python程序可以输出声音吗 python可以输出图形和声音吗

上一讲学习了Python游戏开发的简单方法，并在练习中下载和阅读了几个小游戏的源代码。本讲将自己动手制作游戏，练习编写50行左右的比较复杂的程序，在此过程中将继续学习图形图像相关知识、播放声音，以及运用前面学习的各种数据类型、函数等技术。

15.1 图形图像

15.1.1 原理

早期的计算机和手机都用按键输入，屏幕只能显示文字。后来随着软硬件升级，逐步出现彩色显示器，以窗口界面为主，使用鼠标和触摸屏操作的计算机和手机系统。

现在在屏幕上看到的所有显示都是以图片方式“绘制”出来的。之前讲过软件分为系统软件和应用软件，系统软件的一部分工作是管理当前开启的应用程序（应用软件），并将各个软件的输出“绘制”在屏幕上。因此作为普通开发者，只需要考虑应用软件的输出即可。

上一讲在窗口中绘制图形：窗口是开发者在程序内定义的一个固定大小的区域，绘图位置通过坐标（x,y）指定。

屏幕上显示的画面又分为图形和图像两种，之前学习的绘制矩形、圆形，以及显示文字都属于“图形”，另一种是图像，它可能是拍摄的照片或者用画图软件绘制的卡通人物或风景，在Python程序中从文件读出，并将其内容绘制到某一区域，叫做绘制图像。

15.1.2 图像格式

从绘图的角度看，图像分为两种：带有透明度通道的图片和不带有透明度通道的图片。

图15.1 图片透明通道示意图

如图15.1所示，将两张卡通羊图片绘制在背景图上，左侧不带透明通道，因此将其白色背景也贴了出来，右侧带透明通道，并其将卡通羊的背景置为透明，贴图后的效果更加自然。一般情况下，在绘制背景图片，以及后面不需要透出其它图片时，使用不带透明通道的图片即可。而绘制前景图片，比如游戏中需要移动变化的卡通人物，则使用带透明通道图片。

图像一般存储在图片文件中，通过不同的扩展名区分不同的格式，最常见的图片格式有bmp、jpg和png。bmp是早期的图像存储格式，它直接把图片中每个像素的颜色存储在图片文件中，占空间较大；jpg是最常用的图片存储格式，它用压缩算法将图片内容压缩后存储，占存储空间较小，有时也会损失一些图片的质量，在保存图片时可以设置压缩比例，以便在图片的大小和精度之间达到平衡；png采用无损压缩格式，存储的是带透明通道的图片。

15.1.3 获取图像

图形界面或多或少用到图像，比如：网站的Logo（商标）、软件的欢迎界面、小图标等，游戏为了提升视觉效果会用到更多的图像。

图片可以从网络下载，方法是：打开浏览器，百度图片搜索：https://images.baidu.com/， 输入想要查找图片的关键字，找到合适的图片后，在图片中点击右键，选择“另存图像为”，即可将网络上的图片下载到自己的电脑上。如图15.2所示：

图15.2 下载网络图片

从网络上下载的图片多数是jpg格式，如果需要透明通道，则要使用绘图软件修改，或者在搜索时指定png格式。

下载网络图片简单快捷，但会涉及图片的版权问题，如果仅用于学习和实验，问题不大。也可以自己用电脑绘制图片，如使用Windows自带的绘图工具：开始->所有程序->附件->画图，绘图后保存成图片文件即可在程序中使用。另外，也可以把手机中的照片文件通过微信传到电脑上使用。常用的绘图工具还有用于修图的PhotoShop，和用于绘图的Illustrator等等。

15.1.4 Python绘图

任何编程语言，操作图片一般都需要三步：读取图片文件、调整图片、显示图片。本例使用游戏开发库pygame操作图片：

第一步，使用pygame.image.load()函数读取图片，它支持主流的图片格式，读取文件后将其转换成pygame的内部图片存储格式。
第二步，使用pygame.transform.scale()函数将图片缩放到指定大小。
第三步，使用画布提供的screen.blit()函数将图片按指定的位置显示在画布（绘图窗口）上。

01 import pygame 
02 
03 WIDTH = 640 
04 HEIGHT = 480 
05 
06 pygame.init() 
07 screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT)) 
08 
09 back_img = pygame.image.load('bg.jpg') 
10 background = pygame.transform.scale(back_img, (WIDTH, HEIGHT)) 
11 
12 running = True 
13 while running: 
14 for event in pygame.event.get(): 
15 if event.type == pygame.QUIT: 
16             running = False 
17     screen.blit(background, (0, 0)) 
18     pygame.display.update() 
19 
20 pygame.quit()

第01-07行引入pygame游戏开发模块，初始化，并创建一个宽为640，高为480的窗口。（详见上一讲）
第09行加载当前目录下的图片文件bg.jpg。
第10行将图片缩放成与窗口同样的大小。
第12行设置变量running，用于控制程序主循环。
第13行用while实现程序主循环，当running为True时循环显示，否则退出。
第14-16行接收用户操作，当用户关闭窗口时将running设为False，退出主循环。
第17行用blit方法将背景图片显示在窗口之中（类似于将图像区域复制粘贴到显示区域），显示位置为(0,0)。
第18行更新显示，将内存中的数据显示在屏幕上。
第20行释放pygame资源。

15.2 播放声音

背景音乐和音效也是游戏重要的组成部分，本节介绍播放背景音乐和播放普通音效的方法。

15.2.1 音频格式

与图像一样，声音数据也存储在音频文件中，常见的声音文件有两种格式，常用的扩展名有wav、ogg和mp3。wav也叫波形声音文件，是早期的数字音频格式，占空间较大，不适合较长时间的声音存储，常用于存储长短为几秒钟的音效，例如“叮”的一声响，而mp3是目前比较常用的声音文件存储格式，它使用压缩算法，对音频有一定损失，但相应数据量也较小，便于存储和传输。

15.2.2 获取声音文件

声音文件也可以从网络下载，或者自己录制。Windows系统中也有很多自带的音效文件，在计算机中搜索扩展名为“.wav”的文件即可查找音效文件，使用时可将其复制到程序能访问的位置。搜索方法如图15.3所示：

15.3 查找音效文件

15.2.3 Python播放声音

1. 播放背景音乐

播放声音文件，首先需要初始化声音模块，然后加载要播放的声音文件，最后是播放声音，本例中同样使用pygame游戏开发模块中提供的mixer混音子模块实现播放背景音乐。

使用pygame.mixer.init()初始化声音相关模块。
使用pygame.mixer.music.load()加载常见格式的声音文件。
使用pygame.mixer.music.play()播放声音。
使用pygame.mixer.music.set_volume()调节音量。

程序导入模块和主循环与前一例程相同，此处不再重复。在主循环之前加入以下代码即可循环播放当前目录下的背景音乐back.mp3文件。

01 pygame.mixer.init() 
02 back_music = pygame.mixer.music.load('back.mp3') 
03 pygame.mixer.music.set_volume(0.5) 
04 pygame.mixer.music.play(loops=-1)

第01行初始化声音相关模块。
第02行加载当前目录下的声音文件back.mp3，运行程序前请先将要播放的文件复制到当前目录下。
第03行设置音量为最大音量的50%，以防止背景音乐声音过大。
第04行播放已加载的音乐，并使用loops参数设置播放次数，设置为-1时声音循环播放。

2. 播放其它音效

除了背景音乐之外，有时还需要根据用户的操作或者游戏需要偶尔播放一些音效文件，方法如下：

01 dound = pygame.mixer.Sound('warning.wav') 
02 dound.play()

第01行用于加载音效文件。
第02行用于播放音效，默认为播放一次。

需要注意的是：以Sound方式加载的音效文件有一定的格式要求，只能播放简单格式的wav和ogg文件，当格式不符合要求时，程序将报错“Unable to open file”。另外需要注意的是在播放完音效后不能马上结束程序，否则将听不到声音的播放效果。

15.3 综合实例

本节将通过游戏“愤怒的小鸟”，学习游戏常用的程序技术，首先使用git下载源码（git使用方法详见前一讲）。

在git bash中输入以下命令下载“愤怒的小鸟”项目：

$ git clone http://www.github.com/estevaofon/angry-birds-python angry-birds-python

该程序还依赖三方模块pymunk，在Anaconda Prompt中，用以下命令安装：

$ pip3 install pymunk

进入下载后的angry-birds-python目录，可以看到程序包的具体内容，如图15.4所示：

图15.4 愤怒的小鸟项目

其中src为source code的缩写，意思是源代码；resources译为资源，其中包括游戏用到的图片和音效文件，有时也简写为res；README.md是说明文件，用Windows记事本打开该文件，可以看到其中介绍了该软件依赖的三方模块，以及运行该程序的方法；LICENSE是软件的版本信息。请读者自行进入每个目录，通过文件名和文件扩展名了解它们的用途。

之前讲解的例程中，为了方便调用，资源文件、代码文件以及说明文件常存储在同一个目录下面，而当程序中有多个代码文件和资源文件时，目录内容将变得非常混乱，建议读者在之后的项目中利用目录更好地分类和管理文件。

从Readme.md文件中可以看到，程序的入口（主要程序）是main.py，绝大多数项目的主程序名都为main.py，这也是约定俗成的命名习惯。请读者在Spyder或者Jupyter中打开main.py，并运行该游戏，了解“愤怒的小鸟”的游戏规则。

请读者在main.py中找到主循环、用户事件处理、以及绘图的相应代码，上一讲学习了对键盘事件的处理，本讲请读者自学对鼠标事件的处理（提示：鼠标关键字“MOUSE”）。

通过玩游戏可以了解：本游戏除了包含图片和声音之外，主要的难点在于物体的碰撞效果，碰撞效果使用pymunk三方库实现。它是一个物理计算引擎，很多游戏的运动效果都借助该库实现。

课后练习：（练习答案见本讲最后的小结部分）

练习一：实现简单版愤怒的小鸟，具体要求如下：

1. 游戏目标：接收用户鼠标事件，根据鼠标按下时长决定投掷小鸟的远近。当小鸟打中猪时，游戏结束。
2. 前景和背景用图片显示，至少两个前景物体：小鸟和猪。
3. 带背景音乐和用户操作音效，用户点击鼠标时播放音效。
4. 提示：参考以下代码06-09行计算抛物线的轨迹：

01 import math as m # 引入数学函数库 
02 import matplotlib.pyplot as plt 
03 %matplotlib inline 
04 
05 # v是力度取值(100-1000), a是角度取值(0.1-2), width为窗口宽度 
06 def calc(a,v,width): 
07     arr = [m.floor(0.5+x*m.tan(a)-x*x/(v*m.cos(a))) for x in range(width)] 
08     arr = [i for i in arr if i >= 0] 
09 return arr 
10 
11 arr = calc(1.3,800,640) 
12 plt.plot(arr) 
13 arr = calc(0.5,800,640) 
14 plt.plot(arr)

程序运行结果如图15.5所示：

图15.5 抛物线图

本讲内容不多，但是练习的难度较大，对于完全没有编程经验的读者，是一个巨大的考验。编写程序的最终目标是实现完整功能，而不是照猫画虎地做秀，增加难度也是必经的过程。

15.4 思维训练

15.4.1 解决复杂问题

本讲中的习题，不像之前的练习，照猫画虎就能完成，需要把学到的知识打散，再组合。小李同学在放假时做了四遍：第一天两遍、第二天一遍、第三天一遍，每做一遍之后，把源码删掉，再重新写。

一开始做的时候问题不断，以她三年级的英语水平，报错基本都看不懂。在常量、变量、坐标系、列表、表达式，判断和循环的缩进中，暴露出了很多前期学得不扎实的知识点。但随着不断地重复，提出的问题也越来越少。

最后她说她都把这五十多行代码背下来了，让她背了一遍，流程基本都对。有点像多年前流行背《新概念》英语中的例文。

下面分享一下解题思路：

第一步：拆分问题——把一个大问题拆分成几个小问题。

小李把问题分解为：1接收鼠标事件、2打到猪退出程序、3显示图像、4点鼠标播放音效、5根据鼠标时长确定小鸟的飞行距离。在这一步，小朋友切分的粒度不够完美，比如应该把小鸟按抛物线运动单列出来。但框架基本正确。

第二步：确定依赖关系，排列解决“小问题”的顺序。

由于问题之间存在前后的依赖关系，同时还需要考虑难易程度，顺序排列为：3->4->1->5->2。

第三步：按步骤解决“小问题”。

新手程序员常犯的错误是：把所有想到的功能都加上，然后再开始调试。可一旦遇到问题，就很难定位问题出在哪儿。建议每做完一步，调试通过后再做下一步。

对小朋友来说，每解决一个小问题，都是一次小小的成功，这个过程也是不断地肯定自己的过程。在最后一遍练习中，她开始大量使用print语句打印状态信息。基本跳出了瞎蒙的状态。

15.4.2 统筹规划

统筹规划是运用统筹兼顾的基本思想，对错综复杂、种类繁多的工作进行统一筹划，合理安排的方法。对于解决复杂的问题尤为重要。

1．层进式优化

在刚开始学习画画时，老师要求，先确定构图，然后画线稿；铺调子；再一遍一遍逐渐深入印画。

图15.6 层进优化

这种方法在软件工程中叫作螺旋模型，它不追求一次到位，而是把整个过程从时间分为多个阶段，每个阶段都包含：计划、执行、检查。 它有以下优点：

• 如果工程中断，也保留了阶段性的成果，基本可用。
• 当遇到一些关键错误，能及时发现和调整。
• 时间规划合理，不会为一些细节的不完美影响大局。
• 以整体为出发点，不会出太大问题，能更好把握时间和进度。
• 虽然不要求一次做到最好，但随着工作的深入和进一步的理解，也能把握细节。

一位娴熟的画师从任何一点起笔都能完成一幅作品，因为整个过程都在他的脑中；但是对于摸着石头过河的初学者，仍需要一些步骤和方法。

小朋友常见的问题是：做作业时很可能因为对其中一项内容的精益求精，花掉了大多数时间，发现时间不够之后，其它作业就只能草草了事。导致整体水平偏低。自己也很委屈：“我认真难道还错了吗？”。这种问题只需要在安排上做一些微调就能解决。

2．计划

首先是切分问题，不只是切分工作量，切分步骤，还有切分时间。根据不同情况有不同的选择，需要兼顾各种条件。

切分之后，需要排列优先级，有人选择先做简单的，有的先做难的。更细化地可以分成：难度优先级，步骤依赖关系的优先级，重要性优先级，时间优先级……有时候把问题列出来之后，结果就显而易见了。

当事情太多，可能做不完时，“重要性”是判断标准，需要把不重要的往后排，或者去掉一些不重要的安排。也可以从另一个角度考虑，是一个做完再做一个，还是先把每件事做成60分水平，有时间再进一步优化。

当问题足够复杂，步骤很多时，还需要列出步骤清单。

3．实施

实施就是照着计划做，也叫做执行力，在几个步骤之中好像最为简单，实际对于一个长期或者有难度的计划，成年人也很难做到，比如能减肥成功又保持十年内不反弹的人少之又少。计划是否能正常实施很大程度上取决于计划的难度和合理性。

当然，也与人的意志力自控力强弱有关。

4．设置检查点

想都不想就去做的反面是想得多做得少：我是否找到了最佳方向？坚持努力有没有意义？这个问题在成年人身上更加明显，往往在纠结中浪费了大量的时间和精力。很多时候，如果不深入到一定程度，就无法判断最终结果。

层进式工作，并且在过程中设置检查点，可以有效地解决这一问题，即使出现方向性问题也能及时止损。

有时候我们已经习惯听话，只要是老师说的，领导说的，都必须照做，而缺乏对整体的规划和对解决方案思考。在时间和能力条件都有限的情况下，有时候即使做了，效果也不好。如果总是指哪儿打哪儿，判断力从何而来？任何行业，最重要的都是提出问题和提出方案的人，而最没技术含量的是那些不用思考和判断的简单工作。

规划力是一种基础能力：规划、评价、按计划实现的能力。训练得越早，越能应用到其它领域，变成习惯的思维方式。画画、书法、弹琴、运动、学习都能用到，为什么一个小朋友钢琴五级需要学习三五年时间，而有些成年人花一年就可以练到同样程度？这些能力都是在成长过程中慢慢累计而成的。

规划力可以通过编程训练，通过其它日常活动也能锻炼，比如做一顿饭，设计搭配，规划时间，其中的顺序。采买各种食材，找菜谱，在做的过程中发现和补救……

需要注意的是：整件事需要足够复杂，过程中也需要不断思考和判断，此过程也需要根据年龄由浅入深，给孩子足够的空间，也允许他们在过程中犯错。

15.5 小结

15.5.1 单词

本讲需要掌握的英文单词如表15.1所示。

表15.1本讲需要掌握的英文单词

15.5.2 习题答案

1. 练习一：实现简单版愤怒的小鸟。

01 import pygame 
02 import time 
03 import math as m
04 
05 def calc(a,v,width): 
06     arr=[m.floor(0.5+x*m.tan(a)-x*x/(v*m.cos(a)))for x in range(width)] 
07     arr=[i for i in arr if i >= 0] 
08 return arr 
09 
10 arr=calc(1,800,640) 
11 
12 x=0 
13 y=0 
14 
15 WIDTH=649 
16 HEIGHT=480 
17 s=50 
18 pygame.init() 
19 screen=pygame.display.set_mode((WIDTH,HEIGHT)) 
20 
21 bg_img=pygame.image.load('bg.jpg') 
22 bg=pygame.transform.scale(bg_img,(WIDTH,HEIGHT)) 
23 zhu_img=pygame.image.load('pig.png') 
24 zhu=pygame.transform.scale(zhu_img,(s,s)) 
25 niao_img=pygame.image.load('bird.png') 
26 niao=pygame.transform.scale(niao_img,(s,s)) 
27 
28 pygame.mixer.init() 
29 back_music=pygame.mixer.music.load('bg.ogg') 
30 pygame.mixer.music.set_volume(0.6) 
31 pygame.mixer.music.play(loops=-1) 
32 
33 running=True 
34 while running: 
35     for event in pygame.event.get(): 
36         if event.type==pygame.QUIT: 
37             running=False 
38         if event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN: 
39             b=time.time() 
40         if event.type == pygame.MOUSEBUTTONUP: 
41             a=time.time() 
42             i=a-b 
43             dound=pygame.mixer.Sound('warning.wav') 
44             dound.play() 
45             arr=calc(1,i*500,640) 
46             x=0 
47     if x>580 and x<640 and y>400 and y<470: 
48         running=False 
49
50     if x<len(arr)-1: 
51         x=x+1 
52         y=arr[x] 
53         y=HEIGHT-y 
54     screen.blit(bg,(0,0)) 
55     screen.blit(zhu,(580,400)) 
56     screen.blit(niao,(x,y)) 
57     pygame.display.update() 
58 
59 pygame.quit()