Pygame/Introduction à Pygame

Traduit de l'anglais, l'original par Pete Shinners :
https://www.pygame.org/docs/tut/PygameIntro.html

Introduction à Pygame

Cet article est une introduction à la bibliothèque Pygame pour les programmeurs Python. La version originale est parue dans le Pyzine volume 1 issue 3. Cette version contient des révisions trop mineures pour créer un nouvel article. Pygame est une bibliothèque d'extension de Python, enveloppe de la bibliothèque SDL.

Histoire

Pygame a commencé durant l'été 2000. Connaissant le langage C depuis des années, j'ai découvert Python et SDL en même temps. Si vous êtes déjà familiarisé avec Python, (qui en était à la version 1.5.2), vous pourriez avoir besoin d'une introduction à SDL : Simple Directmedia Librairy. Créée par Sam Lantinga, SDL est une bibliothèque multi-plateforme écrite en C afin de gérer le multimédia, elle est comparable à DirectX. Elle a été utilisée par des centaines de projets commerciaux et de jeux open-source. J'ai été impressionné par la propreté et la simplicité des deux projets et j'ai vite réalisé qu'associer Python et SDL était une idée intéressante.

J'ai découvert un petit projet existant avec exactement la même idée : PySDL. Créé par Mark Baker, PySDL était une implémentation de SDL pour Python. L'interface était propre mais je trouvais que ce code était trop proche du C. La mort de PySDL m'a encouragé à lancer un nouveau projet.

J'ai cherché à faire un projet tirant réellement profit de Python. Mon but était de permettre de réaliser facilement des choses simples aussi bien que des choses plus complexes. Pygame a commencé en octobre 2000. Six mois plus tard, la version 1.0 faisait son apparition.

Un avant-goût

Je trouve que le meilleur moyen pour saisir le fonctionnement d'une nouvelle bibliothèque est de directement regarder un exemple parlant. Dans les premiers jours avec Pygame, j'ai créé une animation de balle rebondissante en 7 lignes de code. Jetons un coup d'œil à une version simplifiée de la même chose.

import sys, time, pygame
pygame.init()

size = width, height = 320, 240
speed = [2, 2]
black = 0, 0, 0

screen = pygame.display.set_mode(size)

ball = pygame.image.load("intro_ball.gif")
ballrect = ball.get_rect()

while 1:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT: sys.exit()

    ballrect = ballrect.move(speed)
    if ballrect.left < 0 or ballrect.right > width:
        speed[0] = -speed[0]
    if ballrect.top < 0 or ballrect.bottom > height:
        speed[1] = -speed[1]

    screen.fill(black)
    screen.blit(ball, ballrect)
    time.sleep(0.01)
    pygame.display.flip()

intro_ball.gif

(Si vous voulez essayer cet exemple, mettez une image nommée intro_ball.gif dans le même dossier.)

C'est la façon la plus simple d'obtenir une animation de balle rebondissante. On voit au début du code l'importation et l'initialisation du module Pygame, ce qui ne change pas vraiment d'un programme à un autre. Le import pygame importe toutes les modules disponibles de Pygame. L'appel de pygame.init() initialise chacun de ces modules.

À la ligne 8, une fenêtre graphique est créée par l'appel de pygame.display.set_mode(). Pygame et SDL nous simplifie la vie en sélectionnant par défaut les modes graphiques les plus adaptés au matériel graphique. Vous pouvez outrepasser ce mode et Pygame compensera tout ce que le matériel ne peut pas faire. Pygame représente les images comme des objets Surface. La fonction display.set_mode() crée un nouvel objet Surface représentant le graphisme actuel à afficher. Tous les dessins que vous faites sur cette surface seront visibles à l'écran.

À la ligne 10, nous chargeons notre image de balle. Pygame supporte une grande variété de format d'image, comme la bibliothèque SDL_image, les formats pris en compte sont : JPG, PNG, TGA et GIF. La fonction pygame.image.load() nous retourne la surface contenant l'image de balle. La surface gardera toutes les propriétés (couleur clé et/ou de transparence alpha) du fichier d'origine. Après le chargement de l'image de la balle, nous créons une variable ballrect. Pygame possède un objet très utile nommé Rect qui représente une zone rectangulaire. Dans la partie du code chargée de l'animation, nous verrons quel est le rôle des objets Rect.

À la ligne 13, notre programme est initialisé et prêt à être lancé. À l'intérieur d'une boucle infinie qui gère les évènements générés par l'utilisateur, le code dessine et fait bouger la balle. Si vous êtes familier avec la programmation de GUI (Graphical User Interface, ou Interface Utilisateur Graphique), vous avez certainement une notion de ce que sont les évènements. Avec Pygame, il s'agit de la même chose. Lorsqu'un évènement se produit, le programme l'intercepte et agit en conséquence. Le premier évènement pris en compte est l'action de quitter le programme. Si cet évènement survient, le programme agit en conséquence en appelant la méthode sys.exit().

Ensuite vient le traitement de l'actualisation de la position de la balle. Les lignes 17 et 21 déplacent la variable ballrect par sa vitesse courante. Si la balle s'est déplacée à l'extérieur de l'écran, la vitesse de la balle est inversée pour qu'elle reparte dans l'autre sens. Ça ne correspond pas exactement aux lois de Newton, mais ce n'était pas l'objectif de ce premier programme de toute façon.

À la ligne 23, nous effaçons l'écran en le remplissant de noir. Si vous n'avez jamais travaillé avec des animations, ceci peut vous paraître étrange. Vous pouvez vous demander : Pourquoi avons-nous besoin de tout effacer ? Pourquoi n'avons-nous pas juste la balle à bouger sur l'écran ?, ceci n'est pas vraiment la manière de fonctionner des animations sur ordinateur. Une animation n'est rien de plus qu'une succession d'images, mais cette succession des images est tellement rapide que le cerveau humain voit une animation. screen n'est qu'une image que l'utilisateur voit. Si vous n'avez pas pris le temps d'effacer la balle de l'écran, nous pourrions voir la trace de la balle tout en continuant de voir la balle dans ses nouvelles positions.

À la ligne 24, nous dessinons l'image de la balle sur l'écran. Le dessin de ces images est géré par la méthode Surface.blit(). Un blit signifie que l'on copie les couleurs de chaque pixel d'une image sur une autre. Avec la méthode blit(), on prend une surface dite source que l'on applique sur la surface destination, le tout à une position définie.

À la ligne 25, le programme attend 10 millisecondes entre chaque image afin que l'animation ne soit pas trop rapide.

La dernière chose dont nous avons besoin, est la mise à jour de l'affichage visible. Pygame gère l'affichage avec un double tampon (double buffer). Quand nous avons fini de dessiner, nous faisons appel à la fonction pygame.display.flip(). Ceci fait que tout ce que nous avons dessiné sur la Surface screen devient visible. Cette mise en tampon fait que nous sommes sûr de voir des images complètes dessinée à l'écran. Sans cette manipulation par tampon, l'utilisateur verrait l'image se dessiner au fur et à mesure sur son écran.

Ceci conclut notre courte introduction à Pygame. Pygame possède plusieurs modules pour gérer les entrées de la souris, du clavier et du joystick. Il est aussi possible de mixer des fichiers audio et de décoder des flux musicaux. Avec les Surfaces, vous pouvez dessiner de simples formes (ronds, ...), les faire pivoter, et/ou les mettre à une certaine échelle. Avec en plus un module pour des manipulations de pixels sur les images en temps réel avec les NumPy arrays. Pygame peut lire les videos MPEG et supporte les CDs audio. Pygame a également la capacité d'agir en tant que couche d'affichage multi-plateforme pour PyOpenGL. La plupart des modules de Pygame sont écrits en C, peu sont en Python.

Le site internet de Pygame possède une documentation de référence complète pour chaque fonction de Pygame et plusieurs tutoriels pour tout niveau d'utilisateur. Les sources de Pygame viennent avec de nombreux exemples pour une compréhension facilitée.

Python et les jeux

Python est il approprié pour les jeux ?
La réponse est : Cela dépend du jeu.

Python est en fait capable de faire tourner des jeux. Cela vous surprendra toujours de savoir tout ce qu'il est possible de faire en 30 millisecondes. Toutefois, il n'est pas difficile de plafonner une fois que votre jeu commencera à devenir plus complexe. N'importe quel jeu fonctionnant en temps réel utilisera pleinement l'ordinateur.

Depuis plusieurs années, il y a une tendance intéressante dans le développement de jeux : l'utilisation de langage de plus haut niveau (plus proches de l'utilisateur que de la machine). Généralement un jeu est divisé en 2 parties majeures. Le moteur de jeu, qui doit être le plus rapide possible, et la logique de jeu, qui commande le moteur de jeu. Il n'y a pas si longtemps, le moteur était écrit en assembleur avec quelques portions de C. De nos jours, le C est plus présent dans les moteurs de jeu, tandis que le jeu en lui même est écrit en langage de script de haut niveau. Les jeux comme Quake3 et Unreal Tournament exécutent ces scripts en tant que bytecode portable.

Dans le courant 2001, les développeurs de Rebel Act Studios ont fini leur jeu, Severance: Blade of Darkness. Ce jeu utilise un moteur de jeu 3D modifié, le reste du jeu est écrit en Python. Le jeu est un jeu d'action à la 3ème personne. Vous contrôlez un guerrier médiéval attaquant et explorant des donjons. Vous pouvez télécharger le 3ème add-on pour ce jeu, et vous verrez qu'il n'y a rien d'autre que des fichiers sources en Python.

Beaucoup plus récemment, Python a été utilisé par une grande variété de jeux comme Freedom Force et Humungous' Backyard Sports Series.

Pygame et SDL s'utilisent comme un excellent moteur de jeu en C pour des jeux en 2D. Les jeux trouvent en grande partie ce dont ils ont besoin dans la SDL pour le graphisme. SDL peut avantageusement utiliser l'accélération graphique matérielle. Vous pouvez optimiser le jeu pour lui faire afficher entre 40 et 200 FPS (images par seconde). Lorsque l'on voit qu'un jeu en Python peut afficher 200 FPS, on réalise que Python et les jeux peuvent se combiner.

Il est impressionnant de savoir que Python et SDL fonctionne sur de multiple plateformes. Par exemple, en mai 2001, j'ai actualisé complètement mon projet avec Pygame : SolarWolf, un jeu d'action et d'arcade. Une chose qui m'a étonné est qu'un an après, il n'avait toujours pas eu besoin de patches, correction de bugs, ou de mises à jour. Le jeu était entièrement développé sous Windows mais tournait aussi sous Linux, Mac OSX et plusieurs Unix sans aucun travail de ma part.

Mais il y a clairement beaucoup de limitations. La meilleure manière de gérer l'accélération matérielle n'est pas toujours la meilleure façon d'avoir de meilleurs résultats pour une accélération logicielle. L'accélération n'est pas disponible sur toutes les plateformes. Quand un jeu devient trop complexe, il doit souvent se réduire à une seule plateforme. La SDL a également quelques limitations de conception, des choses comme le scrolling en plein écran peuvent réduire fortement la vitesse du jeu, jusqu'à ce que ça devienne injouable. SDL n'est pas fait pour tous les types de jeux, mais souvenez-vous que des compagnies comme Loki ont utilisé la SDL pour faire fonctionner une grande variété de jeux.

Pygame est un langage bas niveau quand il est utilisé pour coder les jeux. Vous aurez rapidement besoin d'envelopper des fonctions communes pour votre environnement de jeu. C'est en grande partie dû au fait qu'il n'y a rien dans Pygame pour ça. Votre programme a le contrôle total sur tout. Vous constaterez que l'effet indésirable à cela est que vous devrez écrire beaucoup de code ennuyeux pour obtenir un cadre plus avancé. Vous aurez besoin d'une meilleure compréhension de ce que vous faites.

En conclusion

Le développement en vaut la peine, il y a quelque chose d'excitant dans le fait de pouvoir voir et interagir avec le code que vous avez écrit. Pygame est actuellement utilisée par plus de 30 projets. Plusieurs sont jouables dès maintenant. Vous allez être surpris en visitant le site internet de Pygame en voyant ce que les autres utilisateurs sont capables de faire avec Python.

Une chose qui a retenu mon attention, est que beaucoup de personnes se sont mises à utiliser Python pour leurs premiers essais en développement de jeu. Je peux voir pourquoi les jeux attirent de nouveaux programmeurs, mais il peut être difficile de créer un jeu qui requiert une compréhension plus solide du langage. J'ai essayé de soutenir ce type d'utilisateurs en écrivant plusieurs exemples et tutoriels sur Pygame pour des personnes nouvelles à ces concepts.

Pour finir, mon conseil est de faire au plus simple. Je ne peux me soumettre à une contrainte. Si vous prévoyez de créer votre premier jeu, sachez qu'il y a beaucoup à apprendre. Même un simple jeu est un challenge, et les jeux complexes ne sont pas nécessairement de bons jeux. Lorsque vous comprenez Python, vous pourrez utiliser Pygame pour créer un simple jeu en une ou deux semaines. Mais pour avoir un jeu complètement présentable, il vous faudra de nombreuses heures de travail.

Vue d'ensemble des modules de Pygame

Voici un récapitulatif des modules disponibles dans la bibliothèque de Pygame, avec un lien sur la documentation de référence de chacun de ces modules.

Cdrom Accéder et contrôler les lecteurs CD audio.	Cursors Charger et compiler des images de curseur.	Display Configurer la surface d'affichage.
Draw Dessiner des formes simples comme des lignes et des ellipses sur des surfaces.	Event Gérer les évènements à partir de différents matériels d'entrée (clavier, souris, ...), ainsi que du fenêtrage.	Font Charger et faire un rendu des polices TrueType.
Image Charger, sauver et transférer des images sur des surfaces.	Joystick Gérer les joysticks.	Key Gérer le clavier.
Mixer Charger et jouer des sons.	Mouse Gérer la souris et son affichage.	Movie Lecture de vidéo à partir de film en MPEG.
Music Jouer des pistes musicales en streaming.	Overlay Accès à l'affichage vidéo avancé.	Pygame Fonctions de haut niveau pour le contrôle de Pygame.
Rect Conteneur flexible pour un rectangle.	Sndarray Manipuler des échantillons de données audio.	Sprite Objets de haut niveau pour la représentation des images de jeu.
Surface Objets pour des images et l'écran.	Surfarray Manipuler des données de pixel d'image.	Time Manipuler les temporisateurs et le taux d'image.
Transform Redimensionner et déplacer des images.