Python 超级玛丽代码实现:人物行走和碰撞检测

功能介绍

人物行走

人物的行走速度这边分成水平方向（X轴）和竖直方向（Y轴），水平方向的速度要考虑加速度和摩擦力，竖直方向的速度要考虑重力加速度。

水平方向：设定X轴向右走的速度为大于0，向左走的速度为小于0
竖直方向：设定Y轴向下的速度为大于0，向上的速度为小于0

游戏中的人物有下面几个主要的状态：

站立不动：水平方向速度为0，且竖直方向站在某个物体上。
向左或向右走：水平方向速度的绝对值大于0，且竖直方向站在某个物体上。
向上跳：竖直方向方向速度小于0，且上方没有碰到某个物体，同时需要玩家按住jump键。
向下降落：竖直方向方向速度大于0或者玩家没有按住jump键，且下方没有碰到某个物体。

向上跳和向下降落的状态判断可能一开始比较难理解，可以看后面的具体实现，目的是如果玩家长按jump键时，可以让人物跳的更高。

上面的判断是否站在某个物体上，或者是否碰到某个物体，就需要用到物体之间的碰撞检测。

碰撞检测

对于游戏中出现的每一样东西，比如砖块，箱子，水管，地面，还有人物都可以看成是一个独立的物体，所以每个物体类都继承了pygame的精灵类pg.sprite.Sprite，可以使用精灵类提供的碰撞检测函数来判断。

设置sourceconstants.py 中的变量DEBUG值为True，可以看到图1的游戏截图，比如最简单的地面，可以看成是一个长方形的物体。

下方红色的长方形物体就是地面（ground）
右边的几个红色小方块是阶梯（step）
左边空中的像墙一样的是砖块（brick）
带问号的是箱子（box）

因为人物是站在地面上，且水平速度为0，所以当前的人物状态就是站立不动。

游戏代码

游戏实现代码的github链接超级玛丽

这边是csdn的下载链接超级玛丽

代码介绍

人物行走代码

有一个单独的人物类，在sourcecomponentsplayer.py 中，其中有个handle_state 函数，根据人物当前的状态执行不同的函数。

为了简洁下面所有函数中将不相关的代码都省略掉了。

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 2  def handle_state(self, keys, fire_group):
 3         if self.state == c.STAND:
 4             self.standing(keys, fire_group)
 5         elif self.state == c.WALK:
 6             self.walking(keys, fire_group)
 7         elif self.state == c.JUMP:
 8             self.jumping(keys, fire_group)
 9         elif self.state == c.FALL:
10             self.falling(keys, fire_group)

人物的状态就是上面说的4个状态：

站立不动：c.STAND
向左或向右走：c.WALK
向上跳：c.JUMP
向下降落：c.FALL

人物类关于行走速度的成员变量先了解下：

水平方向相关的

x_accel：水平方向的加速度，值大于0，不区别方向。
max_x_vel：水平方向的最大速度，值大于0，不区别方向。
x_vel：水平方向的速度，值大于0表示向右走，值小于0表示向左走。
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。
facing_right：值为True表示当前是向右走，值为False表示当前是向左走，这个是用来设置人物的图像。

竖直方向相关的

gravity：重力加速度，值大于0，表示方向向下。
jump_vel：起跳时竖直方向的初始速度，值小于0，表示方向向上。
y_vel：竖直方向的速度。

看下最复杂的 walking 函数，keys数组是当前按下的键盘输入，tools.keybinding中值的含义如下：

1 keybinding = {
2     'action':pg.K_s,
3     'jump':pg.K_a,
4     'left':pg.K_LEFT,
5     'right':pg.K_RIGHT,
6     'down':pg.K_DOWN
7 }

先根据当前是否有按下 keybinding[‘action’] 键来设置不同的最大水平方向速度和水平方向加速度。
如果有按下 keybinding[‘jump’] 键，则设置人物状态为c.JUMP，初始化竖直方向的速度
如果有按下keybinding[‘left’]键，表示要向左走，如果 x_vel 大于0，表示之前是向右走的，所以设置一个转身的加速度为SMALL_TURNAROUND，然后调用cal_vel 函数根据之前的速度和加速度，计算出当前的速度。
如果有按下keybinding[‘right’]键，表示要向右走，和上面类似
如果没有按下keybinding[‘left’]键和keybinding[‘right’]键，就像有摩擦力的存在，则水平方向的速度会慢慢变成0，如果 x_vel 值为0，则设置人物状态为c.STAND。

 1   def walking(self, keys, fire_group):        
 2         if keys[tools.keybinding['action']]:
 3             self.max_x_vel = self.max_run_vel
 4             self.x_accel = self.run_accel
 5         else:
 6             self.max_x_vel = self.max_walk_vel
 7             self.x_accel = self.walk_accel
 8         
 9         if keys[tools.keybinding['jump']]:
10             if self.allow_jump:
11                 self.state = c.JUMP
12                 if abs(self.x_vel) > 4:
13                     self.y_vel = self.jump_vel - .5
14                 else:
15                     self.y_vel = self.jump_vel
16                 
17         if keys[tools.keybinding['left']]:
18             self.facing_right = False
19             if self.x_vel > 0:
20                 self.frame_index = 5
21                 self.x_accel = c.SMALL_TURNAROUND
22          
23             self.x_vel = self.cal_vel(self.x_vel, self.max_x_vel, self.x_accel, True)
24         elif keys[tools.keybinding['right']]:
25             self.facing_right = True
26             if self.x_vel < 0:
27                 self.frame_index = 5
28                 self.x_accel = c.SMALL_TURNAROUND
29             
30             self.x_vel = self.cal_vel(self.x_vel, self.max_x_vel, self.x_accel)
31         else:
32             if self.facing_right:
33                 if self.x_vel > 0:
34                     self.x_vel -= self.x_accel
35                 else:
36                     self.x_vel = 0
37                     self.state = c.STAND
38             else:
39                 if self.x_vel < 0:
40                     self.x_vel += self.x_accel
41                 else:
42                     self.x_vel = 0
43                     self.state = c.STAND
44    
45    def cal_vel(self, vel, max_vel, accel, isNegative=False):
46         """ max_vel and accel must > 0 """
47         if isNegative:
48             new_vel = vel * -1
49         else:
50             new_vel = vel
51         if (new_vel + accel) < max_vel:
52             new_vel += accel
53         else:
54             new_vel = max_vel
55         if isNegative:
56             return new_vel * -1
57         else:
58             return new_vel

再看下jumping 函数，

开始gravity 设为 c.JUMP_GRAVITY，可以看到JUMP_GRAVITY 比GRAVITY值小很多，如果玩家长按jump键时，可以让人物跳的更高。
如果竖直方向速度y_vel 大于0，表示方向向下，则设置人物状态为c.FALL
如果按下 keybinding[‘left’]键或 keybinding[‘right’]键，则计算水平方向的速度。
如果没有按 keybinding[‘jump’]键，则设置人物状态为c.FALL

 1 JUMP_GRAVITY = .31
 2 GRAVITY = 1.01
 3 
 4     def jumping(self, keys, fire_group):
 5         """ y_vel value: positive is down, negative is up """  
 6         self.allow_jump = False
 7         self.frame_index = 4
 8         self.gravity = c.JUMP_GRAVITY
 9         self.y_vel += self.gravity
10         
11         if self.y_vel >= 0 and self.y_vel < self.max_y_vel:
12             self.gravity = c.GRAVITY
13             self.state = c.FALL
14 
15         if keys[tools.keybinding['right']]:
16             self.x_vel = self.cal_vel(self.x_vel, self.max_x_vel, self.x_accel)
17         elif keys[tools.keybinding['left']]:
18             self.x_vel = self.cal_vel(self.x_vel, self.max_x_vel, self.x_accel, True)
19         
20         if not keys[tools.keybinding['jump']]:
21             self.gravity = c.GRAVITY
22             self.state = c.FALL

standing函数和 falling 函数比较简单，就省略了。

碰撞检测代码

人物的碰撞检测代码在 sourcestateslevel.py 中的入口是

update_player_position函数，可以看到这边分成水平方向和竖直方向：

根据人物的水平方向速度x_vel 更新人物的X轴位置，同时人物的X轴位置不能超出游戏地图的X轴范围，然后调用check_player_x_collisions函数进行水平方向的碰撞检测。
根据人物的水平方向速度x_vel 更新人物的X轴位置，同时人物的X轴位置不能超出游戏地图的X轴范围，然后调用check_player_x_collisions函数进行水平方向的碰撞检测。
根据人物的竖直方向速度y_vel 更新人物的Y轴位置，然后调用check_player_y_collisions函数进行竖直方向的碰撞检测

 1   def update_player_position(self):
 2         self.player.rect.x += round(self.player.x_vel)
 3         if self.player.rect.x < self.start_x:
 4             self.player.rect.x = self.start_x
 5         elif self.player.rect.right > self.end_x:
 6             self.player.rect.right = self.end_x
 7         self.check_player_x_collisions()
 8         
 9         if not self.player.dead:
10             self.player.rect.y += round(self.player.y_vel)
11             self.check_player_y_collisions()

具体实现时将同一类物体放在一个pygame.sprite.Group类中

1 pygame.sprite.Group
2   A container class to hold and manage multiple Sprite objects.
3   Group(*sprites) -> Group

这样每次调用pg.sprite.spritecollideany 函数就能判断人物和这一类物体是否有碰撞。

1 pygame.sprite.spritecollideany()
2   Simple test if a sprite intersects anything in a group.
3   spritecollideany(sprite, group, collided = None) -> Sprite Collision with the returned sprite.
4   spritecollideany(sprite, group, collided = None) -> None No collision

不同物体的group如下，另外敌人，金币和蘑菇等物体的碰撞检测先忽略。

ground_step_pipe_group：地面，阶梯和水管的group。
brick_group：砖块的group, 如果是金币砖块，从下面碰撞会获取金币。
box_group：箱子的group，从下面碰撞箱子可以出现金币，蘑菇，花等的奖励。

因为不同种类group撞击时，后续产生的结果会有区别，所有需要对每一类group分别进行碰撞检测。

X轴方向上面3类group如果检测到有碰撞时，会调用adjust_player_for_x_collisions 函数，来调整人物的X轴位置。

 1 def check_player_x_collisions(self):
 2         ground_step_pipe = pg.sprite.spritecollideany(self.player, self.ground_step_pipe_group)
 3         brick = pg.sprite.spritecollideany(self.player, self.brick_group)
 4         box = pg.sprite.spritecollideany(self.player, self.box_group)
 5         ...
 6         if box:
 7             self.adjust_player_for_x_collisions(box)
 8         elif brick:
 9             self.adjust_player_for_x_collisions(brick)
10         elif ground_step_pipe:
11             if (ground_step_pipe.name == c.MAP_PIPE and
12                 ground_step_pipe.type == c.PIPE_TYPE_HORIZONTAL):
13                 return
14             self.adjust_player_for_x_collisions(ground_step_pipe)
15         elif powerup:
16             ...
17         elif enemy:
18             ...
19         elif coin:
20             ...

adjust_player_for_x_collisions 函数先根据人物和碰撞物体的X轴相对位置，判断人物在碰撞物体的左边还是右边，来调整人物的X轴位置，然后设置人物水平方向的速度为0。

1  def adjust_player_for_x_collisions(self, collider):
2         if collider.name == c.MAP_SLIDER:
3             return
4 
5         if self.player.rect.x < collider.rect.x:
6             self.player.rect.right = collider.rect.left
7         else:
8             self.player.rect.left = collider.rect.right
9         self.player.x_vel = 0

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check_player_y_collisions 函数也是对不同group分别进行碰撞检测，Y轴方向这3类group如果检测到有碰撞时，会调用adjust_player_for_y_collisions 函数，来调整人物的Y轴位置。最后调用check_is_falling函数判断人物是否要设成向下降落的状态。

 1   def walking(self, keys, fire_group):        
 2         if keys[tools.keybinding['action']]:
 3             self.max_x_vel = self.max_run_vel
 4             self.x_accel = self.run_accel
 5         else:
 6             self.max_x_vel = self.max_walk_vel
 7             self.x_accel = self.walk_accel
 8         
 9         if keys[tools.keybinding['jump']]:
10             if self.allow_jump:
11                 self.state = c.JUMP
12                 if abs(self.x_vel) > 4:
13                     self.y_vel = self.jump_vel - .5
14                 else:
15                     self.y_vel = self.jump_vel
16                 
17         if keys[tools.keybinding['left']]:
18             self.facing_right = False
19             if self.x_vel > 0:
20                 self.frame_index = 5
21                 self.x_accel = c.SMALL_TURNAROUND
22          
23             self.x_vel = self.cal_vel(self.x_vel, self.max_x_vel, self.x_accel, True)
24         elif keys[tools.keybinding['right']]:
25             self.facing_right = True
26             if self.x_vel < 0:
27                 self.frame_index = 5
28                 self.x_accel = c.SMALL_TURNAROUND
29             
30             self.x_vel = self.cal_vel(self.x_vel, self.max_x_vel, self.x_accel)
31         else:
32             if self.facing_right:
33                 if self.x_vel > 0:
34                     self.x_vel -= self.x_accel
35                 else:
36                     self.x_vel = 0
37                     self.state = c.STAND
38             else:
39                 if self.x_vel < 0:
40                     self.x_vel += self.x_accel
41                 else:
42                     self.x_vel = 0
43                     self.state = c.STAND
44    
45    def cal_vel(self, vel, max_vel, accel, isNegative=False):
46         """ max_vel and accel must > 0 """
47         if isNegative:
48             new_vel = vel * -1
49         else:
50             new_vel = vel
51         if (new_vel + accel) < max_vel:
52             new_vel += accel
53         else:
54             new_vel = max_vel
55         if isNegative:
56             return new_vel * -1
57         else:
58             return new_vel