3D世界
让我们现在开始写一个3D的程序，巩固一下这几次学习的东西。因为我们还没有好好深入如何画3D物体，暂时就先用最简单的投影（上次讨论过的第二种）方法来画吧。这个程序画一个空间里的立方体，只不过各个部分并不会随着距离而产生大小上的变化。
您可以看到，很多的小球构成了立方体的各个边，通过按住方向键，可以水平或垂直方向的更改“摄像头”的位置，Q和A键会把摄像头拉近或拉远，而W和S会改变视距，绿色的三角是视距和视角的示意图。fov角大的话，立方体就显得比较短，反之就显得比较长。
代码稍微有点长，下面有解释，静下心来慢慢阅读。
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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]) # 边沿的一系列点 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序存储，类似于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 # 绘制点 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)) # 绘制表 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) # 绘制文字 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来管理向量数据，点的存储是按照z坐标来的，这样在blit的时候，离摄像机近的后画，就可以覆盖远的，否则看起来就太奇怪了……
在主循环的代码中，会根据按键摄像头会更改位置——当然这是用户的感觉，实际上代码做的是更改了点的位置。而3D的移动和2D是非常像的，只不过多了一个z来判断覆盖远近（也就是绘制顺序），一样的基于时间移动，一样的向量运算，只是由Vector2变为了Vector3。
然后代码需要绘制全部的点。首先，点的位置需要根据camera_position变量校正，如果结果的z比0还大，说明点在摄像头之前，需要画的，否则就是不需要画。y需要校准一下方向，最后把x、y定位在中间（小球还是有一点点尺寸的）。
留下的代码是给出信息的，都是我们学习过的东西了。
如果想好好学习，把立方体换成其他的图像吧！改一下更能加深印象。
3D第一部分总结
3D是迄今为止游戏发展中最大的里程碑（下一个会是什么呢？虚拟体验？），我们这几次学习的，是3D的基础，你可以看到，仅有2D绘图经验也能很方便的过渡过来。仅仅是Vector2→Vector3，担任3D向量还是有一些特有的操作的，需要慢慢学习，但是基本的思想不会变。
但是，请继续思考~ 难道所有的3D游戏就是一系列的3D坐标再手动转换为2D画上去就好了？很可惜或者说很幸运不是的，我们有3D引擎来做这些事情，对Pygame来说，原生的3D处理时不存在的，那么如何真正绘制3D画面？有一个非常广泛的选择——OpenGL，不了解的请自行Wiki，不过OpenGL并不是Pygame的一部分，而且3D实际做下去实在很繁杂，这个系列就暂时不深入讲解了。
尽管有3D引擎帮我们做投影等事情，我们这几次学的东西绝对不是白费，对基础的一定了解可以更好的写入3D游戏，对画面的掌握也会更好。如果有需要，这个系列的主线完成后，会根据大家的要求追加讲解OpenGL的内容。
接下来开始讲解Pygame中的声音，基本游戏制作的全部知识我们都快学习完了：）
>> 用Python和Pygame写游戏-从入门到精通（20）
可以给力讲讲openGL啊，想问下opengl和dx那个好入门些啊 楼主比较认真啊 精神值得赞扬
有时间拉一个合适的3D引擎进来写写吧
这一次忘了ball.png了,看来我得自己去找一个^_^
想了很久没想通viewing_distance是怎么回事……感觉跟camera的z值不是一回事吗?好像钻牛角尖里了
觉得这样理解比较容易， viewing_distance 是之前的函数 perspective_project 中出现的
def perspective_project(vector3, d):
x, y, z = vector3
return (x * d/z, –y * d/z)
它用来把三维物体投影到一个平面上的，而 camera_z 是距离这个平面（物体）的距离。 在这个例子中，增大 fov 相当于跟投影平面距离变近，调整 camera_z也会也有类似的感觉。
@wing:个人认为viewing_distance跟camera_z不是一回事。viewing_distance是眼睛到屏幕的距离，而camera_z是眼睛到离眼睛最近的小球的距离（这个距离只是z方向的距离不是用勾股定理算的直线距离）。可以把屏幕想象成一块透明玻璃，你在透过这块玻璃看前方的一个方块。
确实是3D的基础课，对以后学3D引擎大有帮助的。那FOV不仅有左右，还有上下的，是个圆锥。楼主肯定知道，没有讲罢了。
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作者能否提供ball.png图片？
python3下运行总有问题…
….line 92, in _get_z
return self._v[2]
TypeError: ‘map’ object is not subscriptable
libpng warning: iCCP: known incorrect sRGB profile
请问解决了吗?我也遇到这个问题了
吧vector3.py中
self._v = map(float, args[:3])改为
self._v = list(map(float, args[:3]))
self._v = map(float, args[0][:3])改为
self._v = list(map(float, args[0][:3]))就可以了
今天看到我以前发的评论啊，光阴似箭啊，我对这句不太理解: x, y, z = point – camera_position，为什么要减去摄像机的坐标呢，摄像机就相当于眼睛吧。
个人理解
x, y, z = point – camera_position
得到的坐标是以camera为原点(0,0,0),立方体棱上某个点相对原点的位置
程序开始未移动时 camera的位置是（0,0，-700），如立方体顶点A（-150，-150,-150），转换后点A相对原点的位置变为（-150，-150,550）