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 и др.) 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. Поскольку кроме функций и классов самого модуля, одноименная библиотека содержит ряд вложенных модулей, функционал которых очевидно потребуется, то все их также следует импортировать. Но из-за многочисленности модулей, потребовалось бы добавлять в код большое количество операций импорта.

Вместо этого в pygame есть функция init(), которая импортирует весь инструментарий pygame, другими словами, инициализирует все модули библиотеки.

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.init()
 
pygame.display.set_mode((600, 400))

Если выполнить этот код, то появится окно размером 600x400 пикселей и сразу закроется.

Функция set_mode() принимает три аргумента – размер в виде кортежа из двух целых чисел, флаги и глубину цвета. 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.

Функция 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 (аппаратное ускорение + полноэкранный режим – pygame.HWSERFACE|pygame.FULLSCREEN, двойная буферизация – pygame.DOUBLEBUFF, использование OpenGL – pygame.OPENGL). Возможно, все флаги можно комбинировать вместе (через |). При этом, согласно документации, аппаратное ускорение работает только в полноэкранном режиме.

Вернемся к нашим трем строчкам кода. Почему окно сразу закрывается? Очевидно потому, что программа заканчивается после выполнения этих выражений. Ни init(), ни 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 "кладут" в цикл.

Итак, создадим в программе бесконечный цикл:

import pygame
 
pygame.init()
 
pygame.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:

...
while 1:
    for i in pygame.event.get():
        if i.type == pygame.QUIT:
            pygame.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, можно записать так:

...
while 1:
    # events содержит список событий
    events = pygame.event.get()
    for event in events:
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.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 как минимум двумя способами. Часто используют функцию exit() модуля sys. В этом случае код выглядит примерно так:

import pygame
import sys
 
pygame.init()
 
pygame.display.set_mode((600, 400))
 
while 1:
    for i in pygame.event.get():
        if i.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            sys.exit()

Сначала отключается pygame, потом происходит выход из программы. Такой вариант вероятно следует считать наиболее безопасным завершением. Мы же в целях упрощения кода в дальнейшем будем использовать функции exit() самого Python (без sys). Команда pygame.quit() не обязательна. Если завершается программа, то отключится и pygame.

Второй вариант – не допустить следующей итерации цикла. Для этого потребуется переменная:

play = True
while play:
    for i in pygame.event.get():
        if i.type == pygame.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
pygame.init()
 
def main():    
 
    pygame.display.set_mode((600, 400))
 
    while True:
        for i in pygame.event.get():
            if i.type == pygame.QUIT:
                return
 
if __name__ == "__main__":
    main()

Перейдем к следующему вопросу. С какой скоростью крутится цикл while? С большой, зависящей от мощностей 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.

import pygame
 
pygame.init()
 
pygame.display.set_mode((600, 400))
 
while True:
    for i in pygame.event.get():
        if i.type == pygame.QUIT:
            exit()
 
    pygame.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
 
pygame.init()
 
pygame.display.set_mode((600, 400))
 
clock = pygame.time.Clock()
 
while True:
    for i in pygame.event.get():
        if i.type == pygame.QUIT:
            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:

…
clock = pygame.time.Clock()
FPS = 60
 
while True:
    for i in pygame.event.get():
        if i.type == pygame.QUIT:
            exit()
 
    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
 
# здесь определяются константы, классы и функции
FPS = 60
 
# здесь происходит инициация, создание объектов и др.
pygame.init()
pygame.display.set_mode((600, 400))
clock = pygame.time.Clock()
 
# если надо до цикла отобразить объекты на экране
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:
            exit()
 
    # --------
    # изменение объектов и многое др.
    # --------
 
    # обновление экрана
    pygame.display.update()

Практическая работа

Выучите команды из урока, напишите скелет игры по памяти.

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: android-приложение, pdf-версия.

Создано

Обновлено