Python学习笔记31：进阶篇(二十)pygame的使用之图形绘制

前言

基础模块的知识通过这么长时间的学习已经有所了解，更加深入的话需要通过完成各种项目，在这个过程中逐渐学习，成长。

我们的下一步目标是完成python crash course中的外星人入侵项目，这是一个2D游戏项目。在这之前，我们先简单学习一下pygame模块。

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Pygame

Pygame是一个开源的Python多媒体开发库，专门用于开发2D游戏。它是Python编程语言的一个扩展，基于 SDL (Simple DirectMedia Layer) 库，提供了丰富的功能来处理图形、声音、事件处理等游戏开发所需的基本要素，使得创建游戏变得更加简单直接。

图形绘制

主要使用pygame.draw模块进行基本图形的绘制，包括矩形，圆形，多边形等。

Surface

Surface 是一个非常核心的概念。Surface 对象可以被理解为一个二维的矩形画布，它有自己的像素格式和尺寸。这个对象允许你在其上绘制图像、图形、文本等内容，并且可以与其他 Surface 对象进行组合或层叠，以构建复杂的游戏画面。

图形绘制的操作，都需要在这个对象上进行。

Surface 对象具有以下特性：

像素访问：你可以直接访问 Surface 上的每一个像素，进行读取或修改。
绘制功能：Surface 提供了多种方法来在上面绘制图形，如 draw.rect(), draw.circle(), draw.line() 等。
转换：你可以使用 convert() 或 convert_alpha() 方法来改变 Surface 的像素格式，以优化性能或支持透明度。
混合：Surface 支持像素级别的混合操作，可以将一个 Surface 的颜色与另一个 Surface 的颜色混合。
复制和剪切：你可以从一个 Surface 复制部分区域到另一个 Surface 上，或者剪切并粘贴。
位图操作：Surface 支持位图操作，如翻转（flip()）和旋转（rotate()）。
blit：这是 Surface 最常用的方法之一，用于将一个 Surface 的内容绘制到另一个 Surface 上。
透明度：Surface 可以设置全局的 alpha 透明度，也可以在绘制时指定局部的透明度。

在 Pygame 中，最常见的 Surface 类型是 Display Surface，它是游戏主窗口的 Surface。你可以使用 pygame.display.set_mode() 来创建一个 Display Surface。此外，你还可以使用 pygame.Surface() 构造函数来创建任意大小和格式的 Surface 对象。

我们的图形绘制，可以简单理解为在主窗口的Surface基础上堆叠自己定义的子Surface。

下面我们通过简单的一个示例，执行了解一下。

import pygame

# 初始化 Pygame
pygame.init()

# 创建一个 Display Surface, 也就是我们说的主窗口
screen = pygame.display.set_mode((800, 600))

# 创建一个额外的 Surface,这个就是我们堆叠在主窗口中的子画布对象
extra_surface = pygame.Surface((200, 100))

# 在 extra_surface 上绘制一个矩形,这些参数在图形绘制里面会讲,这里主要理解Surface堆叠
pygame.draw.rect(extra_surface, (255, 0, 0), (0, 0, 100, 50))

# 将 extra_surface 绘制到 screen (主窗口) 上
screen.blit(extra_surface, (300, 200))

# 更新屏幕显示
pygame.display.flip()

# 点击关闭退出程序,这个后面再讲,代码可以先写上。
while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            exit()

在这里插入图片描述

可以看到，我们的窗口中间有个红色的正方形，这就是我们在新画布上绘制的一个矩形。

这部分主要帮助理解pygame中的类似图层的一种概念，帮助后面在绘制图形和游戏制作的时候不会迷糊。

draw

pygame.draw模块就是我们实际用于绘制图形的模块，当然图形绘制的函数中都有一个参数是Surface，这是绘制图形所需的画布。接下来讲解一下常用的几个图形绘制函数。

矩形(rect)

pygame.draw.rect(Surface, color, Rect, width=0)函数可以绘制矩形。

参数说明：

Surface: 要在其上绘制矩形的窗口或屏幕对象。
color: 矩形的颜色，一个 RGB 值的三元组，其中每个颜色通道的值范围从 0 到 255。例如，纯红色可以用 (255, 0, 0) 表示，纯绿色用 (0, 255, 0)，纯蓝色用 (0, 0, 255)，而白色则是 (255, 255, 255)，黑色是 (0, 0, 0)。
Rect: 矩形的位置和尺寸，格式为 [x坐标, y坐标, 宽度, 高度]。通常以画布左上角顶点为基准位置,即x=0,y=0，区别与一般的坐标轴，y的值都是正值。
width: 矩形的边框宽度，如果为 0 或省略，则矩形将被填充。

接下里看代码和执行结果解释函数。

import pygame
pygame.init()

screen = pygame.display.set_mode((400, 400))
pygame.display.set_caption('Draw Shapes')

# 绘制一个填充的红色矩形
pygame.draw.rect(screen, (255, 0, 0), (50, 50, 100, 100))

# 绘制一个未填充的蓝色矩形，边框宽度为 3
pygame.draw.rect(screen, (0, 0, 255), (150, 150, 100, 100), 3)

# 更新屏幕
pygame.display.flip()

# 点击关闭退出程序,这个后面再讲,代码可以先写上。
while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            exit()

在这里插入图片描述
代码解释如下：
1. 导入pygame。
2. 初始化pygame模块。
3. 创建一个400*400的窗口。
4. 设置窗口名为Draw Shapes。
5. 绘制一个矩形。绘制画布是主窗口(之前讲解Surface的时候用的是新建的字画布，这里直接用窗口，窗口也是画布，都是Surface对象)，设置矩形颜色为红色，设置矩形的信息(50,50,100,100)，宽度为默认值0，也就是说这个矩形会被红色填充。
6. 绘制一个矩形，绘制画布同样是主窗口，设置矩形颜色为蓝色，矩形信息(150,150,100,100)，宽度为3，说明这个矩形是蓝色边框，未被填充的矩形。
7. 更新屏幕，就是把图形更新的到窗口上显示出来。
8. while循环监听事件，如果点击了关闭窗口，我们的Python程序结束。这一步其实是从17行开始的所有代码，后面讲到事件和输入的时候再仔细讲。

通过代码和执行结果，很简单就能矩形的绘制了。那么，关于width参数，如果参数大于等于矩形最大边长，会发生什么呢？大家自行了解。

圆形(circle)

pygame.draw.circle(Surface, color, center, radius, width=0)函数可以绘制圆形。

参数说明：

Surface: 要在其上绘制圆形的窗口或屏幕对象。
color: 圆形的颜色。
center: 圆心的位置，一个二元组 (x, y)。
radius: 圆的半径。
width: 边框宽度，如果为 0 或省略，则圆形将被填充。

圆形的参数就很简单了，不单独讲水字数了，通过代码和执行结果就能明白。

# 省略与矩形绘制相同的代码,后面不在单独注释了
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# 绘制一个填充的红色圆
pygame.draw.circle(screen, (255, 0, 0), (200, 100), 50)

# 绘制一个未填充的绿色圆
pygame.draw.circle(screen, (0, 255, 0), (200, 200), 50, 5)

# 省略与矩形绘制相同的代码,后面不在单独注释了
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在这里插入图片描述
执行结果如上图，圆心坐标的基准值依旧是窗口左上角顶点为坐标轴顶点。

多边形(polygon)

pygame.draw.polygon(Surface, color, pointlist, width=0)函数用于绘制多边形。

参数说明：

Surface: 要在其上绘制多边形的窗口或屏幕对象。
color: 多边形的颜色。
pointlist: 多边形顶点的列表，每个顶点是一个二元组 (x, y)。
width: 边框宽度，如果为 0 或省略，则多边形将被填充

参数大同小异，区别在顶点坐标的元组。也就是说我们绘制多边形的时候，如果想绘制等边多边形，必须自己计算好坐标的值，都学Python了，肯定不能硬算，写个程序计算各个坐标吧。

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# 绘制一个填充的不知道啥颜色的多边形
pygame.draw.polygon(screen, (125, 125, 125), ((250, 50), (350, 50), (350, 150), (250, 150)))

# 绘制一个未填充的不知道啥颜色的多边形
pygame.draw.polygon(screen, (125, 125, 125), ((250, 150), (350, 150), (350, 250), (250, 250)), 5)

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在这里插入图片描述
注意看，我们通过多边形的函数，画出了一个正方形并设置了一个灰色的参数。这里要注意的是，这个顶点的坐标元组，每个顶点的左边必须按正常绘画顺序来添加。比如正方是的左边顶点分别为AB,右边顶点分别为CD。那么我们在设置顶点元组的顺序时，必须按照绘画顺序也就是A=>B=>D=>C或者A=>D=>C=>B这样的顺序添加顶点坐标到元组。当然你也可以试试不按顺序。

线条(line)

pygame.draw.line(Surface, color, start_pos, end_pos, width)函数可以绘制出线条，或者说是线段。

参数说明：

Surface: 要在其上绘制线条的窗口或屏幕对象。
color: 线条的颜色。
start_pos: 线条起点的位置，一个二元组 (x, y)。
end_pos: 线条终点的位置，一个二元组 (x, y)。
width: 线条的宽度，必填！！！线条没有填充的说法，必填宽度。

线条的绘制比较简单，就标两个点的坐标就行，当然线条没有填充这个说法，宽度参数就是线条的宽度。简单过一下。

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# 绘制一个绿色线条
pygame.draw.line(screen, (0, 255, 0), (400, 50), (400, 250), 1)

# 绘制一个绿色线条
pygame.draw.line(screen, (0, 255, 0), (450, 50), (450, 250), 5)

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在这里插入图片描述

椭圆(ellipse)

pygame.draw.ellipse(Surface, color, Rect, width=0)函数可以绘制椭圆。

参数说明：

Surface: 要在其上绘制椭圆的窗口或屏幕对象。
color: 椭圆的颜色。
Rect: 椭圆的边界矩形，格式为 [x坐标, y坐标, 宽度, 高度]。
width: 边框宽度，如果为 0 或省略，则椭圆将被填充。

看参数的话，椭圆的绘制和矩形的绘制差不多，底层应该是用矩形的边界确定椭圆的长边和短边然后绘制出椭圆，也简单过一下就好。

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# 绘制一个填充的红色椭圆
pygame.draw.ellipse(screen, (0, 0, 255), (550, 50, 150, 100))


# 绘制一个未填充的蓝色椭圆，边框宽度为 3
pygame.draw.ellipse(screen, (0, 0, 255), (550, 150, 150, 100), 3)

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