Pygame学习笔记 4 —— 时间与运动

还记得我们在之前的程序中如何让兔子动起来的吗，没错，使用event模块检测键盘事件，改变绘图的坐标，画面刷新后兔子就移动了。接下来我们细说如何精确控制时间和运动。

主要内容： pygame的时间模块、动画的速度、向量的引入

一、pygame的时间模块

time模块是pygame用来监测时间流动的模块。由于不同的电脑CPU处理指令的速度不同，性能有差异，对于同一个pygame游戏的动画就会出现动画速度不一致的现象。因此，有必要使用time模块来控制速度。

time模块： 常用函数

pygame.time模块有很多测量时间的函数，它们的返回值都是一个常数，代表流逝的时间。pygame的时间是以毫秒(millisecond)来计算的，pygame中含有一个常量TIMER_RESOLUTION标记了一毫秒的长度。

1、pygame.time.get_ticks
语法：get_ticks() -> milliseconds
说明：返回值代表了自pygame.init()被调用以来经过的时间。在pygame.init()被调用之前，返回值始终为0

2、pygame.time.wait
语法：wait(milliseconds) -> time
说明：程序暂停给定的毫秒数。该函数占用很少的CPU使劲按，精度略低于delay()函数。

3、pygame.time.delay
语法：delay(milliseconds) -> time
说明：程序暂停给定的毫秒数。它使用CPU来精确控制时间，精确度高。

4、pygame.time.Clock
语法：Clock) -> Clock
说明：该函数返回一个跟踪时间的对象，该对象有很多计算时间的函数。
帧率：FPS（frame per second），代表了游戏画面的刷新速度，一般60帧的刷新频率就可以让画面看起来光滑逼真，对更高的帧率人眼基本上察觉不到变化了。

Clock对象 ：常用函数

1、tick
语法：tick(framerate=0) -> milliseconds
说明：可以说，这个函数是非常好用了。在每一次画面刷新时，这个函数都会被调用，它返回距离上一次被调用经过的时间。如果传入可选的参数framerate，如下面的例子，此时该函数会产生延迟使游戏刷新频率低于40。

clock = pygame.time.Clock()
while True:time_passed = clock.tick(40)...

2、tick_busy_loop
语法：tick_busy_loop(framerate=0) -> milliseconds
说明：使用同tick()一样，只不过这个函数牺牲更多CPU时间来换取精确度

3、get_fps
语法：get_fps() -> float
说明：利用最后10次调用的Clock.tick()的返回值的平均值计算帧率并返回。

二、动画的速度

前面提到了动画的速度，如果不使用时间模块来控制，系统的程序在不同的机器上运行结果可能不一样。还记得我们在讨论键盘事件时做的动画吗，兔子?跑的特别快。这里，我们试试用time模块来控制速度：
我们知道，位移(displacement) = 速度(velocity) * 时间(time)，而对于pygame窗口来说，surface对象的移动是在不同坐标的绘制，我们只需要控制在相同时间里，坐标(x, y)的增量相同就可以啦。先看几行代码：

import pygame, sys
from pygame.locals import *pygame.init()
pygame.display.set_caption("constant speed")
screen = pygame.display.set_mode((640,480), 0, 32)
rabbit = pygame.image.load("rabbit.png")(x, y) = (0, 0)
speed = 100
clock = pygame.time.Clock()while True:for event in pygame.event.get():if event.type == QUIT:pygame.quit()sys.exit()# 计算时间并转化为secondstime_passed = clock.tick(2)time_passed_seconds = time_passed / 1000x += time_passed_seconds * speedy += time_passed_seconds * speedscreen.fill((200,200,255))screen.blit(rabbit, (x, y))pygame.display.update()

上面的代码使用了Clock对象，坐标(x, y)的值由speed和时间控制，兔兔?每秒钟只移动100(speed = 100)个像素，下面是关键代码。
刷新频率只是影响了运动的平滑程度，不影响移动的平均速度，比如我们把frame rate设为1，则隔1秒小兔子移动100px，而设置为2时，可以发现每0.5秒小兔子移动50px，结果一样，可以实践验证。

clock = pygame.time.Clock()
while True:time_passed = clock.tick(2)time_passed_seconds = time_passed / 1000x += time_passed_seconds * speedy += time_passed_seconds * speed

三、向量的引入

数学对向量的定义是带方向的量，在pygame里面，向量只不过是一个元组，我们可以自己编写一个向量类，包含获取模magnitude()、标准化normalize()以及各种重载运算符等方法。不过也利用现成的向量库可以使用，gameobjects库包含了Vector2、Vector3、Vector4等向量模块，下载一个gameobjects库，可以方便的在pygame中使用向量。

Vector2 —— 使用

step1：导入类

from gameobjects.vector2 import Vector2

step2：创建类对象

vector = Vector(3, 4)

step3：调用类方法

x = vector.get_x()
mag = vector.get_magnitude()
vector_normalized = vector.get_normalized()

Vector2 —— 主要函数

函数	功能
Vector(x, y)	构造函数，生成vector对象
get_x()	返回向量的x分量
set_x()	返回向量的x分量
get_length()	返回向量的长度
normalise()	将原向量标准化
get_normalise()	返回单位化的向量，不修改原向量
运算符重载	加、减、乘、（不）等于判断
from_points(p1, p2)	返回从点p1到点p2的向量

Vector2 —— 应用

下面，我们利用向量来实现兔子追胡萝卜的动画，代码如下：

import pygame, sys
from pygame.locals import *
from gameobjects.vector2 import Vector2pygame.init()pygame.display.set_caption("rabbit eat carrot")
screen = pygame.display.set_mode((640, 480), 0, 32)
rabbit = pygame.image.load("rabbit.png")
carrot = pygame.image.load("carrot.png")speed = 100
direction = Vector2()
position = Vector2(300, 220)
clock = pygame.time.Clock()while True:for event in pygame.event.get():if event.type == QUIT:pygame.quit()sys.exit()width = carrot.get_width()height = carrot.get_height()destination = (Vector2(*pygame.mouse.get_pos()) - Vector2(width/2, height/2))vector_to_mouse = Vector2.from_points(position, destination).get_normalised()time_passed = clock.tick()time_passed_seconds = time_passed / 1000position.x += time_passed_seconds*speed*vector_to_mouse.xposition.y += time_passed_seconds*speed*vector_to_mouse.yscreen.fill((255, 255, 255))screen.blit(carrot, destination)screen.blit(rabbit, position)pygame.display.update()

我们使用了clock和speed常量来控制兔子的移动速度，使用从兔子当前位置position到鼠标destination方向上的单位向量vector_to_mouse控制兔子的运动方向。兔兔吃胡萝卜的GIF如下 (●’◡’●)

第四篇pygame学习笔记完结 cheers! ?

附上：代码压缩包
提取码：j8th

参考博客：用Python和Pygame写游戏-从入门到精通
图标引用：Iconfont