для чего нужна библиотека pygame
Pygame и разработка игр
Что такое Pygame
Pygame – это библиотека модулей для языка Python, созданная для разработки 2D игр. Также Pygame могут называть фреймворком. В программировании понятия «библиотека» и «фреймворк» несколько разные. Но когда дело касается классификации конкретного инструмента, не все так однозначно.
В любом случае, фреймворк является более мощным по-сравнению с библиотекой, он накладывает свою специфику на особенности программирования и сферу использования продукта. С точки зрения специфики Pygame – это фреймворк. Однако его сложно назвать «мощным инструментом». По своему объему и функционалу это скорее библиотека.
Также существует понятие «игрового движка» как программной среды для разработки игр. По своему назначению Pygame можно считать игровым движком. В то же время, с точки зрения классификации программного обеспечения, Pygame является API для Питона к API библиотеки SDL.
API – это интерфейс (в основном набор функций и классов) для прикладного (часто более высокоуровневого) программирования, который предоставляет, например, та или иная библиотека. SDL – это библиотека, которая работает с мультимедийными устройствами компьютера.
В этом смысле Pygame можно сравнить с Tkinter, который через свои функции и классы предоставляет Питону доступ к графической библиотеке Tk.
Особенности разработки компьютерных игр
Игры событийно-ориентированны, также как любое приложение с графическим интерфейсом пользователя. Поэтому какие-никакие, но игры можно было бы писать с помощью Tkinter, в частности на его экземплярах холста. Но поскольку основное назначение библиотеки графического пользовательского интерфейса совсем другое, то пришлось бы изобретать велосипеды. В то время как библиотека, специально предназначенная для написания игр, уже содержит необходимые объекты, что упрощает разработку.
Например, чтобы определить, столкнулись ли два объекта, надо написать код, проверяющий совпадение координат. Это может быть непростой задачей, так как надо учесть области перекрытия, форму объектов и др. В то же время игровой движок может включать готовую функцию проверки коллизии (столкновения) с необходимыми опциями настройки.
При всем этом Pygame достаточно низкоуровневый игровой движок, если его можно так называть. Это значит, что многое в нем не остается за кадром, а дается программисту на доработку, вынуждает его понимать, как работают «шестеренки». Так в Pygame отсутствует эмуляция физических явлений. Если вам надо смоделировать движение с ускорением или по дуге, программируйте это сами, предварительно взяв из курса физики соответствующую формулу.
Игры относятся к мультимедийным приложениям. Однако, в отличие от других приложений этой группы, для них характерна сложная программная логика и нередко много математики, хотя достаточно простой, плюс эмуляция физических явлений. В играх программируется подобие искусственного интеллекта. В многопользовательской игре, хотя пользователи играют друг с другом, а не с ИИ, создаются виртуальные миры, существующие по законам, заложенным разработчиками.
В программном коде игры выделяют три основных логических блока:
Отслеживание событий, производимых пользователем и не только им.
Изменение состояний объектов, согласно произошедшим событиям.
Отображение объектов на экране, согласно их текущим состояниям.
Эти три этапа повторяются в цикле бесчисленное количество раз, пока игра запущена.
Место Pygame среди инструментов разработки игр
Популярна ли библиотека pygame, пишут ли на ней сложные игры? Хотя на Pygame есть востребованные игры, в подавляющем случае – нет. Для программирования под андроид и десктоп существуют более функциональные игровые движки.
Для создания двумерных браузерных игр инди-разработчики (от слова independent – независимый, здесь понимается как «одиночка», «не работающий в команде или на фирму») часто используют JavaScript и его игровые библиотеки, так как JS родной для веба язык. Хотя существуют проекты перевода с Python на JavaScript (https://github.com/jggatc/pyjsdl).
В чем тогда преимущество Pygame? Оно в легком вхождении в отрасль и прототипировании. Pygame – небольшая библиотека. Сам Python позволяет писать короткий и ясный код. Так что это хорошее начало, чтобы познакомиться с особенностями разработки игр. Более опытными программистами Pygame может использоваться для быстрого создания прототипа игры, чтобы посмотреть, как все будет работать. После этого программа переписывается на другом языке. Другими словами, преимущество Pygame в легком обучении и быстрой разработке.
После Pygame жизнь разработчика игр на Питоне не заканчивается. Следует посмотреть в сторону Kivy (https://kivy.org). Это уже полноценный фреймворк, позволяющий писать на Python не только игровые приложения. В большей степени ориентирован для разработки под мобильные платформы.
Как установить Pygame
Pygame не входит в стандартную библиотеку Python, то есть не поставляется с установочным пакетом, а требует отдельной установки. В Ubuntu и родственных дистрибутивах его можно установить с помощью pip:
Если pip не установлен, предварительно выполняем команду:
Дополнительную информацию по установке смотрите здесь: https://www.pygame.org/wiki/GettingStarted
Проверить, что все установилось нормально, можно так:
Для Windows вместо ‘python3’ надо писать ‘py’. Произойдет запуск игры aliens, включенной в модуль examples (примеры) библиотеки pygame.
Шапошникова С. (plustilino) © 2020
Pygame. Введение в разработку игр на Python
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.
Что такое Pygame?
Pygame — это «игровая библиотека», набор инструментов, помогающих программистам создавать игры. К ним относятся:
Графика и анимация
Звук (включая музыку)
Управление (мышь, клавиатура, геймпад и так далее)
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:
1.Обработка ввода (события)
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.
2.Обновление игры
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.
3.Рендеринг (прорисовка)
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.
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.
Что такое Pygame? Каркас приложения, FPS
Используя эти возможности, программист имеет возможность создавать простые графические приложения, в том числе и несложные игры. Возможно, вы уже обратили внимание, что библиотека PyGame не содержит физического движка и всю физику в играх приходится прописывать самостоятельно на основе уравнений физики. Также в этой библиотеке нет понятий камер и все изменения состояний на плоскости осуществляется путем простого перемещения объектов в области игрового пространства. Так что, PyGame определенно не игровой движок, но очень удобен, когда нужно быстро реализовать графическое приложение с элементарной анимацией на плоскости и некоторыми звуковыми эффектами.
и подробной документацией:
С чего мы начнем и как будем изучать этот модуль? Вначале нужно понять общий принцип работы PyGame и основные возможности его функционала. А, затем, на конкретных примерах посмотреть, как это все работает. Именно с этих позиций я и буду строить наши занятия.
Установка PyGame
Первым делом нам нужно установить PyGame. Делается это очень просто. Под ОС Windows следует выполнить команду:
pip install pygame
(похожим образом происходит установка и в других ОС). Далее, непосредственно в Python, создайте новый проект и запишите две строчки:
Если они выполняются без ошибок, значит библиотека установлена и готова к работе.
Каркас приложения
Давайте теперь реализуем простейшее минимальное приложение на PyGame. Первые две строчки у нас уже есть. Фактически, первая выполняет импорт основного модуля, а вторая импортирует массу других необходимых расширений (иначе бы нам каждый раз приходилось бы делать это вручную). То есть, мы здесь просто подключили саму библиотеку. Что дальше? Далее сформируем окно самого приложения с помощью следующей функции:
Если теперь запустить эту программу, то мы увидим окно на экране, которое тут же закроется. Почему приложение так себя ведет? Дело в том, что все три строчки были выполнены и программа попросту завершилась. Мы увидели окно, которое потом было автоматически закрыто. Чтобы оно оставалось на экране и отображало текущую графическую информацию, необходимо добавить главный цикл обработки событий:
То есть, в нашем приложении должен быть цикл, в котором постоянно просматриваются возникающие события из очереди событий, а затем, обрабатываются (другими словами, выполняются некоторые действия в зависимости от типа события).
Для реализации такого цикла можно создать «вечный» цикл, в котором будут проверяться произошедшие события и при необходимости обрабатываться. В самом простом варианте это можно сделать так:
Смотрите, здесь задан «вечный цикл» и внутри еще один цикл for, который выбирает события из очереди событий. Сама очередь – это итерируемый объект, к которому мы обращаемся с помощью конструкции pygame.event.get(). В результате переменная event будет ссылаться на текущее событие из этой очереди. Каждое событие – это объект, который содержит наборы различных свойств. В частности, все события имеют свойство type, которое мы и проверяем. Если оно равно константе pygame.QUIT, значит, пришло событие закрытия приложения. И здесь, в качестве обработчика выступает стандартная Python-функция exit, которая завершает наше приложение. Теперь, при запуске программы мы видим окно на экране, пока не закроем его. При закрытии срабатывает событие pygame.QUIT и программа завершается. Если, в качестве примера, вместо exit написать pass, то наше окно закрываться не будет, т.к. мы фактически удалили обработчик и ничего не делаем при возникновении этого события.
Однако, использовать непосредственно функцию exit() не всегда бывает удобно. Возможно, нам нужно просто завершить цикл и остановить работу PyGame, но продолжать дальнейшее выполнение программы. В этом случае можно воспользоваться функцией quit() пакета PyGame:
Но при закрытии окна мы увидим ошибку (исключение). Откуда она взялась? Это из-за того, что при остановке PyGame основной цикл продолжает работать и на следующей итерации пытается обратиться к очереди событий. Но эта команда уже не может быть выполнена, т.к. PyGame остановлен и уже не работает. Отсюда и возникает это исключение. Поэтому, мы поправим эту программу, добавим условие работы главного цикла:
Теперь все работает так, как мы этого и ожидаем. Вот так выглядит минимальный каркас приложения PyGame.
Задержка и формирование нужного FPS
Однако в такой реализации есть один существенный недостаток. Главный цикл работает слишком быстро: каждые несколько миллисекунд проверяется очередь событий. Это избыточно нагружает процессор компьютера. События так быстро не генерируются. Даже когда выполняется анимация в динамических играх (типа арканоид), вполне достаточно 60 кадров в секунду, т.е. выполнять главный цикл с частотой:
1/60 сек = 17 миллисекунд
А в статических играх, типа пасьянс, минер и т.п., достаточно 30 кадров в секунду:
1/30 сек = 34 миллисекунд
Как создать нужные задержки в главном цикле приложения? Если действовать «в лоб», то можно просто прописать эти временные величины внутри цикла while:
Но это не лучшее решение: на разных устройствах время выполнения итерации цикла будет разным (из-за разной скорости работы ЦП). Здесь задержка в 20 мс добавляется ко времени выполнения программы внутри цикла. То есть, мы не учитываем время обработки событий, а просто добавляем задержку в 20 мс. В результате цикл будет работать немного дольше. И это может негативно сказаться на игровом процессе: на одном устройстве игровой персонаж будет быстрее проходить уровень, а на другом – медленнее. Поэтому, правильнее использовать встроенный в PyGame инструмент тиков на основе класса Clock:
Здесь в методе tick указывается частота выполнения цикла за одну секунду. То есть, параметр 60 указывает выполнять цикл while 60 раз в секунду. При этом автоматически учитывается время, затраченное на выполнение других строчек кода на каждой текущей итерации и оно вычитается при формировании задержки. В результате, мы получаем время каждой итерации примерно 17 мс. И это время будет одинаковым на всех устройствах (разумеется, если оно будет способно обеспечивать такую скорость выполнения итераций цикла).
Вот эту величину (60) называют Frames Per Second (FPS) и, обычно, определяют вначале программы через переменную:
Наконец, последний штрих. Изменим заголовок окна и его иконку. Это делается с помощью вот таких двух строчек:
Например, если прописать флаг:
то окно можно будет менять в размерах. Или так:
Мы здесь сразу включаем двойную буферизацию, аппаратное ускорение и полноэкранный режим. По аналогии используются остальные флаги.
Вот так мы с вами получили вполне рабочий каркас приложения на PyGame. На следующем занятии увидим как можно рисовать графические примитивы в окне программы.
Видео по теме
Что такое Pygame? Каркас приложения, FPS | Pygame #1
Рисование графических примитивов | Pygame #2
Как обрабатывать события от клавиатуры | Pygame #3
Как обрабатывать события от мыши | Pygame #4
Создание поверхностей (Surface) и их анимация. Метод blit | Pygame #5
Класс Rect. Его роль, свойства и методы | Pygame #6
Как рисовать текст различными шрифтами | Pygame #7
Как работать с изображениями. Модули image и transform | Pygame #8
Что такое спрайты и как с ними работать | Pygame #9
Как делать контроль столкновений | Pygame #10
Добавляем звук в игровой процесс. Модули mixer и music | Pygame #11
© 2021 Частичное или полное копирование информации с данного сайта для распространения на других ресурсах, в том числе и бумажных, строго запрещено. Все тексты и изображения являются собственностью сайта