Python作为目前较广泛的编程语言, 用于制作3D游戏可谓得心应手。本文讲解使用Python pyglet库自制简易3D引擎的方法技巧。
上篇：Python pyglet 自制3D引擎入门(一) – 绘制几何体、创建3D场景
先放效果图:
导入pyglet及初始化
pyglet.window部分用于实现窗口操作, pyglet.gl以及pyglet.gl.glu模块包含了OpenGL的绘图函数, 也是3D引擎中的关键部分。pyglet模块可通过pip安装: pip install pyglet。
import pyglet
from pyglet.gl import *
from pyglet.gl.glu import *
from pyglet.window import key
import math
from random import random, randint
定义常量和数据:
WIDTH=400;HEIGHT=400
angle_xy = math.pi / 2 # X-Y平面内的相机角度, 弧度制(0-360°变为0-2π)
angle_z = 0 # 相机绕Z轴旋转的角度
distance = 20
centerx,centery,centerz = 38,9, -11 # 中心点位置, 相机绕中心点旋转
data = [(3.2045, 50.7902), (1.5227, 49.5507), (0.2268, 47.9115), (-0.6292, 46.0584), (-0.9964, 44.1779), (-0.8378, 42.4295), (-0.5548, 41.6411), (-0.1348, 40.9221),
(0.4219, 40.2782), (1.9425, 39.2276), (2.9045, 38.8233), (4.0, 38.5), (2.9045, 38.1766), (1.9424, 37.7722), (0.4218, 36.7216), (-0.1349, 36.0778), (-0.5548, 35.3589), (-0.8378, 34.5706), (-0.9964, 32.8226),
(-0.6291, 30.9425), (0.227, 29.09), (1.5229, 27.4513), (3.2048, 26.2122), (5.2203, 25.5298), (7.5231, 25.5104), (10.0749, 26.2121), (12.8454, 27.6578), (15.812, 29.848),
(18.9593, 32.7712), (22.2779, 36.4131), (24.0, 38.5), (22.2778, 40.5874), (18.9591, 44.2302), (15.8118, 47.1541), (12.8451, 49.3448), (10.0746, 50.7907),
(7.5228, 51.4924), (5.22, 51.4729)]# 心形的矢量图数据
z1=8; z2=10 # 心形两个面的z坐标
初始化pyglet的Window对象, 用于绘制图形、接收事件。
# sample_buffers为抗锯齿，depth_size为启用z排序
conf = pyglet.gl.Config(sample_buffers=1, samples=4, depth_size=1)
window = pyglet.window.Window(height=HEIGHT, width=WIDTH,
config=conf)
相机控制
类似于一些3D游戏，我们这里的相机需要实现360°无死角的旋转。
convert_pos()用于转换相机的坐标。其中：
相机绕着一个中心点, 2个方向旋转。
想象相机和中心点距离不变, 中心点是球心, 相机就相当于在一个球体表面自由移动。程序中angle_xy类似于球体的“经度”, angle_z类似“纬度”。通过“经度”和“纬度”， 就能控制相机移动。
另外, 一些3D游戏除了使用以上的“经度”和“纬度”, 还使用了第三根轴控制相机的旋转。
像下面这样:
def convert_pos():
# 将相机角度转换为相机的X,Y,Z坐标
if math.pi/2 < angle_z < math.pi * 1.5:
flag = -1 # 相机朝下
else:
flag = 1 # 相机朝上
cam_x=math.cos(angle_xy)*distance *math.cos(angle_z) + centerx
cam_y=math.sin(angle_xy)*distance *math.cos(angle_z) + centery
cam_z=math.sin(angle_z)*distance + centerz
return cam_x,cam_y,cam_z,flag
这是绑定pyglet窗口的事件。
按↑,↓,←,→键或拖动鼠标切换查看角度，按Page Up / Page Down键或滚动鼠标，调整远近。
@window.event
def on_key_press(k,_):
global angle_xy,angle_z,distance
if k==key.DOWN: # 下
angle_z -= math.pi * 1/18 # 10°
elif k==key.UP:# 上
angle_z += math.pi * 1/18
elif k==key.LEFT: # 左
angle_xy -= math.pi * 1/18
elif k==key.RIGHT: # 右
angle_xy += math.pi * 1/18
elif k==key.PAGEUP: # page up
distance/=1.15
elif k==key.PAGEDOWN: # page down
distance*=1.15
angle_z %= math.pi*2
on_draw()
@window.event
def on_mouse_drag(x,y,dx,dy,btn,_): # 拖动鼠标, dx和dy为鼠标位置变化的多少
global angle_xy, angle_z
angle_xy -= dx / 100
angle_z -= dy / 100
angle_z %= math.pi * 2
on_draw()
@window.event
def on_mouse_scroll(x,y, _, d): # 滚动鼠标, d为滚动的多少
global distance
distance /= 1.1**d
on_draw()
3D图形绘制
这是window对象的on_draw事件，调用openGL绘图的代码都应该放在这个函数里面。
如果代码看不懂，可以看上篇中关于openGL 3D绘图的介绍。
@window.event # 表示绑定 window 对象的事件
def on_draw(): # 注意函数名, 必须是on_draw才能绑定绘制的事件
glMatrixMode(GL_PROJECTION) # 设置当前矩阵为投影矩阵
glLoadIdentity()
# 透视投影, 前4个参数类似游戏中的FOV(视角大小),
# 后2个参数分别是物体与相机的最近、最远距离
glFrustum(-5, 5, -5, 5, 2, 1000) # 透视投影
glMatrixMode(GL_MODELVIEW) # 模型视图矩阵
glLoadIdentity()
glViewport(0, 0, WIDTH, HEIGHT)
window.clear() # 或 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)
glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT) # 清除深度(z排序)缓冲区
# 改变相机位置和角度
cam_x,cam_y,cam_z,flag = convert_pos()
gluLookAt(cam_x,cam_y,cam_z,centerx,centery,centerz,0,0,flag) # 0,0,flag为相机朝上方向
for dx,dy,dz in lst_pos: # 绘制列表中的各个心形
draw_heart(dx,dy,dz)
glFlush() # 刷新绘图缓冲区
下面的draw_heart()函数用于在不同位置绘制3D心形, 根据二维的心形矢量图数据, 绘制正面和侧面, 形成三维的形状。glVertex3f函数定义心形每个顶点的坐标。
def draw_heart(dx,dy,dz): # 绘制心形
# dx, dy, dz为心形从中心点向X, Y, Z轴正方向平移多少
# 绘制顶、底面
glBegin(GL_POLYGON)
glColor3f(random()*0.5+0.5, 0, random()*0.5+0.5) # 随机生成颜色
for x, y in data:
glVertex3f(y+dx, z1+dy, -x+dz) # 使用y,z和-x, 旋转心形, 使心形更易于查看
glEnd()
glBegin(GL_POLYGON)
for x, y in data:
glVertex3f(y+dx, z2+dy, -x+dz)
glEnd()
# 绘制透明侧面
glColor4f(0.5, 0, 0.5, 0.5)
for i in range(len(data)):
if i + 1 == len(data): # 到达列表末尾
next_point = data[0]
else:
next_point = data[i + 1]
point = data[i]
glBegin(GL_POLYGON)
glVertex3f(point[1]+dx, z1+dy, -point[0]+dz)
glVertex3f(next_point[1]+dx, z1+dy, -next_point[0]+dz)
glVertex3f(next_point[1]+dx, z2+dy, -next_point[0]+dz)
glVertex3f(point[1]+dx, z2+dy, -point[0]+dz)
glEnd()
用计时器实现动画效果
pyglet库自带了计时器功能。首先，导入pyglet.clock模块 (有点像pygame)。
from pyglet import clock
通过clock模块中的schedule_interval函数，可以设定计时器间隔。这里程序每隔0.02秒，调用一次animate函数。在animate函数中再加入实现动画的代码。
def animate(event):
global centerx
centerx+=1
xpos=lst_pos[0][0]
lst_pos[0]=(xpos+1,0,0)
on_draw() # 重新绘制
# 每隔0.02秒，调用一次animate函数
clock.schedule_interval(animate, 0.02)
主程序实现
主程序随机生成多个心形, 类似游戏中使用的过程生成技术。
# 随机生成多个心形
lst_pos = [(0,0,0)] # 中心的心形
for i in range(20):
lst_pos.append((randint(-200,200),randint(-200,200),randint(-200,200)))
glClearColor(0.8, 1, 1, 1)
glEnable(GL_DEPTH_TEST) # 开启深度(z排序), 使程序支持近的物体遮挡远的物体
glEnable(GL_BLEND) # 开启透明支持
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA,GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)
pyglet.app.run()
学习了这么多, 应该可以编写自己的简易3D游戏了吧! 欢迎点赞、收藏。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-692686.html
源代码见作者的gitcode：gitcode.net/qfcy_/python/-/tree/master/opengl。
其中还有作者的其他3D程序，下面是星空程序(space.py)的截图：
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-692686.html
到了这里，关于Python pyglet 自制3D引擎入门(二) -- 绘制立体心形，动画和相机控制的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
