игры на пайгейм код
Создание игр на Python 3 и Pygame: Часть 4
Это четвёртая из пяти частей туториала, посвящённого созданию игр с помощью Python 3 и Pygame. В третьей части мы углубились в сердце Breakout и узнали, как обрабатывать события, познакомились с основным классом Breakout и увидели, как перемещать разные игровые объекты.
В этой части мы узнаем, как распознавать коллизии и что случается, когда мяч ударяется об разные объекты: ракетку, кирпичи, стены, потолок и пол. Наконец, мы рассмотрим важную тему пользовательского интерфейса и в частности то, как создать меню из собственных кнопок.
Распознавание коллизий
Столкновение мяча с ракеткой
Когда мяч стукается об ракетку, он отскакивает. Если он ударяется о верхнюю часть ракетки, то отражается обратно вверх, но сохраняет тот же компонент горизонтальной скорости.
Столкновение с полом
Когда ракетка пропускает мяч на пути вниз (или мяч ударяется об ракетку сбоку), то мяч продолжает падать и затем ударяется об пол. В этот момент игрок теряет жизнь и мяч создаётся заново, чтобы игра могла продолжаться. Игра завершается, когда у игрока заканчиваются жизни.
Столкновение с потолком и стенами
Когда мяч ударяется об стены или потолок, он просто отскакивает от них.
Столкновение с кирпичами
Когда мяч ударяется об кирпич, это является основным событием игры Breakout — кирпич исчезает, игрок получает очко, мяч отражается назад и происходят ещё несколько событий (звуковой эффект, а иногда и спецэффект), которые я рассмотрю позже.
Чтобы определить, что мяч ударился об кирпич, код проверят, пересекается ли какой-нибудь из кирпичей с мячом:
Программирование игрового меню
В большинстве игр есть какой-нибудь UI. В Breakout есть простое меню с двумя кнопками, ‘PLAY’ и ‘QUIT’. Меню отображается в начале игры и пропадает, когда игрок нажимает на ‘PLAY’. Давайте посмотрим, как реализуются кнопки и меню, а также как они интегрируются в игру.
Создание кнопок
В Pygame нет встроенной библиотеки UI. Есть сторонние расширения, но для меню я решил создать свои кнопки. Кнопка — это игровой объект, имеющий три состояния: нормальное, выделенное и нажатое. Нормальное состояние — это когда мышь не находится над кнопкой, а выделенное состояние — когда мышь находится над кнопкой, но левая кнопка мыши ещё не нажата. Нажатое состояние — это когда мышь находится над кнопкой и игрок нажал на левую кнопку мыши.
Кнопка реализуется как прямоугольник с фоновым цветом и текст, отображаемый поверх него. Также кнопка получает функцию on_click (по умолчанию являющуюся пустой лямбда-функцией), которая вызывается при нажатии кнопки.
Создание меню
При нажатии кнопки QUIT is_game_running принимает значение False (фактически ставя игру на паузу), а game_over присваивается значение True, что приводит к срабатыванию последовательности завершения игры.
Отображение и сокрытие игрового меню
Можно создать встроенное меню с собственной поверхностью, которое рендерит свои подкомпоненты (кнопки и другие объекты), а затем просто добавлять/удалять эти компоненты меню, но для такого простого меню это не требуется.
Подводим итог
В этой части мы рассмотрели распознавание коллизий и то, что происходит, когда мяч сталкивается с разными объектами: ракеткой, кирпичами, стенами, полом и потолком. Также мы создали меню с собственными кнопками, которое можно скрывать и отображать по команде.
В последней части серии мы рассмотрим завершение игры, отслеживание очков и жизней, звуковые эффекты и музыку.
Затем мы разработаем сложную систему спецэффектов, добавляющих в игру немного специй. Наконец, мы обсудим дальнейшее развитие и возможные улучшения.
Создание игр на Python 3 и Pygame: Часть 1
Многие разработчики приходят в разработку ПО, потому что хотят создавать игры. Не все могут стать профессиональными разработчиками игр, но любой может создавать собственные игры из интереса (а может быть, и с выгодой). В этом туториале, состоящем из пяти частей, я расскажу вам, как создавать двухмерные однопользовательские игры с помощью Python 3 и замечательного фреймворка PyGame.
Мы создадим версию классической игры Breakout. Освоив этот туториал, вы будете чётко понимать, что необходимо для создания игры, познакомитесь с возможностями Pygame и напишете собственный пример игры.
Мы реализуем следующие функции и возможности:
Краткое введение в программирование игр
Главное в играх — перемещение пикселей на экране и издаваемый шум. Почти во всех видеоиграх есть эти элементы. В этой статье мы не будем рассматривать клиент-серверные и многопользовательские игры, для которых требуется много сетевого программирования.
Основной цикл
Основной цикл (main loop) игры выполняется и обновляет экран через фиксированные интервалы времени. Они называются частотой кадров и определяют плавность перемещения. Обычно игры обновляют экран 30-60 раз в секунду. Если частота будет меньше, то покажется, что объекты на экране дёргаются.
Внутри основного цикла есть три основных операции: обработка событий, обновление состояния игры и отрисовка текущего состояния на экране.
Обработка событий
События в игре состоят из всего, что происходит за пределами управления кода игры, но относится к выполнению игры. Например, если в Breakout игрок нажимает клавишу «стрелка влево», то игре нужно переместить ракетку влево. Стандартными событиями являются нажатия (и отжатия) клавиш, движение мыши, нажатия кнопок мыши (особенно в меню) и события таймера (например, действие спецэффекта может длиться 10 секунд).
Обновление состояния
Сердце любой игры — это её состояние: всё то, что она отслеживает и отрисовывает на экране. В случае Breakout к состоянию относятся положение всех кирпичей, позиция и скорость мяча, положение ракетки, а также жизни и очки.
Существует также вспомогательное состояние, позволяющее управлять игрой:
Отрисовка
Игре нужно отображать своё состояние на экране, в том числе отрисовывать геометрические фигуры, изображения и текст.
Игровая физика
В большинстве игр симулируется физическое окружение. В Breakout мяч отскакивает от объектов и имеет очень приблизительную систему физики твёрдого тела (если это можно так назвать).
В более сложных играх могут использоваться более изощрённые и реалистичные физические системы (особенно в 3D-играх). Стоит также отметить, что в некоторых играх, например, в карточных, физики почти нет, и это совершенно нормально.
ИИ (искусственный интеллект)
Например, враги преследуют игрока и знают о его местоположении. В Breakout нет никакого ИИ. Игрок сражается с холодными и твёрдыми кирпичами. Однако ИИ в играх часто очень прост и всего лишь следует простым (или сложным) правилам, обеспечивающим псевдоразумные результаты.
Воспроизведение звука
Воспроизведение звука — ещё один важный аспект игр. В общем случае существует два типа звука: фоновая музыка и звуковые эффекты. В Breakout я реализую только звуковые эффекты, которые воспроизводятся при различных событиях.
Фоновая музыка — это просто музыка, постоянно играющая на фоне. В некоторых играх она не используется, а в некоторых меняется на каждом уровне.
Жизни, очки и уровни
В большинстве игр игрок имеет определённое количество жизней, и когда они заканчиваются, игра завершается. Также в играх часто присутствуют очки, позволяющие понять, насколько хорошо мы играем, и дающие мотивацию к самосовершенствованию или просто хвастаться друзьям своими рекордами. Во многих играх есть уровни, которые или совершенно отличаются, или постепенно увеличивают сложность.
Знакомство с Pygame
Прежде чем приступить к реализации игры, давайте немного узнаем о Pygame, который возьмёт на себя большую часть работы.
Что такое Pygame?
Pygame — это фреймворк языка Python для программирования игр. Он создан поверх SDL и обладает всем необходимым:
Установка Pygame
Это станет серьёзным препятствием при запуске игры. В конце концов мне пришлось запускать её в Windows внутри VirtualBox VM. Надеюсь, ко времени прочтения этой статьи проблема будет решена.
Архитектура игры
Играм нужно управлять кучей информации и выполнять почти одинаковые операции со множеством объектов. Breakout — это небольшая игра, однако попытка управлять всем в одном файле может оказаться слишком утомительной. Поэтому я решил создать файловую структуру и архитектуру, которая подойдёт и для гораздо более крупных игр.
Структура папок и файлов
Pipfile и Pipfile.lock — это современный способ управления зависимостями в Python. Папка images содержит изображения, используемые игрой (в нашей версии будет только фоновое изображение), а в папке sound_effects directory лежат короткие звуковые клипы, используемые (как можно догадаться) в качестве звуковых эффектов.
Файлы ball.py, paddle.py и brick.py содержат код, относящийся к каждому из этих объектов Breakout. Подробнее я рассмотрю их в следующих частях туториала. Файл text_object.py содержит код отображения текста на экране, а в файле background.py содержится игровая логика Breakout.
Однако существует несколько модулей, создающих произвольный «скелет» общего назначения. Определённые в них классы можно будет использовать в других играх на основе Pygame.
Класс GameObject
GameObject представляет собой визуальный объект, знающий о том, как себя рендерить, сохранять свои границы и перемещаться. В Pygame есть и класс Sprite, исполняющий похожую роль, но в этом туториале я хочу показать вам, как всё работает на низком уровне, а не полагаться слишком активно на готовую магию. Вот как выглядит класс GameObject:
Класс Game
Класс Game — это ядро игры. Он выполняется в основном цикле. В нём есть множество полезных возможностей. Давайте разберём его метод за методом.
Метод __init__() инициализирует сам Pygame, систему шрифтов и звуковой микшер. Три разных вызова нужны, так как не во всякой игре на Pygame используются все компоненты, поэтому можно контролировать подсистемы, которые мы используем, и инициализировать только нужные с соответствующими параметрами. Метод создаёт фоновое изображение, основную поверхность (на которой всё отрисовывается) и игровой таймер с правильной частотой кадров.
Элемент self.objects хранит все игровые объекты, которые должны рендериться и обновляться. Различные обработчики управляют списками функций-обработчиков, которые должны выполняться при определённых событиях.
Методы update() и draw() очень просты. Они обходят все управляемые игровые объекты и вызывают соответствующие им методы. Если два объекта накладываются друг на друга на экране, то порядок списка объектов определяет, какой из них будет рендериться первым, а остальные будут частично или полностью его перекрывать.
Метод handle_events() слушает события, генерируемые Pygame, такие как события клавиш и мыши. Для каждого события он вызывает все функции-обработчики, которые должны обрабатывать события соответствующих типов.
Затем он обновляет экран, то есть записывает на физический дисплей всё содержимое, которое было отрендерено на текущей итерации. И последнее, но не менее важное — он вызывает метод clock.tick() для управления тем, когда будет вызвана следующая итерация.
Заключение
В этой части мы изучили основы программирования игр и все компоненты, участвующие в создании игр. Также мы рассмотрели сам Pygame и узнали, как его установить. Наконец, мы погрузились в архитектуру игры и изучили структуру папок, классы GameObject и Game.
Создание игр на Python 3 и Pygame: Часть 2
Класс TextObject
Это позволяет нам обновлять отображение жизней и очков в Breakout, просто создав функцию, возвращающую текущие жизни и очки, а не отслеживать то, какие текстовые объекты отображают очки и жизни и обновлять их текст при каждом их изменении. Это удобный трюк из функционального программирования, и в крупных играх он позволяет поддерживать удобство и аккуратность программы.
Создание основного окна
Игры на Pygame выполняются в окнах. Можно даже сделать так, чтобы они выполнялись в полноэкранном режиме. Сейчас я расскажу, как отобразить пустое окно Pygame. Вы увидите многие элементы, которые мы обсуждали ранее. Сначала вызывается init() Pygame, а затем создаются основная поверхность рисования и таймер.
Затем выполняется основной цикл, который постоянно заполняет экран однотонным серым цветом и вызывает метод таймера tick() с частотой кадров.
Использование фонового изображения
Отрисовка фигур
Pygame может рисовать всё, что угодно. В модуле pygame.draw есть функции для отрисовки следующих фигур:
Отрисовка кирпичей
Стоит заметить, что класс Brick является подклассом GameObject и получает все его свойства, но также имеет и цвет, который обрабатывает самостоятельно (потому что могут существовать игровые объекты, имеющие несколько цветов). Поле special_effect мы пока рассматривать не будем.
Отрисовка мяча
Отрисовка ракетки
Ракетка — это ещё один прямоугольник, двигающийся влево и вправо в ответ на нажатия игроком клавиш со стрелками. Это значит, что положение ракетки в разных кадрах может отличаться, но в процессе отрисовки это просто прямоугольник, который должен рендериться в текущей позиции, какой бы она ни была. Вот как выглядит соответствующий код:
Заключение
В этой части мы узнали о классе TextObject и о том, как рендерить текст на экране. Также мы познакомились с тем, как рисовать объекты: кирпичи, мяч и ракетку.
В третьей части мы узнаем, как работает обработка событий и как Pygame позволяет нам перехватывать события и реагировать на них (нажатия клавиш, движение мыши и нажатия кнопок мыши). Также мы рассмотрим такие элементы игрового процесса, как движение мяча, задание его скорости и перемещение ракетки.
Библиотека Pygame / Часть 1. Введение
Это первая часть серии руководств «Разработка игр с помощью Pygame». Она предназначена для программистов начального и среднего уровней, которые заинтересованы в создании игр и улучшении собственных навыков кодирования на Python.
Код в уроках был написан на Python 3.7 и Pygame 1.9.6
Что такое Pygame?
Pygame — это «игровая библиотека», набор инструментов, помогающих программистам создавать игры. К ним относятся:
Игровой цикл
В сердце каждой игры лежит цикл, который принято называть «игровым циклом». Он запускается снова и снова, делая все, чтобы работала игра. Каждый цикл в игре называется кадром.
В каждом кадре происходит масса вещей, но их можно разбить на три категории:
Речь идет обо всем, что происходит вне игры — тех событиях, на которые она должна реагировать. Это могут быть нажатия клавиш на клавиатуре, клики мышью и так далее.
Изменение всего, что должно измениться в течение одного кадра. Если персонаж в воздухе, гравитация должна потянуть его вниз. Если два объекта встречаются на большой скорости, они должны взорваться.
В этом шаге все выводится на экран: фоны, персонажи, меню. Все, что игрок должен видеть, появляется на экране в нужном месте.
Время
Еще один важный аспект игрового цикла — скорость его работы. Многие наверняка знакомы с термином FPS, который расшифровывается как Frames Per Second (или кадры в секунду). Он указывает на то, сколько раз цикл должен повториться за одну секунду. Это важно, чтобы игра не была слишком медленной или быстрой. Важно и то, чтобы игра не работала с разной скоростью на разных ПК. Если персонажу необходимо 10 секунд на то, чтобы пересечь экран, эти 10 секунд должны быть неизменными для всех компьютеров.
Создание шаблона Pygame
Теперь, зная из каких элементов состоит игра, можно переходить к процессу написания кода. Начать стоит с создания простейшей программы pygame, которая всего лишь открывает окно и запускает игровой цикл. Это отправная точка для любого проекта pygame.
В начале программы нужно импортировать необходимые библиотеки и задать базовые переменные настроек игры:
Дальше необходимо открыть окно игры:
Теперь необходимо создать игровой цикл:
Раздел рендеринга (отрисовки)
Начнем с раздела отрисовки. Персонажей пока нет, поэтому экран можно заполнить сплошным цветом. Чтобы сделать это, нужно разобраться, как компьютер обрабатывает цвета.
Экраны компьютеров сделаны из пикселей, каждый из которых содержит 3 элемента: красный, зеленый и синий. Цвет пикселя определяется тем, как горит каждый из элементов: 
Каждый из трех основных цветов может иметь значение от 0 (выключен) до 255 (включен на 100%), так что для каждого элемента есть 256 вариантов.
Узнать общее количество отображаемых компьютером цветов можно, умножив:
Теперь, зная, как работают цвета, можно задать их в начале программ:
А после этого — заполнить весь экран.
Но этого недостаточно. Дисплей компьютера работает не так. Изменить пиксель — значит передать команду видеокарте, чтобы она передала соответствующую команду экрану. По компьютерным меркам это очень медленный процесс. Если нужно нарисовать на экране много всего, это займет много времени. Исправить это можно оригинальным способом, который называется — двойная буферизация. Звучит необычно, но вот что это такое.
Представьте, что у вас есть двусторонняя доска, которую можно поворачивать, показывая то одну, то вторую сторону. Одна будет дисплеем (то, что видит игрок), а вторая — оставаться скрытой, ее сможет «видеть» только компьютер. С каждым кадром рендеринг будет происходить на задней части доски. Когда отрисовка завершается, доска поворачивается и ее содержимое демонстрируется игроку.
А это значит, что процесс отрисовки происходит один раз за кадр, а не при добавлении каждого элемента.
В pygame это происходит автоматически. Нужно всего лишь сказать доске, чтобы она перевернулась, когда отрисовка завершена. Эта команда называется flip() :
Главное — сделать так, чтобы функция flip() была в конце. Если попытаться отрисовать что-то после поворота, это содержимое не отобразится на экране.
Раздел ввода (событий)
Игры еще нет, поэтому пока сложно сказать, какие кнопки или другие элементы управления понадобятся. Но нужно настроить одно важное событие. Если попытаться запустить программу сейчас, то станет понятно, что нет возможности закрыть окно. Нажать на крестик в верхнем углу недостаточно. Это тоже событие, и необходимо сообщить программе, чтобы она считала его и, соответственно, закрыла игру.
События происходят постоянно. Что, если игрок нажимает кнопку прыжка во время отрисовки? Это нельзя игнорировать, иначе игрок будет разочарован. Для этого pygame сохраняет все события, произошедшие с момента последнего кадра. Даже если игрок будет лупить по кнопкам, вы не пропустите ни одну из них. Создается список, и с помощью цикла for можно пройтись по всем из них.
Контроль FPS
Пока что нечего поместить в раздел Update (обновление), но нужно убедиться, что настройка FPS контролирует скорость игры. Это можно сделать следующим образом:
Команда tick() просит pygame определить, сколько занимает цикл, а затем сделать паузу, чтобы цикл (целый кадр) длился нужно время. Если задать значение FPS 30, это значит, что длина одного кадра — 1/30, то есть 0,03 секунды. Если цикл кода (обновление, рендеринг и прочее) занимает 0,01 секунды, тогда pygame сделает паузу на 0,02 секунды.
Наконец, нужно убедиться, что когда игровой цикл завершается, окно игры закрывается. Для этого нужно поместить функцию pygame.quit() в конце кода. Финальный шаблон pygame будет выглядеть вот так:
В следующем руководстве этот шаблон будет использован как отправная точка для изучения процесса отрисовки объектов на экране и их движения.
Стрелялка с Pygame №1: спрайт игрока и управление
В этой серии уроков будет создана полноценная игру с помощью Python и Pygame. Это будет особенно интересно начинающим программистам, которые уже знакомы с основами языка и хотят углубить знания, а также узнать, что лежит в основе создания игр.
Перед стартом
Если вы еще не знакомы с pygame, вернитесь и закончите первый урок в водной части «Библиотека Pygame / Часть 1. Введение». Дальше будет использоваться программа pygame template.py, которая была создана в том уроке, как основа для этого.
В этой серии мы будем работать над игрой в жанре «Shmup» или «Shoot ’em up» (или, если еще проще, «Стрелялка»). Игрок будет пилотом маленького космического корабля, который пытается выжить среди метеоритов и прочих предметов, летящих на него.
Для начала нужно сохранить файл pygame template.py с новым именем. Таким образом вы сможете использовать этот шаблон в будущем для других игр. Можно назвать файл просто как shmup.py.
В первую очередь, необходимо отредактировать настройки, добавив некоторые значения в игру:
Игра будет выполнена в «портретном режиме» — это значит, что высота окна больше, чем его ширина. Игра будет экшеном, поэтому важно задать высокое значение кадров в секунду. В таком случае спрайты будут двигаться максимально плавно. 60 — идеальное значение.
Спрайт игрока
Первое, что необходимо добавить — спрайт, который олицетворяет собой игрока. В итоге это будет космический корабль, но на начальных этапах можно просто игнорировать графику и использовать прямоугольники вместо спрайтов. Важно добиться того, чтобы они отображались на экране и двигались так, как требуется. Заменить их потом артами не составит труда.
Это начало спрайта игрока:
Метод update() спрайта запускается в каждом кадре. Он будет перемещать спрайт с конкретной скоростью:
Теперь нужно показать спрайт, чтобы убедиться, что он отображается на экране:
Движение/управление
Управлять в этой игре нужно будет с помощью клавиатуры, поэтому игрок должен будет двигаться при нажатии кнопок Влево или Вправо (это могут быть a или d ).
Когда речь заходит об использовании кнопок в игре, есть выбор, а это значит, что речь идет о Событиях:
1 вариант: в этой очереди событий можно определить два события (по одному для каждой кнопки), каждое из которых будет менять скорость игрока, соответственно:
В пределах экрана
Наконец, нужно сделать так, чтобы спрайт не пропадал с экрана. Для этого нужно добавить этот код к update() игрока:
Теперь если rect попробует двигаться за пределы экрана, он остановится. Второй вариант — телепортировать спрайт с одного края экрана ко второму, когда он туда доберется. Но в этой игре предпочтительнее тормозить игрока.
Вот весь код этого шага:
В следующем уроке в игру будут добавлены спрайты врагов, от которых игрок будет уклоняться.