落沙游戏（Sand Simulation / Particle Sand Game）是一种经典的物理模拟类像素级沙盒游戏，玩家可以放置不同类型的“粒子”（如沙子、水、火、岩石等），它们根据简单的物理规则（重力、碰撞、扩散、燃烧等）自主演化。这类游戏逻辑清晰、视觉反馈强，非常适合用 Python + PyGame 实现原型。 下面我将为你开发一个**轻量、可运行、带注释、模块化**的落沙游戏（支持：沙粒 `SAND`、静态岩石 `ROCK`、流动水 `WATER`、可燃火 `FIRE`），使用 PyGame 渲染，支持鼠标拖拽放置/擦除，支持粒子类型切换。 --- ### ✅ 功能概览： - 800×600 窗口，16×16 像素粒子网格（50×37 粒子格） - 四种粒子类型（沙、水、火、岩石），每种有独特行为 - 沙：受重力下落，遇障碍则向左/右下堆叠 - 水：受重力下落，下落失败则左右扩散（优先左→右→上？不，水应水平流动），遇阻则堆高 - 火：向上蔓延（模拟热气上升），接触沙/水会熄灭，接触火会增强（暂简化为随机传播+自熄） - 岩石：不可移动，永久固定 - 鼠标左键放置当前粒子，右键擦除（置为空 `AIR`） - 键盘 `1~4` 切换粒子类型（1=沙, 2=水, 3=火, 4=岩石） - 按空格暂停/继续模拟 > ⚠️ 注意：本实现采用**逐帧更新单层粒子**（非多线程），避免状态竞争；所有更新基于**上一帧快照**（即“同步更新”，避免同一帧内A影响B再影响C的连锁误判）。 --- ### 🧩 完整可运行代码（Python + PyGame） ```python import pygame import random import sys # ------------------------------- # 🔧 配置常量 # ------------------------------- WIDTH, HEIGHT = 800, 600 CELL_SIZE = 16 GRID_W = WIDTH // CELL_SIZE # 50 GRID_H = HEIGHT // CELL_SIZE # 37 FPS = 60 # 粒子类型编码（整数，便于数组存储） AIR = 0 SAND = 1 WATER = 2 FIRE = 3 ROCK = 4 # 颜色定义（RGB） COLORS = { AIR: ( 30, 30, 30), # 深灰背景 SAND: (220, 190, 130), # 沙黄 WATER:( 60, 120, 200), # 深蓝 FIRE: (255, 80, 20), # 橙红 ROCK: (100, 100, 100), # 灰石 } # ------------------------------- # 🧱 粒子世界类（核心模拟逻辑） # ------------------------------- class SandWorld: def __init__(self): self.grid = [[AIR for _ in range(GRID_W)] for _ in range(GRID_H)] self.paused = False self.current_type = SAND # 默认画沙 def in_bounds(self, x, y): return 0 <= x < GRID_W and 0 <= y < GRID_H def update(self): if self.paused: return # 创建上一帧的快照（避免原地修改导致连锁错误） old = [[self.grid[y][x] for x in range(GRID_W)] for y in range(GRID_H)] # 从底部向上更新（避免沙子下落后又被同一帧再次处理） # 更稳健做法：从下到上、从左到右遍历（但沙子只需检查下方，水需检查下方+左右） # 我们采用「从底行向上逐行」更新（y 从 GRID_H-2 到 0），确保下方已稳定 for y in range(GRID_H - 2, -1, -1): # 从倒数第二行开始（最后一行无下方） for x in range(GRID_W): cell = old[y][x] if cell == AIR or cell == ROCK: continue # === 沙子：下落 → 左下 → 右下 → 停止 === if cell == SAND: # 1. 正下方 if self.in_bounds(x, y+1) and old[y+1][x] == AIR: self.grid[y+1][x] = SAND self.grid[y][x] = AIR continue # 2. 左下方 if self.in_bounds(x-1, y+1) and old[y+1][x-1] == AIR: self.grid[y+1][x-1] = SAND self.grid[y][x] = AIR continue # 3. 右下方 if self.in_bounds(x+1, y+1) and old[y+1][x+1] == AIR: self.grid[y+1][x+1] = SAND self.grid[y][x] = AIR continue # === 水：优先下落 → 若不行，则左右流动（随机顺序更自然）=== elif cell == WATER: # 下方 if self.in_bounds(x, y+1) and old[y+1][x] == AIR: self.grid[y+1][x] = WATER self.grid[y][x] = AIR continue # 左右扩散（先左后右，或随机选一） dirs = [(x-1, y), (x+1, y)] random.shuffle(dirs) for nx, ny in dirs: if self.in_bounds(nx, ny) and old[ny][nx] == AIR: self.grid[ny][nx] = WATER self.grid[y][x] = AIR break # === 火：向上蔓延（热空气），并随机向邻近传播（沙/水会熄灭它）=== elif cell == FIRE: # 自熄：若下方是水或沙（概率性），或周围无燃料 → 熄灭 # 简化规则：火存在3帧后自动熄灭（加计时器太重，改用「随机存活」） if random.random() < 0.05: # 5% 每帧自熄 self.grid[y][x] = AIR continue # 向上传播（最常见） if self.in_bounds(x, y-1) and old[y-1][x] == AIR: self.grid[y-1][x] = FIRE self.grid[y][x] = AIR continue # 向四周随机传播（仅对 AIR） neighbors = [(x-1,y), (x+1,y), (x,y-1), (x,y+1)] random.shuffle(neighbors) for nx, ny in neighbors: if self.in_bounds(nx, ny) and old[ny][nx] == AIR: self.grid[ny][nx] = FIRE self.grid[y][x] = AIR break def set_cell(self, x, y, value): if self.in_bounds(x, y): self.grid[y][x] = value def get_cell(self, x, y): if self.in_bounds(x, y): return self.grid[y][x] return AIR # ------------------------------- # 🎮 主游戏循环 # ------------------------------- def main(): pygame.init() screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT)) pygame.display.set_caption("🪨 落沙模拟器 — Sand Simulator") clock = pygame.time.Clock() world = SandWorld() font = pygame.font.SysFont(None, 24) # 鼠标拖拽状态 drawing = False last_pos = None while True: mouse_x, mouse_y = pygame.mouse.get_pos() grid_x, grid_y = mouse_x // CELL_SIZE, mouse_y // CELL_SIZE # --- 处理事件 --- for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: pygame.quit() sys.exit() elif event.type == pygame.KEYDOWN: if event.key == pygame.K_SPACE: world.paused = not world.paused elif event.key == pygame.K_1: world.current_type = SAND elif event.key == pygame.K_2: world.current_type = WATER elif event.key == pygame.K_3: world.current_type = FIRE elif event.key == pygame.K_4: world.current_type = ROCK elif event.key == pygame.K_c: # 清屏 for y in range(GRID_H): for x in range(GRID_W): world.grid[y][x] = AIR elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN: if event.button == 1: # 左键 drawing = True world.set_cell(grid_x, grid_y, world.current_type) elif event.button == 3: # 右键擦除 drawing = True world.set_cell(grid_x, grid_y, AIR) elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONUP: if event.button in (1, 3): drawing = False last_pos = None elif event.type == pygame.MOUSEMOTION and drawing: # 连续绘制（画线式填充） if last_pos: # Bresenham 线段插值（简化：直接填充端点+中点） start_x, start_y = last_pos end_x, end_y = grid_x, grid_y dx = abs(end_x - start_x) dy = abs(end_y - start_y) sx = 1 if start_x < end_x else -1 sy = 1 if start_y < end_y else -1 err = dx - dy while True: world.set_cell(start_x, start_y, AIR if pygame.mouse.get_pressed()[2] else world.current_type) if start_x == end_x and start_y == end_y: break e2 = 2 * err if e2 > -dy: err -= dy start_x += sx if e2 < dx: err += dx start_y += sy last_pos = (grid_x, grid_y) # --- 更新世界 --- world.update() # --- 渲染 --- screen.fill(COLORS[AIR]) # 背景 # 绘制所有粒子 for y in range(GRID_H): for x in range(GRID_W): cell = world.grid[y][x] if cell != AIR: rect = pygame.Rect(x * CELL_SIZE, y * CELL_SIZE, CELL_SIZE, CELL_SIZE) pygame.draw.rect(screen, COLORS[cell], rect) # 可选：加边框提升颗粒感 pygame.draw.rect(screen, (30,30,30), rect, 1) # 绘制 UI 提示 status = f"Type: {['AIR','SAND','WATER','FIRE','ROCK'][world.current_type]} | SPACE: {'PAUSED' if world.paused else 'RUNNING'} | RClick: Erase" txt = font.render(status, True, (220,220,220)) screen.blit(txt, (10, 10)) # 绘制当前粒子图标（小预览） icon_rect = pygame.Rect(10, HEIGHT-40, 32, 32) pygame.draw.rect(screen, COLORS[world.current_type], icon_rect) pygame.draw.rect(screen, (50,50,50), icon_rect, 2) pygame.display.flip() clock.tick(FPS) if __name__ == "__main__": main() ``` --- ### 📌 代码解释说明： | 模块 | 说明 | |------|------| | **`COLORS` 映射** | 使用整数 ID（`SAND=1`）而非字符串，节省内存且索引快；颜色直观易调。 | | **`SandWorld.update()`** | 核心模拟函数。关键点：<br>✅ 使用 `old` 快照避免“同一帧内粒子相互影响”（如沙A下落压住沙B，B又立刻下落——这是错误的）；<br>✅ 沙子按「下→左下→右下」顺序尝试，符合真实堆叠；<br>✅ 水加入 `random.shuffle` 实现左右流动随机性，避免对称卡死；<br>✅ 火焰设计为「向上为主 + 随机四向」+「低概率自熄」，平衡表现力与性能。 | | **鼠标绘制优化** | 支持拖拽画线（Bresenham 算法插值），比逐点更平滑；右键擦除与左键放置共享同一套逻辑。 | | **UI 交互** | `K1~K4` 切类型、空格暂停、`Kc` 清屏，符合用户直觉；右下角显示当前粒子图标。 | > 💡 提示：首次运行需安装依赖： > ```bash > pip install pygame > ``` --- ### 🌟 进阶建议（你后续可拓展的方向）： - 添加「粘液」（缓慢下落+拉伸）、「蒸汽」（向上快速消散） - 引入「温度」系统，让火加热邻近沙子变玻璃（新粒子） - 支持保存/加载 `.sand` 地图（用 `json` 序列化 `grid`） - 加入音效（沙粒落地 `tick`、水声 `splash`） - 使用 NumPy 加速网格计算（适合万级粒子） ---