3D世界
讓我們現在開始寫一個3D的程式，鞏固一下這幾次學習的東西。因為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。這個程式畫一個空間裡的立方體，只不過各個部分並不會隨著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。
程式碼稍微有點長，下面有解釋，靜下心來慢慢閱讀。
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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序儲存，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來管理向量資料，點的儲存是按照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……
在主迴圈的程式碼中，會根據按鍵攝像頭會更改位置——當然這是使用者的感覺，實際上程式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變為了Vector3。
然後程式碼需要繪製全部的點。首先，點的位置需要根據camera_position變數校正，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）。
留下的程式碼是給出資訊的，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影象吧！改一下更能加深印象。
3D第一部分總結
3D是迄今為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座標再手動轉換為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：）