4.5. Życie Conwaya (str)

Gra w życie zrealizowana z użyciem biblioteki PyGame. Wersja strukturalna. Biblioteka PyGame ułatwia tworzenie aplikacji multimedialnych, w tym gier.

../../_images/life.png

4.5.1. Zmienne i plansza gry

Tworzymy plik life.py w terminalu lub w wybranym edytorze i zaczynamy od zdefiniowania zmiennych określających właściwości obiektów w naszej grze.

Kod nr
 1#! /usr/bin/env python
 2# -*- coding: utf-8 -*-
 3
 4import pygame
 5import sys
 6import random
 7from pygame.locals import *  # udostępnienie nazw metod z locals
 8
 9# inicjacja modułu pygame
10pygame.init()
11
12# szerokość i wysokość okna gry
13OKNOGRY_SZER = 800
14OKNOGRY_WYS = 400
15
16# przygotowanie powierzchni do rysowania, czyli inicjacja okna gry
17OKNOGRY = pygame.display.set_mode((OKNOGRY_SZER, OKNOGRY_WYS), 0, 32)
18# tytuł okna gry
19pygame.display.set_caption('Gra o życie')
20
21# rozmiar komórki
22ROZ_KOM = 10
23# ilość komórek w poziomie i pionie
24KOM_POZIOM = int(OKNOGRY_SZER / ROZ_KOM)
25KOM_PION = int(OKNOGRY_WYS / ROZ_KOM)
26
27# wartości oznaczające komórki "martwe" i "żywe"
28KOM_MARTWA = 0
29KOM_ZYWA = 1
30
31# lista opisująca stan pola gry, 0 - komórki martwe, 1 - komórki żywe
32# na początku tworzymy listę zawierającą KOM_POZIOM zer
33POLE_GRY = [KOM_MARTWA] * KOM_POZIOM
34# rozszerzamy listę o listy zagnieżdżone, otrzymujemy więc listę dwuwymiarową
35for i in range(KOM_POZIOM):
36    POLE_GRY[i] = [KOM_MARTWA] * KOM_PION

W instrukcji pygame.display.set_mode() inicjalizujemy okno gry o rozmiarach 800x400 pikseli i 32-bitowej głębi kolorów. Tworzymy w ten sposób powierzchnię główną do rysowania zapisaną w zmiennej OKNOGRY. Ilość możliwych do narysowania komórek, reprezentowanych przez kwadraty o boku 10 pikseli, wyliczamy w zmiennych KOM_POZIOM i KOM_PION. Najważniejszą strukturą w naszej grze jest POLE_GRY, dwuwymiarowa lista elementów reprezentujących „żywe” i „martwe” komórki, czyli populację. Tworzymy ją w dwóch krokach, na początku inicjujemy zerami jednowymiarową listę o rozmiarze odpowiadającym ilości komórek w poziomie (POLE_GRY = [KOM_MARTWA] * KOM_POZIOM). Następnie do każdego elementu listy przypisujemy listę zawierającą tyle zer, ile jest komórek w pionie.

4.5.2. Populacja komórek

Kolejnym krokiem będzie zdefiniowanie funkcji przygotowującej i rysującej populację komórek.

Kod nr
 39# przygotowanie następnej generacji komórek, czyli zaktualizowanego POLA_GRY
 40def przygotuj_populacje(polegry):
 41    # na początku tworzymy 2-wymiarową listę wypełnioną zerami
 42    nast_gen = [KOM_MARTWA] * KOM_POZIOM
 43    for i in range(KOM_POZIOM):
 44        nast_gen[i] = [KOM_MARTWA] * KOM_PION
 45
 46    # iterujemy po wszystkich komórkach
 47    for y in range(KOM_PION):
 48        for x in range(KOM_POZIOM):
 49
 50            # zlicz populację (żywych komórek) wokół komórki
 51            populacja = 0
 52            # wiersz 1
 53            try:
 54                if polegry[x - 1][y - 1] == KOM_ZYWA:
 55                    populacja += 1
 56            except IndexError:
 57                pass
 58            try:
 59                if polegry[x][y - 1] == KOM_ZYWA:
 60                    populacja += 1
 61            except IndexError:
 62                pass
 63            try:
 64                if polegry[x + 1][y - 1] == KOM_ZYWA:
 65                    populacja += 1
 66            except IndexError:
 67                pass
 68
 69            # wiersz 2
 70            try:
 71                if polegry[x - 1][y] == KOM_ZYWA:
 72                    populacja += 1
 73            except IndexError:
 74                pass
 75            try:
 76                if polegry[x + 1][y] == KOM_ZYWA:
 77                    populacja += 1
 78            except IndexError:
 79                pass
 80
 81            # wiersz 3
 82            try:
 83                if polegry[x - 1][y + 1] == KOM_ZYWA:
 84                    populacja += 1
 85            except IndexError:
 86                pass
 87            try:
 88                if polegry[x][y + 1] == KOM_ZYWA:
 89                    populacja += 1
 90            except IndexError:
 91                pass
 92            try:
 93                if polegry[x + 1][y + 1] == KOM_ZYWA:
 94                    populacja += 1
 95            except IndexError:
 96                pass
 97
 98            # "niedoludnienie" lub przeludnienie = śmierć komórki
 99            if polegry[x][y] == KOM_ZYWA and (populacja < 2 or populacja > 3):
100                nast_gen[x][y] = KOM_MARTWA
101            # życie trwa
102            elif polegry[x][y] == KOM_ZYWA \
103                    and (populacja == 3 or populacja == 2):
104                nast_gen[x][y] = KOM_ZYWA
105            # nowe życie
106            elif polegry[x][y] == KOM_MARTWA and populacja == 3:
107                nast_gen[x][y] = KOM_ZYWA
108
109    # zwróć nowe polegry z następną generacją komórek
110    return nast_gen
111
112
113def rysuj_populacje():
114    """Rysowanie komórek (kwadratów) żywych"""
115    for y in range(KOM_PION):
116        for x in range(KOM_POZIOM):
117            if POLE_GRY[x][y] == KOM_ZYWA:
118                pygame.draw.rect(OKNOGRY, (255, 255, 255), Rect(
119                    (x * ROZ_KOM, y * ROZ_KOM), (ROZ_KOM, ROZ_KOM)), 1)

Najważniejszym fragmentem kodu, implementującym logikę naszej gry, jest funkcja przygotuj_populacje(), która jako parametr przyjmuje omówioną wcześniej strukturę POLE_GRY (pod nazwą polegry). Funkcja sprawdza, jak rozwija się populacja komórek, według następujących zasad:

  1. Jeżeli żywa komórka ma mniej niż 2 żywych sąsiadów, umiera z powodu samotności.

  2. Jeżeli żywa komórka ma więcej niż 3 żywych sąsiadów, umiera z powodu przeludnienia.

  3. Żywa komórka z 2 lub 3 sąsiadami żyje dalej.

  4. Martwa komórka z 3 żywymi sąsiadami ożywa.

Funkcja iteruje po każdym elemencie POLA_GRY i sprawdza stan sąsiadów każdej komórki, w wierszu 1 powyżej komórki, w wierszu 2 na tym samym poziomie i w wierszu 3 poniżej. Konstrukcja try...except pozwala obsłużyć sytuacje wyjątkowe (błędy), a więc komórki skrajne, które nie mają sąsiadów u góry czy u dołu, z lewej bądź z prawej strony: w takim przypadku wywoływana jest instrukcja pass, czyli nie rób nic :-). Końcowa złożona instrukcja warunkowa if ożywia lub uśmierca sprawdzaną komórkę w zależności od stanu sąsiednich komórek (czyli zmiennej populacja).

Zadaniem funkcji rysuj_populacje() jest narysowanie kwadratów (obiekty Rect) o białych bokach w rozmiarze 10 pikseli dla pól (elementów), które w liście POLE_GRY są żywe (mają wartość 1).

4.5.3. Główna pętla programu

Programy interaktywne, w tym gry, reagujące na działania użytkownika, takie jak ruchy czy kliknięcia myszą, działają w pętli, której zadaniem jest:

  1. przechwycenie i obsługa działań użytkownika, czyli tzw. zdarzeń (ruchy, kliknięcia myszą, naciśnięcie klawiszy),

  2. aktualizacja stanu gry (przesunięcia elementów, aktualizacja planszy),

  3. aktualizacja wyświetlanego okna (narysowanie nowego stanu gry).

Dopisujemy więc do kodu główną pętlę wraz z obsługą zdarzeń:

Kod nr
122# zmienne sterujące wykorzystywane w pętli głównej
123zycie_trwa = False
124przycisk_wdol = False
125
126# pętla główna programu
127while True:
128    # obsługa zdarzeń generowanych przez gracza
129    for event in pygame.event.get():
130        # przechwyć zamknięcie okna
131        if event.type == QUIT:
132            pygame.quit()
133            sys.exit()
134
135        if event.type == KEYDOWN and event.key == K_RETURN:
136            zycie_trwa = True
137
138        if zycie_trwa is False:
139            if event.type == MOUSEBUTTONDOWN:
140                przycisk_wdol = True
141                przycisk_typ = event.button
142
143            if event.type == MOUSEBUTTONUP:
144                przycisk_wdol = False
145
146            if przycisk_wdol:
147                mouse_x, mouse_y = pygame.mouse.get_pos()
148                mouse_x = int(mouse_x / ROZ_KOM)
149                mouse_y = int(mouse_y / ROZ_KOM)
150                # lewy przycisk myszy ożywia
151                if przycisk_typ == 1:
152                    POLE_GRY[mouse_x][mouse_y] = KOM_ZYWA
153                # prawy przycisk myszy uśmierca
154                if przycisk_typ == 3:
155                    POLE_GRY[mouse_x][mouse_y] = KOM_MARTWA
156
157    if zycie_trwa is True:
158        POLE_GRY = przygotuj_populacje(POLE_GRY)
159
160    OKNOGRY.fill((0, 0, 0))  # ustaw kolor okna gry
161    rysuj_populacje()
162    pygame.display.update()
163    pygame.time.delay(100)

W obrębie głównej pętli programu pętla for odczytuje kolejne zdarzenia zwracane przez metodę pygame.event.get(). Jak widać, w pierwszej kolejności obsługujemy wydarzenie typu (właściwość .type) QUIT, czyli zakończenie aplikacji.

Jednak na początku gry gracz klika lewym lub prawym klawiszem myszy i ożywia lub uśmierca kliknięte komórki w obrębie okna gry. Dzieje się tak dopóty, dopóki zmienna zycie_trwa ma wartość False, a więc dopóki gracz nie naciśnie klawisza ENTER (if event.type == KEYDOWN and event.key == K_RETURN:). Każde kliknięcie myszą zostaje przechwycone (if event.type == MOUSEBUTTONDOWN:) i zapamiętane w zmiennej przycisk_wdol. Jeżeli zmienna ta ma wartość True, pobieramy współrzędne kursora myszy (mouse_x, mouse_y = pygame.mouse.get_pos()) i obliczamy indeksy elementu listy POLE_GRY odpowiadającego klikniętej komórce. Następnie sprawdzamy, który przycisk myszy został naciśnięty; informację tę zapisaliśmy wcześniej za pomocą funkcji event.button w zmiennej przycisk_typ, która przyjmuje wartość 1 (lewy) lub 3 (prawy przycisk myszy), w zależności od klikniętego przycisku ożywiamy lub uśmiercamy komórkę, zapisując odpowiedni stan w liście POLE_GRY.

Naciśnięcie klawisza ENTER uruchamia symulację rozwoju populacji. Zmienna zycie_trwa ustawiona zostaje na wartość True , co przerywa obsługę kliknięć myszą, i wywoływana jest funkcja przygotuj_populacje(), która przygotowuje kolejny stan populacji. Końcowe polecenia wypełniają okno gry kolorem (.fill()), wywołują funkcję rysującą planszę (rysuj_populacje()). Funkcja pygame.display.update(), która musi być wykonywana na końcu rysowania, aktualizuje obraz gry na ekranie. Ostatnie polecenie pygame.time.delay(100) dodaje 100-milisekundowe opóźnienie kolejnej aktualizacji stanu populacji. Dzięki temu możemy obserwować jej rozwój na planszy.

Grę możemy uruchomić poleceniem wpisanym w terminalu:

~$ python life_str.py

4.5.4. Zadania dodatkowe

Spróbuj inaczej zaimplementować funkcję przygotuj_populacje. Spróbuj zmodyfikować kod tak, aby plansza gry była biała, a komórki rysowane były jako kolorowe kwadraty o różniącym się od wypełnienia obramowaniu.

4.5.5. Materiały

Źródła:


Licencja Creative Commons Materiały Python 101 udostępniane przez Centrum Edukacji Obywatelskiej na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowa.

Utworzony:

2025-04-12 o 10:21 w Sphinx 7.3.7

Autorzy:

Patrz plik „Autorzy”