如何用 Python 實現超級瑪麗的人物行走和碰撞檢測？
功能介紹git
人物行走github
人物的行走速度這邊分紅水平方向（X軸）和豎直方向（Y軸），水平方向的速度要考慮加速度和摩擦力，豎直方向的速度要考慮重力加速度。web
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水平方向：設定X軸向右走的速度爲大於0，向左走的速度爲小於0；shell
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豎直方向：設定Y軸向下的速度爲大於0，向上的速度爲小於0。數組
遊戲中的人物有下面幾個主要的狀態：app
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站立不動：水平方向速度爲0，且豎直方向站在某個物體上。ide
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向左或向右走：水平方向速度的絕對值大於0，且豎直方向站在某個物體上。函數
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向上跳：豎直方向方向速度小於0，且上方沒有碰到某個物體，同時須要玩家按住jump鍵。ui
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向降低落：豎直方向方向速度大於0或者玩家沒有按住jump鍵，且下方沒有碰到某個物體。idea
向上跳和向降低落的狀態判斷可能一開始比較難理解，能夠看後面的具體實現，目的是若是玩家長按jump鍵時，可讓人物跳的更高。
上面的判斷是否站在某個物體上，或者是否碰到某個物體，就須要用到物體之間的碰撞檢測。
碰撞檢測
對於遊戲中出現的每同樣東西，好比磚塊，箱子，水管，地面，還有人物均可以當作是一個獨立的物體，因此每一個物體類都繼承了pygame的精靈類pg.sprite.Sprite，可使用精靈類提供的碰撞檢測函數來判斷。
設置source\constants.py 中的變量DEBUG值爲True，能夠看到圖1的遊戲截圖，好比最簡單的地面，能夠當作是一個長方形的物體。
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下方紅色的長方形物體就是地面（ground）；
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右邊的幾個紅色小方塊是階梯（step）；
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左邊空中的像牆同樣的是磚塊（brick）；
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帶問號的是箱子（box）。
由於人物是站在地面上，且水平速度爲0，因此當前的人物狀態就是站立不動。
圖1
遊戲代碼
遊戲實現代碼的github連接：https://github.com/marblexu/PythonSuperMario.git
這邊是csdn的下載連接：https://download.csdn.net/download/marble_xu/11391533
代碼介紹
人物行走代碼
有一個單獨的人物類，在source\components\player.py 中，其中有個handle_state 函數，根據人物當前的狀態執行不一樣的函數。
爲了簡潔下面全部函數中將不相關的代碼都省略掉了。
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)
人物的狀態就是上面說的4個狀態：
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站立不動：c.STAND
-
向左或向右走：c.WALK
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向上跳：c.JUMP
-
向降低落：c.FALL
人物類關於行走速度的成員變量先了解下：
水平方向相關的：
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x_accel：水平方向的加速度，值大於0，不區別方向。
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max_x_vel：水平方向的最大速度，值大於0，不區別方向。
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x_vel：水平方向的速度，值大於0表示向右走，值小於0表示向左走。
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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。
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facing_right：值爲True表示當前是向右走，值爲False表示當前是向左走，這個是用來設置人物的圖像。
豎直方向相關的：
-
gravity：重力加速度，值大於0，表示方向向下。
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jump_vel：起跳時豎直方向的初始速度，值小於0，表示方向向上。
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y_vel：豎直方向的速度。
看下最複雜的 walking 函數，keys數組是當前按下的鍵盤輸入，tools.keybinding中值的含義以下：
keybinding = {
'action':pg.K_s,
'jump':pg.K_a,
'left':pg.K_LEFT,
'right':pg.K_RIGHT,
'down':pg.K_DOWN
}
-
先根據當前是否有按下 keybinding[‘action’] 鍵來設置不一樣的最大水平方向速度和水平方向加速度。
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若是有按下 keybinding[‘jump’] 鍵，則設置人物狀態爲c.JUMP，初始化豎直方向的速度。
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若是有按下keybinding[‘left’]鍵，表示要向左走，若是 x_vel 大於0，表示以前是向右走的，因此設置一個轉身的加速度爲SMALL_TURNAROUND，而後調用cal_vel 函數根據以前的速度和加速度，計算出當前的速度。
-
若是有按下keybinding[‘right’]鍵，表示要向右走，和上面相似。
-
若是沒有按下keybinding[‘left’]鍵和keybinding[‘right’]鍵，就像有摩擦力的存在，則水平方向的速度會慢慢變成0，若是 x_vel 值爲0，則設置人物狀態爲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 函數：
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開始gravity 設爲 c.JUMP_GRAVITY，能夠看到JUMP_GRAVITY 比GRAVITY值小不少，若是玩家長按jump鍵時，可讓人物跳的更高。
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若是豎直方向速度y_vel 大於0，表示方向向下，則設置人物狀態爲c.FALL。
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若是按下 keybinding[‘left’]鍵或 keybinding[‘right’]鍵，則計算水平方向的速度。
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若是沒有按 keybinding[‘jump’]鍵，則設置人物狀態爲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函數和 falling 函數比較簡單，就省略了。
碰撞檢測代碼
人物的碰撞檢測代碼在 source\states\level.py 中的入口是update_player_position函數 ，能夠看到這邊分紅水平方向和豎直方向：
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根據人物的水平方向速度x_vel 更新人物的X軸位置，同時人物的X軸位置不能超出遊戲地圖的X軸範圍，而後調用check_player_x_collisions函數進行水平方向的碰撞檢測。
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根據人物的豎直方向速度y_vel 更新人物的Y軸位置，而後調用check_player_y_collisions函數進行豎直方向的碰撞檢測。
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()
具體實現時將同一類物體放在一個pygame.sprite.Group類中：
pygame.sprite.Group A container class to hold and manage multiple Sprite objects. Group(*sprites) -> Group
這樣每次調用pg.sprite.spritecollideany 函數就能判斷人物和這一類物體是否有碰撞。
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
不一樣物體的group以下，另外敵人，金幣和蘑菇等物體的碰撞檢測先忽略。
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ground_step_pipe_group：地面，階梯和水管的group。
-
brick_group：磚塊的group, 若是是金幣磚塊，從下面碰撞會獲取金幣。
-
box_group：箱子的group，從下面碰撞箱子能夠出現金幣，蘑菇，花等的獎勵。
由於不一樣種類group撞擊時，後續產生的結果會有區別，全部須要對每一類group分別進行碰撞檢測。
X軸方向上面3類group若是檢測到有碰撞時，會調用adjust_player_for_x_collisions 函數，來調整人物的X軸位置。
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 函數先根據人物和碰撞物體的X軸相對位置，判斷人物在碰撞物體的左邊仍是右邊，來調整人物的X軸位置，而後設置人物水平方向的速度爲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 函數也是對不一樣group分別進行碰撞檢測，Y軸方向這3類group若是檢測到有碰撞時，會調用adjust_player_for_y_collisions 函數，來調整人物的Y軸位置。
最後調用check_is_falling函數判斷人物是否要設成向降低落的狀態。
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 函數先根據人物和碰撞物體的Y軸相對位置，判斷人物在碰撞物體的下邊仍是上邊，來調整人物的Y軸位置：
-
若是人物在碰撞物體的下邊，則有一個反彈的效果，設置人物的豎直方向速度爲7，調整人物的Y軸位置，設置人物狀態爲c.FALL。若是碰撞物體爲磚塊或箱子，還要進行後續處理。
-
若是人物在碰撞物體的上邊，設置人物的豎直方向速度爲0，調整人物的Y軸位置，通常狀況下設置人物狀態爲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函數 判斷人物下方是否有物體，有個小技巧，就是先將人物的Y軸位置向下移動1，而後判斷和上面三類group是否有碰撞：
-
若是沒有碰撞，表示人物下方沒有物體，這時候若是人物狀態不是 c.JUMP 和一些特殊狀態，就設置人物狀態爲 c.FALL。
-
若是有碰撞，則不用管。
最後將人物的Y軸位置恢復（向上移動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
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