Как сделать фпс pygame

Обновлено: 03.07.2024

Код в уроках был написан на Python 3.7 и Pygame 1.9.6

Что такое Pygame?

Графика и анимация
Звук (включая музыку)
Управление (мышь, клавиатура, геймпад и так далее)

Игровой цикл

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:

pygame.init() — это команда, которая запускает pygame. screen — окно программы, которое создается, когда мы задаем его размер в настройках. Дальше необходимо создать clock , чтобы убедиться, что игра работает с заданной частотой кадров.

Теперь необходимо создать игровой цикл:

Игровой цикл — это цикл while , контролируемый переменной running . Если нужно завершить игру, необходимо всего лишь поменять значение running на False . В результате цикл завершится. Теперь можно заполнить каждый раздел базовым кодом.

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.

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.

В pygame много событий, на которые он способен реагировать. pygame.QUIT — событие, которое стартует после нажатия крестика и передает значение False переменной running , в результате чего игровой цикл заканчивается.

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:

Ура! У вас есть рабочий шаблон Pygame. Сохраните его в файле с понятным названием, например, pygame_template.py , чтобы можно было использовать его каждый раз при создании нового проекта pygame.

В следующем руководстве этот шаблон будет использован как отправная точка для изучения процесса отрисовки объектов на экране и их движения.

pygame - это библиотека модулей для языка Python, созданная для разработки 2D игр.

Для того чтобы установить pygame на свой компьютер необходимо открыть командную строку или терминал и написать команду

pip3 install pygame

После установки необходимо создать новый файл и импортировать модуль pygame и написать шаблон игры

Пользователь может взаимодействовать с нашей игрой. Каждое действие пользователя - это некоторое событие , которое мы можем обработать . Выражение pygame.event.get() - это список событий, произошедших в нашей игре.

Цикл for просто перебирает необработанные события. Каждое событие он присваивает переменной event (можно написать любую другую).

Поговорим о цикле while , основном цикле игры . Как часто он выполняется? Очень и очень часто, это зависит от мощности компьютера. Для обновления экрана в играх часто используют 60 кадров в секунду.

Ограничим количество выполнений цикла.

import pygame
from sys import exit

display = pygame.display. set_mode ( ( 800 , 600 ) )

Методу tick() передается желаемое количество кадров в секунду. Задержку он вычисляет сам. На каждой итерации основного цикла игры секунда делится на 60 и на вычисленную величину выполняется задержка.

В библиотеке pygame существует множество функций для рисования различных фигур.

Функция polygon() рисует произвольную фигуру. Она принимает 3 обязательных параметра (поверхность, цвет и кортеж координат) и 1 необязательный (толщину линий).

import pygame
from sys import exit

display = pygame.display. set_mode ( ( 800 , 600 ) )

FPS = 60
clock = pg.time. Clock ()
while True :
f or event in pygame.event. get ():
if event.type == pygame.QUIT:
pygame. quit ()
exit ()

display - наша поверхность

(255, 0, 0) - красный цвет , почитайте про rgb

( (0, 0), (100, 0), (100, 100), (0, 100) ) - координаты вершин квадрата. Возьмите листочек и нарисуйте его координатах (замените сотню на единицу).

Давайте нарисуем треугольник

import pygame
from sys import exit

display = pygame.display. set_mode ( ( 800 , 600 ) )

(0, 0, 255) - синий цвет

((100, 100), (200, 200), (100, 200)) - координаты вершин нашего треугольник.

Самостоятельно нарисуйте пятиугольник (вам помогут карандаш и лист бумаги)

Рисование окружностей

Чтобы нарисовать окружность нужно вызвать метод circle из модуля draw. Команда выглядит так: pygame.draw.circle(display, color, position, radius).

display - поверхность, на которой рисуем

color - цвет, записанный в кортеже из трех чисел. (еще раз про rgb)

position - координаты точки центра окружности ( кортеж из двух чисел (x, y) )

radius - радиус окружности в пикселях

import pygame
from sys import exit

display = pygame.display. set_mode ( ( 800 , 600 ) )

FPS = 60
clock = pg.time. Clock ()
while True :
f or event in pygame.event. get ():
if event.type == pygame.QUIT:
pygame. quit ()
exit ()

display - наша поверхнотсть для рисования

(255, 255, 0) - желтый цвет

(400, 200) - координаты точки центра (в нашем случае 400 пикселей от верхнего левого угла по горизонтали и 200 пикселей по вертикали)

100 - радиус нашей окружности в пикселях

Объявления переменных для цветов

Для нашего с вами удобства давайте объявим несколько переменных, в которые сохраним используемые нами цвета

import pygame
from sys import exit

WHITE = ( 255 , 255 , 255 )
BLACK = ( 0 , 0 , 0 )
PURPLE = ( 156 , 39 , 176 )
INDIGO = ( 63 , 81 , 181 )
BLUE = ( 33 , 150 , 243 )
GREEN = ( 76 , 175 , 80 )
YELLOW = ( 255 , 235 , 59 )
ORANGE = ( 255 , 152 , 0 )
GREY = ( 158 , 158 , 158 )

display = pygame.display. set_mode ( ( 800 , 600 ) )

FPS = 60
clock = pg.time. Clock ()
while True :
f or event in pygame.event. get ():
if event.type == pygame.QUIT:
pygame. quit ()
exit ()

Рисование прямоугольников

Для отрисовки прямоугольников можно использовать метод rect.

pygame.draw.rect(display, color, (x, y, width, height) )

color - цвет (теперь можно просто написать имя переменную)

(x, y, width, height) - кортеж из четырех значений. Первые два значения - это координаты верхнего левого угла прямоугольника, а два последних - это ширина и высота.

import pygame
from sys import exit

display = pygame.display. set_mode ( ( 800 , 600 ) )

FPS = 60
clock = pg.time. Clock ()
while True :
f or event in pygame.event. get ():
if event.type == pygame.QUIT:
pygame. quit ()
exit ()

Если ваша творческая натура требует большего, то вот ссылка на документацию модулю draw

Там можно найти рисование линий, дуг, эллипсов.

Большой пример ( запусти его у себя на компьтере:

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:

Если выполнить этот код, то появится окно размером 600x400 пикселей и сразу закроется (в Linux, в Windows может зависнуть).

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:

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:

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:

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:

На экране вы увидите примерно такое:

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:

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:

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.

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.

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.

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:

В итоге каркас игры на Pygame должен выглядеть примерно так:

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:
android-приложение, pdf-версия

Что такое Pygame?

Графика и анимация

Звук (включая музыку)

Управление (мышь, клавиатура, геймпад и так далее)

Игровой цикл

В каждом кадре происходит масса вещей, но их можно разбить на три категории:

1.Обработка ввода (события)

2.Обновление игры

3.Рендеринг (прорисовка)

Время

Создание шаблона 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)

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.

А это значит, что процесс отрисовки происходит один раз за кадр, а не при добавлении каждого элемента.

Раздел ввода (событий)

Контроль FPS

Есть такая библиотека для разработки двухмерных игр - pygame. Недавно я прошел курс на образовательном сайте udemy - Python Game Development : Creating a Snake Game from scratch. Этот курс посвещен созданию классической змейки на pygame. Хотел бы поделиться получившейся игрой. Весь код в данном посте я взял из данного курса, правда изрядно его изменил, в частности добавил использование классов. Также я внес несколько исправлений.

Установить Pygame можно через pip:

pip install pygame

Начнем с импортов:

Будем использовать собственно pygame, sys ради функции exit - чтобы завершать скрипт при ошибке или game over'e, random - ради функции randrange, чтобы размещать еду в случайных местах и time - ради функции sleep, чтобы экран игры немного задержался при game over'e.

Я разбил игру на 3 класса: Game - в котором находятся настройки игры, методы для инициализации, завершения игры, отрбражения результата, Snake - здесь параметры отвечающие за позицию головы змеи, координаты тела змеи, метод, который обеспечивает изменения тела (добавления и убирания сегментов) и Food - параметр положения еды, метод отображения еды.

Я добавил побольше комментариев, чтобы объяснить код. На строке 25 в переменной check_errors будет кортеж вида (6, 0) - (количество завершенных тасков, количество ошибок), поэтому на строке 26 берется второй элемент кортежа и проверяется на количество ошибок. В функции event_loop и в фукции game_over я сначала убиваю окно pygame функцией quit(), а затем уже выхожу из скрипта sys.exit'ом. В функции show_score переменная choice нужна чтобы определить как выводить результат - слева сверху в течение игры (стр. 72) или по центру в момент завершения (стр. 76).

Далее идет класс Snake:

В конструкторе класса стр.2-стр.7 задаются две переменные, отвечающие за положение змеи (головы и сегментов). В функции validate_direction_and_change направление движения змеи изменяется только тогда, когда игрок не нажал противоположное направление - так нельзя делать в классической змейке, поворачивать можно только под прямым углом. В функции snake_body_mechanism, в которой описан механизм изменения тела змеи, есть важный момент - в строке 42 обязательно создавать новый список (делать list(self.snake_head_pos)), иначе (если сделать просто self.snake_body.insert(0, self.snake_head_pos) ) будет передан не новый список, а тот же самый список snake_head_pos и через несколько итераций мы будем управлять одной точкой, после чего игра завершится game_over'ом, предлагаю вам проверить это самим и подумать почему так получается.

Позиция еды на строке 48 задается таким образом, чтобы x и y еды были всегда кратны 10, чтобы всегда была возможность ее захватить. Начало координат находится в левом верхнем углу, причем ось x напрвлено вправо, а ось y - вниз, поэтому на строках 28, 30, 32 и 34 координаты изменяются соответствующим образом.

Тут все понятно, единственное, в методе draw_food используется метод rect(), который принимает 3 аргумента: поверхность, цвет и объект, в данном случае Rect(x,y, sizex, sizey).

Далее создаем классы и инициализиурем Pygame:

Далее запускаем бесконечный цикл, в котором последовательно вызыаем описанные методы классов с соответствующими параметрами:

Заключение

Данную игру можно улучшить, добавив изображения, музыку, еще ей не хватает настроек и меню, а также настроек сложности. Если вы хотите поделиться ею с друзьями, то, возможно, вы захотите скомпилировать ее в exe. Для этой цели можно использовать, например, pyinstaller:

Читайте также: