基于Python的事件精靈組的特點及技術運用研究

楊玄燁

（重慶城市科技學院，重慶 402160）

0 引言

計算機是現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，產生不同的高級匯編語言，在各種語言的應用中，開發與設計各種軟件是工作人員最主要的工作任務[1]。Python是具有跨平臺性質的計算機程序設計語言，它的腳本程序設計語言及內置代碼庫對多種屬性都有集成，由于其在持續不斷地更新和加入語言新功能，現已廣泛應用于圖形處理、數學處理、文本處理、數據庫編程、網絡編程、多媒體應用等場合[2]。面向對象是其最經典的特征屬性。Python支持面向對象、命令式和函數式的編程方式，能夠進行內存管理，在某些應用中，其開發效率能夠比用C語言開發提高十幾倍[3]。Python語言在具有高效率的同時也完全面向對象，在面向對象的編程工程中具有相當高的效率，其內置語法簡潔并支持動態輸入，在應用程序開發中，可以具有優勢性的高效處理應對多種模式的字節流，實現較快的開發速度，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平臺中均被作為腳本語言，用于精簡應用程序以實現有效開發。本文所研究的是事件精靈組的特點及其技術運用。

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方法的調用可以自動對組內每一個精靈的update方法進行調用，除此之外，調用精靈組對象的draw屏幕對象方法可以將組內每一個精靈的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游戲開發專用庫，該開發庫構建在著名的跨平臺游戲開發庫SDL（simple direct media）之上，其中提供了全面的游戲開發支持模塊，從而可以使游戲開發的難度大為降低[5]。它的集成包括joystick、camera、event、gfxdraw等功能模塊，它作為基于Python平臺而設計出的一款優秀的代碼集成庫，值得稱道的是它的應用不僅適于單一平臺，為了應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庫所開發的游戲可以兼容現存市面上各大主流的操作平臺。因它的開發者在開發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游戲開發的效率和運維更高效，開發者可以便利地、自由地選取庫內已經集成的子模塊，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用來解決，這使得開發的質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、訪問音頻采樣數據等，而對于精靈組的應用，Python專用庫Pygame提供了兩個類pygame.sprite.Sprite，用于存儲圖像數據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運用設計

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者開發的源代碼模塊，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讀取精靈和操作信息。同時在游戲設計中精靈的設置需預置image和rect屬性，通過對于image和rect屬性的傳入生成相關的精靈，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據，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用和數據傳遞呈現連續的圖像變化，這是一個密不可分的系統整體。

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，本質上分為游戲初始化和游戲循環，從游戲初始化開始，需要精靈組和精靈在系統內部的自我創建，在其創建之后，精靈組會對游戲的開始界面等設置進行預加載，越大的游戲所需要生成創建的精靈越多，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，通常會在屏幕設置一個加載進度條以統計加載時間。

游戲循環：update、draw、pygame.display.update的交替循環，它會對于上一模塊所傳遞的數據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備上。經研究表明，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遠大于人體視覺的極限幀率，這樣才可以將動態圖像反饋至我們視覺。通過這個框架可以形成UI游戲，開發出2D游戲。

2.1.3 精靈組的運用分析

對于精靈組的設計需要構建一個完整的游戲，精靈組本質上是對數據的后端處理，它需要有數據的傳入和輸出，而對于數據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建GUI游戲窗體，再自動調用事先預置Pygame庫游戲時鐘模塊，對游戲運行時間計時。然后是創建精靈、精靈組，用隨機函數生成各個精靈組，由于現代計算機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。預加載完畢后，進入游戲的主循環，先是通過讀取內部代碼預置的刷新率或者是讀取文檔的相關信息，自我設置刷新幀率，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，然后是建立事件監聽模塊進行人機交互，具體表現為通過讀取系統鍵盤操作數據，并加與處理以及各個精靈組的生成與死亡，使數據被接受后會繼續傳入下一個模塊。

圖3 精靈組的設計

碰撞檢測模塊將會對用戶的操作產生一個碰撞評估，根據評估判斷結果，精靈組會進行相應的圖像處理和更新，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的、高速的，用戶通過對屏幕圖像信息的讀取在大腦中產生事件認知。

3 實驗的設計方法

現今，主流的設計方式具有兩種，分別是結構化設計和面向對象化的設計。結構化方法著眼于功能，強調中心模塊化，推出模塊化、自頂向下、逐步求精的高效設計過程，系統是實現集成化模塊功能的函數以及過程，體現出結構清晰、可讀性好的特點。面向對象方法則以對象的數據為基礎和中心，制定系統框架，因此對于類中的數據，穩定性得到大大提升，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秀的面向對象化的方式。

3.1 結構化設計

（1）設計思維：結構化編程比較難于封裝，復用性上也不如面向對象編程，缺乏擴展性，在進行程序設計的時候只將系統著眼于現有業務功能的實現，沒有考慮系統將來的業務變化情況，除此之外，它靈活性差、違反職能均衡原則。

（2）封裝性：因為其采用結構化程序分析設計程序時，沒有對軟件系統的設計和實現進行合理的分工，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據處理，因此結構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）復用性：在傳統的結構化程序設計中，開發應用程序是依據過程的，數據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，具有維護數據和代碼一致性的困難。

3.2 面向對象化設計

（1）設計思維：從計算機程序工作原理來看，“輸入—運算—輸出”。面向對象在分析問題時，不同于傳統的面向對象過程，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（事務過程）為單位，在開發中考慮它的實現。

（2）封裝性：面向對象編程的封裝，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來定義內部數據的屬性，protected讓可信的類或者對象對數據發出訪問，不可信操作無法訪問，隱藏內部信息。

（3）復用性：面向對象化設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 結語

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