使用Pygame制作“动态烟花”

1. 前言

在一些简单的图形工具（例如 turtle）里，我们可以用静态绘制来模拟“烟花”形状，但这往往缺少逼真的运动轨迹和爆炸粒子的效果。本篇文章将使用 Pygame 这个 2D 游戏开发框架来实现烟花从地面升空到空中散落的一套简易动画，丰富你的编程体验，也为大家的节日增添一点氛围。

Pygame 介绍
Pygame 是用 Python 编写的 2D 游戏和多媒体程序开发库。它基于 SDL 库，可以让开发者轻松地管理窗口、图形、声音、事件（例如键盘或鼠标输入）等，实现一些基础的游戏或动画。

2. 开发环境准备

1. Python 版本：Python 3.x
2. Pygame：可通过 pip install pygame 安装。
3. 系统：本示例在 Windows 和大部分 Linux 系统上都可运行，macOS 也支持。但需要保证你有一个可显示图形界面的环境。

安装好 Pygame 后，即可开始我们的烟花之旅！

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3. 实现思路

要实现一个简单的“烟花”动画，我们可以使用粒子系统（Particle System）的思想进行设计。主要流程如下：

1. 发射阶段（Rocket）

   • 烟花最初是一枚从地面发射的火箭。我们给它一个初始位置（地面）、向上的速度、颜色等属性。
   • 随着时间推移，火箭不断上升，速度可能会受到重力或空气阻力的影响（可根据需求简化或增加物理效果）。

2. 爆炸阶段（Explosion）

   • 当火箭到达一定高度或满足某些随机条件后，火箭会“爆炸”成许多粒子。
   • 这些粒子会向四面八方飞散，并且在运动过程中慢慢减速下落，最终消失。

3. 循环绘制

   • 在游戏循环里，每帧都需要更新火箭/粒子的状态（位置、速度、寿命）并绘制它们。
   • 当一束烟花完全消失后，可以根据设定随机产生新的烟花，实现持续的烟花表演。

接下来，我们会定义两个类：

• Particle：代表单个粒子（包括爆炸后的小火花，也可以代表火箭本身）。
• Firework：代表一朵烟花，其内部有一个“火箭粒子”，在爆炸后会生成多个“爆炸粒子”。

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4. 核心代码

下面是一个简化的示例。你可以把它保存成一个 .py 文件，然后运行观察效果。

提示：由于烟花的随机性，每次运行效果会略有不同；你也可以自由修改代码中的各项参数（速度、颜色、加速度、粒子数量等），打造自己独特的烟花效果！

import pygame
import random
import math# 屏幕大小
WIDTH, HEIGHT = 800, 600# 颜色定义（RGB）
BLACK = (0, 0, 0)# 初始化 pygame
pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
pygame.display.set_caption("新年烟花 - Pygame 动画示例")
clock = pygame.time.Clock()class Particle:"""粒子类：可用于表示烟花火箭或爆炸后的火花"""def __init__(self, x, y, vx, vy, color, lifespan=80):self.x = x               # 粒子位置 xself.y = y               # 粒子位置 yself.vx = vx             # 水平速度self.vy = vy             # 垂直速度self.color = color       # 粒子颜色self.lifespan = lifespan # 粒子生命周期self.alive = True        # 是否存活def update(self):# 更新粒子状态：位置 + 重力 + 寿命衰减self.x += self.vxself.y += self.vy# 简易重力模拟self.vy += 0.1self.lifespan -= 1if self.lifespan <= 0:self.alive = Falsedef draw(self, surface):# 根据寿命来控制透明度（可选）# 让粒子在即将消失时逐渐变淡alpha = max(0, int(255 * (self.lifespan / 80)))color_with_alpha = (*self.color, alpha)# 在 Pygame 中可用 Surface.set_alpha 或者直接 draw circle# 这里简单处理：画一个小圆点pygame.draw.circle(surface, color_with_alpha[:3],(int(self.x), int(self.y)), 3)class Firework:"""烟花类：先有一个火箭，一定时间后爆炸成一堆粒子。"""def __init__(self):# 随机初始位置（地面附近）self.x = random.randint(100, WIDTH - 100)self.y = HEIGHT# 向上发射的速度self.vx = random.uniform(-1, 1)self.vy = random.uniform(-6, -8)# 随机生成一种颜色 (较亮)self.color = (random.randint(128, 255),random.randint(128, 255),random.randint(128, 255))# 初始就有一个火箭粒子self.rocket = Particle(self.x, self.y, self.vx, self.vy, self.color, lifespan=60)self.exploded = Falseself.particles = []def update(self):if not self.exploded:# 如果火箭还没爆炸，则更新火箭位置self.rocket.update()# 判断是否满足爆炸条件# 1) 火箭速度向下（vy > 0）表明到达顶点# 2) 或者火箭寿命到头if self.rocket.vy > 0 or self.rocket.lifespan < 20:self.explode()else:# 如果已经爆炸，就更新所有爆炸粒子for p in self.particles:p.update()# 清理已死亡的粒子，防止列表无限增长self.particles = [p for p in self.particles if p.alive]def explode(self):""" 火箭爆炸时，生成一群粒子。 """self.exploded = True# 在爆炸位置生成若干粒子num_particles = random.randint(20, 40)for _ in range(num_particles):# 随机方向和速度angle = random.uniform(0, 2 * math.pi)speed = random.uniform(2, 5)vx = speed * math.cos(angle)vy = speed * math.sin(angle) - 2  # 适当给点向上的初速度# 粒子使用与火箭相同的颜色，或你也可以随机色p = Particle(self.rocket.x, self.rocket.y, vx, vy, self.color,lifespan=random.randint(50, 80))self.particles.append(p)def draw(self, surface):# 如果火箭还在且没爆炸，画火箭if not self.exploded and self.rocket.alive:self.rocket.draw(surface)else:# 画爆炸后的粒子for p in self.particles:p.draw(surface)@propertydef is_alive(self):# 烟花是否还存在？只有当火箭和所有粒子都死亡时才算结束if not self.exploded:return self.rocket.aliveelse:return any(p.alive for p in self.particles)def main():fireworks = []running = Truewhile running:clock.tick(30)  # 控制帧率screen.fill(BLACK)# 1) 处理退出事件for event in pygame.event.get():if event.type == pygame.QUIT:running = False# 2) 随机产生新的烟花if random.random() < 0.03:  # 3% 概率每帧生成一枚新的烟花fireworks.append(Firework())# 3) 更新并绘制所有烟花for fw in fireworks:fw.update()fw.draw(screen)# 4) 清理已经完全结束的烟花fireworks = [fw for fw in fireworks if fw.is_alive]pygame.display.flip()pygame.quit()if __name__ == "__main__":main()

代码说明

1. Particle 粒子类

   • x, y：粒子的当前位置。
   • vx, vy：粒子的速度，vy 会在每帧被加上一定的重力。
   • lifespan：粒子存活时间，每帧递减，到 0 则 alive = False。
   • update()：更新粒子状态，包含位移、重力、寿命衰减。
   • draw()：在屏幕上以小圆点的形式绘制自己，使用 pygame.draw.circle()。

2. Firework 烟花类

   • 包含一个“火箭”粒子（在 exploded=False 时代表飞向空中的火箭），和一组“爆炸粒子”列表。
   • update()：
     • 若未爆炸，则更新火箭位置，判断爆炸条件（例如火箭已到最高点或寿命耗尽），然后进入爆炸函数。
     • 若已爆炸，则更新所有爆炸粒子的位置、速度等。
   • explode()：生成一定数量的粒子来模拟四散的火花，给它们随机的速度与寿命。
   • draw()：区分是否已经爆炸，决定画火箭还是画分散的粒子。
   • is_alive：只要火箭或爆炸粒子还在活动，就算烟花存活。

3. 主循环 (main())

   • fireworks 列表里存放现有的烟花对象。
   • if random.random() < 0.03:：每帧有 3% 的概率产生一个新的烟花，从而在整个动画过程中，烟花会不断随机出现。
   • 每一帧都要先 更新 所有烟花 (fw.update())，再 绘制 (fw.draw(screen))。
   • 用 pygame.display.flip() 将绘制内容显示到窗口上。
   • 用一个列表推导式 fireworks = [fw for fw in fireworks if fw.is_alive] 清理已经彻底消失的烟花。
   • 通过 clock.tick(30) 将动画限制在 30 帧左右，流畅且不会占用太高 CPU。

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5. 运行与效果

1. 运行
   • 将以上代码保存为 fireworks.py，然后在命令行执行 python fireworks.py（或双击运行）。
2. 效果
   • 程序启动后，会在 800×600 的窗口中随机产生烟花。每次烟花先从地面发射、上升到一定高度后爆炸，并生成彩色粒子四散而下。随后又会随机出现新的烟花，循环往复，直到你关闭窗口。

如果你想更“热闹”一些，可以将 if random.random() < 0.03: 改大，比如 0.1，则产生烟花的频率会显著增加。

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6. 参数调优与扩展

1. 调整粒子数、速度和寿命
   • 在 Firework.explode() 中的 num_particles 可以让烟花更密集或稀疏；
   • (vx, vy) 的范围和 lifespan 会影响火花飞溅范围和消散速度。
2. 添加随机颜色
   • 目前的设计是火箭与爆炸粒子使用同色，可以改为每个粒子都生成一个随机色，让烟花更加绚丽。
3. 增添交互
   • 可以让玩家按空格或鼠标点击来触发一朵烟花，增加游戏化的体验。
4. 添加更多物理效果
   • 阻力、风力、空气阻力等等，能使烟花运动路径更真实。
5. 背景音乐或音效
   • Pygame 可以加载并播放音效，为烟花添加绽放的“砰”声，为你的新年更添气氛。

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7. 总结

使用 Pygame 实现的烟花动画，能更直观地体验到火箭发射、空中爆炸和粒子下落的过程。通过粒子系统的思想，我们可以在游戏或动画中模拟诸如火花、尘埃、雨雪、爆炸等特效。在以上示例的基础上，你还可以扩展更多的特效和细节，打造一场绚丽多彩的新年烟花秀。

如果你对更复杂的 2D/3D 动画或游戏开发感兴趣，Pygame 也是一个很好的起点。相信随着你对粒子系统和游戏循环原理的不断理解，你能在趣味编程的道路上更进一步。

最后，祝大家新年快乐、编程顺利、烟花绚烂！