摘要
在游戏《飞机大战独眼外星人》中，玩家控制着一艘最初出现在屏幕底部中央的飞机。玩家可以使用箭头键左右移动飞机，还可使用空格键进行射击。游戏开始时，一群外星人出现在天空中，他们在屏幕中向下移动。玩家的任务是射杀这些外星人。玩家将所有外星人都消灭干净后，将出现一群新的外星人，他们移动的速度更快。只要有外星人撞到了玩家的飞机或到达了屏幕底部，玩家就损失一艘飞机。玩家损失三艘飞机后，游戏结束。
1．引言
Pygame最初是由Pete Shinner编写的，该项目于2000年10月启动，六个月后，pygame版本1.0发布。pygame是一个利用SDL（Simple
DirectMedia Layer）写就的游戏库。SDL 是一个用于控制多媒体的跨平台C库，与DirectX相当，它已被用于数百种商业和开源游戏。Pete Shinner对Python和SDL两个项目的简洁与优雅印象深刻，他决定将Python和SDL结合起来，组建一个真正利用Python的项目，目标是让做简单的事情变得容易，让困难的事情变简单。
2. 系统结构
* alien_invasion.py
主文件alien_invasion.py创建一系列整个游戏都要用到的对象：存储在ai_settings 中的设置、存储在 screen 中的主显示surface以及一个飞机实例。文件 alien_invasion.py 还包含游戏的主循环，这是一个调用 check_events() 、 ship.update() 和 update_screen() 的 while 循环。要玩游戏，只需运行文件alien_invasion.py。其他文件（settings.py、
game_functions.py、ship.py）包含的代码被直接或间接地导入到这个文件中。
* settings.py
文件settings.py包含 Settings 类，这个类只包含方法 __init__() ，它初始化控制游戏外观和飞机速度的属性。
* game_functions.py
文件game_functions.py包含一系列函数，游戏的大部分工作都是由它们完成的。函数
check_events() 检测相关的事件，如按键和松开，并使用辅助函数check_keydown_events() 和check_keyup_events() 来处理这些事件。就目前而言，这些函数管理飞机的移动。模块game_functions 还包含函数 update_screen() ，它用于在每次执行主循环时都重绘屏幕。
* ship.py
文件ship.py包含 Ship 类，这个类包含方法 __init__() 、管理飞机位置的方法 update() 以及在屏幕上绘制飞机的方法 blitme() 。表示飞机的图像存储在文件夹images下的文件ship.bmp中。
* bullet.py
用来添加射击功能。将编写玩家按空格键时发射子弹（小矩形）的代码。子弹将在屏
幕中向上穿行，抵达屏幕上边缘后消失。
* alien.py
alien.py用来控制每个外星人的行为，创建Ship 类那样创建这个类，同样的，需要在alien_invasion.py中创建一个 Alien 实例
* game_stats.py
game_stats.py用于跟踪游戏统计信息，记录飞机被撞了多少次，同时跟踪统计信息还有助于记分。帮助确定外星人与飞机发生碰撞时，该做些什么
* button.py
创建一个 Button 类，用于创建带标签的实心矩形。
* scoreboard.py
为在屏幕上显示得分，需要创建一个新类 Scoreboard 。这个类用于显示当前得分、最高得分、等级和余下的飞机数。同样的在alien_invasion.py中创建一个 Scoreboard 实例
介绍系统的结构，对使用的相关技术，相关模块进，实现功能的原理进行介绍，采用框架图，示例图等进行表述，使人可以对系统的框架和原理有个比较好的把握；
3. 实现代码
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('D:/zixue/python/Project-Alien-Invasion/images/alien.bmp')
self.rect=self.image.get_rect()
#每个外星人最初都在屏幕左上角附近
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)
defblitme(self):
"""在指定位置绘制外星人"""
self.screen.blit(self.image,self.rect)
defcheck_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
defupdate(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
alien_invasion.py
import pygame
from pygame.sprite import Group
from settings import Settings
from game_stats import GameStats
from scoreboard import Scoreboard
from ship import Ship
from button import Button
import game_functions as gf
def run_game():
#初始化pygame、设置和屏幕对象
pygame.init()
ai_settings=Settings() #创建一个Settings实例
screen=pygame.display.set_mode((ai_settings.screen_width,ai_settings.screen_height))
pygame.display.set_caption("飞机大战独眼外星人")
#创建开始按钮
play_button=Button(ai_settings,screen,"Play")
#创建存储游戏统计信息的实例，并创建记分牌
stats=GameStats(ai_settings)
sb=Scoreboard(ai_settings,screen,stats)
#创建一艘飞机、一个子弹编组和一个外星人编组
ship=Ship(ai_settings,screen)
#创建一个用于存储子弹的编组
bullets=Group()
#创建一个外星人
aliens=Group()
#创建外星人群
gf.create_fleet(ai_settings,screen,ship,aliens)
#开始游戏的主循环
while True:
gf.check_events(ai_settings,screen,stats,sb,play_button,ship,aliens,bullets)
if stats.game_active:
ship.update()
gf.update_bullets(ai_settings,screen,stats,sb,ship,aliens,bullets)
gf.update_aliens(ai_settings,stats,screen,sb,ship,aliens,bullets)
gf.update_screen(ai_settings,screen,stats,sb,ship,aliens,bullets,play_button)
run_game()
bullet.py
import pygame
from pygame.sprite import Sprite
class Bullet(Sprite):
"""一个对飞机发射的子弹进行管理的类"""
def__init__(self,ai_settings,screen,ship):
"""在飞机所处的位置创建一个子弹对象"""
super().__init__()
self.screen=screen
#在(0,0)处创建一个表示子弹的矩形，再设置正确的位置
self.rect=pygame.Rect(0,0,ai_settings.bullet_width,ai_settings.bullet_height)
self.rect.centerx=ship.rect.centerx
self.rect.top=ship.rect.top
#存储用小数表示的子弹位置
self.y=float(self.rect.y)
self.color=ai_settings.bullet_color
self.speed_factor=ai_settings.bullet_speed_factor
defupdate(self):
"""向上移动子弹"""
#更新表示子弹位置的小数值
self.y-=self.speed_factor
#更新表示子弹的rect的位置
self.rect.y=self.y
defdraw_bullet(self):
"""在屏幕上绘制子弹"""
pygame.draw.rect(self.screen,self.color,self.rect)
button.py
import pygame.font
class Button():
def__init__(self,ai_settings,screen,msg):
"""初始化按钮的属性"""
self.screen=screen
self.screen_rect=screen.get_rect()
#设置按钮的尺寸和其他属性
self.width,self.height=200,50
self.button_color=(0,255,0)
self.text_color=(255,255,255)
self.font=pygame.font.SysFont(None,48)
#创建按钮的rect对象，并使其居中
self.rect=pygame.Rect(0,0,self.width,self.height)
self.rect.center=self.screen_rect.center
#按钮的标签只需创建一次
self.prep_msg(msg)
defprep_msg(self,msg):
"""将msg渲染为图像，并使其在按钮上居中"""
self.msg_image=self.font.render(msg,True,self.text_color,self.button_color)
self.msg_image_rect=self.msg_image.get_rect()
self.msg_image_rect.center=self.rect.center
defdraw_button(self):
#绘制一个用颜色填充的按钮，再绘制文本
self.screen.fill(self.button_color,self.rect)
self.screen.blit(self.msg_image,self.msg_image_rect)
game_functions.py
import sys
from time import sleep
import pygame
from bullet import Bullet
from alien import Alien
leveling = 2
deffire_bullet(ai_settings,screen,ship,bullets):
"""如果还没有到达限制，就发射一颗子弹"""
#创建一颗子弹，并将其加入到编组bullets中
iflen(bullets) < ai_settings.bullets_allowed:
new_bullet = Bullet(ai_settings, screen, ship)
bullets.add(new_bullet)
def check_keydown_events(event,ai_settings,screen,ship,bullets):
"""响应按键"""
ifevent.key == pygame.K_RIGHT:
#向右移动飞机
ship.moving_right = True
elif event.key == pygame.K_LEFT:
ship.moving_left = True
elif event.key==pygame.K_SPACE:
fire_bullet(ai_settings,screen,ship,bullets)
elif event.key==pygame.K_q:
sys.exit()
def check_keyup_events(event, ship):
"""响应松开"""
ifevent.key == pygame.K_RIGHT:
ship.moving_right = False
elif event.key == pygame.K_LEFT:
ship.moving_left = False
def check_events(ai_settings,screen,stats,sb,play_button,ship,aliens,bullets):
"""响应按键和鼠标事件"""
#监视键盘和鼠标时间
forevent in pygame.event.get():
if event.type == pygame.QUIT:
sys.exit()
elif event.type==pygame.KEYDOWN:
check_keydown_events(event,ai_settings,screen,ship,bullets)
check_keydown_events(event,ai_settings,screen,ship,bullets)
elif event.type==pygame.KEYUP:
check_keyup_events(event,ship)
elif event.type==pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
mouse_x,mouse_y=pygame.mouse.get_pos()
check_play_button(ai_settings,screen,stats,sb,play_button,ship,aliens,bullets,mouse_x,mouse_y)
def check_play_button(ai_settings,screen,stats,sb,play_button,ship,aliens,bullets,mouse_x,mouse_y):
"""在玩家单击Play按钮时开始新游戏"""
button_clicked=play_button.rect.collidepoint(mouse_x,mouse_y)
ifbutton_clicked and not stats.game_active:
#重置游戏设置
ai_settings.initialize_dynamic_settings()
#隐藏光标
pygame.mouse.set_visible(False)
#重置游戏统计信息
stats.reset_stats()
stats.game_active=True
#重置记分牌图像
sb.prep_score()
sb.prep_high_score()
sb.prep_level()
sb.prep_ships()
#清空外星人列表和子弹列表
aliens.empty()
bullets.empty()
#创建一群新的外星人，并让飞机居中
create_fleet(ai_settings,screen,ship,aliens)
ship.center_ship()
defupdate_screen(ai_settings,screen,stats,sb,ship,aliens,bullets,play_button):
"""更新屏幕上的图像，并切换到新屏幕"""
#调用screen.fill 方法：每次循环时都重绘屏幕
screen.fill(ai_settings.bg_color)
#在飞机和外星人后面重绘所有的子弹
forbullet in bullets:
bullet.draw_bullet()
ship.blitme()
aliens.draw(screen)
sb.show_score()
#如果游戏处于非活动状态，就绘制Play按钮
ifnot stats.game_active:
play_button.draw_button()
#让最近绘制的屏幕可见
pygame.display.flip()
defupdate_bullets(ai_settings,screen,stats,sb,ship,aliens,bullets):
"""更新子弹的位置，并删除已消失的子弹"""
#更新子弹的位置
bullets.update()
#删除已消失的子弹
forbullet in bullets.copy():
if bullet.rect.bottom <= 0:
bullets.remove(bullet)
check_bullet_alien_collisions(ai_settings,screen,stats,sb,ship,aliens,bullets)
defcheck_bullet_alien_collisions(ai_settings,screen,stats,sb,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)
ifcollisions:
for aliens in collisions.values():
stats.score+=ai_settings.alien_points*len(aliens)
sb.prep_score()
check_high_score(stats,sb)
iflen(aliens) == 0:
#如果整群外星人都被消灭，就提高一个等级
bullets.empty()
ai_settings.increase_speed()
#提高等级
stats.level+=1
leveling = stats.level
sb.prep_level()
create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)
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)-4) #向下圆整
return number_aliens_x
def create_alien(ai_settings,screen,aliens,alien_number,row_number):
"""创建一个外星人并将其放在当前行"""
alien = Alien(ai_settings, screen)
alien_width = alien.rect.width
alien.x = alien_width + 2 * alien_width * alien_number
alien.rect.x = alien.x
alien.rect.y=alien.rect.height+2*alien.rect.height*row_number
aliens.add(alien)
defcreate_fleet(ai_settings,screen,ship,aliens):
"""创建外星人群"""
#创建一个外星人，并计算每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)
number_rows=get_number_rows(ai_settings,ship.rect.height,alien.rect.height)
#创建外星人群
forrow_number in range(number_rows):
for alien_number in range(number_aliens_x):
create_alien(ai_settings,screen,aliens,alien_number,row_number)
defget_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)+leveling-8)
return number_rows
def check_fleet_edges(ai_settings,aliens):
"""有外星人到达边缘时采取相应的措施"""
foralien in aliens.sprites():
if alien.check_edges():
change_fleet_direction(ai_settings,aliens)
break
defchange_fleet_direction(ai_settings,aliens):
"""将整群外星人下移，并改变它们的方向"""
foralien in aliens.sprites():
alien.rect.y+= ai_settings.fleet_drop_speed
ai_settings.fleet_direction*=-1
defship_hit(ai_settings,stats,screen,sb,ship,aliens,bullets):
"""响应被外星人撞到的飞机"""
ifstats.ships_left > 0:
#将ships_left减1
stats.ships_left-=1
#更新记分牌
sb.prep_ships()
#清空外星人列表和子弹列表
aliens.empty()
bullets.empty()
#创建一群新的外星人，并将飞机放到屏幕底端中央
create_fleet(ai_settings,screen,ship,aliens)
ship.center_ship()
#暂停
sleep(0.5)
else:
stats.game_active=False
pygame.mouse.set_visible(True)
defcheck_aliens_bottom(ai_settings,stats,screen,sb,ship,aliens,bullets):
"""检查是否有外星人到达了屏幕底端"""
screen_rect=screen.get_rect()
foralien in aliens.sprites():
if alien.rect.bottom>=screen_rect.bottom:
#像飞机被撞到一样进行处理
ship_hit(ai_settings,stats,screen,sb,ship,aliens,bullets)
break
defupdate_aliens(ai_settings,stats,screen,sb,ship,aliens,bullets):
"""
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()
#检测外星人和飞机之间的碰撞
ifpygame.sprite.spritecollideany(ship,aliens):
ship_hit(ai_settings,screen,stats,sb,ship,aliens,bullets)
#检查是否有外星人抵达屏幕底端
check_aliens_bottom(ai_settings,stats,screen,sb,ship,aliens,bullets)
def check_high_score(stats,sb):
"""检查是否诞生了新的最高得分"""
ifstats.score>stats.high_score:
stats.high_score=stats.score
sb.prep_high_score()
game_stats.py
class GameStats():
"""跟踪游戏的统计信息"""
def__init__(self,ai_settings):
"""初始化统计信息"""
self.ai_settings=ai_settings
self.reset_stats()
#让游戏一开始处于非活动状态
self.game_active=False
#在任何情况下都不应重置最高得分
self.high_score=0
defreset_stats(self):
"""初始化在游戏运行期间可能变化的统计信息"""
self.ships_left=self.ai_settings.ship_limit
self.score=0
self.level=1
scoreboard.py
import pygame.font
from pygame.sprite import Group
from ship import Ship
class Scoreboard():
"""显示得分信息的类"""
def__init__(self,ai_settings,screen,stats):
"""初始化显示得分涉及的属性"""
self.screen=screen
self.screen_rect=screen.get_rect()
self.ai_settings=ai_settings
self.stats=stats
#显示得分信息时使用的字体设置
self.text_color=(30,30,30)
self.font=pygame.font.SysFont(None,48)
# #准备包含最高得分和当前得分的图像
self.prep_score()
self.prep_high_score()
self.prep_level()
self.prep_ships()
defprep_score(self):
"""将得分转换为一幅渲染的图像"""
rounded_score = round(self.stats.score, -1)
score_str="{:,}".format(rounded_score)
self.score_image=self.font.render(score_str,True,self.text_color,self.ai_settings.bg_color)
#将得分放在屏幕右上角
self.score_rect=self.score_image.get_rect()
self.score_rect.right=self.screen_rect.right-20
self.score_rect.top=20
defshow_score(self):
"""在屏幕上显示飞机和得分"""
self.screen.blit(self.score_image,self.score_rect)
self.screen.blit(self.high_score_image,self.high_score_rect)
self.screen.blit(self.level_image,self.level_rect)
#绘制飞机
self.ships.draw(self.screen)
defprep_high_score(self):
"""将最高得分转换为渲染的图像"""
high_score=round(self.stats.high_score,-1)
high_score_str="{:,}".format(high_score)
self.high_score_image=self.font.render(high_score_str,True,self.text_color,self.ai_settings.bg_color)
#将最高得分放在屏幕顶部中央
self.high_score_rect=self.high_score_image.get_rect()
self.high_score_rect.centerx=self.screen_rect.centerx
self.high_score_rect.top=self.score_rect.top
defprep_level(self):
"""将等级转换为渲染的图像"""
self.level_image=self.font.render(str(self.stats.level),True,self.text_color,self.ai_settings.bg_color)
#将等级放在得分下方
self.level_rect=self.level_image.get_rect()
self.level_rect.right=self.score_rect.right
self.level_rect.top=self.score_rect.bottom+10
defprep_ships(self):
"""显示还余下多少艘飞机"""
self.ships=Group()
for ship_number in range(self.stats.ships_left):
ship=Ship(self.ai_settings,self.screen)
ship.rect.x=10+ship_number*ship.rect.width
ship.rect.y=10
self.ships.add(ship)
settings.py
class Settings():
"""存储的所有设置的类"""
def__init__(self):
"""初始化游戏的静态设置"""
#屏幕设置
self.screen_width=1000
self.screen_height=600
self.bg_color=(230,230,230) #设置背景色:RGB
#飞机的设置
self.ship_speed_factor=1.3
self.ship_limit=10
#子弹设置
self.bullet_speed_factor=3
self.bullet_width=3
self.bullet_height=15
self.bullet_color=60,60,60
self.bullets_allowed=3
#外星人设置
self.alien_speed_factor=1
self.fleet_drop_speed=5
# fleet_direction为1表示向右移，为-1表示向左移
self.fleet_direction=1
#以什么样的速度加快游戏节奏
self.speedup_scale=1.2
#外星人点数的提高速度
self.score_scale=1.2
self.initialize_dynamic_settings()
definitialize_dynamic_settings(self):
"""初始化随游戏进行而变化的设置"""
self.ship_speed_factor=1.5
self.bullet_speed_factor=3
self.alien_speed_factor=1
# fleet_direction为1表示向右；为-1表示向左
self.fleet_direction=1
#记分
self.alien_points=50
defincrease_speed(self):
"""提高速度设置和外星人点数"""
self.ship_speed_factor*=self.speedup_scale
self.bullet_speed_factor*=self.speedup_scale
self.alien_speed_factor*=self.speedup_scale
self.alien_points=int(self.alien_points*self.score_scale)
ship.py
import pygame
from pygame.sprite import Sprite
class Ship(Sprite):
def__init__(self,ai_settings,screen):
"""初始化飞机并设置其初始位置"""
super().__init__()
self.screen=screen
self.ai_settings=ai_settings
#加载飞机图像并获取其外接矩形
self.image=pygame.image.load('D:/zixue/python/Project-Alien-Invasion/images/ship.bmp')
self.rect=self.image.get_rect()
self.screen_rect=screen.get_rect()
#将每艘新飞机放在屏幕底部中央
self.rect.centerx=self.screen_rect.centerx # x坐标
self.rect.bottom=self.screen_rect.bottom # y坐标
#在飞机的属性center中存储小数值
self.center=float(self.rect.centerx)
#移动标志
self.moving_right=False
self.moving_left=False
defupdate(self):
"""根据移动标志调整飞机的位置"""
#更新飞机的center值，而不是rect
if self.moving_right and self.rect.right
self.center +=self.ai_settings.ship_speed_factor
if self.moving_left and self.rect.left>0:
self.center -=self.ai_settings.ship_speed_factor
#根据self.center更新rect对象
self.rect.centerx=self.center
defblitme(self):
"""在指定位置绘制飞机"""
self.screen.blit(self.image,self.rect)
defcenter_ship(self):
"""让飞机在屏幕上居中"""
self.center=self.screen_rect.centerx
4. 实验
5. 总结和展望
游戏关卡设计不够合理，没有呈现明显的难度递增，未加入音效和背景音乐，游戏游玩时显得有点枯燥，不能自定义难度，任意选择关卡，游戏里面没有各种加状态的道具，敌人的攻击模式单一。未来完善时会一一加入，参照飞机大战、雷霆战机等优秀游戏进行修改和加入新功能。