使用Pymunk之前的准备工作
这是Pymunk自带的例子slide_and_pinjointl.py的教程。在阅读这个教程之间需要安装好python3,Pygame(用pip install pygame –user安装和Pymunk。Pygame在这个例子中是必需的,但Pymunk并不能依赖pygame。你可以Pymunk和Pyglet结合重写此教程。
Pymunk使用2D物理库Chipmunk。Chipmunk是用c语言写的。通过Cffi 库能把c语言模块翻译到python语言。如果在某些操作系统上没有Cffi模块,那你必需自己做这个了。不过实际上当你用pip install pymunk安装时,会帮你安装好Cffi 。
在使用pymunk前,在IDLE中导入一下pymunk看它是否正常。如果导入pymunk时发生了错误,可能是没有找到chipmunk 库。如果用pip或setup.py install安装的,应该都会被正确地安装。
一个空的简单模拟
为了学习pymunk,首先要学习几个概念。
刚体
刚体具有物体的物理性质。(质量、坐标、旋转角度、速度等)它本身没有形状。如果你以前做过粒子效果这样的物理实验,刚体的区别主要在于它们能够旋转。
碰撞形状
通过将形状附加到实体,可以定义实体的形状。可以将多个形状附加到单个实体以定义复杂形状,如果不需要形状,则可以不附加任何形状。
约束与关节
你可以在两个实体之间附加关节以约束它们的行为。
空间
空间是Chipmunk的基本模拟单元。你可以将实体、形状和关节添加到空间,然后整体更新空间。
结合pygame的简单物理模拟空示例
import sys import pygame from pygame.locals import * import pymunk #1 def main(): pygame.init() # pygame初始化 screen = pygame.display.set_mode((600, 600)) # 新建屏幕对象,它是一个surface,应该是最先渲染的面 pygame.display.set_caption("结合pygame的最简pymunk例子_翻译:李兴球")#显示标题 clock = pygame.time.Clock() # 新建时钟对象 space = pymunk.Space() #2 space.gravity = (0.0, -900.0) # 设定重力参数 while True: for event in pygame.event.get(): # 遍历事件 if event.type == QUIT: sys.exit(0) elif event.type == KEYDOWN and event.key == K_ESCAPE:# 按键检测 sys.exit(0) screen.fill((255,255,255)) # 填充screen为白色 space.step(1/50.0) #3 pygame.display.flip() # 刷新整个屏幕 clock.tick(50) # 设定fps if __name__ == '__main__': sys.exit(main())
上面的代码只会显示一个空白窗口,一个抽像的啥东西也没有的物理空间。
#1这里是导入pymunk罢了。
#2这里新建物理空间。下面的代码是设定重力加速度啥的。你可以自己选定一个重力参数以适合自己的游戏需求。
#3这是让物理空间的抽象实体在指定的时间步长里前进一步(我的理解是更新坐标方向啥的)。重要的是不要修改这个步长,在恒定的步长下,物理模拟会更好地工作。
自由落体小球
圆形在游戏中容易处理,也容易重画。下面的例子,我们让程序运行的时候不断地产生小球。我们把程序分解成几个函数。首先是下面这个函数:
def add_ball(space): mass = 1 radius = 14 moment = pymunk.moment_for_circle(mass, 0, radius) # 1 body = pymunk.Body(mass, moment) # 2 x = random.randint(120, 380) body.position = x, 550 # 3 shape = pymunk.Circle(body, radius) # 4 space.add(body, shape) # 5 return shape
#1、所有物理的惯性必需要设置好。这里是使用pymunk的moment_for_circle函数根据质量和半径计算出来的。你也可以根据经验自己写一个,好用就行了呗。
#2、惯性计算好了就根据质量和moment生成刚体。
#3、这里是设置刚体的坐标。
#4、刚体只是个概念,如果要让它参与碰撞检测,那么要让赋予它形状。(就像人有灵魂,但没有躯壳一样,是无法产生碰撞的)
#5、最后我们把实体,形状添加到物理空间。
现在我们可以创建小球,把它们显示出来。pymunk自带了实用包,有space.debug_draw方法,能把整个空间直接给渲染出来。为了理解原理,我们也可以手工做一下这个工作。debug drawing函数的代码工作原理像下面这样:
def draw_ball(screen, ball): p = int(ball.body.position.x), 600-int(ball.body.position.y) pygame.draw.circle(screen, (0,0,255), p, int(ball.radius), 2)
在循环里,我们要一个一个来渲染它们。假设有一个球列表叫balls,space.debug_draw方法还要一个一个把它们画出来,代码像下在这样:
for ball in balls: draw_ball(screen, ball)
在这个例子中,我们就简单化,不自己写上面的代码了,用Pymunk自带的函数完成上面的任务。首先用下面的命令创建draw_options。
draw_options = pymunk.pygame_util.DrawOptions(screen)
然后在pygame的游戏循环中一下子重画所有形状,用以下命令:
space.debug_draw(draw_options)
大多数的pymunk作品都是用自带的实用函数完成以上任务。下面是自由落体小球代码:
import sys, random import pygame from pygame.locals import * import pymunk def add_ball(space): mass = 1 radius = 14 moment = pymunk.moment_for_circle(mass, 0, radius) # 1 body = pymunk.Body(mass, moment) # 2 x = random.randint(120, 380) body.position = x, 550 # 3 shape = pymunk.Circle(body, radius) # 4 space.add(body, shape) def main(): pygame.init() screen = pygame.display.set_mode((600, 600)) pygame.display.set_caption("Joints. Just wait and the L will tip over") clock = pygame.time.Clock() space = pymunk.Space() space.gravity = (0.0, -900.0) balls = [] draw_options = pymunk.pygame_util.DrawOptions(screen) ticks_to_next_ball = 10 while True: for event in pygame.event.get(): if event.type == QUIT: sys.exit(0) elif event.type == KEYDOWN and event.key == K_ESCAPE: sys.exit(0) ticks_to_next_ball -= 1 if ticks_to_next_ball <= 0: ticks_to_next_ball = 25 ball_shape = add_ball(space) balls.append(ball_shape) space.step(1/50.0) screen.fill((255,255,255)) space.debug_draw(draw_options) pygame.display.flip() clock.tick(50) if __name__ == '__main__': main()
L形静止拦板
单单几个小球自由落体,很多人不用物理引擎也能完成。这体现不出pymunk的强大。下面我们创建一个L形的拦板,让小球掉在上面。 我们通过创建一个函数来完成这个任务,以下是代码:
def add_static_L(space): body = pymunk.Body(body_type = pymunk.Body.STATIC) # 1 body.position = (300, 300) l1 = pymunk.Segment(body, (-150, 0), (255, 0), 5) # 2 l2 = pymunk.Segment(body, (-150, 0), (-150, 50), 5) space.add(l1, l2) # 3 return l1,l2
#1、这里创建的是静止的实体,重要的是不要把它加到space中。注意这个body类型是pymunk.Body.STATIC。
#2、添加线条,坐标相对于body
#3、把l1和l2添加到空间。
在这个例子中使用的是Space.debug_draw来渲染整个空间。所以我们不需要给以上用Segment创建的线条手工写代码,为了了解原理,下面代码演示了渲染线条的功能:
def draw_lines(screen, lines): for line in lines: body = line.body pv1 = body.position + line.a.rotated(body.angle) # 1 pv2 = body.position + line.b.rotated(body.angle) p1 = to_pygame(pv1) # 2 p2 = to_pygame(pv2) pygame.draw.lines(screen, THECOLORS["lightgray"], False, [p1,p2])
#1、我们做了个计算,这是为了得到旋转后线条两端的点的坐标。line.a是线条的第一个点,line.b是线条的第二个点。虽然现在线条是静止的,但是接下来会让它旋转,所以要做这个计算。line.a.rotated(body.angle)是向量旋转,结果加上body.position,那么点a就是新的坐标了。 如果对向量旋转不太明白,可以复习一下相关知识。
#2、由于pygame和pymunk的坐标系不同。下面的to_pygame函数把坐标转换成pygame坐标系的坐标点。
def to_pygame(p): """Small hack to convert pymunk to pygame coordinates""" return int(p.x), int(-p.y+600)
现在,我们能看到不断掉落的小球,碰到L形拦板的效果了,下面是代码:
import sys, random import pygame from pygame.locals import * import pymunk import math #def to_pygame(p): #def add_ball(space): #def add_static_l(space): def main(): pygame.init() screen = pygame.display.set_mode((600, 600)) pygame.display.set_caption("Joints. Just wait and the L will tip over") clock = pygame.time.Clock() space = pymunk.Space() space.gravity = (0.0, -900.0) lines = add_static_L(space) balls = [] draw_options = pymunk.pygame_util.DrawOptions(screen) ticks_to_next_ball = 10 while True: for event in pygame.event.get(): if event.type == QUIT: sys.exit(0) elif event.type == KEYDOWN and event.key == K_ESCAPE: sys.exit(0) ticks_to_next_ball -= 1 if ticks_to_next_ball <= 0: ticks_to_next_ball = 25 ball_shape = add_ball(space) balls.append(ball_shape) space.step(1/50.0) screen.fill((255,255,255)) space.debug_draw(draw_options) pygame.display.flip() clock.tick(50) if __name__ == '__main__': (main()
关节(1)
用静止的L形拦板来拦小球也是没有啥好玩的。接下来增加两个关节,一个用来让body旋转,另一个关节则限制它旋转。下面的代码只是增加了让它旋转的代码。由于L形拦板不再是静止的,所以给函数改名为add_L,代码如下所示:
def add_L(space): rotation_center_body = pymunk.Body(body_type = pymunk.Body.STATIC) # 1 rotation_center_body.position = (300, 300) body = pymunk.Body(10, 10000) # 2 body.position = (300, 300) l1 = pymunk.Segment(body, (-150, 0), (255.0, 0.0), 5.0) l2 = pymunk.Segment(body, (-150.0, 0), (-150.0, 50.0), 5.0) rotation_center_joint = pymunk.PinJoint(body, rotation_center_body, (0,0), (0,0)) # 3 space.add(l1, l2, body, rotation_center_joint) return l1,l2
#1、这是旋转中心body。它是静上的,目的是做为关节让线条body旋转,不会被加到space中。
#2、L形拦板不再是静止的了,所以这里的代码改了。我把它的惯性设为10000,这个值并不是计算出来的(自己随便写的),反正能有用就行了。
#3、新建销关节,充许两个物体绕着关节旋转。(相当在body中插入一根销,这样body就能转起来,lixingqiu加的)。在这个例子中有一个物体会粘在世界中。
关节(2)
前面我们增加了一个销关节,是时候创建限制它的行为,让仿真程序更有趣了。以下是修改后的add_L函数:
def add_L(space): rotation_center_body = pymunk.Body(body_type = pymunk.Body.STATIC) rotation_center_body.position = (300,300) rotation_limit_body = pymunk.Body(body_type = pymunk.Body.STATIC) # 1 rotation_limit_body.position = (200,300) body = pymunk.Body(10, 10000) body.position = (300,300) l1 = pymunk.Segment(body, (-150, 0), (255.0, 0.0), 5.0) l2 = pymunk.Segment(body, (-150.0, 0), (-150.0, 50.0), 5.0) rotation_center_joint = pymunk.PinJoint(body, rotation_center_body, (0,0), (0,0)) joint_limit = 25 rotation_limit_joint = pymunk.SlideJoint(body, rotation_limit_body, (-100,0), (0,0), 0, joint_limit) # 2 space.add(l1, l2, body, rotation_center_joint, rotation_limit_joint) return l1,l2
#1、增加一个实体。
#2、创建一个滑动关节,它有销关节有点像。它的作用是让两个body在一定的距离之间滑动。在这里让有一个body 静止,就是rotation_limit_body。所以另一个body就会在一定范围内被限制。
结尾
或许你注意到在程序中没有删除球的设计。这会让球越来越多,导致仿真程序运行越来越慢。所以还要加上当小球超出屏幕范围把它删除的代码,以下就是:
balls_to_remove = [] for ball in balls: if ball.body.position.y < 0: # 1 balls_to_remove.append(ball) # 2 for ball in balls_to_remove: space.remove(ball, ball.body) # 3 balls.remove(ball) # 4
#1、遍历每个小球检测它的坐标是否小于0,这里的ball.body.position并不是pygame坐标系。
#2、如果小球的y坐标小于0,加到待删除列表。
#3、从重力空间中移去小球和它的形状。
#4、从自建的球们列表中移去这个小球。
现在,教程已经完成了。你运行程序能看到不断掉落的小球,它们碰到倒L形拦板,可能会呆在里面,当满的的时候会溢出来。 以下是这个仿真程序的所有代码:
import sys, random import pygame from pygame.locals import * import pymunk import pymunk.pygame_util def add_ball(space): """Add a ball to the given space at a random position""" mass = 1 radius = 14 inertia = pymunk.moment_for_circle(mass, 0, radius, (0,0)) body = pymunk.Body(mass, inertia) x = random.randint(120,380) body.position = x, 550 shape = pymunk.Circle(body, radius, (0,0)) space.add(body, shape) return shape def add_L(space): """Add a inverted L shape with two joints""" rotation_center_body = pymunk.Body(body_type = pymunk.Body.STATIC) rotation_center_body.position = (300,300) rotation_limit_body = pymunk.Body(body_type = pymunk.Body.STATIC) rotation_limit_body.position = (200,300) body = pymunk.Body(10, 10000) body.position = (300,300) l1 = pymunk.Segment(body, (-150, 0), (255.0, 0.0), 5.0) l2 = pymunk.Segment(body, (-150.0, 0), (-150.0, 50.0), 5.0) rotation_center_joint = pymunk.PinJoint(body, rotation_center_body, (0,0), (0,0)) joint_limit = 25 rotation_limit_joint = pymunk.SlideJoint(body, rotation_limit_body, (-100,0), (0,0), 0, joint_limit) space.add(l1, l2, body, rotation_center_joint, rotation_limit_joint) return l1,l2 def main(): pygame.init() screen = pygame.display.set_mode((600, 600)) pygame.display.set_caption("销关节滑动关节小球掉落倒L形拦板仿真程序_www.lixingqiu.com") clock = pygame.time.Clock() space = pymunk.Space() space.gravity = (0.0, -900.0) lines = add_L(space) balls = [] draw_options = pymunk.pygame_util.DrawOptions(screen) ticks_to_next_ball = 10 while True: for event in pygame.event.get(): if event.type == QUIT: sys.exit(0) elif event.type == KEYDOWN and event.key == K_ESCAPE: sys.exit(0) ticks_to_next_ball -= 1 if ticks_to_next_ball <= 0: ticks_to_next_ball = 25 ball_shape = add_ball(space) balls.append(ball_shape) screen.fill((255,255,255)) balls_to_remove = [] for ball in balls: if ball.body.position.y < 150: balls_to_remove.append(ball) for ball in balls_to_remove: space.remove(ball, ball.body) balls.remove(ball) space.debug_draw(draw_options) space.step(1/50.0) pygame.display.flip() clock.tick(50) if __name__ == '__main__': main()