Pygame Zero② フレーム処理とクラス
フレーム処理とクラス
ゲーム開発において基本となる フレーム処理 について学習します． フレーム とは，図形，文字列，画像などが表示されているスクリーンのある時刻の状態のことです． パラパラ漫画の要領でフレームが切り替わることで，映像としてゲームが成立しています． フレームの切り替わりの速度は， フレームレート（fps） として表され，一般的なゲームで必要とされる60fpsは，1秒間に60回フレームが切り替わることを意味しています． また，ゲーム開発において，利用すると便利な クラス についても説明します． クラスは，整数や文字列などを記憶するための変数と，複数の処理を実行する関数を，まとめて管理するための仕組みです． クラスを正しく理解するには， オブジェクト指向を学ぶ必要がありますが，本授業では割愛します．
準備
Muエディタを起動したら，Pygame Zero モードを選択しましょう． 保存用のフォルダを「chapter9」という名前で作成し，ソースファイルを「game.py」という名前でフォルダ内に保存します． また，ゲームを表示するためのウィンドウを作成します． ウィンドウの幅は640px，高さは480px，背景色は白色に設定します．
WIDTH = 640
HEIGHT = 480
def draw():
screen.fill("white")
フレーム処理
Pygame Zeroでフレーム処理を実装するには，draw()とupdate()を定義します．
1つのフレームにおいて，最初にdraw()が実行され，その後でupdate()が実行されます．
draw()では図形や画像などの 表示，update()では図形や画像の移動などの 更新 を記述します．
最初にdraw()において，filled_circle()とline()で赤いリンゴを表示します．
リンゴの位置は変数xとyを利用して相対的に決まることに注意してください．
x = 320 # X座標
y = 0 # Y座標
speed = 1 # 落下速度
def draw():
screen.fill("white") # screen.fill((255, 255, 255))でもOK
# 赤いリンゴ
screen.draw.filled_circle((x, y), 10, "red")
screen.draw.line((x, y-5), (x, y-15), "black")
次にupdate()において，Y座標を速度分だけ増やすことで，赤いリンゴを下方向に移動させます．
変数x，y，speedはグローバル変数として宣言します．
def update():
global x, y, speed # グローバル変数
y = y + speed # 落下速度だけ下方向に移動
例題1
任意の位置に青いリンゴを表示させ，下方向に落下させてください．
例題2
リンゴの落下速度を徐々に速くしてください．
クラスとオブジェクト
上記で実装したリンゴには，位置や速度を表す変数と，表示や落下などの動作が必要です．
これらをまとめて表現するには クラス を利用します．
ここでは次のようにAppleクラスを定義します．
Appleクラスには，4つの変数（x，y，speed，color）と，2つの関数（paint()，fall()）を定義しています．
関数の中で変数を参照するには，引数にselfを宣言し，self.xやself.yと記述します．
# Appleクラスを定義
class Apple:
x = 320
y = 0
speed = 1
color = "green"
def paint(self):
screen.draw.filled_circle((self.x, self.y), 10, self.color)
screen.draw.line((self.x, self.y-5), (self.x, self.y-15), "black")
def fall(self):
self.y = self.y + self.speed
self.speed = self.speed + 0.05
Appleクラスはデータの型でしかありません．
このAppleクラスを利用できるようにした状態をオブジェクト（インスタンス）と呼びます．
このオブジェクトからクラスで定義した変数・関数を呼び出すことが可能です．
例えば，Appleクラスのオブジェクトappleから，変数xを参照するにはapple.x，関数paint()を実行するにはapple.paint()と記述します．
# Appleクラスのオブジェクトを生成
apple = Apple()
print(apple.x) # -> 320
print(apple.y) # -> 0
def draw():
screen.fill("white")
apple.paint() # paint()を実行する
def update():
apple.fall() # fall()を実行する
クラスの変数（xやyなど）を，オブジェクトを生成するタイミングで設定するには コンストラクタ を利用します．
コンストラクタは特殊な関数であり，__init__()という名前で定義します．
オブジェクトの生成の際に，引数に設定した変数を渡すことができます．
例えば，Apple(320, 0, 1, "green")と設定すると，それぞれx=320，y=0，speed=1，color="green"が代入されます．
クラスを利用すると，簡単に複数のオブジェクトを生成することが可能です．
ここでは，緑のリンゴと，ピンクのリンゴを，Appleクラスを利用して生成しています．
class Apple:
# コンストラクタ（引数で値を設定）
def __init__(self, x, y, speed, color):
self.x = x
self.y = y
self.speed = speed
self.color = color
def paint(self):
screen.draw.filled_circle((self.x, self.y), 10, self.color)
screen.draw.line((self.x, self.y-5), (self.x, self.y-15), "black")
def fall(self):
self.y = self.y + self.speed
self.speed = self.speed + 0.05
# 引数に値を渡す
apple1 = Apple(320, 0, 1, "green") # 緑色のリンゴ
apple2 = Apple(480, 0, 1, "pink") # ピンク色のリンゴ
def draw():
screen.fill("white")
apple1.paint()
apple2.paint()
def update():
apple1.fall()
apple2.fall()
リストでオブジェクトを管理
リストを利用することで，多くのオブジェクトを管理することができます．
ここでは，for文を利用して，Appleクラスのオブジェクトを100個生成し，リストapple_listに格納しています．
このときオブジェクトのX座標はランダムに設定しています．
リストapple_listの要素を，for文で取り出し，paint()とfall()を呼び出しています．
この結果，100個のリンゴが同時に落下します．
from random import *
# リストを初期化
apple_list = []
for i in range(100):
x = randint(0, 640) # ランダムにX座標を設定
apple = Apple(x, 0, 1, "red")
apple_list.append(apple) # リストに追加
def draw():
screen.fill("white")
for apple in apple_list:
apple.paint()
def update():
for apple in apple_list:
apple.fall()
リンゴが落下するタイミングをずらすため，Appleクラスにvisibleという変数を新たに追加し，visibleがTrueのときだけ，リンゴを表示・落下させることにします．
draw()の中で，乱数を利用して1/1000の確率でvisibleをTrueに設定することで，一部のリンゴだけが表示・落下することになります．
class Apple:
def __init__(self, x, y, speed, color):
self.x = x
self.y = y
self.speed = speed
self.color = color
self.visible = False # 変数を追加
def paint(self):
if self.visible:
screen.draw.filled_circle((self.x, self.y), 10, self.color)
screen.draw.line((self.x, self.y-5), (self.x, self.y-15), "black")
def fall(self):
if self.visible:
self.y = self.y + self.speed
self.speed = self.speed + 0.05
apple_list = []
for i in range(100):
x = randint(0, 640)
apple = Apple(x, 0, 1, "red")
apple_list.append(apple)
def draw():
screen.fill("white")
for apple in apple_list:
# 1/1000の確率でvisible=Trueに設定
if random() < 0.001:
apple.visible = True
apple.paint()
def update():
for apple in apple_list:
apple.fall()
課題
次の課題に取組んでください．
- 次の動画を参考にリンゴをランダムに3色（赤，青，緑）に塗り分けてください
- 色に応じてリンゴの大きさを変更してください（赤：小，青：中，緑：大）
課題を完成させたらスクリプトを保存し，chapter9フォルダをZIPで圧縮してから，chapter9.zipという名前でファイルを提出してください．