings, screen)
    	alien.x = alien_width + 2 * alien_width * alien_number
    	alien.rect.x = alien.x
    	aliens.add(alien)

3.4 重构create_fleet()

game_functions.py

def get_number_aliens_x(ai_settings, alien_width):
    """计算每行可容纳多少个外星人"""
    available_space_x = ai_settings.screen_width - 2 * alien_width
    number_aliens_x = int(available_space_x / ( 2 * alien_width))
    return number_aliens_x

def create_alien(ai_settings, screen, aliens, alien_number):
    """创建一个外星人将其放在当前行"""
    alien = Alien(ai_settings, screen)
    alien_width = alien.rect.width
    alien.x = alien_width + 2 * alien_width * alien_number
    alien.rect.x = alien.x
    aliens.add(alien)

def create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens):
    """创建外星人群"""
    # 创建一个外星人，并计算一行可容纳多少个外星人
    alien = Alien(ai_settings, screen)
    number_aliens_x = get_number_aliens_x(ai_settings, alien.rect.width)

    # 创建第一行外星人
    for alien_number in range(number_aliens_x):
    	create_alien(ai_settings, screen, aliens, alien_number)

3.5 添加行

• 创建外星人群，需要计算屏幕可容纳多少行，并对创建一行外星人的循环重复相应的次数
• 为计算可容纳的行数：
  • 先计算可用垂直空间：将屏幕高度减去第一行外星人的上边距（外星人高度）、飞船的高度以及最初外星人高度加上外星人间距（外星人高度的两倍）：

available_space_y = (ai_settings.screen_height - (3 * alien_height) - ship_height)

• 这将在飞船上方留出一定的空白区域，给玩家留出射杀外星人的时间
• 每行下方都要留出一定的空白区域，并将其设置为外星人的高度
• 下面计算可容纳的行数，将可用垂直空间除以外星人高度的两倍：

number_rows = int(available_space_y / (2 * alien_height))

• 知道可容纳多少行后，便可重复执行创建一行外星人的代码：

game_functions.py

def get_number_rows(ai_settings, ship_height, alien_height):
    """计算屏幕可容纳多少行外星人"""
    available_space_y = (ai_settings.screen_height - 
                            (3 * alien_height) - ship_height)
    number_rows = int(available_space_y / (2 * alien_height))
    return number_rows

def create_alien(ai_settings, screen, aliens, alien_number, row_number):
    --snip--
    alien.x = alien_width + 2 * alien_width * alien_number
    alien.rect.x = alien.x
    alien.rect.y = alien.rect.height + 2 * alien.rect.height * row_number
    aliens.add(alien)

def create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens):
    --snip--
    number_aliens_x = get_number_aliens_x(ai_settings, alien.rect.width)
    number_rows = get_number_rows(ai_settings, ship.rect.height,
        alien.rect.height)
    
    # 创建外星人群
    for row_number in range(number_rows):
        for alien_number in range(number_aliens_x):
            create_alien(ai_settings, screen, aliens, alien_number,
                row_number)

• 在create_fleet()的定义中，还增加了一个用于存储ship对象的形参，因此在alien_invasion.py中调用create_fleet()时，需要传递实参ship：

alien_invasion.py

gf.create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)

• 现在运行这个游戏，将看到一群外星人：
  

4 让外星人群移动

• 下面让外星人群在屏幕上向右移动，撞到屏幕边缘后下移一定的距离，再沿反方向移动

4.1 向右移动外星人

• 为移动外星人，将使用alien.py中的方法update()，且对外星人群中的每个外星人都调用它。
• 首先，添加一个控制外星人速度的设置：

settings.py

    def __init__(self):
        --snip--
        # 外星人设置
        self.alien_speed_factor = 1

• 然后，使用这个设置来实现update():

alien.py

    def update(self):
        """向右移动外星人"""
        self.x += self.ai_settings.alien_speed_factor
        self.rect.x = self.x

• 主while循环中已调用了更新ship和bullets的方法，但现在还需要更新每个外星人的位置

alien_invasion.py

# 开始游戏的主循环
    while True:
        gf.check_events(ai_settings, screen, ship, bullets)
        ship.update()
        gf.update_bullets(bullets)
        gf.update_aliens(aliens)
        gf.update_screen(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)

• 接着再game_functions.py末尾添加新函数update_aliens():

game_functions.py

def update_aliens(aliens):
    """更新外星人群中所有外星人的位置"""
    aliens.update()

• 如果现在运行这个游戏，会看到外星人群向右移，并在屏幕右边缘消失

4.2 创建表示外星人移动方向的设置

• 下面创建让外星人撞到屏幕右边缘后向下移动、再向左移动的设置：

settings.py

    def __init__(self):
        --snip--
        # 外星人设置
        self.alien_speed_factor = 1
        self.fleet_drop_speed = 10
        # fleet_direction为1表示向右移，为-1表示向左移
        self.fleet_direction = 1  

• fleet_drop_speed指定了外星人撞到屏幕边缘时，外星人群向下移动的速度（将这个速度与水平速度分开是好的，这样就可以分别调整这两种速度了）
• 要实现fleet_direction设置，可将其设置为文本值，如’left’ or ‘right’，但这样做就必须编写if-elif语句来检查外星人群的移动方向。鉴于只有这两个可能的方向，我们使用值1和-1来表示它们，并在外星人群改变方向时在这两个值之间切换

4.3 检查外星人是否撞到了屏幕边缘

alien.py

    def check_edges(self):
        """如果外星人位于屏幕边缘，就返回True"""
        screen_rect = self.screen.get_rect()
        if self.rect.right >= screen_rect.right:
            return True
        elif self.rect.left <= 0:
            return True
            
    def update(self):
        """向左或向右移动外星人"""
        self.x += (self.ai_settings.alien_speed_factor *
                        self.ai_settings.fleet_direction)
        self.rect.x = self.x

• 这里修改了update()，移动量设置为外星人速度和fleet_direction的乘积，让外星人左移或向右移。想必不需要过多解释就能理解

4.4 向下移动外星人群并改变移动方向

• 有外星人到达屏幕边缘时，需要将整群外星人下移，并改变它们的移动方向
• 需要对game_functions.py做重大修改：

game_functions.py

def check_fleet_edges(ai_settings, aliens):
        """有外星人到达边缘时采取相应的措施"""
        for alien in aliens.sprites():
            if aline.check_edges():
                change_fleet_direction(ai_settings, alien)
                break
                
def change_fleet_direction(ai_settings, aliens):
        """将整群外星人下移，并改变它们的方向"""
        for alien in aliens.sprites():
            alien.rect.y += ai_settings.fleet_drop_speed
        ai_settings.fleet_direction *= -1

def update_aliens(ai_settings, aliens):
    """
    检查是否有外星人位于屏幕边缘，并更新整群外星人的位置
    """
    check_fleet_edges(ai_settings, aliens)
    aliens.update()

alien_invasion.py

    # 开始游戏的主循环
    while True:
        gf.check_events(ai_settings, screen, ship, bullets)
        ship.update()
        gf.update_bullets(bullets)
        gf.update_aliens(ai_settings, aliens)
        gf.update_screen(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)

• 如果现在运行游戏，外星人群将在屏幕上来回移动，并在抵达屏幕边缘后向下移动

5 射杀外星人

• 子弹击中外星人时，将穿过外星人，因为还有检查碰撞
• 在游戏编程中，碰撞指的是两个游戏元素重叠在一起，要用到的是sprite.groupcollide()

5.1 检测子弹与外星人的碰撞

• 在更新子弹的位置后立即检测碰撞
• 方法sprite.groupcollide()将每颗子弹的rect同每个外星人的rect进行比较，并返回一个字典，其中包含发生了碰撞的子弹和外星人
• 在这个字典中，每个键都是一颗子弹，而相应的值都是被击中的外星人（下一章节实现记分系统时，也会用到这个字典）
• 在函数update_bullets()中，使用下面代码检查碰撞：

game_functions.py

def update_bullets(aliens, bullets):
    --snip--
    # 检查是否有子弹击中了外星人
    # 如果是这样，就删除相应的子弹和外星人
    collisions = pygame.sprite.groupcollide(bullets, aliens, True, True)

• 新增的这行代码遍历编组bullets中的每颗子弹，再遍历aliens中的每个外星人。
• 每当有子弹的外星人的rect重叠时，groupcollide()就在它返回的字典中添加一个键-值对
• 两个实参True告诉Pygame删除发生碰撞的子弹和外星人（要模拟能够穿行到屏幕顶端的高能子弹——消灭它击中的每个外星人，可将第一个布尔实参设置为False，并让第二个布尔实参为True。这样被击中的外星人将消失，但所有子弹都始终有效，直到抵达屏幕顶端后消失。）
• 调用update_bullets()时，传递了实参aliens：

alien_invasion.py

# 开始游戏的主循环
    while True:
        gf.check_events(ai_settings, screen, ship, bullets)
        ship.update()
        gf.update_bullets(aliens, bullets)
        gf.update_aliens(ai_settings, aliens)
        gf.update_screen(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)

• 如果现在运行游戏，被击中的外星人将消失

5.2 为测试创建大子弹

• 有个问题：要测试代码能否正确地处理外星人编组为空地情形，需要花很长时间将屏幕上的外星人都击落
• 测试有些功能时，可以修改游戏的某些设置，以便专注于游戏的特定方面
• 测试这个游戏时，可以做的一项修改是增大子弹的尺寸，使其在击中外星人后依然有效
• 完成测试后，别忘了将设置恢复正常
  

5.3 生成新的外星人群

• 这个游戏的一个重要特点是外星人无穷无尽，一个外星人群被消灭后，又会出现一群外星人
• 在外星人群被消灭后又显示一群外星人，首先需要检查编组aliens是否为空
• 如果为空，调用create_fleet()。将在update_bullets()中执行这种检查，因为外星人都是在这里被消灭的：

game_functions.py

def update_bullets(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets):
    --snip--
    # 检查是否有子弹击中了外星人
    # 如果是这样，就删除相应的子弹和外星人
    collisions = pygame.sprite.groupcollide(bullets, aliens, True, True)
    
    if len(aliens) == 0:
        # 删除现有的子弹并新建一群外星人
        bullets.empty()
        create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)

• 如果编组aliens()为空，使用方法empty()删除编组中余下所有精灵，从而删除现有的所有子弹
• 同时更新对update_bullets()的调用：

alien_invasion.py

while True:
        gf.check_events(ai_settings, screen, ship, bullets)
        ship.update()
        gf.update_bullets(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)
        gf.update_aliens(ai_settings, aliens)
        gf.update_screen(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)

• 现在，当外星人群被消灭后，将立刻出现一个新的外星人群

5.4 提高子弹的速度

• 如果现在尝试在这个游戏中射杀外星人，可能发现子弹的速度比以前慢，这是因为在每次循环中，Pygame需要做的工作更多了
• 为提高子弹的速度，可调整settings.py中的bullet_speed_factor的值：

settings.py

		# 子弹设置
        self.bullet_speed_factor = 2
        self.bullet_width = 3
        --snip--

• 这项设置的最佳值取决于你的系统速度

5.5 重构update_bullets()

• 下面来重构update_bullets()，使其不再完成那么多任务：

game_functions.py

def update_bullets(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets):
    --snip--
    # 删除已消失的子弹
    for bullet in bullets.copy():
        if bullet.rect.bottom <= 0:
            bullets.remove(bullet)
            
    check_bullet_alien_collisions(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)
    
def check_bullet_alien_collisions(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets):
    """响应子弹和外星人的碰撞"""
    # 删除发生碰撞的子弹和外星人
    collisions = pygame.sprite.groupcollide(bullets, aliens, True, True)
    
    if len(aliens) == 0:
        # 删除现有的子弹并新建一群外星人
        bullets.empty()
        create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)

• 创建了一个新函数check_bullet_alien_collisions()，这避免了update_bullets()太长，简化了后续的开发工作