Python turtle 模块可以编写游戏，是真的吗？

1. 前言

turtle （小海龟） 是 Python 内置的一个绘图模块，其实它不仅可以用来绘图，还可以制作简单的小游戏，甚至可以当成简易的 GUI 模块，编写简单的 GUI 程序。

本文使用 turtle 模块编写一个简单的小游戏，通过此程序的编写过程聊一聊对 turtle 模块的感悟。

编写游戏，如果要做专业的、趣味性高的，还是请找 pygame，本文用 turtle 编写游戏的目的是为了深度理解 turtle 的功能。

turtle 模块的使用相对而言较简单，对于基础方法不做讲解。只聊 turtle 模块中稍难或大家忽视的地方。

2. 需求描述

程序运行时，画布上会出现**一个红色的小球和很多绿色、蓝色的小球**。

刚开始红色的小球会朝某一个方向移动，使用者可以通过按下上、下、左、右方向键控制红色小球的运动方向。

绿色、蓝色小球以初始的默认方向在画布上移动。

当红色的小球碰到绿色小球时，红色小球球体会变大，当红色小球碰到蓝色小球时，红色球体会变小。

当红色小球球体缩小到某一个阈值时，游戏结束。

3. 制作流程

3.1 初始化变量

本程序需要使用到 turtle、random、math 模块，使用之前，先导入。

import turtle
import random
import math
'''
初始化游戏界面大小
'''
# 游戏区域的宽度
game_wid = 600  
# 游戏区域的高度
game_hei = 400  
# 砖块的大小，以及每一个小球初始大小
cell = 20
# 红球初始大小
red_size = cell
# 红色小球
red_ball = None
# 存储绿色小球的列表
green_balls = []
# 存储蓝色小球的列表
blue_balls = []
# 红色小球的方向 当前方向 0 向右，90 向上 180 向左 -90 向下
dir = 0

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上述代码说明：

红色小球只有一个，由变量 red_ball 保存，红色小球在运动过程中可以改大小，red_size 保存其大小。

绿色和蓝色小球会有很多，这里使用 green_balls 和 blue_balls 2 个列表存储。

3.2 通用函数

随机位置计算函数： 为小球们随机生成刚开始出现的位置。

'''
随机位置计算函数
'''
def rand_pos():
    # 水平有 30 个单元格，垂直有 20 个单元格
    x = random.randint(-14, 14)
    y = random.randint(-9, 9)
    return x * cell, y * cell

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绘制指定填充颜色的小正方形： 在游戏里有一个虚拟区域，四周使用很多小正方形围起来。

'''
绘制一个指定填充颜色的正方形
填充颜色可以不指定
'''
def draw_square(color):
    if color is not None:
        # 的颜色就填充
        turtle.fillcolor(color)
        turtle.begin_fill()
    for i in range(4):
        turtle.fd(cell)
        turtle.left(90)
    if color is not None:
        turtle.end_fill()

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自定义画笔形状：

使用 turtle 制作游戏的底层思想：

当我们导入 turtle 模块时，意味着我们有了一支可以在画布上画画的画笔，画笔的默认形状是一个小海龟。

本文称这支默认画笔叫主画笔，可以使用 turtle 模块中的 () 类创建更多画笔 ，并且可以使用 ``turtle模块提供的turtle.register_shape(name, shape)` 方法为每一支画笔定制画笔形状。

如上所述，是使用 turtle 设计游戏的关键。

强调一下：

*通过主画笔创建更多的画笔，以及为每一支画笔设置不同的形状。*是编写游戏的关键，游戏中的每一个角色，其本质是一支支画笔，我们只是在控制画笔在画布上按我们设计好的轨迹移动。

本游戏中红、绿、蓝 3 种颜色的小球就是形状为圆形的画笔。

画笔清单：

红色小球画笔一支。

绿色小球画笔 n 支。

蓝色小球画笔 n 支。

'''
自定义画笔形状
name:画笔名称
color:可选项
'''
def custom_shape(name, size):
    turtle.begin_poly()
    turtle.penup()
    turtle.circle(size)
    turtle.end_poly()
    cs = turtle.get_poly()
    turtle.register_shape(name, cs)

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turtle.register_shape(name, shape) 方法参数说明：

• name： 自定义形状的名称。

• shape： 由开发者绘制的形状。

  开发者绘制的哪一部分图形用来充当画笔形状？

  由 turtle.begin_poly() 记录的第一点到由 turtle.end_poly() 记录的最后一点之间的图形作为画笔形状。

  cs = turtle.get_poly() 可以理解为获取到刚绘制的图形，然后使用 turtle.register_shape(name, cs) 注册画笔形状，以后就可以随时使用此形状。

  如上代码记录了一个圆的绘制过程，也就是创建了一个圆形的画笔形状。

移动到某个位置函数：

此函数用来让某一支画笔移到指定位置，不留下移动过程中的轨迹。

'''
移到某点
'''
def move_pos(pen, pos):
    pen.penup()
    pen.goto(pos)
    pen.pendown()

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参数说明：

• pen : 画笔对象。
• pos：要移到的目标地。

注册键盘事件函数：

使用者可以通过键盘上的方向键更改红色小球的方向。

turtle 模块提供有很多事件，可以以交互式的方式使用turtle。turtle 模块中主要有 2 类事件：键盘事件、点击事件。因 turtle 的工作重点还是绘制静态图案上，其动画绘制比较弱，所以它的事件少而简单。

'''
改变红色小球 4 方向的函数，
这些函数只有当使用者触发按键后方可调用，故这些函数也称为回调函数。
'''
def dir_right():
    global dir
    dir = 0
def dir_left():
    global dir
    dir = 180
def dir_up():
    global dir
    dir = 90
def dir_down():
    global dir
    dir = -90
   
'''
注册键盘响应事件，用来改变红球的方向
'''
def register_event():
    for key, f in {"Up": dir_up, "Down": dir_down, "Left": dir_left, "Right": dir_right}.items():
        turtle.onkey(f, key)
    turtle.listen()
'''
当红色小球遇到墙体后，也要修改方向
'''    
def is_meet_qt():
    global dir
    if red_ball.xcor() < -220:
        dir = 0
    if red_ball.xcor() > 240:
        dir = 180
    if red_ball.ycor() > 140:
        dir = -90
    if red_ball.ycor() < -120:
        dir = 90

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红色的小球在 2 个时间点需要改变方向，一是使用者按下了方向键，一是碰到了墙体。

3.3 游戏角色函数

绘制墙体函数：

墙体是游戏中的虚拟区域，用来限制小球的活动范围。

Tips： 墙体由主画笔绘制。

'''
绘制四面的墙体
'''
def draw_blocks():
    # 隐藏画笔
    turtle.hideturtle()
    # 上下各30个单元格，左右各 20 个单元格
    for j in [30, 20, 30, 20]:
        for i in range(j):
            # 调用前面绘制正方形的函数
            draw_square('gray')
            turtle.fd(cell)
        turtle.right(90)
        turtle.fd(-cell)
    # 回到原点
    move_pos(turtle, (0, 0))

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创建小球画笔： 此函数用来创建新画笔。本程序中的红色、蓝色、绿色小球都是由此函数创建的画笔，且外观形状是圆。

def init_ball(pos, color, shape):
    #  由主画笔创建新画笔
    ball = turtle.Turtle()
    ball.color(color)
    # 指定新画笔的形状，如果不指定，则为默认形状
    ball.shape(shape)
    # 移到随机位置
    move_pos(ball, pos)
    # 移动过程要不显示任何轨迹
    ball.penup()
    return ball

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参数说明：

• pos： 创建画笔后画笔移动的位置。
• **color：**指定画笔和填充颜色。
• shape： 已经定义好的画笔形状名称。

创建绿色、蓝色小球：

def ran_gb_ball(balls, color):
    # 随机创建蓝色、绿色小球的频率，
    # 也就是说，不是调用此函数就一定会创建小球，概率大概是调用 5 次其中会有一次创建
    ran = random.randint(1, 5)
    # 随机一个角度
    a = random.randint(0, 360)
    # 1/5 的概率
    if ran == 5:
        turtle.tracer(False)
        # 每一个小球就是一只画笔
        ball = init_ball(rand_pos(), color, 'ball')
        ball.seth(a)
        # 添加到列表中
        balls.append(ball)
        turtle.tracer(True)

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为什么要设置一个概率值？

适当控制蓝色、绿色小球的数量。

(False) 方法的作用：是否显示画笔绘制过程中的动画。False 关闭动画效果，True 打开动画效果。

这里设置为 False 的原因是不希望用户看到新画笔创建过程。

蓝色、绿色小球的移动函数：

蓝色、绿色小球被创建后会移到一个随机位置，然后按默认方向移动。

def gb_ball_m(balls):
    s = 20
    a = random.randint(0, 360)
    r = random.randint(0, 10)
    for b in balls:
        b.fd(s)
        if b.xcor() < -220 or b.xcor() > 240 or b.ycor() > 140 or b.ycor() < -120:
            b.goto(rand_pos())

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当小球碰到墙体后让其再随机移到墙体内部（简单粗粗暴！！）。

红色球是否碰到了蓝色或绿色小球：

此函数逻辑不复杂，计算小球相互之间的坐标，判断坐标是否重叠。

'''
红球是否碰到绿、蓝球
'''
def r_g_b_meet():
    global red_size
    # 红色小球的坐标
    s_x, s_y = red_ball.pos()
    # 迭代绿色小球，蓝色小球列表
    for bs in [green_balls, blue_balls]:
        for b in bs:
            # 计算蓝色或绿色小球坐标
            f_x, f_y = b.pos()
            # 计算和红色球之间的距离
            x_ = math.fabs(s_x - f_x)
            y_ = math.fabs(s_y - f_y)
            # 碰撞距离：两个球的半径之和
            h = cell + red_size
            if 0 <= x_ <= h and y_ >= 0 and y_ <= h:
                if b in green_balls:
                    # 遇到绿色球红球变大
                    red_size += 2
                if b in blue_balls:
                    # 遇到蓝色球红球变大
                    red_size -= 2
                # 关键代码    
                custom_shape('red', red_size)
                return True
    return False

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上述代码整体逻辑不复杂。而 custom_shape('red', red_size) 是关键代码，因红色小球的半径发生了变化，所以需要重新定制红色小球的外观形状，这样才能在画布上看到半径变化的红色小球。

3.4 让小球动起来

怎样让小球动起来？

每隔一定时间，让小球重新移动。 (ball_move, 100) 是让小球动起来的核心逻辑，每隔一定时间，重新移动红、蓝、绿外观如圆形状的小球。

def ball_move():
    red_ball.seth(dir)
    red_ball.fd(40)
    # 检查红球是否碰到墙体
    is_meet_qt()
    # 随机创建绿色小球
    ran_gb_ball(green_balls, 'green')
    # 随机创建蓝色小球
    ran_gb_ball(blue_balls, 'blue')
    # 让绿色小球移动
    gb_ball_m(green_balls)
    # 让蓝色小球移动
    gb_ball_m(blue_balls)
    # 检查红球是否碰到蓝色、绿色小球
    r_g_b_meet()
    # 定时器
    turtle.ontimer(ball_move, 100)

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主方法：

if __name__ == "__main__":
    # 关闭动画效果
    turtle.tracer(False)
    # 注册事件
    register_event()
    # 定制 2 种画笔形状
    for name in ['red', 'ball']:
        custom_shape(name, cell)
    # 主画笔移动墙体的左上角
    move_pos(turtle, (-300, 200))
    # 绘制墙体
    draw_blocks()
    red_ball = init_ball(rand_pos(), 'red', 'red')
    turtle.tracer(True)
    # 让红球移动起来
    ball_move()
    #
    turtle.done()

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以上为此游戏程序中的每一个函数讲解。

运行后，可以控制红色小球，当遇到绿色球和蓝色球时，红色球体会变大或变小。

4. 总结

使用 turtle 模块的过程说明了一个道理，没有所谓简单的知识，如果你认为简单，那是因为你对它的认知太浅。只是学到了大家都学到的内容。

如果要真正悟透知识点的内核，需要多查阅官方文档，把所有内容吃透，并试着把这些知识向更高层面拔高。