Каркас игры на Pygame
Pygame задает особые правила построения кода. Эти правила не являются строгими. Однако в большинстве случаев, чтобы игра благополучно запустилась, в программе должна быть соблюдена определенная последовательность вызова ключевых команд.
Эти команды (импорт модуля, вызовы функций, цикл) создают своего рода скелет, или каркас, программного кода. Выполнив его, вы получите "пустую" игру. Далее на этот скелет "подвешивается мясо", т. е. объявляются объекты и программируется логика игры.
Первое, что нужно сделать, это импортировать модуль pygame. После этого можно вывести на экран главное графическое окно игры с помощью функции set_mode модуля display, входящего в состав библиотеки pygame:
import pygame pygame.display.set_mode((600, 400))
Если выполнить этот код, то появится окно размером 600x400 пикселей и сразу закроется (в Linux, в Windows может зависнуть).
Функция set_mode принимает несколько аргументов – размер в виде кортежа или списка из двух целых чисел, флаги, глубину цвета и др. Их можно не указывать. В этом случае окно займет весь экран, цветовая глубина будет соответствовать системной. Обычно указывают только первый аргумент – размер окна.
Флаги предназначены для переключения на аппаратное ускорение, полноэкранный режим, отключения рамки окна и др. Например, команда pygame.display.set_mode((640, 560), pygame.RESIZABLE) делает окно изменяемым в размерах.
Выражение вида pygame.RESIZABLE (вместо RESIZABLE может быть любое другое слово большими буквами) обозначает обращение к той или иной константе, определенной в модуле pygame. Часто можно встретить код, в котором перед константами не пишется имя модуля (вместо, например, pygame.QUIT пишут просто QUIT). В этом случае в начале программы надо импортировать не только pygame, но и содержимое модуля locals через from … import:
import pygame from pygame.locals import *
Однако в данном курсе мы оставим длинное обращение к встроенным константам, чтобы на этапе обучения не путать определенные в модуле и свои собственные, которые нам также придется создавать.
Вызов set_mode() возвращает объект типа Surface (поверхность). В программе может быть множество объектов данного класса, но тот, что возвращает set_mode() особенный. Его называют display surface, что можно перевести как экранная (дисплейная) поверхность. Она главная.
В конечном итоге все отображается на ней с помощью функции pygame.display.update() или родственной pygame.display.flip(), и именно эту поверхность мы видим на экране монитора. Нам пока нечего отображать, мы не создавали никаких объектов. Поэтому было показано черное окно.
Функции update() и flip() модуля display обновляют содержимое окна игры. Это значит, что каждому пикселю заново устанавливается цвет. Представьте, что на зеленом фоне движется красный круг. За один кадр круг смещается на 5 пикселей. От кадра к кадру картинка целого окна изменяется незначительно, но в памяти окно будет перерисовываться полностью. Если частота составляет 60 кадров в секунду (FPS=60), то за секунду в памяти компьютера произойдет 60 обновлений множества значений, соответствующих экранным пикселям, что дает по большей части бессмысленную нагрузку на вычислительные мощности.
Если функции update() не передавать аргументы, то будут обновляться значения всей поверхности окна. Однако можно передать более мелкую прямоугольную область или список таковых. В этом случае обновляться будут только они.
Функция flip() решает проблему иным способом. Она дает выигрыш, если в set_mod() были переданы определенные флаги. Например,
pygame.display.set_mode(flags=pygame.FULLSCREEN | pygame.OPENGL | pygame.DOUBLEBUF)
Вернемся к нашим двум строчкам кода, где мы импортируем pygame создаем главное окно размером 600x400 пикселей. Почему окно сразу закрывается? Очевидно потому, что программа заканчивается после выполнения этих выражений. Ни импорт библиотеки, ни вызов set_mode() не предполагают входа в "режим циклического ожидания событий". В tkinter для этого используется метод mainloop() экземпляра Tk(). В pygame же требуется собственноручно создать бесконечный цикл, заставляющий программу зависнуть. Основная причина в том, что только программист знает, какая часть его кода должна циклически обрабатываться, а какая – нет. Например, код, создающий классы, объекты и функции не помещают в цикл.
Итак, создадим в программе бесконечный цикл:
# Осторожно! Эта программа зависнет. import pygame as pg pg.display.set_mode((600, 400)) while 1: pass
После такого окно уже не закроется, а программа благополучно зависнет насовсем. Многократные клики по крестику не помогут. Только принудительная остановка программы через среду разработки или Ctrl + С, если запускали через терминал.
Как сделать так, чтобы программа закрывалась при клике на крестик окна, а также при нажатии Alt + F4? Pygame должен воспринимать такие действия как определенный тип событий.
Добавим в цикл магии:
# Окно закроется, но с ошибкой. import pygame as pg pg.display.set_mode((600, 400)) while 1: for i in pg.event.get(): if i.type == pg.QUIT: pg.quit()
При выходе будет генерироваться ошибка, пока забудем про нее. Сейчас достаточно того, что окно успешно закрывается.
Рассмотрим выражение pygame.event.get(). Модуль event библиотеки pygame содержит функцию get, которая забирает список событий из очереди, в которую записываются все произошедшие события. То, что возвращает get() – это список. Забранные события удаляются из очереди, то есть второй раз они уже забираться не будут, а в очередь продолжают записываться новые события.
Цикл for просто перебирает схваченный на данный момент (в текущей итерации цикла) список событий. Каждое событие он присваивает переменной i или любой другой. Чтобы было понятней, перепишем программу таким образом:
# Окно закроется, но с ошибкой. import pygame as pg pg.display.set_mode((600, 400)) while 1: events = pg.event.get() print(events) for i in events: if i.type == pg.QUIT: print(pg.QUIT) print(i) print(i.type) pg.quit()
На экране вы увидите примерно такое:
…
[]
[<Event(32787-WindowClose {'window': None})>, <Event(256-Quit {})>]
256
<Event(256-Quit {})>
256
Traceback (most recent call last):
File "ex3_event2.py", line 7, in <module>
events = pg.event.get()
pygame.error: video system not initialized
Вверху будет множество пустых квадратных скобок, которые соответствуют пустым спискам events, создаваемым на каждой итерации цикла while. И только когда окно закрывается, генерируются два события. Свойство type второго имеет значение 256, что совпадает со значением константы QUIT.
В pygame событие – это объект класса Event. А если это объект, то у него есть атрибуты (свойства и методы). В данном случае мы отслеживаем только те события, у которых значение свойства type совпадает со значением константы QUIT модуля pygame. Это значение присваивается type тогда, когда происходят события нажатия на крестик или Alt + F4. Когда эти события происходят, то в данном случае мы хотим, чтобы выполнилась функция quit() модуля pygame, которая завершает его работу.
Теперь почему возникает ошибка. Функция pygame.quit() отключает (деинициализирует) pygame, но не завершает работу программы. Таким образом, после выполнения этой функции отключаются модули библиотеки pygame, но выхода из цикла и программы не происходит. Программа продолжает работу и переходит к следующей итерации цикла while (или продолжает выполнять тело данной итерации, если оно еще не закончилось).
В данном случае происходит переход к следующей итерации цикла while. И здесь выполнить функцию get() модуля event оказывается уже невозможным. Возникает исключение и программа завершается. По-сути программу завершает не функция pygame.quit(), а выброшенное, но не обработанное, исключение.
Данную проблему можно решить разными способами. Часто используют функцию exit() модуля sys. В этом случае код выглядит примерно так:
import pygame as pg import sys pg.display.set_mode((600, 400)) while 1: for i in pg.event.get(): if i.type == pg.QUIT: pg.quit() sys.exit()
Сначала отключается pygame, потом происходит выход из программы. Такой вариант вероятно следует считать наиболее безопасным завершением. Команда pygame.quit() не обязательна. Если завершается программа, то отключится и pygame.
Другой вариант – не допустить следующей итерации цикла. Для этого потребуется дополнительная переменная:
import pygame as pg pg.display.set_mode((600, 400)) play = True while play: for i in pg.event.get(): if i.type == pg.QUIT: play = False
В этом случае завершится текущая итерация цикла, но новая уже не начнется. Если в основной ветке ниже по течению нет другого кода, программа завершит свою работу.
Нередко код основной ветки программы помещают в функцию, например, main(). Она выполняется, если файл запускается как скрипт, а не импортируется как модуль. В этом случае для завершения программы проще использовать оператор return, который осуществляет выход из функции.
import pygame as pg def main(): pg.display.set_mode((600, 400)) while True: for i in pg.event.get(): if i.type == pg.QUIT: return if __name__ == "__main__": main()
Теперь зададимся вопросом, с какой скоростью крутится цикл while? С большой, зависящей от мощности компьютера. Но в данном случае такая скорость не есть необходимость, она даже вредна, так как бессмысленно расходует ресурсы. Человек дает команды и воспринимает изменения куда медленнее.
Для обновления экрана в динамической игре часто используют 60 кадров в секунду, а в статической, типа пазла, достаточно будет 30-ти. Из этого следует, что циклу незачем работать быстрее.
Поэтому в главном цикле следует выполнять задержку. Делают это либо вызовом функции delay() модуля time библиотеки pygame, либо создают объект часов и устанавливают ему частоту кадров. Первый способ проще, второй – более профессиональный.
... while 1: for i in pg.event.get(): if i.type == pg.QUIT: sys.exit() pg.time.delay(20)
Функция delay() принимает количество миллисекунд (1000 мс = 1 с). Если передано значение 20, то за секунду экран обновится 50 раз. Другими словами, частота составит 50 кадров в секунду.
import pygame as pg import sys pg.display.set_mode((600, 400)) clock = pg.time.Clock() while 1: for i in pg.event.get(): if i.type == pg.QUIT: sys.exit() clock.tick(60)
Методу tick() класса Clock передается непосредственно желаемое количество кадров в секунду. Задержку он вычисляет сам. То есть если внутри цикла указано tick(60) – это не значит, что задержка будет 60 миллисекунд или произойдет 60 обновлений экрана за одну итерацию цикла. Это значит, что на каждой итерации цикла секунда делится на 60 и уже на вычисленную величину выполняется задержка.
Нередко частоту кадров выносят в отдельную константоподобную переменную:
... FPS = 60 ... clock = pg.time.Clock() while 1: ... clock.tick(FPS)
В начало цикла или конец вставлять задержку зависит от контекста. Если до цикла происходит отображение каких-либо объектов на экране, то скорее всего надо вставлять в начало цикла. Если первое появление объектов на экране происходит внутри цикла, то в конец.
В итоге каркас игры на Pygame должен выглядеть примерно так:
# здесь подключаются модули import pygame import sys # здесь определяются константы, # классы и функции FPS = 60 # здесь происходит инициация, # создание объектов pygame.init() pygame.display.set_mode((600, 400)) clock = pygame.time.Clock() # если надо до цикла отобразить # какие-то объекты, обновляем экран pygame.display.update() # главный цикл while True: # задержка clock.tick(FPS) # цикл обработки событий for i in pygame.event.get(): if i.type == pygame.QUIT: sys.exit() # -------- # изменение объектов # -------- # обновление экрана pygame.display.update()
Функция pygame.init() необходима для инициации всех модулей библиотеки pygame. Для инициации только функций модуля pygame.display следует вызывать pygame.display.init(). Однако функция pygame.display.set_mod(), помимо того что создает главную поверхность, также выполняет инициацию модуля display. Поэтому если set_mod() вызывается до вызова других объектов этого модуля, то вызов init() не является обязательным.
Практическая работа
В модуле pygame.display есть функция set_caption(). Ей передается строка, которую она устанавливает в качестве заголовка окна. Сделайте так, чтобы каждую секунду заголовок окна изменялся.
Курс с примерами решений практических работ:
pdf-версия