楊玄燁

（重慶城市科技學(xué)院，重慶 402160）

0 引言

計算機是現(xiàn)代社會人們生活與工作中不可缺少的重要一部分，在對計算機軟件進行使用時，依照不同的需求，產(chǎn)生不同的高級匯編語言，在各種語言的應(yīng)用中，開發(fā)與設(shè)計各種軟件是工作人員最主要的工作任務(wù)[1]。Python是具有跨平臺性質(zhì)的計算機程序設(shè)計語言，它的腳本程序設(shè)計語言及內(nèi)置代碼庫對多種屬性都有集成，由于其在持續(xù)不斷地更新和加入語言新功能，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于圖形處理、數(shù)學(xué)處理、文本處理、數(shù)據(jù)庫編程、網(wǎng)絡(luò)編程、多媒體應(yīng)用等場合[2]。面向?qū)ο笫瞧渥罱?jīng)典的特征屬性。Python支持面向?qū)ο蟆⒚钍胶秃瘮?shù)式的編程方式，能夠進行內(nèi)存管理，在某些應(yīng)用中，其開發(fā)效率能夠比用C語言開發(fā)提高十幾倍[3]。Python語言在具有高效率的同時也完全面向?qū)ο?，在面向?qū)ο蟮木幊坦こ讨芯哂邢喈?dāng)高的效率，其內(nèi)置語法簡潔并支持動態(tài)輸入，在應(yīng)用程序開發(fā)中，可以具有優(yōu)勢性的高效處理應(yīng)對多種模式的字節(jié)流，實現(xiàn)較快的開發(fā)速度，因而也使其被廣泛運用[4]。Python語言在各種編程以及許多操作系統(tǒng)平臺中均被作為腳本語言，用于精簡應(yīng)用程序以實現(xiàn)有效開發(fā)。本文所研究的是事件精靈組的特點及其技術(shù)運用。

1 pygame、精靈組的基本概念

1.1 精靈組

在游戲的制作開發(fā)中，通常把顯示圖像的對象叫作精靈。它包含圖像加載、位置變化、繪制圖像，這原本需要程序員編寫代碼進行控制的Sprite精靈需要有兩個重要的屬性：image（要顯示的圖像）、rect（圖像要顯示在屏幕的位置）。精靈默認(rèn)的update方法，在子類可以重寫此方法，它可以在每次刷新屏幕時，更新精靈位置，而精靈組則是多個事件精靈的集合。精靈組對象update方法的調(diào)用可以自動對組內(nèi)每一個精靈的update方法進行調(diào)用，除此之外，調(diào)用精靈組對象的draw屏幕對象方法可以將組內(nèi)每一個精靈的image繪制在rect位置。

1.2 Pygame庫

Pygame（www.pygame.org）是Python平臺下的一款著名的2D游戲開發(fā)專用庫，該開發(fā)庫構(gòu)建在著名的跨平臺游戲開發(fā)庫SDL（simple direct media）之上，其中提供了全面的游戲開發(fā)支持模塊，從而可以使游戲開發(fā)的難度大為降低[5]。它的集成包括joystick、camera、event、gfxdraw等功能模塊，它作為基于Python平臺而設(shè)計出的一款優(yōu)秀的代碼集成庫，值得稱道的是它的應(yīng)用不僅適于單一平臺，為了應(yīng)對平臺多元化的需求，Pygame庫還加入了跨平臺的元素。因此，基于Pygame庫所開發(fā)的游戲可以兼容現(xiàn)存市面上各大主流的操作平臺。因它的開發(fā)者在開發(fā)中注重人機交互的效率，所以它的誕生使得Python使用者對于2D游戲開發(fā)的效率和運維更高效，開發(fā)者可以便利地、自由地選取庫內(nèi)已經(jīng)集成的子模塊，其只需把目光投入游戲的核心模塊，將瑣碎的邊枝問題通過子模塊的調(diào)用來解決，這使得開發(fā)的質(zhì)量和速度有了大大的提升。它可以繪制圖形，與游戲桿、游戲手柄、追蹤球進行交互、處理事件與事件、訪問音頻采樣數(shù)據(jù)等，而對于精靈組的應(yīng)用，Python專用庫Pygame提供了兩個類pygame.sprite.Sprite，用于存儲圖像數(shù)據(jù)image和位置rect的對象，而pygame.sprite.Group則是一個組類方法，助益精靈的隊列的出列和入列的效率。

2 Python的精靈組特點及技術(shù)運用設(shè)計

2.1 精靈組的特點

2.1.1 精靈組的功能模塊

精靈組是多個精靈的集成，如圖1，在Pygame庫中有許多便于開發(fā)者開發(fā)的源代碼模塊，精靈組的使用需要通過各個固有方法的使用來進行文檔信息的傳遞：add方法可以向組中增加精靈，在精靈生成之后需要通過add方法傳入游戲主循環(huán)之中；sprites方法可以返回所有精靈列表，這是一個后端操作，它的使用可以便于后端系統(tǒng)讀取精靈和操作信息。同時在游戲設(shè)計中精靈的設(shè)置需預(yù)置image和rect屬性，通過對于image和rect屬性的傳入生成相關(guān)的精靈，在每個精靈生成后都需要派生精靈子類，image屬性可以記錄圖像數(shù)據(jù)，rect屬性可以記錄英雄在屏幕上的位置，精靈組的draw方法可以將組中所有精靈的image，繪制到Surface的rect位置，形成屏幕的動態(tài)畫像，而update方法可用于對精靈位置的更新，kill方法可以將精靈從所有組刪除，即代表精靈的死亡（圖2）。精靈組通過各功能模塊的調(diào)用和數(shù)據(jù)傳遞呈現(xiàn)連續(xù)的圖像變化，這是一個密不可分的系統(tǒng)整體。

圖1 精靈組的功能模塊及位置

圖2 精靈組的功能位置

2.1.2 精靈組的位置

在一個游戲運行過程中，本質(zhì)上分為游戲初始化和游戲循環(huán)，從游戲初始化開始，需要精靈組和精靈在系統(tǒng)內(nèi)部的自我創(chuàng)建，在其創(chuàng)建之后，精靈組會對游戲的開始界面等設(shè)置進行預(yù)加載，越大的游戲所需要生成創(chuàng)建的精靈越多，同時對文檔讀取需求越多，因此需要的時間就越長，為此游戲廠商為了對加載時間進行可視化表達，通常會在屏幕設(shè)置一個加載進度條以統(tǒng)計加載時間。

游戲循環(huán)：update、draw、pygame.display.update的交替循環(huán)，它會對于上一模塊所傳遞的數(shù)據(jù)流在后臺進行新圖像的更新、繪寫，同時刪除舊的圖像，毀滅失效的精靈，將新生成的精靈更新到顯示設(shè)備上。經(jīng)研究表明，人體所能接受的極限幀率一般為12幀每秒，因此決定了圖像的刷新速度的幀率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人體視覺的極限幀率，這樣才可以將動態(tài)圖像反饋至我們視覺。通過這個框架可以形成UI游戲，開發(fā)出2D游戲。

2.1.3 精靈組的運用分析

對于精靈組的設(shè)計需要構(gòu)建一個完整的游戲，精靈組本質(zhì)上是對數(shù)據(jù)的后端處理，它需要有數(shù)據(jù)的傳入和輸出，而對于數(shù)據(jù)文檔的傳遞是游戲運行的核心。如圖3所示，在游戲初始化階段需要先后構(gòu)建GUI游戲窗體，再自動調(diào)用事先預(yù)置Pygame庫游戲時鐘模塊，對游戲運行時間計時。然后是創(chuàng)建精靈、精靈組，用隨機函數(shù)生成各個精靈組，由于現(xiàn)代計算機CPU強大的計算能力，這些行為的加載，需要的時間幾乎可以忽略不計。預(yù)加載完畢后，進入游戲的主循環(huán)，先是通過讀取內(nèi)部代碼預(yù)置的刷新率或者是讀取文檔的相關(guān)信息，自我設(shè)置刷新幀率，因為對于游戲界面的更新要求具有超視覺速度，所以FPS最低要求大于12幀每秒，然后是建立事件監(jiān)聽模塊進行人機交互，具體表現(xiàn)為通過讀取系統(tǒng)鍵盤操作數(shù)據(jù)，并加與處理以及各個精靈組的生成與死亡，使數(shù)據(jù)被接受后會繼續(xù)傳入下一個模塊。

圖3 精靈組的設(shè)計

碰撞檢測模塊將會對用戶的操作產(chǎn)生一個碰撞評估，根據(jù)評估判斷結(jié)果，精靈組會進行相應(yīng)的圖像處理和更新，形成各個事件，使之以可視化的形式與用戶進行交互，即更新屏幕顯示，并且這個過程是持續(xù)的、高速的，用戶通過對屏幕圖像信息的讀取在大腦中產(chǎn)生事件認(rèn)知。

3 實驗的設(shè)計方法

現(xiàn)今，主流的設(shè)計方式具有兩種，分別是結(jié)構(gòu)化設(shè)計和面向?qū)ο蠡脑O(shè)計。結(jié)構(gòu)化方法著眼于功能，強調(diào)中心模塊化，推出模塊化、自頂向下、逐步求精的高效設(shè)計過程，系統(tǒng)是實現(xiàn)集成化模塊功能的函數(shù)以及過程，體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好的特點。面向?qū)ο蠓椒▌t以對象的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)和中心，制定系統(tǒng)框架，因此對于類中的數(shù)據(jù)，穩(wěn)定性得到大大提升，對實際物體模型的建立更加全面、深入。在對本實驗方式的選擇上我選擇了更優(yōu)秀的面向?qū)ο蠡姆绞健?/p>

3.1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計

（1）設(shè)計思維：結(jié)構(gòu)化編程比較難于封裝，復(fù)用性上也不如面向?qū)ο缶幊蹋狈U展性，在進行程序設(shè)計的時候只將系統(tǒng)著眼于現(xiàn)有業(yè)務(wù)功能的實現(xiàn)，沒有考慮系統(tǒng)將來的業(yè)務(wù)變化情況，除此之外，它靈活性差、違反職能均衡原則。

（2）封裝性：因為其采用結(jié)構(gòu)化程序分析設(shè)計程序時，沒有對軟件系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)進行合理的分工，需要將客觀世界模型分解一個一個功能，每個功能按照順序用以完成一定的數(shù)據(jù)處理，因此結(jié)構(gòu)化編程封裝難度較大。對于私有的方法，較難控制，敏感信息就比較難隱藏。

（3）復(fù)用性：在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計中，開發(fā)應(yīng)用程序是依據(jù)過程的，數(shù)據(jù)的工程代碼與操作代碼具有獨立性、代碼特異性，難以重用，因此在代碼量過大時，具有維護數(shù)據(jù)和代碼一致性的困難。

3.2 面向?qū)ο蠡O(shè)計

（1）設(shè)計思維：從計算機程序工作原理來看，“輸入—運算—輸出”。面向?qū)ο笤诜治鰡栴}時，不同于傳統(tǒng)的面向?qū)ο筮^程，它有著自己獨特的特點：以對象為單位，考慮它的屬性及方法，在分析問題時，面向過程是需要以一個具體的流程（事務(wù)過程）為單位，在開發(fā)中考慮它的實現(xiàn)。

（2）封裝性：面向?qū)ο缶幊痰姆庋b，也就是把客觀事物進行抽象類封裝，使用時可以實列化為多個對象，并且類可以使用protecte、private、public來定義內(nèi)部數(shù)據(jù)的屬性，protected讓可信的類或者對象對數(shù)據(jù)發(fā)出訪問，不可信操作無法訪問，隱藏內(nèi)部信息。

（3）復(fù)用性：面向?qū)ο蠡O(shè)計所擁有的繼承性及封裝性思想形成重用方法，對程序的容錯率有了極大的提升，提高程序運行的效率。

4 結(jié)語

綜上所述，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實際編程工作中，一方面很好地提高了人們生活、工作以及學(xué)習(xí)的便捷性，另一方面也有效促進了我國社會信息化建設(shè)水平的不斷提升。從整體看，Python最為突出的特點就是簡潔、類庫，將其應(yīng)用到平臺開發(fā)中可以突顯出極大的優(yōu)勢，因此對Python的進一步研究應(yīng)用勢在必行。Python語言的在AI、自動化，程序設(shè)計等各方面領(lǐng)域的優(yōu)勢，亦將在元宇宙得到新應(yīng)用和新擴展，對于基于Python的多元化開發(fā)與設(shè)計，在未來擁有廣闊的前景。