用Python和Pygame寫遊戲-從入門到精通（19）

本文轉載自：http://eyehere.net/2011/python-pygame-novice-professional-19/

3D世界

讓我們現在開始寫一個3D的程序，鞏固一下這幾次學習的東西。因爲我們還沒有好好深入如何畫3D物體，暫時就先用最簡單的投影（上次討論過的第二種）方法來畫吧。這個程序畫一個空間裏的立方體，只不過各個部分並不會隨着距離而產生大小上的變化。

您可以看到，很多的小球構成了立方體的各個邊，通過按住方向鍵，可以水平或垂直方向的更改“攝像頭”的位置，Q和A鍵會把攝像頭拉近或拉遠，而W和S會改變視距，綠色的三角是視距和視角的示意圖。fov角大的話，立方體就顯得比較短，反之就顯得比較長。

代碼稍微有點長，下面有解釋，靜下心來慢慢閱讀。

Python

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import pygame from pygame.locals import * from gameobjects.vector3 import Vector3   from math import * from random import randint   SCREEN_SIZE =  (640, 480) CUBE_SIZE = 300   def calculate_viewing_distance(fov, screen_width):     d = (screen_width/2.0) / tan(fov/2.0)     return d   def run():     pygame.init()     screen = pygame.display.set_mode(SCREEN_SIZE, 0)       default_font = pygame.font.get_default_font()     font = pygame.font.SysFont(default_font, 24)       ball = pygame.image.load("ball.png").convert_alpha()       # 3D points     points = []       fov = 90. # Field of view     viewing_distance = calculate_viewing_distance(radians(fov), SCREEN_SIZE[0])       # 邊沿的一系列點     for x in xrange(0, CUBE_SIZE+1, 20):         edge_x = x == 0 or x == CUBE_SIZE           for y in xrange(0, CUBE_SIZE+1, 20):             edge_y = y == 0 or y == CUBE_SIZE               for z in xrange(0, CUBE_SIZE+1, 20):                 edge_z = z == 0 or z == CUBE_SIZE                   if sum((edge_x, edge_y, edge_z)) >= 2:                       point_x = float(x) - CUBE_SIZE/2                     point_y = float(y) - CUBE_SIZE/2                     point_z = float(z) - CUBE_SIZE/2                       points.append(Vector3(point_x, point_y, point_z))       # 以z序存儲，類似於css中的z-index     def point_z(point):         return point.z     points.sort(key=point_z, reverse=True)       center_x, center_y = SCREEN_SIZE     center_x /= 2     center_y /= 2       ball_w, ball_h = ball.get_size()     ball_center_x = ball_w / 2     ball_center_y = ball_h / 2       camera_position = Vector3(0.0, 0.0, -700.)     camera_speed = Vector3(300.0, 300.0, 300.0)       clock = pygame.time.Clock()       while True:                   for event in pygame.event.get():             if event.type == QUIT:                 return                       screen.fill((0, 0, 0))           pressed_keys = pygame.key.get_pressed()           time_passed = clock.tick()         time_passed_seconds = time_passed / 1000.           direction = Vector3()         if pressed_keys[K_LEFT]:             direction.x = -1.0         elif pressed_keys[K_RIGHT]:             direction.x = +1.0           if pressed_keys[K_UP]:             direction.y = +1.0         elif pressed_keys[K_DOWN]:             direction.y = -1.0           if pressed_keys[K_q]:             direction.z = +1.0         elif pressed_keys[K_a]:             direction.z = -1.0           if pressed_keys[K_w]:             fov = min(179., fov+1.)             w = SCREEN_SIZE[0]             viewing_distance = calculate_viewing_distance(radians(fov), w)         elif pressed_keys[K_s]:             fov = max(1., fov-1.)             w = SCREEN_SIZE[0]             viewing_distance = calculate_viewing_distance(radians(fov), w)           camera_position += direction * camera_speed * time_passed_seconds                 # 繪製點         for point in points:               x, y, z = point - camera_position               if z > 0:                 x =  x * viewing_distance / z                 y = -y * viewing_distance / z                 x += center_x                 y += center_y                 screen.blit(ball, (x-ball_center_x, y-ball_center_y))           # 繪製表         diagram_width = SCREEN_SIZE[0] / 4         col = (50, 255, 50)         diagram_points = []         diagram_points.append( (diagram_width/2, 100+viewing_distance/4) )         diagram_points.append( (0, 100) )         diagram_points.append( (diagram_width, 100) )         diagram_points.append( (diagram_width/2, 100+viewing_distance/4) )         diagram_points.append( (diagram_width/2, 100) )         pygame.draw.lines(screen, col, False, diagram_points, 2)                   # 繪製文字         white = (255, 255, 255)         cam_text = font.render("camera = "+str(camera_position), True, white)         screen.blit(cam_text, (5, 5))         fov_text = font.render("field of view = %i"%int(fov), True, white)         screen.blit(fov_text, (5, 35))         txt = "viewing distance = %.3f"%viewing_distance         d_text = font.render(txt, True, white)         screen.blit(d_text, (5, 65))           pygame.display.update()   if __name__ == "__main__":     run()

上面的例子使用Vector3來管理向量數據，點的存儲是按照z座標來的，這樣在blit的時候，離攝像機近的後畫，就可以覆蓋遠的，否則看起來就太奇怪了……

在主循環的代碼中，會根據按鍵攝像頭會更改位置——當然這是用戶的感覺，實際上代碼做的是更改了點的位置。而3D的移動和2D是非常像的，只不過多了一個z來判斷覆蓋遠近（也就是繪製順序），一樣的基於時間移動，一樣的向量運算，只是由Vector2變爲了Vector3。

然後代碼需要繪製全部的點。首先，點的位置需要根據camera_position變量校正，如果結果的z比0還大，說明點在攝像頭之前，需要畫的，否則就是不需要畫。y需要校準一下方向，最後把x、y定位在中間（小球還是有一點點尺寸的）。

留下的代碼是給出信息的，都是我們學習過的東西了。

如果想好好學習，把立方體換成其他的圖像吧！改一下更能加深印象。

3D第一部分總結

3D是迄今爲止遊戲發展中最大的里程碑（下一個會是什麼呢？虛擬體驗？），我們這幾次學習的，是3D的基礎，你可以看到，僅有2D繪圖經驗也能很方便的過渡過來。僅僅是Vector2→Vector3，擔任3D向量還是有一些特有的操作的，需要慢慢學習，但是基本的思想不會變。

但是，請繼續思考~ 難道所有的3D遊戲就是一系列的3D座標再手動轉換爲2D畫上去就好了？很可惜或者說很幸運不是的，我們有3D引擎來做這些事情，對Pygame來說，原生的3D處理時不存在的，那麼如何真正繪製3D畫面？有一個非常廣泛的選擇——OpenGL，不瞭解的請自行Wiki，不過OpenGL並不是Pygame的一部分，而且3D實際做下去實在很繁雜，這個系列就暫時不深入講解了。

儘管有3D引擎幫我們做投影等事情，我們這幾次學的東西絕對不是白費，對基礎的一定了解可以更好的寫入3D遊戲，對畫面的掌握也會更好。如果有需要，這個系列的主線完成後，會根據大家的要求追加講解OpenGL的內容。

接下來開始講解Pygame中的聲音，基本遊戲製作的全部知識我們都快學習完了：）