科普：Pygame 中的坐标系

一、轴的位置与方向

在 Pygame 中，坐标系用于定位所有图形元素（如精灵、图像、文字、几何图形等），其设计遵循屏幕显示的常规逻辑，核心特点如下：

1. 原点位置

坐标系的原点（0, 0）位于屏幕的左上角，这是与数学中“原点在中心”的主要区别。所有元素的位置都以这个原点为基准计算。

2. 坐标轴方向

• x轴（水平方向）：向右为正方向（从原点向右，x值逐渐增大）。
• y轴（垂直方向）：向下为正方向（从原点向下，y值逐渐增大）—— 这与数学中“y轴向上为正”的习惯不同，需要特别注意（原因是屏幕扫描通常从左上角开始，向下逐行显示像素）。

3. 坐标单位

坐标的单位是像素（pixel），即屏幕上的一个点。例如：

• 坐标 (100, 200) 表示“从原点向右100像素，向下200像素”的位置；
• 一个宽度为 300、高度为 200 的矩形，意味着它横向占据300个像素，纵向占据200个像素。

4. 屏幕范围与坐标示例

假设游戏窗口的分辨率为 800×600（宽800像素，高600像素），则屏幕上关键位置的坐标为：

• 左上角（原点）：(0, 0)
• 右上角：(800, 0)（x=800，y=0）
• 左下角：(0, 600)（x=0，y=600）
• 右下角：(800, 600)
• 中心位置：(400, 300)（x=800/2，y=600/2）

5. 与对象位置的关联

Pygame 中所有可绘制对象的位置都基于这个坐标系：

• pygame.Rect 矩形：rect.x 和 rect.y 表示矩形左上角的坐标；rect.center 表示矩形中心的 (x, y) 坐标。
• 精灵（Sprite）：通过 sprite.rect 的坐标属性（如 topleft、center）控制精灵在屏幕上的位置。
• 鼠标事件：pygame.mouse.get_pos() 返回鼠标指针在这个坐标系中的实时位置（如 (x, y)）。
• 绘制函数：如 pygame.draw.circle(screen, color, (x, y), radius) 中，(x, y) 是圆心在坐标系中的位置。

常见误区提醒

• y轴方向：新手容易习惯性认为“向上是y轴正方向”，导致绘制的元素位置与预期相反（例如想让精灵向上移动，却错误地减小y值，实际应该减小y值才会向上移动，因为y轴向下为正）。
  例：让精灵向上移动10像素，应执行 self.rect.y -= 10（y值减小，位置上移）。

Pygame 坐标系以屏幕左上角为原点，x轴向右为正，y轴向下为正，单位为像素。理解这一体系是准确定位游戏元素、处理移动和碰撞的基础，尤其需要注意y轴方向与数学坐标系的差异。

二、轴上的长度单位

在 Pygame 中，坐标系的横轴（x 轴）和纵轴（y 轴）的逻辑单位是完全一致的，都是“像素”（pixel）。但需要区分“逻辑单位”和“物理显示单位”的差异：

1. 逻辑单位：x 和 y 轴的单位长度相等

在 Pygame 的坐标系逻辑中，x 和 y 的单位都是“像素”，且 1 个像素在 x 方向和 y 方向的逻辑长度是相等的。
例如：

• 一个宽 100 像素、高 100 像素的矩形（pygame.draw.rect(screen, color, (x, y, 100, 100))），在逻辑上是标准正方形。
• 一个半径为 50 像素的圆（pygame.draw.circle(screen, color, (cx, cy), 50)），在逻辑上是标准正圆。

2. 物理显示：可能存在差异，但由硬件决定

实际显示时，1 像素在屏幕上的物理长度（比如毫米）是否在 x 和 y 方向相等，取决于显示器的像素形状：

• 绝大多数现代显示器（如电脑屏幕、手机屏幕）的像素是正方形（square pixel），即遵循正方形像素标准。此时 x 和 y 方向 1 像素的物理长度相等，Pygame 绘制的正方形和圆会看起来是“正”的。
• 极少数特殊设备（如早期CRT显示器、某些嵌入式屏幕）可能使用长方形像素（non-square pixel），此时 1 像素在 x 和 y 方向的物理长度不同。例如：x 方向 1 像素长 0.2mm，y 方向 1 像素长 0.3mm，这会导致逻辑上的正方形显示为长方形，正圆显示为椭圆。 但通过底层技术手段优化后，用户感知差异极小，即应用级的程序员不必考虑。

3. Pygame 如何处理图形绘制？

Pygame 仅负责逻辑像素的绘制，不直接处理物理显示的差异：

• 正方形：通过指定相等的宽度和高度（如 width=height=100），在逻辑上就是标准正方形。无论屏幕像素是否为正方形，Pygame 都按“宽高相等”绘制。

• 圆形：通过 pygame.draw.circle() 指定半径（如 radius=50），逻辑上是到中心距离相等的点的集合，即标准正圆。

• Pygame 中 x 轴和 y 轴的逻辑单位（像素）长度相等，绘制正方形（宽高相等）和圆（指定半径）时，逻辑上是标准图形。

• 实际显示是否“正”，取决于屏幕硬件的像素是否为正方形（现代设备几乎都是正方形像素），与 Pygame 无关。

因此，在开发中只需按逻辑像素绘制即可，无需额外处理坐标系单位差异。