Игра Тетрис на PyQt5 | Python 3 для начинающих и чайников

Игра Тетрис – одна из самых популярных 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.

Создание простой компьютерной игры на PyQt5 – отличный способ повышения навыков программирования.

Тетрисом называется игра-головоломка с падающими блоками. В этой игре, мы имеем 7 разных фигур, называемых так: S-фигура, Z-фигура, T-фигура, L-фигура, фигура-линия, фигура "Г", и 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 не достигнем верха.

Тетрамино

Разработка

У нас нет изображений для нашего Тетриса, мы рисуем тетрамино, используя доступное в программном инструментарии PyQt5 инструменты рисования. У каждой компьютерной игры имеется математическая модель. Также и в Тетрисе.

Некоторые идеи, применяющиеся в игре:

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

Код игры Тетрис:

#!/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 упрощена для более легкого понимания. Игра начинается сразу же после её запуска. Мы можем приостановить игру, нажав клавишу p. Клавиша Space будет немедленно бросать блок тетриса вниз. 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 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 количество очков 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 (например, при изменении размера окна). 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 вниз 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 на правом крае.

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.

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 timerEvent (событии таймера), мы либо создаём новую фигуру после предыдущей, которая упала, 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)
    ...

Когда фигура падает, мы вызываем метод removeFullLines(). Мы обнаруживаем все полные линии и удаляем их. Обратите внимание, что мы развернули порядок удаляемых линий. В противном случае, это не будет работать правильно. В нашем случае, мы используем "никакую" 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.

class Shape(object):

    coordsTable = (
        ((0, 0),     (0, 0),     (0, 0),     (0, 0)),
        ((0, -1),    (0, 0),     (-1, 0),    (-1, 1)),
        ...
    )
    ...

Класс Shape хранит информацию о частях тетриса.

Набор coordsTable содержит в себе всевозможные 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.

Координаты

Изображение выше поможет понять значения координат. Для примера, набор (0, -1), (0, 0), (-1, 0), (-1, -1) представляет S-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.

Тетрис

Это была игра Тетрис в PyQt5 (а также перевод последней части туториала от zetcode).