Сегодня вашему вниманию представляется статья и небольшая инфографика, которая покажет вам на конкретных примерах, что Python столь же эффективен в разработке игр, как и в других областях.
Вот некоторые из самых известныx игр, в которых был в той или иной мере использован Python:
Battlefield
(2005 / Digital Illusions CE (DICE) / Стокгольм)
Все серии Python используется в игре для различных нужд, от серверных элементов управления до внутренней логики игры. Battlefield — это одна из самых популярных игр в жанре симулятора войны, которая хорошо известна на весь мир.
EVE Online
(2003 / CCP Games / Исландия)
Это многопользовательская онлайн ролевая игра (MMORPG), действие которой разворачивается в антураже научно-фантастического пространства. Пользовательская база насчитывает более 500 000 игроков. EVE Online полностью написана на StacklessPython, что делает ее одной из крупнейших игр, использующих Python для своих нужд.
Mount & Blade
(2008 / Tale Worlds / Турция)
Ролевая игра, действие которой происходит в средние века. Игра была разработана всего лишь двумя людьми, мужем и женой, они использовали скрипты на языке Python для обеспечения модульности игры. Особенности игры — это огромный игровой мир и эпические сражения в реальном времени.
Sims 4
(2014 / Е.А. Maxis Sims Studio / США)
По праву является самой известной игрой в жанре симуляции жизни. Sims 4 — первая компьютерная игра, которая занимала лидирующие позиции на всевозможных игровых чартах на протяжении двух лет, и продалась в объеме 408,150 экземпляров по всему миру в течение первых четырех дней. На сегодняшний день продано более 1.1 миллиона копий по всему миру, что делает Sims 4 одной из самых продаваемых игр, которые использует Python — для обеспечения внутриигрового моддинга, открывающего пользователям огромные возможности по изменению параметров игры.
Civilization IV
(2005 / Firaxis Games / США)
Это компьютерная игра в жанре пошаговой стратегии. Цель игрока — подчинить себе весь мир путем дипломатических переговоров или кровожадной войны. Большая часть игры написана на Python, и Boost Python, что дает возможность пользователям собственноручно создавать модификации для игры.
Frets On Fire (FoF)
(2006 / Unreal Voodoo / Финляндия)
Музыкальная игра с открытым и свободным исходным кодом, которая сама по себе имитирует коммерческую игру Guitar Hero. Игра полностью написана на Python с использованием библиотеки Pygame. Благодаря открытости и простоте кода, игра представляется как хорошая площадка для изучения и практики программирования.
Спасибо CheckiO за интересную статью.
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:
- 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:
- 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.
- 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.
- 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.
Тест на знание python
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.
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 автоматwвернулась, 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 года. 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.
Python входит в 5-ку самых популярных языков программирования. Он используется в самых разных областях IT, таких, как веб-разработка, машинное обучение, создание приложений и даже геймдев.
Где применяется Python
Python используется в разных областях программирования не просто так. Он прост в изучении, имеет приятный синтаксис и обладает достаточным для решения любых задач набором инструментов.
И хотя он не может потеснить Java и PHP с ведущих мест в веб-разработке, в сфере машинного обучения Python – язык номер один.
Создание приложений
Python можно использовать для разработки десктопных и мобильных приложений, для этого разработано много мощных инструментов. Однако крупные проекты зачастую не пишут только на одном Python полностью.
Python часто используется для разработки отдельных частей приложения, он позволяет создать простую систему моддинга. Благодаря высокой степени модульности, изменение одной части программы может не затрагивать другую.
Возможность встроить в Python код на С/C++ сглаживает проблему низкой скорости работы программ.
Веб-разработка
Python захватил определенную часть сферы, но не может соперничать с такими гигантами, как PHP, Java и Node.js. Для реализации серверной логики они удобнее и мощнее Python.
На Python часто создаются решения, которые имеют узкую направленность. Например, отправку документа с сайта на принтер трудно реализовать на PHP, а Python легко справляется с этой задачей.
Python проигрывает, потому что он является языком общего назначения, PHP – это инструмент, заточенный только под веб-программирование, а Java уже давно используется в вебе.
Машинное обучение
Искусственный интеллект с каждым годом становится лучше, ученые одержимы идеей создать суперкомпьютер, превосходящий человека во всем.
Python стал абсолютным лидером в этой сфере по ряду причин:
- Язык очень простой, это нравится ученым. Им не нужно тратить много времени на написание кода, вместо этого они могут сосредоточиться на проектировании ИИ.
- В Python легко встраивается код на C и C++, что позволяет использовать C-код в тех местах, где важна скорость.
- Python обзавелся достаточным количеством библиотек и фреймворков, созданных для упрощения машинного обучения.
- Гибкость языка позволяет не ограничиваться какой-то одной парадигмой разработки, программист может писать как объектно-ориентированные программы, так и процедурные.
Интересные проекты на Python
Разработок много, но не все из них можно назвать успешными, однако есть проекты, заслуживающие внимания. Рассмотрим примеры известных программ, игр и сайтов написанных на Python.
На Python написаны сотни арканоидов, платформеров и других маленьких проектов, но, чтобы оценить возможности языка, следует рассмотреть большие разработки.
Mount and Blade
Mount and blade – это RPG, у которой нет аналогов. Игрок погружается в средневековый мир, путешествует по глобальной карте, набирает армию и завоевывает себе славу и власть. Когда начинается битва, игра превращается в средневековый симулятор сражений, игрок управляет персонажем от третьего лица, у него есть несколько десятков воинов, которым можно отдавать приказы, и он должен убить всех воинов противника.
Такой системы нет ни в одной игре. Стратегия, RPG и экшн — странная, но крутая смесь. Кроме того, на поле боя может быть несколько сотен воинов, управляемых компьютером, такой масштаб впечатляет.
Все скрипты написаны на Python. Игра отлично работает на слабых машинах. Особенность Python — возможность сделать проект модульным. Энтузиасты без проблем могут сделать дополнения для игры, изменить какую-то механику, текстуры и анимации, эти изменения никак не коснутся системных файлов игры.
Battlefield
Battlefield полюбили миллионы человек. Не стоит думать, что игра полностью написана на Python. Разработчики использовали его для создания некоторых скриптов, серверной части игры и её логики.
Игра вышла в 2005 году и имела подходящие для компьютеров того времени системные требования. Использование Python позволило ускорить разработку и не повлияло на производительностью
EVE Online
Как и в случае с Battlefield, в EVE Online Python использовался для создания игровой логики и управления серверной частью игры.
Разработчики использовали улучшенную версию интерпретатора, которая называется stackless python. Так как это ММО, сервер может обрабатывать миллионы запросов, и stackless python отлично справляется с этим.
Sims 4
Sims – это самый известный симулятор жизни.
Игра была на слуху около 4 лет, освещалась на различных событиях, занимала топы и, конечно, успешно продавалась. Чтобы дать игрокам больше контента и возможностей, разработчики использовали Python для реализации игрового моддинга, что позволило без проблем расширять игру с помощью дополнительного контента.
Civilization 4
Про цивилизацию слышал каждый геймер. Это глобальная пошаговая стратегия, сочетающая в себе дипломатию, развитие и войну.
Разработчики не ограничились использованием Python для реализации каких-то частей проекта, они написали на нём практически всю игру.
Программы
BitTorrent
Популярный торрент-клиент, которым пользуются миллионы людей, был полностью написан на Python.
Примечание: 6 версия программы была переписана на C++.
Blender
Это программа для работы с 3D графикой, способная соперничать с такими гигантами, как Maya и 3DMax.
Пользователь получает возможность создавать трехмерные модели, анимацию, а также видео и игры.
Главное преимущества программы заключается в том, что она распространяется бесплатно. Blender постоянно улучшается, дополняется с помощью различных расширений, получает все больше поддержки в виде видео-уроков и обучающих статей.
Python используется для создания логики, импорта и экспорта, автоматического выполнения задач и работы инструментов.
GIMP является редактором растровой графики 
и, частично, векторной графики.
Он является единственной достойной заменой Adobe Photoshop в системе Linux и установлен на большинстве дистрибутивов по умолчанию.
Python использовали для создания фильтров, дополнительных модулей, некоторых скриптов.
Программа, которая использует метод интервальных повторений, чтобы пользователь мог легко запомнить нужную информацию (новые слова, формулы, ответы на тесты и другое).
Calibre
Любимое приложение каждого, кто читает много книг.
Программа позволяет просматривать, конвертировать и редактировать книги различных форматов, кроме того она поддерживает прямую работу с различными электронными книгами.
Искусственный интеллект
Python — лидер в сфере машинного обучения. Он может быть как основным языком проекта, так и использоваться в отдельных модулях.
Наиболее популярными являются ИИ, работающие с фотографиями и видео (поиск по фото, редактирование видео и фото, сопоставление различных фото и так далее). Программисты даже могут научить компьютер определять эмоциональное состояние человека по фотографии, хотя есть еще некоторые проблемы, связанные с индивидуальными особенностями мимики разных людей.
Обилие библиотек позволяет без проблем создавать ИИ, способные ориентироваться в пространстве, принимать решения, выполнять задачи, недоступные человеку.
Одним из новейших искуственных интеллектов, написанных на Python, является AlphaStar – искусственный интеллект для Starcraft 2.
Разработчики использовали PySC2 — инструменты, написанные на Python специально для SC2.
Сложность заключается в том, что компьютеру нужно делать и оценивать много вещей: разведывать противника, определять его стратегию, подстраивать свою игру под неё, принимать оптимальные решения по передвижению армии и многое другое.
AlphaStar показал поразительные результаты, он обыграл одного из лучших игроков мира.
Сайты
Для работы с сайтами используют обычно фреймворк Django, превращающий Python в язык для веб-программирования.
Это самая популярная поисковая система в мире.
Каждый день через сервера Google проходит огромный объем трафика, который обрабатывается и направляется с помощью Python.
YouTube
Это сайт, где пользователи могут загружать и смотреть видеоролики.
Он известен каждому пользователю интернета и ежедневно собирает миллиарды просмотров.
Это самая популярная социальная сеть в мире, ежедневно пользователи загружаются миллионы картинок, меняют статусы, создаются посты — всё это обрабатывается с помощью инструментов языка Python.
Популярная социальная сеть, которая используется людьми, чтобы делится историями из жизни, фотографиями, мыслями и так далее.
Всё, что связано с картинками (поиск, постинг, просмотр) обрабатывается кодом на Python.
Потенциал Python в крупных проектах
Python часто используют для прототипирования программ, позже они переписываются на другие языки программирования. Это очень удобно, потому что разработка таких прототипов очень быстрая, также она помогает понять, как будет выглядеть программа. На другой язык проект переписывается из-за низкой скорости выполнения кода на Python.
Да, этот язык можно использовать во всех крупных проектах, как инструмент для создания прототипов, но как насчет применения в финальной версии?
Если не рассматривать машинное обучение, и брать программы, которым жизненно важна скорость выполнения, то вряд ли для Python найдется место. Однако часто практикуется гибрид разных языков, например, Python и C++. Такой подход позволяет достичь и высокой скорости разработки и высокой скорости выполнения программы. На Python пишется большая часть кода, а на C++ лишь те участки, которые сильно влияют на скорость выполнения (например, функция по обработке и передаче большого количества данных в единицу времени).
