Создание игры «Тетрис» в PyQt5 [Урок №12]

Игра Тетрис – одна из самых популярных когда-либо созданных компьютерных игр. Оригинальная игра была разработана и запрограммирована русским программистом Алексеем Пажитновым в 1985 году. С тех пор, Тетрис доступен на почти каждой компьютерной платформе в множестве вариаций.

Тетрисом называется игра-головоломка с падающими блоками. В этой игре, мы имеет семь разных фигур, называемых как: S-фигура, Z-фигура, T-фигура, L-фигура, фигура-линия, фигура «Зеркальная L», и фигура-квадрат. Каждая из этих фигур формируется с помощью четырёх квадратиков. Фигуры падают вниз на доску. Цель игры Тетрис – перемещать и вращать фигуры так, чтобы их приземлилось как можно больше. Если мы сумеем сформировать ряд, ряд разрушается и мы получаем очки. Мы играем в Тетрис до тех пор, пока мы не достигнем верха.

Рисунок: Тетромино

PyQt5 – инструментарий, разработанный для создания приложений. Существуют другие библиотеки, которые нацелены на создание компьютерный игр. Несмотря на это, PyQt5 и другие библиотеки для приложений могут быть использованы для создания простых игр. Создание компьютерной игры – отличный способ повышения навыков программирования.

Разработка

Мы не имеем изображений для нашего Тетриса, мы рисуем тетромино, используя доступное в программном инструментарии PyQt5 API рисования. Позади каждой компьютерной игры, имеется математическая модель. Так же и в Тетрисе.

Некоторые идеи, применяющиеся в игре:

Мы используем QtCore.QBasicTimer(), чтобы создать игровой цикл.

Тетромино рисуются

Фигуры перемещаются по принципу «кубик за кубиком» (не «пиксель за пикселем»).

Математически, доска – это просто список чисел.

Код содержит четыре класса: Tetris, Board, Tetrominoe и Shape. Класс Tetris организовывает игру. Board – это то, где пишется игровая логика. Класс Tetrominoe содержит имена всех частей тетриса и класс Shape содержит код для частей тетриса. Для генерации случайной фигуры мы импортировали модуль random для генерации случайных данных в Python.

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-
 
import sys, random
from PyQt5.QtWidgets import QMainWindow, QFrame, QDesktopWidget, QApplication
from PyQt5.QtCore import Qt, QBasicTimer, pyqtSignal
from PyQt5.QtGui import QPainter, QColor 
class Tetris(QMainWindow):
    
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.initUI()
        
    def initUI(self):    
 
        self.tboard = Board(self)
        self.setCentralWidget(self.tboard)
 
        self.statusbar = self.statusBar()        
        self.tboard.msg2Statusbar[str].connect(self.statusbar.showMessage)
        
        self.tboard.start()
        
        self.resize(180, 380)
        self.center()
        self.setWindowTitle('Tetris')        
        self.show()
        
    def center(self):
        screen = QDesktopWidget().screenGeometry()
        size = self.geometry()
        self.move((screen.width()-size.width())/2, 
            (screen.height()-size.height())/2)
        
class Board(QFrame):
    
    msg2Statusbar = pyqtSignal(str)
    
    BoardWidth = 10
    BoardHeight = 22
    Speed = 300
    def __init__(self, parent):
        super().__init__(parent)
        self.initBoard()
        
    def initBoard(self):     
        self.timer = QBasicTimer()
        self.isWaitingAfterLine = False
        
        self.curX = 0
        self.curY = 0
        self.numLinesRemoved = 0
        self.board = []
 
        self.setFocusPolicy(Qt.StrongFocus)
        self.isStarted = False
        self.isPaused = False
        self.clearBoard()
        
    def shapeAt(self, x, y):
        return self.board[(y * Board.BoardWidth) + x]
 
    def setShapeAt(self, x, y, shape):
        self.board[(y * Board.BoardWidth) + x] = shape
        
    def squareWidth(self):
        return self.contentsRect().width() // Board.BoardWidth
        
    def squareHeight(self):
        return self.contentsRect().height() // Board.BoardHeight
        
    def start(self):
        if self.isPaused:
            return
 
        self.isStarted = True
        self.isWaitingAfterLine = False
        self.numLinesRemoved = 0
        self.clearBoard()
 
        self.msg2Statusbar.emit(str(self.numLinesRemoved))
 
        self.newPiece()
        self.timer.start(Board.Speed, self)
 
    def pause(self):
        
        if not self.isStarted:
            return
 
        self.isPaused = not self.isPaused
        
        if self.isPaused:
            self.timer.stop()
            self.msg2Statusbar.emit("paused")
        else:
            self.timer.start(Board.Speed, self)
            self.msg2Statusbar.emit(str(self.numLinesRemoved))
 
        self.update()
    def paintEvent(self, event):
        painter = QPainter(self)
        rect = self.contentsRect()
 
        boardTop = rect.bottom() - Board.BoardHeight * self.squareHeight()
 
        for i in range(Board.BoardHeight):
            for j in range(Board.BoardWidth):
                shape = self.shapeAt(j, Board.BoardHeight - i - 1)
                
                if shape != Tetrominoe.NoShape:
                    self.drawSquare(painter,
                        rect.left() + j * self.squareWidth(),
                        boardTop + i * self.squareHeight(), shape)
 
        if self.curPiece.shape() != Tetrominoe.NoShape:
            for i in range(4):
                x = self.curX + self.curPiece.x(i)
                y = self.curY - self.curPiece.y(i)
                self.drawSquare(painter, rect.left() + x * self.squareWidth(),
                    boardTop + (Board.BoardHeight - y - 1) * self.squareHeight(),
                    self.curPiece.shape())
 
    def keyPressEvent(self, event):
        if not self.isStarted or self.curPiece.shape() == Tetrominoe.NoShape:
            super(Board, self).keyPressEvent(event)
            return
 
        key = event.key()
        
        if key == Qt.Key_P:
            self.pause()
            return
            
        if self.isPaused:
            return
                
        elif key == Qt.Key_Left:
            self.tryMove(self.curPiece, self.curX - 1, self.curY)
            
        elif key == Qt.Key_Right:
            self.tryMove(self.curPiece, self.curX + 1, self.curY)
            
        elif key == Qt.Key_Down:
            self.tryMove(self.curPiece.rotateRight(), self.curX, self.curY)
            
        elif key == Qt.Key_Up:
            self.tryMove(self.curPiece.rotateLeft(), self.curX, self.curY)
            
        elif key == Qt.Key_Space:
            self.dropDown()
            
        elif key == Qt.Key_D:
            self.oneLineDown()
            
        else:
            super(Board, self).keyPressEvent(event)
                
    def timerEvent(self, event):
        if event.timerId() == self.timer.timerId():
            if self.isWaitingAfterLine:
                self.isWaitingAfterLine = False
                self.newPiece()
            else:
                self.oneLineDown() 
        else:
            super(Board, self).timerEvent(event)
    def clearBoard(self):
        for i in range(Board.BoardHeight * Board.BoardWidth):
            self.board.append(Tetrominoe.NoShape)
    def dropDown(self):
        newY = self.curY
        while newY > 0:
            
            if not self.tryMove(self.curPiece, self.curX, newY - 1):
                break
                
            newY -= 1
 
        self.pieceDropped()
        
    def oneLineDown(self):
        if not self.tryMove(self.curPiece, self.curX, self.curY - 1):
            self.pieceDropped()
            
    def pieceDropped(self):
        for i in range(4):
            x = self.curX + self.curPiece.x(i)
            y = self.curY - self.curPiece.y(i)
            self.setShapeAt(x, y, self.curPiece.shape())
 
        self.removeFullLines()
 
        if not self.isWaitingAfterLine:
            self.newPiece()
            
    def removeFullLines(self):
        numFullLines = 0
        rowsToRemove = []
 
        for i in range(Board.BoardHeight):
            n = 0
            for j in range(Board.BoardWidth):
                if not self.shapeAt(j, i) == Tetrominoe.NoShape:
                    n = n + 1
            if n == 10:
                rowsToRemove.append(i)
 
        rowsToRemove.reverse()
        
        for m in rowsToRemove:
            for k in range(m, Board.BoardHeight):
                for l in range(Board.BoardWidth):
                        self.setShapeAt(l, k, self.shapeAt(l, k + 1))
 
        numFullLines = numFullLines + len(rowsToRemove)
 
        if numFullLines > 0:
            self.numLinesRemoved = self.numLinesRemoved + numFullLines
            self.msg2Statusbar.emit(str(self.numLinesRemoved))
                
            self.isWaitingAfterLine = True
            self.curPiece.setShape(Tetrominoe.NoShape)
            self.update()
            
    def newPiece(self):
        self.curPiece = Shape()
        self.curPiece.setRandomShape()
        self.curX = Board.BoardWidth // 2 + 1
        self.curY = Board.BoardHeight - 1 + self.curPiece.minY()
        
        if not self.tryMove(self.curPiece, self.curX, self.curY):
            self.curPiece.setShape(Tetrominoe.NoShape)
            self.timer.stop()
            self.isStarted = False
            self.msg2Statusbar.emit("Game over")
 
    def tryMove(self, newPiece, newX, newY):
        for i in range(4):
            x = newX + newPiece.x(i)
            y = newY - newPiece.y(i)
            
            if x < 0 or x >= Board.BoardWidth or y < 0 or y >= Board.BoardHeight:
                return False
                
            if self.shapeAt(x, y) != Tetrominoe.NoShape:
                return False
 
        self.curPiece = newPiece
        self.curX = newX
        self.curY = newY
        self.update()
        return True
        
    def drawSquare(self, painter, x, y, shape):
        colorTable = [0x000000, 0xCC6666, 0x66CC66, 0x6666CC,
                      0xCCCC66, 0xCC66CC, 0x66CCCC, 0xDAAA00]
 
        color = QColor(colorTable[shape])
        painter.fillRect(x + 1, y + 1, self.squareWidth() - 2, 
            self.squareHeight() - 2, color)
 
        painter.setPen(color.lighter())
        painter.drawLine(x, y + self.squareHeight() - 1, x, y)
        painter.drawLine(x, y, x + self.squareWidth() - 1, y)
 
        painter.setPen(color.darker())
        painter.drawLine(x + 1, y + self.squareHeight() - 1,
            x + self.squareWidth() - 1, y + self.squareHeight() - 1)
        painter.drawLine(x + self.squareWidth() - 1, 
            y + self.squareHeight() - 1, x + self.squareWidth() - 1, y + 1)
class Tetrominoe(object):
    NoShape = 0
    ZShape = 1
    SShape = 2
    LineShape = 3
    TShape = 4
    SquareShape = 5
    LShape = 6
    MirroredLShape = 7
class Shape(object):
    
    coordsTable = (
        ((0, 0),     (0, 0),     (0, 0),     (0, 0)),
        ((0, -1),    (0, 0),     (-1, 0),    (-1, 1)),
        ((0, -1),    (0, 0),     (1, 0),     (1, 1)),
        ((0, -1),    (0, 0),     (0, 1),     (0, 2)),
        ((-1, 0),    (0, 0),     (1, 0),     (0, 1)),
        ((0, 0),     (1, 0),     (0, 1),     (1, 1)),
        ((-1, -1),   (0, -1),    (0, 0),     (0, 1)),
        ((1, -1),    (0, -1),    (0, 0),     (0, 1))
    )
 
    def __init__(self):
        self.coords = [[0,0] for i in range(4)]
        self.pieceShape = Tetrominoe.NoShape
        self.setShape(Tetrominoe.NoShape)
        
    def shape(self):
        return self.pieceShape
 
    def setShape(self, shape):
        table = Shape.coordsTable[shape]
        
        for i in range(4):
            for j in range(2):
                self.coords[i][j] = table[i][j]
 
        self.pieceShape = shape
        
    def setRandomShape(self):
        self.setShape(random.randint(1, 7))
 
    def x(self, index):
        return self.coords[index][0]
   
    def y(self, index):
        return self.coords[index][1]
 
    def setX(self, index, x):
        self.coords[index][0] = x
 
    def setY(self, index, y):
        self.coords[index][1] = y
 
    def minX(self):
        m = self.coords[0][0]
        for i in range(4):
            m = min(m, self.coords[i][0])
 
        return m
 
    def maxX(self):
        m = self.coords[0][0]
        for i in range(4):
            m = max(m, self.coords[i][0])
 
        return m
 
    def minY(self):
        m = self.coords[0][1]
        for i in range(4):
            m = min(m, self.coords[i][1])
 
        return m
 
    def maxY(self):
        m = self.coords[0][1]
        for i in range(4):
            m = max(m, self.coords[i][1])
 
        return m
 
    def rotateLeft(self):
        if self.pieceShape == Tetrominoe.SquareShape:
            return self
 
        result = Shape()
        result.pieceShape = self.pieceShape
        
        for i in range(4):
            result.setX(i, self.y(i))
            result.setY(i, -self.x(i))
 
        return result
 
    def rotateRight(self):
        if self.pieceShape == Tetrominoe.SquareShape:
            return self
 
        result = Shape()
        result.pieceShape = self.pieceShape
        
        for i in range(4):
            result.setX(i, -self.y(i))
            result.setY(i, self.x(i))
 
        return result
 
if __name__ == '__main__':
    app = QApplication([])
    tetris = Tetris()    
    sys.exit(app.exec_())

Игра немного упрощается для более легкого понимания. Игра начинается сразу же после её запуска. Мы можем приостановить игру, нажимая клавишу p. Клавиша Space будет немедленно бросать блок тетриса на дно. Игра идёт на постоянной скорости, ускорение не реализуется. Очки – это число линий, который мы удалили.

self.tboard = Board(self)
self.setCentralWidget(self.tboard)

Экземпляр класса Board создаётся и устанавливается так, чтобы быть центральным виджетом приложения.

self.statusbar = self.statusBar()        
self.tboard.msg2Statusbar[str].connect(self.statusbar.showMessage)

Мы создаём строку состояния, где мы будем отображать сообщения. Мы будем отображать три возможных сообщения: количество уже удалённых линий, сообщение паузы, или сообщение «Игра окончена». msgStatusbar – это пользовательский сигнал, который реализуется в классе Board. showMessage() – это встроенный метод, который отображает сообщение в строке состояния.

self.tboard.start()

Эта строка инициирует игру.

class Board(QFrame):
    msg2Statusbar = pyqtSignal(str)
...

Создаётся пользовательский сигнал. msgStatusbar – это сигнал, который срабатывает, когда мы хотим написать сообщение или очки в строку состояния.

BoardWidth = 10
BoardHeight = 22
Speed = 300

Это переменные класса Board. BoardWidth и BoardHeight определяют размер доски в блоках. Speed определяет скорость игры. Каждые 300 мс будет начинаться цикл новой игры.

...
self.curX = 0
self.curY = 0
self.numLinesRemoved = 0
self.board = []
...

В методе initBoard() мы инициализируем несколько важных переменных. Переменная self.board – это список чисел от 0 до 7. Она представляет местоположение различных фигур и оставляет фигуры на доске.

def shapeAt(self, x, y):
    return self.board[(y * Board.BoardWidth) + x]

Метод shapeAt() определяет тип фигуры в данном блоке.

def squareWidth(self):
    return self.contentsRect().width() // Board.BoardWidth

Доска может динамически менять размер. Как следствие, размер блока может меняться. squareWidth() вычисляет ширину простого квадратика в пикселях и возвращает её. Board.BoardWidth – это размер доски в блоках.

for i in range(Board.BoardHeight):
    for j in range(Board.BoardWidth):
        shape = self.shapeAt(j, Board.BoardHeight - i - 1)
        
        if shape != Tetrominoe.NoShape:
            self.drawSquare(painter,
                rect.left() + j * self.squareWidth(),
                boardTop + i * self.squareHeight(), shape)

Рисование игры разделяется на два шага. Первым шагом, мы рисуем все фигуры, или оставляем фигуры, которые были сброшены на дно доски. Все квадратики запоминаются в списке переменных self.board. Доступ к переменной получают, используя метод shapeAt().

if self.curPiece.shape() != Tetrominoe.NoShape:
    for i in range(4):
        x = self.curX + self.curPiece.x(i)
        y = self.curY - self.curPiece.y(i)
        self.drawSquare(painter, rect.left() + x * self.squareWidth(),
            boardTop + (Board.BoardHeight - y - 1) * self.squareHeight(),
            self.curPiece.shape())

Следующий шаг – это рисование упавших вниз частей.

elif key == Qt.Key_Right:
    self.tryMove(self.curPiece, self.curX + 1, self.curY)

В методе keyPressEvent(), мы проверяем нажатые клавиши. Если мы нажали клавишу правой стрелки, мы пробуем передвинуть часть вправо. Мы говорим «пробуем», поскольку часть может быть не способна перемещаться.

elif key == Qt.Key_Up:
    self.tryMove(self.curPiece.rotateLeft(), self.curX, self.curY)

Клавиша стрелки вверх будет поворачивать падающую часть влево.

elif key == Qt.Key_Space:
    self.dropDown()

Клавиша «Пробел» будет немедленно бросать падающую часть на дно.

elif key == Qt.Key_D:
    self.oneLineDown()

Нажимая клавишу «d», часть спустится вниз на один блок. Это может быть использовано, чтобы слегка ускорить падение части.

def tryMove(self, newPiece, newX, newY):
    for i in range(4):
        x = newX + newPiece.x(i)
        y = newY - newPiece.y(i)
        
        if x < 0 or x >= Board.BoardWidth or y < 0 or y >= Board.BoardHeight:
            return False
            
        if self.shapeAt(x, y) != Tetrominoe.NoShape:
            return False
 
    self.curPiece = newPiece
    self.curX = newX
    self.curY = newY
    self.update()
    return True

В методе tryMove(), мы пробуем переместить наши фигуры. Если фигура находится на краю доски или примыкает к некоторой другой части, мы возвращаем значение «Ложь». В противном случае, мы перемещаем текущую падающую часть в новую позицию.

def timerEvent(self, event):
    if event.timerId() == self.timer.timerId():
        if self.isWaitingAfterLine:
            self.isWaitingAfterLine = False
            self.newPiece()
        else:
            self.oneLineDown()
    else:
        super(Board, self).timerEvent(event)

В событии таймера, мы либо создаём новую часть после предыдущей части, что упала на дно, либо мы передвигаем падающую часть на одну линию вниз.

def clearBoard(self):
    for i in range(Board.BoardHeight * Board.BoardWidth):
        self.board.append(Tetrominoe.NoShape)

Метод clearBoard() очищает доску путём установки Tetrominoe.Noshape на каждый блок доски.

def removeFullLines(self):
    
    numFullLines = 0
    rowsToRemove = []
 
    for i in range(Board.BoardHeight):
        n = 0
        for j in range(Board.BoardWidth):
            if not self.shapeAt(j, i) == Tetrominoe.NoShape:
                n = n + 1
        if n == 10:
            rowsToRemove.append(i)
 
    rowsToRemove.reverse()
    
    for m in rowsToRemove:
        for k in range(m, Board.BoardHeight):
            for l in range(Board.BoardWidth):
                    self.setShapeAt(l, k, self.shapeAt(l, k + 1))
 
    numFullLines = numFullLines + len(rowsToRemove)
 ...

Если часть ударяет дно, мы вызываем метод removeFullLines(). Мы обнаруживаем все полные линии и удаляем их. Мы делаем это, передвигая все линии выше на текущую полную линию, что удаляется на одну линию вниз. Обратите внимание, что мы развернули порядок удаляемых линий. В противном случае, это не будет работать правильно. В нашем случае, мы используем нехитрую гравитацию. Это означает, что части могут парить над пустыми промежутками.

def newPiece(self):
    self.curPiece = Shape()
    self.curPiece.setRandomShape()
    self.curX = Board.BoardWidth // 2 + 1
    self.curY = Board.BoardHeight - 1 + self.curPiece.minY()
    
    if not self.tryMove(self.curPiece, self.curX, self.curY):
        
        self.curPiece.setShape(Tetrominoe.NoShape)
        self.timer.stop()
        self.isStarted = False
        self.msg2Statusbar.emit("Game over")

Метод newPiece() случайным образом создаёт новую часть тетриса. Если часть не может прийти в свою начальную позицию, игра заканчивается.

class Tetrominoe(object):
    NoShape = 0
    ZShape = 1
    SShape = 2
    LineShape = 3
    TShape = 4
    SquareShape = 5
    LShape = 6
    MirroredLShape = 7

Класс Tetrominoe содержит в себе имена всех возможных фигур. Мы также имеем NoShape для пустого пространства.

Класс Shape хранит информацию о частях тетриса.

class Shape(object):
    
    coordsTable = (
        ((0, 0),     (0, 0),     (0, 0),     (0, 0)),
        ((0, -1),    (0, 0),     (-1, 0),    (-1, 1)),
        ...
    )
...

Набор coordsTable содержит в себе все возможные значения координат наших частей тетриса. Это шаблон, из которого все части берут свои значения координат.

self.coords = [[0,0] for i in range(4)]

После создания, мы создаём пустой список координат. Список будет хранить координаты частей тетриса.

Рисунок: Координаты

Изображение выше поможет понять значения координат немного больше. Для примера, набор (0, -1), (0, 0), (-1, 0), (-1, -1) представляет Z-фигуру. Схема иллюстрирует фигуру.

def rotateLeft(self):
    
    if self.pieceShape == Tetrominoe.SquareShape:
        return self
 
    result = Shape()
    result.pieceShape = self.pieceShape
    
    for i in range(4):
        result.setX(i, self.y(i))
        result.setY(i, -self.x(i))
 
    return result

Метод rotateLeft() поворачивает часть влево. Квадрат не должен поворачиваться. Вот почему мы просто возвращаем ссылку на текущий объект. Новая часть создаётся и её координаты устанавливаются в одну из повернутых частей.

Рисунок: Тетрис

Это была игра Тетрис в PyQt5.