给娃写个游戏，庆祝嫦娥五号登月

年末航天有大事，嫦五揽月取岩石。

这几天，有被嫦娥五号刷屏吗？就在本周二晚11点11分，嫦娥五号的着陆器–上升器组合体成功登月，现已正式开展月面采样任务。嫦娥五号将为我国科学家带回约两千克月球岩石和土壤。时隔44年，人类终于能再次从月球带回“土特产”了！

嫦娥五号（图源：中国探月工程）

作为科技爱好者斜杠程序员爸爸，想不想写一个酷炫的月球着陆游戏，给娃秀一秀专业技能 让娃一起开心开心？

今天就来用Python写一个月球着陆仿真游戏吧！

太长不看提示：由“Python之父”吉多·范罗苏姆推荐的《父与子的编程之旅》。请滑至文末了解如何获取完整代码。

游

戏

任

务

我们的飞船正准备登月。它携带定量的燃料，这些燃料会为反推发动机提供推力。

在游戏开始时，飞船离月球表面有一定的距离。月球的重力把它向下拉，我们必须使用反推发动机减缓降落速度，让飞船的纵向速度变为0，从而平缓着陆。

注意，必须小心地操作反推发动机。如果用力不足，飞船就会重重地摔在月面；如果用力过猛，则燃料会很快耗尽，飞船会向上飞入太空！

游

戏

界

面

左下角的小灰条表示反推发动机的操作杆，用鼠标上下拖动即可控制推力。

燃料表（绿色）显示当前剩余的燃料。界面上方的文本给出动态变化的速度、加速度、高度和推力。

逻

辑

分

析

反推发动机的推力取决于消耗了多少燃料，有时推力会大于重力，有时则会小于重力。当发动机关闭时，推力为0，此时只剩下重力。

要得到飞船所受的净作用力，只需把推力和重力相加。由于二者的方向相反，因此可以用一个正数和一个负数来表示。一旦得到飞船所受的净作用力，就可以利用公式得出它的速度和位置。

我们的程序必须跟踪以下几点。

- 飞船相对于月面的高度，以及飞船的速度和加速度。

- 飞船的质量（随着燃料的消耗，质量会变化）。

- 反推发动机的推力。推力越大，燃料消耗得就越快。

- 飞船剩余多少燃料。当反推发动机消耗燃料时，飞船会变轻，但是如果燃料耗尽，就不再有推力了。

- 飞船所受的重力。这取决于月球的大小、飞船的质量、燃料的消耗情况等。

开

始

编

写

提示：本文假定你已经安装了Pygame模块。如果还没有安装，请滑至文末查看安装说明。

我们使用Pygame模块编写该游戏，用单次时钟“嘀嗒”作为时间单位。每“嘀嗒”一次，程序就要检查飞船当前所受的净作用力，并更新高度、速度、加速度和剩余燃料等信息，然后根据这些信息更新图片和文本。

 1  首先初始化游戏。创建Pygame窗口，加载图像，并为变量设置一些初始值。

import pygame, sys

pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode([400,600])
screen.fill([0, 0, 0])
ship = pygame.image.load('lunarlander.png')
moon = pygame.image.load('moonsurface.png')
ground = 540

start = 90
clock = pygame.time.Clock()
ship_mass = 5000.0
fuel = 5000.0
velocity = -100.0
gravity = 10
height = 2000
thrust = 0
delta_v = 0
y_pos = 90
held_down = False

 2  为反推发动机定义Sprite类。

class ThrottleClass(pygame.sprite.Sprite):
    def __init__(self, location = [0,0]):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self)
        image_surface = pygame.surface.Surface([30, 10])
        image_surface.fill([128,128,128])
        self.image = image_surface.convert()
        self.rect = self.image.get_rect()
        self.rect.left, self.rect.centery = location

 3  计算飞船的高度、速度、加速度和燃料消耗量。

def calculate_velocity():
    global thrust, fuel, velocity, delta_v, height, y_pos
    delta_t = 1/fps #对应Pygame循环的一帧
    thrust = (500 - myThrottle.rect.centery) * 5.0 #将反推发动机精灵的y坐标转换为推力
    fuel -= thrust /(10 * fps) #根据推力减少燃料
    if fuel < 0: fuel = 0.0
    if fuel < 0.1: thrust = 0.0
    delta_v = delta_t * (-gravity + 200 * thrust / (ship_mass + fuel)) #物理公式
    velocity = velocity + delta_v
    delta_h = velocity * delta_t
    height = height + delta_h
    y_pos = ground - (height * (ground - start) / 2000) - 90 #将高度转换为Pygame的y坐标

 4  使用字体对象显示统计信息。

def display_stats():
    v_str = "velocity: %i m/s" % velocity
    h_str = "height: %.1f" % height
    t_str = "thrust: %i" % thrust
    a_str = "acceleration: %.1f" % (delta_v * fps)
    f_str = "fuel: %i" % fuel
    v_font = pygame.font.Font(None, 26)
    v_surf = v_font.render(v_str, 1, (255, 255, 255))
    screen.blit(v_surf, [10, 50])
    a_font = pygame.font.Font(None, 26)
    a_surf = a_font.render(a_str, 1, (255, 255, 255))
    screen.blit(a_surf, [10, 100])
    h_font = pygame.font.Font(None, 26)
    h_surf = h_font.render(h_str, 1, (255, 255, 255))
    screen.blit(h_surf, [10, 150])
    t_font = pygame.font.Font(None, 26)
    t_surf = t_font.render(t_str, 1, (255, 255, 255))
    screen.blit(t_surf, [10, 200])
    f_font = pygame.font.Font(None, 26)
    f_surf = f_font.render(f_str, 1, (255, 255, 255))
    screen.blit(f_surf, [60, 300])

 5  画出尾焰三角形，尾焰大小会随推力变化而变化。

def display_flames():
    flame_size = thrust / 15
    for i in range (2):
        startx = 252 - 10 + i * 19
        starty = y_pos + 83
        pygame.draw.polygon(screen, [255, 109, 14], [(startx, starty),
                                    (startx + 4, starty + flame_size),
                                    (startx + 8, starty)], 0)

 6  Pygame程序主事件循环，画出所有内容。

myThrottle = ThrottleClass([15, 500]) #创建反推发动机对象
running = True
while running:
    clock.tick(30)
    fps = clock.get_fps()
    if fps < 1: fps = 30
    if height > 0.01:
        calculate_velocity()
        screen.fill([0, 0, 0])
        display_stats()
        pygame.draw.rect(screen, [0, 0, 255], [80, 350, 24, 100], 2)
        fuelbar = 96 * fuel / 5000
        pygame.draw.rect(screen, [0,255,0],
               [84,448-fuelbar,18, fuelbar], 0) #燃料量
        pygame.draw.rect(screen, [255, 0, 0],
               [25, 300, 10, 200],0) #画出反推发动机滑块
        screen.blit(moon, [0, 500, 400, 100]) #画出月球
        pygame.draw.rect(screen, [60, 60, 60],
               [220, 535, 70, 5],0) #着陆点
        screen.blit(myThrottle.image, myThrottle.rect) #画出操纵杆
        display_flames()
        screen.blit(ship, [230, y_pos, 50, 90]) #画出飞船
        instruct1 = "Land softly without running out of fuel"
        instruct2 = "Good landing: < 15m/s Great landing: < 5m/s"
        inst1_font = pygame.font.Font(None, 24)
        inst1_surf = inst1_font.render(instruct1, 1, (255, 255, 255))
        screen.blit(inst1_surf, [50, 550])
        inst2_font = pygame.font.Font(None, 24)
        inst2_surf = inst1_font.render(instruct2, 1, (255, 255, 255))
        screen.blit(inst2_surf, [20, 575])
        pygame.display.flip()

 7  收尾部分：检查鼠标是否拖动反推发动机，更新反推发动机位置。

else:
    display_final()
for event in pygame.event.get():
    if event.type == pygame.QUIT:
        running = False
    elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
        held_down = True
    elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONUP:
        held_down = False
    elif event.type == pygame.MOUSEMOTION:
        if held_down:
            myThrottle.rect.centery = event.pos[1]
            if myThrottle.rect.centery < 300:
                myThrottle.rect.centery = 300
            if myThrottle.rect.centery > 500:
                myThrottle.rect.centery = 500
pygame.quit()

搞定！到底能不能像嫦娥五号一样成功登月呢？今晚就和娃一起试试吧！Happy landing！