pygame 開發之打磚塊遊戲


一個類似壁球的遊戲。使用者以滑鼠控制畫面底部一個只能左右橫移的球拍,攔截並反擊一個或多個紅色球,讓球去撞擊畫面上部一堵由磚塊排列而成的磚牆。磚塊受撞擊後即消失,並得到分數。有些特殊磚塊(有紅點標記)被敲擊消失後,會釋放額外的紅利球,加速敲磚塊的速度。相對也使遊戲更加繁忙刺激。
主畫面
球拍擊球的瞬間,可以藉由快速移動球拍速度,改變球速的水平分量,製造類似切球之效果。如此可以控制球回彈之方向,企圖集中打穿牆的某處。讓球進入牆上方狹窄空間,自行在該空間彈跳,自動敲磚牆。

如果使用者未能攔截下墜的球,導致球在下邊界出界,及損失該顆球,然後在畫面中央發出下一顆球繼續。除了紅利球之外,遊戲一共有3顆球可使用。

遊戲開始之初,先設定發球的垂直速度(1~10)。速度越快,就能更短時間敲完磚牆,相對就更刺激,困難度更高。另外,也可設定磚牆的行列數(最大20X10)
打磚塊遊戲 Youtube demo https://youtu.be/ewWZ2fAHadQ

遊戲設定


一. 程式發想

遊戲的主角"球"在2D平面上移動,有水平及垂直之速度分量(speed_x, speed_y),事實上就是每次畫面更新時,球在水平及垂直方向位移多少像素。當球遇到邊界或是球拍、磚牆時,發生反彈,就是將其速度分量反向(乘以-1)。遇到左右邊界時,speed_x反向。遇到上邊界、磚牆、或是球拍時,speed_y反向。除此之外,遇到磚牆時,將碰到的磚塊消失,分數累加。遇到球拍時,除了speed_y反向之外,另以球拍的速度加入speed_x,產生切球效果。
為了達到上述目的,首先檢視pygame提供那些物件及功能,可以幫我們達成上述之邏輯運作。

pygame.Rect

在遊戲畫面處理的基本元素是切割成矩形小塊來貼圖、移動、複製、或是干涉(碰撞)檢查。Rect提供矩形基本運算。與其說其是個物件,倒不如說它只是個純放矩形左上角原點座標及長寬值的structure來得恰當。其創建如下:

Rect(left, top, width, height) -> Rect

pygame.sprite

sprite中文翻譯為"精靈",顧名思義就是遊戲中跑來跑去的玩家、怪物、寶物等。在這個name space底下定義了SpriteGroup這二個代表性類別。事實上pygame也沒提供很多實質的功能,許多地方都只是抽象函式,使用者自己必須撰寫該部分實現程式碼。這些抽象類別只是個介面定義,讓繼承之衍生類別,可以統一套用至其他功能類別之作動模式。例如Sprite有個update()方法,在遊戲主迴圈當中每一輪皆以群組方式呼叫之。群組中的所有sprite成員皆執行各自的update()進行屬於自己的更新項。Sprite尚有imagerect這二個屬性,為其畫面貼圖的矩形圖塊及矩形原點/長寬大小資訊。然而這二個重要屬性卻未強制定義於原型Sprite當中,要使用者自己記得在創建子當中加入,否則許多地方(例如碰撞檢查)會出找不到rect屬性的exception。這點就比較不符OOP原則。
Group這個類別是一個存放多個sprites的list容器,方便對容器內的所有成員集體執行作動。例如Group.update()呼叫每一個成員sprite的update()Group.clear()將每一個成員所佔據畫面的rect區域,以background塗銷,再執行Group.draw()以每個成員sprite的image貼回所在rect矩形區域。除此之外
pygame.sprite.spritecollide(sprite, group)->Sprite_list
以Group為引數帶入,檢查第一個引數(sprite)有跟Group內那些成員碰撞(rect有重疊到),回傳有發生碰撞到的sprites成員list。
另外尚有DirtySprite多了Dirty標記,控制那些sprite有變動,只針對性執行部分更新。LayeredUpdateOrderedUpdate導入圖層順序概念,控制那些sprites先重繪,那些在上層的sprites後繪,滿足畫面有交疊情況之可受控更新。這裡沒用到,就族繁不及備載。

pygame.mouse

取得或設定滑鼠相關資訊,這裡只用到get_pos()->(x,y)取得目前滑鼠游標在畫面上之座標。get_rel()->(x,y)取得上次呼叫這個函式至這次呼叫這函式,這期間滑鼠游標在畫面上移動量(座標差值)

pygame.mixer

載入音效檔及播放。Sound(filename) -> Sound載入音效檔。僅支援副檔名 .ogg 及 .wav之音效檔。play(loops=0) -> Channel開始播放,loops為播放重複次數。若設-1則無限次數循環,直到Sound.stop()。播放為背景執行,程式不會卡在這行等它播完才執行下一行,而是"射後不理"直接跳下一行繼續執行。因為可以多聲道(channel)播放,因此若要換場景播放不同音效,要先將上一個Sound.stop(),再play()下一個。若程式可能執行太快換場景,造成音效來不及播完,可以在play()之後加入一行pygame.time.wait(delay_time)暫停程式執行一段時間,等音效播完後再繼續。

pygame.time

精確掌控程式執行時間。Clock.tick(framerate=0)確保畫面更新率不會高於設定之每秒禎數。一般遊戲執行時,是在一個無窮迴圈的每一輪迴更新畫面一次(禎)。如同電影播放視覺暫留之原理,每秒更新30禎即會有動畫之效果。pygame.time.set_timer(event, millis)啟動一個timer,於指定的週期時間發出一個user event。用於事件導向之程式寫法。pygame.time.wait(delay_time)暫停程式執一段時間。

綜合上述pygame所提供的功能,本遊戲程式雛形安排如下:

  • 球(Ball)、球拍(Racket)、磚塊(Brick),這三者定義成繼承自pygame.sprtie.Sprite之衍生類別,其中磚塊多一個布林屬性(bonus_ball),為帶有紅利球的特殊磚塊。
  • 磚牆(Wall)定義為繼承自pygame.sprite.Group之衍生類別。創建時,以雙層for迴圈創建行列排列之磚塊,加入wall群組。
  • 球(Ball)類別具有垂直速度及水平速度分量(speed_x, speed_y)屬性,為整數型別(像素)。其update()函式執行rect.move_ip(speed_x, speed_y)將球位移至新標。
  • 球拍(Racket)類別在update()函式執行時利用py.mouse.get_pos()[0]取得滑鼠目前x軸座標,用來定位球拍rect之座標。另有水平速度(speed_racket)之整數型別屬性,利用py.mouse.get_rel()[0]取得上次呼叫這個函式至這次呼叫這函式,這期間滑鼠游標在畫面上移動量(只取x軸)作為其水平速度。
  • 檢查球有沒有碰撞到球拍,用py.sprite.collide_rect(ball, racket) -> bool。檢查球有沒有敲到哪一個磚塊,用py.sprite.spritecollideany(aBall, wall) -> brick
  • 在場上活動的球(正常發出的球及敲到特殊磚塊獲得的紅利球)皆收納於balls群組(pygame.sprite.Group)。球出界及磚塊被敲到,以ball.kill()brick.kill()從群組中移除。

二. 程式架構

單獨另一個檔案(spriteObject.py)定義Sprite及Group物件

class Racket(py.sprite.Sprite):
    def __init__(self):
        self.image=...
        self.rect=self.image.get_rect()
    def update(self):
        ....

class Ball(py.sprite.Sprite):
    def __init__(self,x,y,speedY):
        .....
    def update(self):
        .....

class Brick(py.sprite.Sprite):
    def __init__(self,x,y):
        .....

class Wall(py.sprite.Group):
    def __init__(self,dimI,dimJ,x,y):
        .....
        for i in range(dimI):              # 雙層for迴圈,創建磚塊加入wall群組,並行列座標安排
            for j in range(dimJ):
                brick = Brick(x+40*i, y+20*j)
                self.add(brick)

程式主流程如下:

  1. 開啟tkinter視窗,讓使用者自己設定球速及磚牆行列數。
  2. 載入音樂檔等資源
  3. 創建螢幕背景畫面
  4. 創建個物件及群組。
  5. 初始化全域變數。
  6. 進入無窮迴圈,持續執球與邊界/球拍/磚牆之碰撞檢查,更新場上所有sprites,更新畫面。
import ....

window = tk.Tk() # tkinter開窗設定遊戲難易程度
....
music_stage1 = py.mixer.Sound("./music/stage1.wav") #音樂檔載入
.....
W,H=800,900    #畫面尺寸
screen = py.display.set_mode([W, H]) #創建螢幕畫面
#創建精靈元件
racket=spriteObject.Racket()
ball=spriteObject.Ball(300,300,speedY)
balls = py.sprite.Group(ball)
wall = spriteObject.Wall(wall_X,wall_Y,20,100)
......... #初始化全域變數

while not GG:              #遊戲開始進行,畫面持續更新之無窮迴圈
    screen.blit(background,(0,0)) #先將畫面全部塗銷
    allSprites.update()           #執行所有sprites之update() 
    for aBall in balls:           #因場上可能同時會有一個以上的球,
        if aBall碰到左或右邊界:     #用for 迴圈一個個球依次處理
            speed_x = speed_x * (-1) #水平速度反向
        if aBall碰到上邊界:
            speed_y = speed_y * (-1) #垂直速度反向
        if aBall超出下邊界:
            aBall.kill()
            if 還有餘球: 再發一顆球
            else: GG=True
        if aBall撞到球拍:
            speed_y = speed_y * (-1) #垂直速度反向
            speed_x = speed_x + speed_racket #切球效果
        if aBall撞到某brick:
            分數 += 1
            speed_y = speed_y * (-1) #垂直速度反向
            brick.kill()
            if brick有紅利球: 釋放紅利求於場上
    allSprites.draw(screen) #所有sprites重新貼圖
    記分板文字更新
    py.display.flip()    #畫面翻新
    clock.tick(40)       #同步時間,使得每秒40禎畫面

三、程式實作(Repl.it)

打磚塊遊戲程式
或是至Github下載

#pygame example






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