作业2：打砖块游戏（Breakout）

在这个程序中，你的任务是编写经典的街机游戏Breakout。这个游戏是由Steve Wozniak在与Steve Jobs共同创立Apple之前发明的。虽然这是一个较长的程序，但只要你将问题分解成小块（提示：分解），就完全可以管理。请查看我们的图形参考文档，了解常用图形函数的详细说明。

🎮 Breakout游戏玩法

在Breakout中，世界的初始配置如下图所示。屏幕顶部的彩色矩形是砖块，底部稍大的黑色矩形是挡板。挡板在垂直维度上位置固定，但可以跟随鼠标在屏幕上左右移动，直到到达其空间的边缘（挡板不能移出屏幕的左右方向）。球位于画布的中心。

一个完整的游戏包含三轮。在每一轮中，用户点击画布，然后球从窗口中心以随机角度向屏幕底部发射。球会根据"入射角等于反射角"的物理原理从挡板和世界墙壁反弹（我们可以在后面的说明中讨论如何实现这一点）。当球的底部碰到画布底部时，这一轮结束，之后球会重新居中。这里有一个示例运行的视频 - 游戏结束后，在用户输掉第三轮后球不会重置。

在每一轮中，球会从挡板、砖块和墙壁反弹，直到以下两个条件之一发生：

• 球的底部碰到底部墙壁，这意味着玩家一定是用挡板错过了球。在这种情况下，这一轮结束，如果玩家还有剩余轮次，球会重置。如果没有，游戏以玩家失败告终。
• 最后一块砖被消除。在这种情况下，玩家获胜，游戏立即结束。

在这个作业中取得成功将取决于将问题分解成可管理的小块，并在进入下一个之前让每个部分都正常工作。接下来的几个部分描述了解决这个问题的合理分阶段方法。

我们在你的breakout.py文件顶部提供了很多常量。你应该在代码中引用这些常量，而不是直接输入数字。这使你的代码更容易阅读 - 基于常量的代码是好的风格！

🔧 分步实现方法

第一步：创建砖块

在开始玩游戏之前，你应该设置各种组件。从风格上讲，将砖块设置实现为辅助函数是一个好主意，你从main函数调用它。当你将整个程序分解为辅助函数时，请思考：这个函数需要什么信息进来，它需要向调用它的函数返回什么信息？这些就是你的参数和返回值，有时函数可能没有任何参数或返回值。

砖块的数量、尺寸和间距使用常量指定，你可以在starter文件顶部的"第一步"下找到这些常量，以及从窗口顶部到第一行砖块的距离BRICK_Y_OFFSET。你需要自己计算的一个值是左侧砖块的x值，应该选择使砖块在窗口中居中，左右两侧的剩余空间平均分配。砖块的颜色按以下彩虹序列运行："red"、"orange"、"yellow"、"green"、"blue"，每种颜色有两行砖块。这些颜色存储在常量COLORS中。

第二步：添加弹跳球

球是一个椭圆，半径由BALL_RADIUS常量指定。在创建球并将其放置在屏幕中央后，你会希望它能够移动并适当弹跳。你现在已经过了"设置"阶段，进入了游戏的"游戏"阶段。首先，创建一个球并将其放在窗口中央。

程序需要跟踪球的速度，这由两个独立的组件组成，你应该将它们声明为变量change_x和change_y。"change"变量表示每个时间步发生的位置变化。你应该从VELOCITY_X_MIN和VELOCITY_X_MAX范围中均匀选择球的起始change_x。你还应该使change_x以相等的概率为正或负，使球开始向右或向左移动。change_y将始终以VELOCITY_Y开始，这是我们提供的另一个常量。

在Python图形库中移动对象有两种方法：

一旦你创建了球和change变量，你的下一个挑战是让球在世界中弹跳，忽略挡板和砖块。这将需要你编程一个"动画循环"，在那里你移动球，更新画布然后暂停。你应该暂停DELAY秒。

在你让球移动后，是时候让球弹跳了。为此，你需要检查球的坐标是否超出了画布的边界，考虑到球的半径。因此，要看到球是否从右墙反弹，你需要看到球的右边缘坐标是否变得大于窗口的宽度；其他三个方向类似处理。现在，让球也从底部墙壁反弹，这样你就可以观看它在画布周围移动的路径。你可能会发现以下函数有助于获取球的当前坐标：

一旦你确定球应该弹跳，我们如何编码现实弹跳的物理原理？如果球从顶部或底部墙壁反弹，你需要反转change_y的符号。对称地，从侧墙反弹会反转change_x的符号。

第三步：添加挡板

下一步是创建挡板。只有一个挡板，它是一个矩形。你应该在屏幕水平中央开始挡板，挡板顶部距离画布底部PADDLE_Y_OFFSET像素。

一旦你创建了挡板，你需要让它跟随鼠标。然而，在这里，你只需要注意鼠标的x坐标，因为挡板的y位置是固定的。在动画循环的每次迭代中，获取鼠标的x位置，并将代表挡板的矩形移动到以该位置为中心。要获取鼠标的位置，你可以这样做：

第四步：检查碰撞

为了使Breakout成为一个真正的游戏，你必须能够判断球是否与窗口中的另一个对象碰撞。我们可以做的一个简化是想象球周围有一个正方形"边界框"，并找到与该框重叠的所有对象。有一个画布函数返回与假想矩形重叠的所有对象的列表，该矩形的左上角在(x_1, y_1)，右下角在(x_2, y_2)：

这是球周围边界框的可视化，你将使用它来识别碰撞对象。在视频游戏编程中，这种方法通常是最容易做的事情，而不是查看对象的复杂几何形状。

你可以使用函数canvas.coords(object_name)获取对象边界框的坐标，然后从返回的列表中解包每个坐标。我们可以将这些函数放在一起，获得碰撞对象列表collider_list，如下所示：

当你获得碰撞对象列表时，球本身会在该列表中，以及球当前碰撞的任何对象。要测试碰撞对象是否是球，你可以检查对象是否==你的球对象。

如果球与挡板碰撞，你需要让球反弹，使其开始向上移动。如果碰撞者不是挡板，唯一可能是砖块，因为那些是世界上唯一其他的对象。你需要在垂直方向引起反弹（翻转change_y变量的符号），但你也需要拿走砖块。为此，通过调用delete函数将其从屏幕上移除：

球应该在每个动画周期中只与一个对象（例如挡板、砖块）碰撞。换句话说，一旦你发现球与挡板或砖块碰撞，你应该响应那个碰撞，如果球同时与多个砖块碰撞，忽略其余的碰撞者。

第五步：最后的润色

在你让球按预期在画布周围移动后，我们还有几个细节需要考虑：

• 1.每轮以点击开始。在每轮发射球之前，使用函数canvas.wait_for_click()等待用户点击画布。
• 2.正确处理球碰到底部墙壁的情况。在你一直在构建的原型中，球只是像所有其他墙壁一样从这个墙壁反弹，但这使游戏很难失败。让球碰到底部墙壁时这一轮结束，球在屏幕中央重置。三轮之后，游戏结束，球不会重置。
• 3.检查另一个终止条件，即击中最后一块砖。你怎么知道什么时候完成了？虽然有其他方法可以做到，但一个好主意是让你的程序跟踪剩余的砖块数量。每次你击中砖块时，从该计数器中减去一个。当计数达到零时，你一定完成了。给玩家一些反馈来表明游戏是赢了还是输了会很好 - 这可能也有助于你调试。你可以通过在终端中打印消息来做到这一点。
• 4.测试你的程序，看看它是否工作。如果你认为一切都在工作，这里有一些可以尝试的东西：就在球即将通过挡板之前，快速移动挡板，使挡板的侧面与球碰撞。你可能会注意到你的球被"粘"在挡板上。这个错误发生是因为球与挡板碰撞，改变方向，然后在逃脱之前再次与挡板碰撞。你如何修复这个bug？