Рубрика: Игры

3D-бродилка с трассировкой лучей в 184 строки на Python

184 строки – это еще с комментариями! И без использования сторонних движков! На самом деле все будет очень просто, в качестве средства отрисовки мы будем использовать любимую ASCII графику в консоли через библиотеку curses. Изображение будет строиться по принципам игры Wolfenstein 3D.

Готовая бродилка - иллюстрация
Что получим в итоге!

Библиотека curses – это интерфейс к Ncurses, консольной библиотеки для отрисовки всяческих квадратно-текстовых окошек, кнопок и прочих элементов управления в стиле Turbo Pascal или QBasic, кто помнит… Из нее нам понадобится только способность получать размеры терминала и рисовать в нужном месте символ нужного цвета.

Пользователи Windows, к сожалению, в вашей версии Python скорее всего не встроен модуль curses, поэтому вам придется установить пакет. Я использовал такой вариант:

pip install windows-curses

К сожалению, у мне не удалось добиться поддержки цвета на Windows, но я не слишком старался. Это не беда, потому что код был изначально заточен под имитацию оттенков серого через выбор символов разной плотности закраски. На Linux и Macos все должно работать на голом Python и сразу в цвете.

Код, который я вам представлю, является моим портом проекта 3D-Walk, что в свою очередь является портом проекта CommandLineFPS (по ссылке – видео) от javidx9 aka OneLoneCoder. Я внес в код небольшие модификации, исправления и поддержку цвета.

Итак, побежали по коду. Все что, нам надо импортировать:

import curses
import locale
from math import pi, cos, sin

Затем идут некоторые константы:

POS_X, POS_Y, POS_A = 2, 2, 0  # Положение и поворот игрока на карте (начальные)
ROTATION_SPEED = 0.1  # скорость поворота игрока в радианах
SPEED = 0.3  # Скорость игрока вперед назад за одно нажатие

FOV = pi / 2  # Ширина угла обзор в радинах
RESOLUTION = 0.1  # разрешение шага луча
DEPTH = 16  # Максимальная глубина прорисовки

# Наша карта строчкой
MAP = """
################
#..............#
#..............#
#...########...#
#.......#..#...#
#..........#...#
#..............#
#...########...#
#.......#..#...#
#.......####...#
#..............#
#....##..##....#
#...#...#..#...#
#....###...#...#
#..............#
################
"""

Карта представляет собой двумерную схему лабиринта, вид сверху. Карта записана многострочной строкой, где символом «решетка» обозначены непроходимые стены, а «точками» – пустое пространство. Позиция игрока – число блоков (вероятно, дробное) от угла карты. Угол поворота игрока измеряется в радианах, а широта взгляда по горизонтали FOV – это 90 градусов от левого края экрана до правого. В этим числом будет весело поиграть. Графически выглядит примерно так. Правда, здесь ошибка в точке отсчета, думаю, что внимательный читатель заметит.

Координаты и поворот игрока относительно карты
Положение игрока на карте, вид сверху

Главная функция получает параметром объект экрана (рабочего окна) и запускается через curses.wrapper:

def main_3dwalk(screen):
   ...

curses.wrapper(main_3dwalk)

В начале ее работы мы настраиваем curses:

# для корректного отображение юникода
locale.setlocale(locale.LC_ALL, '')

curses.noecho()  # нажатые клавиши не печатаются на экране
curses.curs_set(0)  # курсор убран
curses.start_color()  # цветной режим
curses.use_default_colors()  # стандартная палитра
# инициализация всех цветов!
for i in range(0, curses.COLORS):
    curses.init_pair(i, i, -1)

Следующая функция немного преобразует карту MAP, удаляя все переносы строк и считая количество строк и столбцов:

def make_map(string_map):
    rows = string_map.strip().split('\n')
    h = len(rows)
    w = len(rows[0])
    return string_map.replace('\n', ''), w, h

# форматируем карту и получаем ее размеры
level_map, map_width, map_height = make_map(MAP)

На выходе будет:

('#################..............##..............##...########...##.......#..#...##..........#...##..............##...########...##.......#..#...##.......####...##..............##....##..##....##...#...#..#...##....###...#...##..............#################', 16, 16)

Это нужно, чтобы функция get_block могла по координатам точки на карте быстро найти в этой строке символ соответствующего блока:

def get_block(x, y):
    x, y = int(x), int(y)
    if 0 <= x < map_width and 0 <= y < map_height:
        return level_map[y * map_width + x]
    else:
        return '#'

Если координаты попадут по какой-либо причине за пределы карты, что считается, что там всегда глухая стена непроходимого вещества, иными словами – символ '#'. Больше от карты ничего не требуется, только знание, есть ли стена в этой точке пространства или нет!

Далее мы устанавливаем начальную позицию и поворот игрока и запускаем цикл отрисовки кадров и обработки нажатия кнопок.

# текущие положение и угол
pos_x, pos_y, pos_a = POS_X, POS_Y, POS_A

exit_flag = False  # флаг выхода
while not exit_flag:
   # получаем размер экрана в каждом кадре, чтобы не глючить, если юзер изменил размер терминала
   screen_height, screen_width = screen.getmaxyx()
   ...

Изображение строится по столбцам. Пока номеру столбца мы находим угол отклонения луча от прямого взгляда. Левая колонка соответствует минимальному углу, то есть pos_a - FOV / 2, а самая правая колонка – pos_a + FOV / 2. Таким образом, вычисляя синус и косинус того угла, мы получаем вектор направления взгляда.

for col in range(screen_width):
    # 1. определим направление луча
    # угол сканирует от pos_a - FOV / 2 до pos_a + FOV / 2
    ray_angle = (pos_a - FOV / 2) + (col / screen_width) * FOV

    # вектор, куда смотрит луч на карте
    eye_x, eye_y = sin(ray_angle), cos(ray_angle)

Вдоль этого направления испускается луч, стартуя с позиции игрока pos_x, pos_y по направлению eye_x, eye_y. Небольшими шажками (размер шага – константа RESOLUTION), мы продвигаемся вдоль луча и проверяем, пользуясь картой, нет ли в этой точке стены. Как только луч натыкается на стену, в этот момент фиксируется дистанция, цикл прерывается, и алгоритм переходит к следующей колонке. Правильнее было бы называть его не трассировкой лучшей, а чем-то сродни ray casting. Вот код для определения дистанции:

# 2. Ищем ближайшую стену и дистанцию до нее
distance = 0.0
# пока не достигли стены и дистанция менее предельной
while distance < DEPTH:
    # луч делает шаг вперед
    distance += RESOLUTION
    
    # "текущее" положение на луче
    test_x = int(pos_x + eye_x * distance)
    test_y = int(pos_y + eye_y * distance)
    
    # смотрим карту, есть ли там стена или край
    if get_block(test_x, test_y) == '#':
        break  # стена. расстояние в distance

Что дает знание расстояния до стены? Многое. Во-первых, чем дальше от нас этот кусочек стены, тем меньше он будет занимать вертикального расстояния. Во-вторых, тем темнее будет его оттенок и слабее заливка.

По вертикали середина стены находится по середине экрана. Если кусочек стены в данной колонке не занимает всю высоту экрана, то все, что ниже него – будет полом, а все что выше – потолком.

ceiling = int(screen_height / 2 - screen_height / distance)  # высота потолка
floor = int(screen_height - ceiling)  # высота пола
Сканирование колонки

Теперь остается только заполнить колонку сверху вниз. Потолок мы заливаем символом одиночной кавычки красного цвета. А ниже потолка идет серая стена. Цвет и символ заливки стены зависит от дистанции. Сюда прекрасно подойдут квадраты разной плотности, благо они есть в Unicode. Под стеной начинается пол зеленого цвета. Для выразительности символ, который образует пол, тоже зависит от дистанции от нижней кромки экрана, что косвенно отвечает дистанции этого кусочка пола от игровой камеры.

# рисуем вертикальную линию
for row in range(screen_height):
    if row <= ceiling:  # Ряд выше или равен границе потолка
        shade = '`'
        color = curses.COLOR_RED
    elif floor >= row > ceiling:  # Кусок стены
        if distance <= DEPTH / 4:  # совсем близко
            shade = "█"
        elif distance <= DEPTH / 3:  # ближе
            shade = "▓"
        elif distance <= DEPTH / 2:  # дальше
            shade = "▒"
        elif distance <= DEPTH:  # еще дальше
            shade = "░"
        else:
            shade = " "  # совсем далеко
        # оттенок цвета, нормированный на предельную дистанцию
        color = color_by_distance(1 - (distance / DEPTH))
    else:
        # Оттенок пола, чем ближе к низу экрана, тем гуще заливка
        b = 1 - (row - screen_height / 2) / (screen_height / 2)
        if b < 0.25:
            shade = '#'
        elif b < 0.5:
            shade = "x"
        elif b < 0.75:
            shade = "."
        else:
            shade = ' '
        color = curses.COLOR_GREEN
    # заменяем символ в row/col на shade с цветом color
    screen.insstr(row, col, shade, curses.color_pair(color))

После циклов остается только отрисовать все изменения на экране:

screen.refresh()  # отрисуем все на экране

Дальше мы ожидаем нажатия игроком клавиш управления. Для перемещения используются клавиши WASD, W/S – вперед и назад, A/D – повороты влево и вправо. Esc – выход.

Не забудьте переключиться на английскую раскладку. На русской раскладке игра не будет реагировать!

Преобразовав код клавиши в символ, мы поворачиваем камеру либо смещаем игрока назад или вперед вдоль направления взгляда. Если новое положение игрока оказалось «внутри» стены, то такое движение отменяется. Так просто происходит обработка столкновений со стенами. Вот код, решающий задачу движения игрока:

key_code = screen.getch()  # ждем клавишу и обрабатываем
key = chr(key_code) if 0 < key_code < 256 else 0
if key in ('w', 's'):
    # шаг вперед или назад
    dx, dy = sin(pos_a) * SPEED, cos(pos_a) * SPEED
    if key == 's':  # назад - обратим вектор
        dx, dy = -dx, -dy

    # сдвинем игрока в направлении
    pos_x += dx
    pos_y += dy
    if get_block(pos_x, pos_y) == '#':  # упс, мы в стене
        # отменим движение
        pos_x -= dx
        pos_y -= dy
elif key == 'a':  # поворот налево
    pos_a -= ROTATION_SPEED
elif key == 'd':  # поворот направо
    pos_a += ROTATION_SPEED
elif key_code == 27:  # esc
    break  # выход из игры

В конце не забудем завершить работу curses корректно, восстановив все настройки терминала:

curses.endwin()

Вот и все! Наша бродилка готова! Теперь мы знаем немного больше про 3D графику!

Код программы я залил на gist.github.com. Там два файла: цветная версия для macOS и Linux, и черно-белая для Windows. Наслаждайтесь. Возможно, кто-то из читателей модифицирует этот код, добавив больше цветов, текстур, возможно, противников 🙂

Специально для канала @pyway. Подписывайтесь на мой канал в Телеграм @pyway 👈 

Дурак по сети на Python: часть 4 – GUI

Кажется, что прошла вечность, но я все-таки довел до ума код игры в Дурака по сети, добавив в него поддержку GUI. В этой статье я затрону основные моменты, которые мне показались интересны во время разработки или вызвали некоторые трудности, дабы дать ответ, как эти трудности преодолеть. Короче, получился мини-гайд траблшутинга для Kivy.

Должен заметить, что с момента последней части (3) код сетевого взаимодействия и логики игры слегка изменился. В основном это были баг-фиксы и вспомогательные метода.

Кстати, весь код по-прежнему находится в репозитории на Github.

Библиотека для GUI

Для графического интерфейса я выбрал библиотеку Kivy. Сейчас она модна и активно развивается. Меня подкупила прежде всего возможность легко собрать приложения под мобильные устройства, включая Андроид, что я и осуществил в итоге. Установка проста до безобразия.

pip isntall Kivy==1.11.1

Но! С этим вы сможете запускать приложение только на компьютере. Чтобы собрать и запустить на телефоне потребуется еще несколько действий и минут ожидания. Но об этом в конце статьи.

Структура проекта

Структура папок и файлов проекта
Файлы проекта

Начнем со структуры файлов исходного кода. Точка входа значится в файле main.py. Кстати, если его назвать иначе, то можете столкнуться с проблемами сборки под мобилки, лучше назовите его именно так.

main.py подключает модуль net_game.py, где описана сетевая модель игры (класс DurakNetGame). Этот класс обеспечивает сетевое взаимодействие двух клиентов во время игры, также различает, чей сейчас ход, какой клиент победил и тому подобное. Короче, сопоставляет сетевые сущности игровым. А еще он делает проверки на допустимость тех или иных действий. Например, отбивающийся игрок не может сказать «Бито!», так и атакующий не может призвать взять карты, пока другой сам не примет это решение. Класс использует для хранения и обработки игрового состояния другой класс: DurakSerialized из serialization.py.

DurakSerialized в свою очередь наследован от класса Durak, добавив к нему слой функциональности по сохранению игрового состояния в формат JSON и по обратной загрузке в полей класса из JSON строки.

Durak из durak.py занимается исключительно игровой логикой и хранением состояния игры, беспристрастно относительно того, какого именно из клиентов сейчас ход. В нем просто есть понятия «атакующий игрок» и «отбивающийся игрок». Этот класс содержит правила, по которым карты раздаются игрокам, кладутся на стол, бьют друг друга и тому подобное. Он определяет методы атаки, защиты и завершения хода (бито или взял карты, если не побил). В этом класс много полезных свойств для анализа игровой ситуации.

discovery_protocol.py был описан ранее, он занимается поиском соперников по UDP в локальной сети. Он пользуется Networking из network.py – оберткой над сокетами, как впрочем и DurakNetGame также использует пару Networking (пара портов – вынужденная мера для сетевого взаимодействия двух клиентов на одной машине).

durak.kv – разметка виджетов для GUI в Kivy в формате, похожим на YAML. Описывает разные элементы игры, такие как параметры карт, размер шрифта, фон. Он НЕ определяет взаиморасположение элементов на экране, так как все это определяется программно системой анимации, как которую сделать средствами kv-файла, я даже отдаленно не могу вообразить. Зато я придумал супер-простую и эффективную систему для произвольных плавных анимаций, которая и контроллирует положение карт и их вращение. Эта система в файле gui/animation.py.

Файл gui/game_layout.py как раз содержит целевые положения и повороты для всех элементов игры, а именно положения карт в руках игрока и соперника, положение карт на столе, колоду и козырь. Еще он обеспечивает некоторые много-этапные анимации, такие как раздача нескольких карт подряд или разлет карт в стороны в конце матча.

В gui/card.py лежит класс Card, описывающий виджет игральной карты и ее свойства. А в классе, gui/gm_label.py – класс для информационных надписей и ошибок.

main.kv

Файл типа «kv» похож по формату на YAML, но отличается от него в деталях. Он содержит разметку для GUI проекта и определяет свойства графических элементов. Он даже может содержать кусочки Python-кода для обработчиков событий и условного форматирования. Первым делом, мы указываем версию Kivy, для которой написан файл. Также мы можем импортировать нужные символы из основного Python-кода. Все это делается через комментарии:

#:kivy 1.11.1
#:import SPADES durak.SPADES
#:import HEARTS durak.HEARTS
#:import DIAMS durak.DIAMS
#:import CLUBS durak.CLUBS

На верхнем уровне у меня идут описания классов для виджетов, они представляют собой имена классов в треугольных скобках. Соответсвенно, каждый виджет-экземпляр будет иметь свойства, описанные для него в kv-файле после его загрузки. Если название идет без <>, то это значит непосредственное создание виджета, как дочернего элемента.

Например, класс MainLayout (главная наша раскладка игры), наследован от FloatLayout (раскладка, на которой положения всех элементов свободны и задаются программистом, на не вычисляются движком, как в других раскладках). На любом из созданных MainLayout будет создан виджет GameMessageLabel как дочерний элемент. А еще там будет GameButton и так далее.

<MainLayout@FloatLayout>:
  GameMessageLabel:
    id: game_label
    pos: 0, self.width * 0.26
  GameButton:
    text: 'Бито!'
    id: finish_turn_button
    pos_hint: {"center_x":0.33,"center_y":0.32}
    on_press: app.on_finish_button()

А вот и первый код в свойстве on_press: вызывается app.on_finish_button() при нажатии на кнопку. Переменная app автоматически соответствует экземпляру класса приложения DurakFloatApp. Еще есть полезные заранее связанные переменные: self здесь отвечала бы за доступ к этому экземпляру GameButton, а root – к корневому классу описания – MainLayout.

Взглянем на описание класса виджета карты – Card.

<Card>:
  font_name: 'resources/Arial.ttf'
  halign: 'center'
  font_size: '32dp'
  width: '64dp'
  height: '120dp'
  size_hint: None, None

Размер карт я указал в абсолютных величинах. Он зависит только от разрешения экрана (dp = density pixel). Также мне потребовалось скачать и положить в папку ресурсов обыкновенный шрифт Arial, потому что встроенный шрифт даже на последней версии Андроид не поддерживал значки игральных карт ♠♥♣♦ (вот сюрприз в 2020 году!)

Не забывайте снабжать проект всеми нужными шрифтами, особенно если используете редкие символы!

Мне хотелось, чтобы карты имели красивые закругленные углы, поэтому я нашел в одном из старых проектов текстуру с закругленными углами и тенями, добавил ее в проект. Однако, он по размеру не подходил под задуманный размер карты. Поэтому здесь мы применим технику 9-патч, то есть 2 горизонтальными и 2 вертикальными линиями текстура режется на 9 частей, уголки и края остаются без изменений, а белая серединка растягивается до нужных размеров, чтобы с целиком спрайт был величиной как раз с игральную карту.

9-патч для карт
9-patch нарезка.

В Kivy эта техника уже встроена и включается очень просто через параметр border, что содержит кортеж с отступами (порядок их не помню, здесь у нас с каждого края до линии разреза отступы равные – 24 пикселя).

  background_normal: 'resources/rounded_corners.png'
  background_down: 'resources/rounded_corners.png'
  border: (24, 24, 24, 24)

Вот еще пример кода в kv-файле: условный дизайн. Меняю цвет карты, если она выделена (при выборе карты на столе, чтобы покрыть). И меняю прозрачность, если она в состоянии нажатия мышью или пальцем. Каждый раз, когда root.selected меняется, выражение для root.selected будет пересчитано.

  background_color: (1, 1, 1, 1) if not root.selected else (0.9, 0.9, 0.9, 1)
  opacity: 1 if root.state == 'normal' else .8

Внимание! Здесь переменная root уже относится к классу Card, а не к MainLayout.

С поворотом игральной карты оказалось немного интереснее. Оказывается, в Kivy нет свойства с названием rotation, поэтому пришлось колхозить его через матрицы. Перед отрисовкой (блок canvas.before) мы сохраняем старую матрицу в стек, домножаем ее на матрицу поворота, рисуем объект и после (в блоке canvas.after:) восстанавливаем прежнюю матрицу из стека. Вот так это делается:

 canvas.before:
    PushMatrix
    Rotate:
      angle: self.rotation
      origin: self.center
  canvas.after:
    PopMatrix

Еще откровением для меня стал тот факт, что параметры pos_hint и size_hint задаются в долях от единицы (0.2 – это 20% полной ширины, например). А width, height и pos – уже в абсолютных единицах, например, пикселях.

По разметке все, теперь к основному коду.

Конфигурация окна

Вы могли бы заменить в самом верху main.py код вида:

from kivy.config import Config
from util import debug_start

debug_start()

Config.set('graphics', 'width', '480')
Config.set('graphics', 'height', '640')
Config.set('graphics', 'resizable', False)

Здесь мы указываем примерные размеры окна, чтобы на компьютере игра тоже открывалась в портретной ориентации, как и на телефоне, где, понятное дело, размер окна приложения задан размером экрана. А еще мы запрещаем изменять размер окна.

Функция debug_start():

def debug_start():
    import os
    from kivy.config import Config

    x = os.environ.get('x', 50)
    y = os.environ.get('y', 50)

    Config.set('graphics', 'position', 'custom')
    Config.set('graphics', 'left', x)
    Config.set('graphics', 'top', y)

Она задает положение окна при запуске на компьютере и нужна только для отладки. Положение окна читается из переменных среды. Дело в том, что у меня есть скрипт run_two.sh, который запускает сразу два экземпляра игры на одном компьютере (игра то многопользовательская!) и располагает их бок о бок:

#!/usr/bin/env sh
x=50 python main.py &
x=550 python main.py,
Бок о бок два клиента
Бок о бок два клиента

Удобно тестировать и отлаживать проект таким образом!

Загрузка

Вообще в Kivy kv-файл должен загружаться автоматически. Фреймворк ищет файл в папке проекта с названием, совпадающим с именем класса приложения и загружает его. Однако, я столкнулся с проблемой, что на Andorid этого не происходит! Я убедился, что файл добавляется в APK, но Kivy не может его найти и загрузить. Долго бился на этой проблемой, но не найдя решения в интернете, решил пойти в лоб и загрузить kv-файл вручную во время исполнения метода build. Еще прошлось для этого создать пустой класс для MainLayout, так как метод должен вернуть сконструированный корневой виджет приложения.

class MainLayout(FloatLayout):
    ...

class DurakFloatApp(App):  
  def build(self):
        Builder.load_file('durak.kv')
        return MainLayout()

Kivy и многопоточность

Глюки многопоточности

Обработка GUI занимает все рабочее время основного потока игры, и этот поток нельзя блокировать, так как интерфейс тоже заморозится. Поэтому, чтобы ожидать сообщений из сети я создаю отдельный поток. Решение с потоками – не единственное, и вероятно, не самое элегантное, но достаточно простое для реализации и понимания. Однако, и здесь мне встретились подводные камни. При получении пакета из сети сетевая подсистема должна вызвать некоторые изменения в GUI. Поначалу я просто вызывал методы Kivy из дополнительного сетевого потока, что привело к регулярным графическим глюкам, которые вы можете видеть на скриншоте.

Все изменения в графическом интерфейсе должны делаться из главного потока.

Да, и это не смотря даже на GIL! Дело в том, что контекст графической библиотеки OpenGL издревле очень не любит, когда его трогают из чужого потока; это приводит к случайным и иногда сложно-уловимым визуальным глюкам.

Как это исправить? Воспользоваться декоратором mainthread, который поставит при вызове оригинальной функции поставит ее выполнение в следующий тик главного цикла приложения в главном потоке. 

В итоге я просто снабдил этим декоратором все методы, которые могут быть вызваны из чужого потока, и глюки полностью испарились. Вот пример – DiscoveryProtocol в отдельном потоке ищет соперника, а когда находит – вызывает событие on_found_peer, которое должно начать матч и раздать карты.

from kivy.clock import mainthread

class DurakFloatApp(App):
 ...
   @mainthread  # <--- (!)
    def on_found_peer(self, addr, peer_id):
        print(f'Найден соперник {peer_id}@{addr}')
        # делать что-то с GUI!
    ...
    self.discovery = DiscoveryProtocol(self.my_pid, PORT_NO)
    self.discovery.run_in_background(self.on_found_peer)

class DiscoveryProtocol:
    def run_in_background(self, callback: callable):
        def await_with_callback():
            results = self.run()
            callback(*results)
        threading.Thread(target=await_with_callback, daemon=True).start()

Система анимации

Разработку интерфейса я начал со стандартных раскладок, используя BoxLayout, StackLayout и подобные инструменты. Вид игры выходил скучно и топорно, как вы можете заменить на скриншоте из предыдущего поста. На мои вопросы не находилось никаких ответов. Об анимациях даже не приходилось и думать в таком положении вещей, ибо Layout берут на себя контроль над положением и размером виджетов. Вот так выглядела игра в первой редакции:

Плохой дизайн игры.
Не привлекательно. Правда ведь?

Как давнего игродела, меня это совершенно не устраивало, и я решил радикально все переделать. Все игровые объекты будут располагаться на FloatLayout, который дает программисту полный контроль над положением и размерами виджетов. Далее я начертил на бумаге чертеж, где вычислил координаты каждой карты на экране. Например, карты текущего игрока располагаются на дуге окружности радиусом в 0.9 от ширины экрана и центром ниже нижней кромки экрана. Угловые границы дуги: от -30º до 30º относительно вертикали. Также, добавил вращение карт путем матричных преобразований, дабы карты выстраивались в традиционный веер.

Очень действенный прием, на самом деле. Если сходу не получается написать геометрический код, начертите все на бумаге и прилежно выведите все формулы, а потом дословно перенесите их в код – с первого раза заработает, как следует.

Чертеж на бумаге

Далее каждый виджет карты я наделил атрибутами target_position и target_rotation – это позиция и угол поворота, куда стремиться карта со временем. Задал такой периодический интервал обновления:

Clock.schedule_interval(self.update, 1.0 / 60.0)

Условно каждый кадр (1/60 долю секунды), реальное положение pos карты становится чуть ближе к ее целевому положению target_position. Аналогично с поворотом. Движение получается экспоненциально затухающим: чем ближе карта к цели, тем она медленнее к ней движется, поэтому анимации получились вполне естественные и приятные.

Код, отвечающий за анимации:

EXP_ATT = 5.0  # регулирует скорость

def update(self, dt):
    df = self.EXP_ATT * dt
    for child in self.root.children:
        if hasattr(child, 'target_position'):
            x, y = child.pos
            # компенсируем положение точки, смещая ее из нижнего левого угла в середину виджета
            x += child.size[0] / 2
            y += child.size[1] / 2
            tx, ty = child.target_position
            if fast_dist(x, y, tx, ty) >= 0.1:
                x += (tx - x) * df
                y += (ty - y) * df
                # возвращаем обратно из середины точку к углу
                child.pos = (x - child.size[0] / 2, y - child.size[1] / 2)
        if hasattr(child, 'target_rotation'):
            tr, r = child.target_rotation, child.rotation
            if abs(tr - r) >= 0.1:
                child.rotation += (tr - r) * df

Видео анимаций:

Все целевые положения карт определяются методами в gui/game_layout.py. К примеру, карты в руке расположены по дуге (веером). Положение карты и ее поворот зависят от количества карт в руке и номера карты, считая с 0 слева направо.

class GameLayout:
    def pos_of_hand(self, i, n, is_my):
        r = 0.9 * self.width
        cx = self.width * 0.5
        cy = -0.8 * r if is_my else self.height + 0.8 * r

        d_ang = 10
        max_ang = min(30, d_ang * n / 2)
        min_ang = -max_ang

        ang = min_ang + (max_ang - min_ang) / (n + 1) * (i + 1)
        ang_r = ang / 180 * pi
        m = 1 if is_my else -1
        return cx + r * sin(ang_r), cy + m * r * cos(ang_r), -m * ang

Использование:

    def update_cards_in_hand(self, is_my, real_cards):
        """ Сортирует карты в руке игрока или соперника сообразно порядку в игре
        После сортировки устанавливаются для каждой карты ее позиция и поворот"""
        # реальный порядок карт в руке задается внутри класса Durak, нам при сортировке карт в руке нужно его соблюсти
        n = len(real_cards)
        for i, card in enumerate(real_cards):
            wcard = self.card2widget.get(card, None)
            if wcard:
                wcard.bring_to_front()  # чтобы каждая следующая была поверх предыдущей
                wcard.set_animated_targets(*self.pos_of_hand(i, n, is_my))

class Card:
    ...
    def set_animated_targets(self, x, y, ang):
        self.target_position = x, y
        self.target_rotation = ang

    def bring_to_front(self):
        parent = self.parent
        parent.remove_widget(self)
        parent.add_widget(self)

Метод bring_to_front переносит виджет карты на передний план, удаляя ее от родителя и вновь добавляя ее поверх прочих виджетов. Методов для управление z-order (порядком отрисовки) виджетов в Kivy я не нашел, пришлось изобретать из синей изоленты…

Текст на картах

Еще один затык произошел к текстом на карте. Я то думал, что текст на метке (Label) должен обновляться реактивно при изменении параметров, если такое поведение задано в kv-файле. Например, если карта открывается, то знак вопроса должен превратиться в масть и достоинство карты. Но этого не происходит автоматически, хотя вот для цвета кнопок это работает нормально. Поэтому в итоге пришлось создать метод, обновляющий текст на карте и привязать его события обновления (self.bind) некоторых переменных. Вдруг кому пригодится такое знание. Код:

class Card(Button):
    nominal = StringProperty()
    suit = StringProperty()
    opened = BooleanProperty(True)
    selected = BooleanProperty(False)
    counter = NumericProperty(-1)

    def update_text(self, *_):
        if self.counter >= 0:
            self.text = str(int(self.counter))
            self.color = (0, 0, 0, 1)
        elif not self.opened:
            self.text = '?'
            self.color = (0, 0.5, 0, 1)
        else:
            s, n = self.suit, self.nominal
            self.text = f'{s}{n}\n\n{n}{s}'
            self.color = (0.8, 0, 0, 1) if self.suit in (DIAMS, HEARTS) else (0, 0, 0, 1)

    def __init__(self, **kwargs):
        super().__init__(**kwargs)
        self.bind(counter=self.update_text)  # <-- Привязка здесь
        self.bind(opened=self.update_text)

Обновление игрового состояния

Когда один из игроков совершает действие (например, ходит картой), он должен уведомить другого по сети. Изначально я планировал посылать целиком состояние игры, но тогда бы возникла необходимость сравнивать прошлое и новое состояния и на основе их различий перемещать карты. Это не очень тривиально для реализации и отладки. Почему бы просто не снабжать игровое состояние напрямую информацией о том, что изменилось? Так и сделал, модифицировав durak.py. При каждом действии добавляю его описание словарем в last_update:

# при атаке кодируем изменение: 
self.last_update = {
            'action': UpdateAction.ATTACK,
            'card': card,
            'player': self.attacker_index
        }

Декодирование self.game.state.last_update на принимающем клиенте в файле main.py (код сокращен):

@mainthread
    def on_game_state_update(self, *_):
        ...
            up = self.game.state.last_update
            action = up.get('action')
            if action == UpdateAction.ATTACK:
                card = up['card']
                self.layout.put_card_to_field(card)
            elif action == UpdateAction.DEFEND:
                att_card = up['attacking_card']
                def_card = up['defending_card']
                self.layout.put_card_to_field(def_card, att_card)
            elif action == UpdateAction.FINISH_TURN:
                ...
            self.update_hands()
            self.toggle_buttons()
            self.display_whose_turn(delay=0)

Сборка на Андроид

Вам потребуется дополнительная подготовка. Надеюсь, у вас Linux или macOS? Можно ли собрать из-под Windows, я не знаю. Еще недавно было нельзя. По крайней мере вы можете просто установить виртуальную машину с образом Linux, например, Ubuntu и продолжить сборку с виртуалки.

Для сборки нам потребуется buildozer.

Установим его, скачав установочный скрипт. Я это делал прямо из директории с проектом, но это не обязательно, тем более бульдозер весьма и весьма тяжел.

wget https://github.com/HeaTTheatR/KivyMD-data/raw/master/install-kivy-buildozer-dependencies.sh

chmod +x install-kivy-buildozer-dependencies.sh

./install-kivy-buildozer-dependencies.sh

Если что-то не получается, загляните сюда, возможно, каких-то еще вещей не хватает и придется их доустановить.

Настройки Бульдозер для сборки игры я уже произвел. Они лежат в файле buildozer.spec. Основные настройки, которые я изменил:

  • Название игры: title = Durak UDP
  • Положение файлов, там же, где и этот файл: source.dir = .
  • Имя пакета: package.name = durak_kivy_lan
  • Префикс пакета: package.domain = ru.tirinox
  • Расширения файлов, включаемых в пакет: source.include_exts = py,png,jpg,kv,atlas,ttf
  • Ориентация – портретная: orientation = portrait
  • Полный экран: fullscreen = 1
  • Обязательно! Разрешение на доступ к сети: android.permissions = INTERNET

Подключите устройство по USB к компьютеру. Включите режим для разработчиков. В меню настроек разработчика включите режим отладки по USB. Когда, телефон спросит подтвердить, доверяете ли вы этому компьютеру, согласитесь. Иногда это окно не выходит, если вы при подключении кабеля выбрали «Только Зарядка», правильный выбор – «Передача файлов».

Теперь выполните из папки проекта команду:

 buildozer android debug deploy run

Она соберет проект и запустит его на подключенном смартфоне!

Дурак уже на телефоне

Вот так это выглядит у меня.

Заключение

На этом, пожалуй, все. Наверное, нет смысла разбирать весь остальной код по косточкам, он не особо интересен.

В итоге Kivy показался мне достаточно интересным и удобным фреймворком, но в нем очень много неясных моментов. Имеется довольно скудная документация и недостаточность примеров. Поэтому подобными статьями попытаюсь чуть-чуть улучшить ситуацию, решая проблемы при создании реальных приложений. Разработчикам Kivy и для Kivy – респект и удачи на вашем пути!

Игра разработана в образовательно-развлекательных целях и ее полная работоспособность и корректность не гарантируются автором. В игре еще встречаются ошибки, мы натыкались на пару с моей женой, пока тестировали на наших устройствах. Кроме того, в игре не реализованы некоторые правила вроде «подкидывания» карт, «переводов» хода и т. п. Не стал перегружать проект и затягивать выход статьи еще дольше. Все желающие могут форкнуть код и доработать его или использовать для своих проектов, я не против, только не забудьте сослаться на оригинальный репозиторий.

Спасибо за чтение! Буду рад вашим звездочкам на Github.

Предыдущие части:

Специально для канала @pyway. Подписывайтесь на мой канал в Телеграм @pyway  

Дурак по сети на Python: часть 2 – обнаружение

Надеюсь, вы уже ознакомились с частью 1.

Мем про TCP и UDP

В этой части мы начнем реализовывать сетевые взаимодействия. Обычно в статьях по сетевому программированию нам предлагают использовать клиент-серверную модель по протоколу TCP. Тут кроется пара неудобств. Во-первых, разделение код на клиентский и серверный. Во-вторых, необходимость клиентам узнавать адрес сервера. В масштабах локальной WiFi сети для небольших игрушек – лишняя трата времени и неудобства. Почему бы нам не позволить клиентам самим находить друг друга? Это не так сложно.

Начнем с того, что у каждой машины в сети есть свой IP адрес из четырех чисел 0-255. В локальной сети обычно (но не всегда) адреса имеют вид 192.168.1.X, где X – разный для разных устройств в сети.

Подключенные устройства в вашем роутере.
Подключенные устройства в вашем роутере.

Один из вариантов, который я нашел в сети, предлагал нам просканировать диапазон адресов 192.168.1.1 — 192.168.1.254 и попытаться подключиться к каждому из них. Это вариант меня не устроил, потому что такой брут-форс выполняется долго, да и вообще метод топорный. В моем методе не придется узнавать даже свой IP.

Будем работать по протоколу UPD, обмениваясь датаграммами (короткими сообщениями). Это простой протокол. UDP отличается от TCP тем, что не требует устанавливать соединение, однако в UDP нет гарантий доставки сообщений (получатель не отправляет отправителю подтверждение получения данных), как следствие не гарантирован порядок получения сообщений.

Метафора UDP против TCP

Отправитель просто отправляет данные в сеть либо конкретной машине или на всю подсеть (broadcast), и будь, что будет. Кто-то может принять эти данные, либо они вообще могут потеряться. Чтобы различать разные прикладные приложения, используют номер порта (число до 65535). Потенциальный получатель просто начинает слушать свой порт, вдруг кто-то на него отправит данные.

Казалось бы, протокол UDP ненадежен, однако, UPD работает быстрее, чем TCP, так как не тратится время на подтверждения при обмене. UPD подходит неплохо для игр, стримминга, телефонии и тому подобного. А еще он отлично подойдет для наших целей обнаружения.

Я знаю отличную шутку про UDP, но боюсь, она до вас не дойдет!

С просторов Интернета…

Как только клиент игры запустится, он начнет переодически отправлять широковещательные UDP пакеты в сеть (с пометкой discovery), авось кто услышит. Но и сам начинает сразу после отправки слушать, не пришел ли ему ответ (5 секунд). Затем снова оправляет запрос.

В тоже время какой-то другой клиент сети, который уже ищет соперника, получает от него выше-указанное сообщение discovery и отвечает просьбой прекратить сканирование (stop_scan), после чего останавливает сканирование сети. Клиент получивший stop_scan проверяет, его ли идентификатор в нем указан. Если да, то он также останавливает сканирование.

Оба клиента теперь знают адреса друг друга и готовы начать обмениваться пакетами напрямую между собой уже в рамках игровой сессии. Задача обнаружения выполнена.

Мой протокол

Класс сети

Начнем писать код с класса сети Networking (по ссылке полный код класса). Он абстрагирует создание и настройку UDP сокета, обмен данными через него (кодирование и декодирование данных в JSON).

Импортирует стандартный модуль socket. Создание сокета:

import socket
...
class Networking:
    ...
    @classmethod
    def get_socket(cls, broadcast=False, timeout=TIME_OUT):
        sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM, socket.IPPROTO_UDP)
        # чтобы на одной машине можно было слушать тотже порт
        sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEPORT, 1)
        if broadcast:
            sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_BROADCAST, 1)
        sock.settimeout(timeout)
        return sock

Отправку данных совершить очень просто. Кодируем данные в JSON, потом в байты, потом посылаем через сокет на указанный адрес и порт:

    def send_json(self, j, to):
        data = bytes(json.dumps(j), 'utf-8')
        return self._socket.sendto(data, (to, self.port_no))

Широковещательная отправка отличается только тем, что получатель будет to="<broadcast>":

  def send_json_broadcast(self, j):
        return self.send_json(j, "<broadcast>")

С прием все несколько хитрее. Сначала надо сделать bind (привязаться к порту для получения на него сообщений). Теперь сетевой стэк будет знать, что именно наша программа должна получать данные, пришедшие на компьютер именно на этот порт.

    def bind(self, to=""):
        """
        Привязаться к порту, то есть начать слушать с него сообщения
        После bind можно вызывать recv_json
        :param to: интерфейс ("" - любой)
        """
        self._socket.bind((to, self.port_no))

Затем мы вызываем на сокете recvfrom. Если есть данные, то декодируем JSON, а если не дождались (у меня стоит тайм-аут 1 секунду), то возвращаем None.

  def recv_json(self):
        try:
            # получить датаграмму и адрес из сокета
            data, addr = self._socket.recvfrom(self.BUFFER_SIZE)
            # декодируем в юникод и загружаем из JSON
            return json.loads(data.decode('utf-8', errors='ignore'), encoding='utf-8'), addr
        except json.JSONDecodeError:
            logging.error(f'JSONDecodeError!')
        except socket.timeout:
            pass  # ничего не пришло
        return None, None

Учтите! На наш сокет могут приходить также сообщения от чужих программ или от наших же клиентов игры, но в другом состоянии. А еще broadcast пакеты приходят также и обратно себе на клиент. Их надо фильтровать. Поэтому добавим метод, который несколько раз в течение определенного времени (5 секунд, допустим) будет получать из сокета данные и передавать их на проверку внешней функции predicate, которая вернет False, если это чужие данные и True, если данные подходят для текущего состояния игры. Сам метод recv_json_until вернет данные и адрес, с которого они пришли.

    def recv_json_until(self, predicate, timeout):
        t0 = time.monotonic()
        while time.monotonic() < t0 + timeout:
            data, addr = self.recv_json()
            if predicate(data):
                return data, addr
        return None, None

Discovery Protocol

Мы готовы реализовать протокол по обнаружению других клиентов, ждущих начала игры.

import random
import network
import logging

class DiscoveryProtocol:
    A_DISCOVERY = 'discovery'
    A_STOP_SCAN = 'stop_scan'

    def __init__(self, pid, port_no):
        assert pid
        self._my_pid = pid
        self._network = network.Networking(port_no, broadcast=True)
        self._network.bind()

Здесь pid (player ID) – уникальный идентификатор, чтобы отличаться от других игроков. Он создается случайно при запуске игры pid = random.getrandbits(64). Я не стал использовать IP адрес, потому что на одной машине может быть несколько запущенных клиентов (например, во время отладки). Думаю, большинство читателей первый раз будут пробовать запускать два клиента на одной машине, а не на разных.

Также мы создаем в конструкторе класс Networking, настраиваем его на широковещательную отправку и говорим ему также слушать порт.

Формат отправки сообщений будет в виде словаря с ключом action (тип действия). Например:

{
    "action": "discovery",
    "sender": 1234
}

Метод для посылки таких сообщений:

    def _send_action(self, action, data=None):
        data = data or {}
        self._network.send_json_broadcast({'action': action, 'sender': self._my_pid, **data})

Сам процесс сканирования: в бесконечном цикле рассылаем сообщение discovery, и сразу переходим в режим приема. 5 секунд ждем подходящее сообщение от других клиентов. Если оно пришло, то обрабатываем событие и прекращаем сканирование, выходя из цикла. При этом на сообщение discovery мы обязаны ответить stop_scan, чтобы удаленные клиент понял, что он нас нашел и тоже вышел из процесса сканирования.

    def run(self):
        while True:
            logging.info('Scanning...')
            # рассылаем всем сообщение A_DISCOVERY
            self._send_action(self.A_DISCOVERY)

            # ждем приемлемого ответа не более 5 секунд, игнорируя таймауты и неревалентные пакеты
            data, addr = self._network.recv_json_until(self._is_message_for_me, timeout=5.0)

            # если пришло что-то наше
            if data:
                action, sender = data['action'], data['sender']
                # кто-то нам отправил A_DISCOVERY
                if action == self.A_DISCOVERY:
                    # отсылаем ему сообщение остановить сканирование A_STOP_SCAN, указав его PID
                    self._send_action(self.A_STOP_SCAN, {'to_pid': sender})
                elif action == self.A_STOP_SCAN:
                    # если получили сообщение остановить сканирование, нужно выяснить нам ли оно предназначено
                    if data['to_pid'] != self._my_pid:
                        continue  # это не нам; игнорировать!
                return addr, sender

Как понять, что сообщение нужное? В словаре должен быть ключ "action", который принимает значения «discovery» или «stop_scan«, а еще требуем, чтобы pid отправителя был не наш (фильтруем свои же сообщения). Остальные сообщения игнорируются.

 def _is_message_for_me(self, d):
        return d and d.get('action') in [self.A_DISCOVERY, self.A_STOP_SCAN] and d.get('sender') != self._my_pid

Код для тестирования алгоритма обнаружения:

if __name__ == '__main__':
    print('Testing the discovery protocol.')
    pid = random.getrandbits(64)
    print('pid =', pid)
    info = DiscoveryProtocol(pid, 37020).run()
    print("success: ", info)

Полный код класса здесь discovery_protocol.py.

Запустите один клиент. Он будет висеть в состоянии сканирования сети. А теперь запустите второй клиент. Они сразу найдут друг друга:

Testing the discovery protocol.
pid = 8100514396826939414
success:  (('192.168.1.99', 37020), 5614644081426404292)

Примечание. Этот метод обнаружения будет работать, вероятно, только в пределах вашей локальной сети (одного роутера), потому что любой адекватный роутер на стороне провайдера будет резать широковещательные пакеты. Представляете, какой бы спам начался, если бы была возможность рассылать пакеты сразу всем устройствам, подключенным к Интернет в мире?

На этом все! В следующей части мы реализуем сам сетевой геймплей между клиентами, которые нашли друг друга по этому протоколу.

Специально для канала @pyway. Подписывайтесь на мой канал в Телеграм @pyway 👈 

Дурак по сети на Python: часть 1

Дурак - иллюстрация

Давайте попробуем разработать сетевую игру на Python, чтобы можно было играть по локальной сети. Думаю, начать надо именно с логики игры, а потом добавить уже сетевое взаимодействие. Я выбрал в качестве игры – карточную игру «Дурак», чтобы, во-первых, не создавать очередные надоевшие крестики-нолики, а, во-вторых, чтобы добавить элемент синхронных взаимодействий вместо исключительно пошаговых (активный игрок может подкидывать карты, пока другой отбивается).

Начнем с определения некоторых констант в файле durak.py:

import random

# масти
SPADES = '♠'
HEARTS = '♥'
DIAMS = '♦'
CLUBS = '♣'

# достоинтсва карт
NOMINALS = ['6', '7', '8', '9', '10', 'J', 'Q', 'K', 'A']

# поиск индекса по достоинству
NAME_TO_VALUE = {n: i for i, n in enumerate(NOMINALS)}

# карт в руке при раздаче
CARDS_IN_HAND_MAX = 6

N_PLAYERS = 2

# эталонная колода (каждая масть по каждому номиналу) - 36 карт
DECK = [(nom, suit) for nom in NOMINALS for suit in [SPADES, HEARTS, DIAMS, CLUBS]]

Посмотрим нашу эталонную колоду:

print(DECK)
[('6', '♠'), ('6', '♥'), ('6', '♦'), ('6', '♣'), ('7', '♠'), ('7', '♥'), ('7', '♦'), ('7', '♣'), ('8', '♠'), ('8', '♥'), ('8', '♦'), ('8', '♣'), ('9', '♠'), ('9', '♥'), ('9', '♦'), ('9', '♣'), ('10', '♠'), ('10', '♥'), ('10', '♦'), ('10', '♣'), ('J', '♠'), ('J', '♥'), ('J', '♦'), ('J', '♣'), ('Q', '♠'), ('Q', '♥'), ('Q', '♦'), ('Q', '♣'), ('K', '♠'), ('K', '♥'), ('K', '♦'), ('K', '♣'), ('A', '♠'), ('A', '♥'), ('A', '♦'), ('A', '♣')]

Мы не будем ее менять, просто при создании игры будем копировать этот список в колоду текущей игры. Каждая карта в колоде или в руке игрока – это кортеж из строки-достоинства и строки-масти.

Создадим класс игрока. Его свойства: список карт на руке и индекс игрока в массиве игроков (0 – для первого и 1 – для второго). Индекс нужен, чтобы определять текущего ходящего игрока. Игрок может брать недостающее число карт из колоды или просто добавлять себе в руку список карт, когда вынужден взять неотбитый им стол.

class Player:
    def __init__(self, index, cards):
        self.index = index
        self.cards = list(map(tuple, cards))  # убедимся, что будет список кортежей

    def take_cards_from_deck(self, deck: list):
        """
        Взять недостающее количество карт из колоды
        Колода уменьшится
        :param deck: список карт колоды 
        """
        lack = max(0, CARDS_IN_HAND_MAX - len(self.cards))
        n = min(len(deck), lack)
        self.add_cards(deck[:n])
        del deck[:n]
        return self

    def sort_hand(self):
        """
        Сортирует карты по достоинству и масти
        """
        self.cards.sort(key=lambda c: (NAME_TO_VALUE[c[0]], c[1]))
        return self

    def add_cards(self, cards):
        self.cards += list(cards)
        self.sort_hand()
        return self

    # всякие вспомогательные функции:
    
    def __repr__(self):
        return f"Player{self.cards!r}"

    def take_card(self, card):
        self.cards.remove(card)

    @property
    def n_cards(self):
        return len(self.cards)

    def __getitem__(self, item):
        return self.cards[item]

Приступим же к классу Durak – основному классу игровой логики:

class Durak:
    def __init__(self, rng: random.Random = None):
        self.rng = rng or random.Random()  # генератор случайных чисел

        self.deck = list(DECK)  # копируем колоду
        self.rng.shuffle(self.deck)  # мешаем карты в копии колоды

        # создаем игроков и раздаем им по 6 карт из перемешанной колоды
        self.players = [Player(i, []).take_cards_from_deck(self.deck)
                        for i in range(N_PLAYERS)]

        # козырь - карта сверху
        self.trump = self.deck[0][1]
        # кладем козырь под низ вращая список по кругу на 1 назад
        self.deck = rotate(self.deck, -1)

        # игровое поле: ключ - атакующая карта, значения - защищающаяся или None
        self.field = {}  

        self.attacker_index = 0  # индекс атакующего игрока
        self.winner = None  # индекс победителя

Генератор случайных чисел можно указать из-вне, это нужно для отладки, чтобы каждый раз воспроизводилась одна и та же раздача, если ГСЧ не задать, то он будет создан на месте и игра будет случайна.

При инициализации, как и в реальной игре, мы берем колоду, перемешиваем ее, раздаем по 6 карт игрокам, берем козырь сверху, запоминаем его и кладем под низ. Кстати, вот функция rotate , которая сдвигает циклично список на n позиций влево (n < 0) или вправо (n > 0):

def rotate(l, n):
    return l[n:] + l[:n]

Я не стал выбирать первого игрока по наличию младшего козыря, потому что обычно это нужно только в первый кон, а дальше ходят под дурака. И то, как договорятся. Просто назначаем первым игрока с индексом 0.

Игровое поле здесь – это словарь, где ключ – атакующая карта, а значение – отбивающая карта (если игрок отбился) или None (если он пока еще не отбился от конкретно этой атакующей карты).

Для получения списков карт на поле вводим такие свойства:

    @property
    def attacking_cards(self):
        """
        Список атакующих карт
        """
        return list(filter(bool, self.field.keys()))

    @property
    def defending_cards(self):
        """
        Список отбивающих карт (фильртруем None)
        """
        return list(filter(bool, self.field.values()))

    @property
    def any_unbeaten_card(self):
        """
        Есть ли неотбитые карты
        """
        return any(c is None for c in self.defending_cards)

А эти свойства помогают определить, кто текущий игрок, а кто его соперник:

    @property
    def current_player(self):
        return self.players[self.attacker_index]

    @property
    def opponent_player(self):
        return self.players[(self.attacker_index + 1) % N_PLAYERS]

Рассмотрим теперь методы атаки и защиты:

    def attack(self, card):
        assert not self.winner  # игра не должна быть окончена!

        # можно ли добавить эту карту на поле? (по масти или достоинству)
        if not self.can_add_to_field(card):
            return False
        cur, opp = self.current_player, self.opponent_player
        cur.take_card(card)  # уберем карту из руки атакующего
        self.field[card] = None  # карта добавлена на поле, пока не бита
        return True

Ходить можно с любой карты, если игровое поле пусто. Но подбрасывать можно только, если карта соответствует по достоинству или масти – этой проверкой заведует метод can_add_to_field:

    def can_add_to_field(self, card):
        if not self.field:  
            # на пустое поле можно ходить любой картой
            return True

        # среди всех атакующих и отбивающих карт ищем совпадения по достоинствам
        for attack_card, defend_card in self.field.items():
            if self.card_match(attack_card, card) or self.card_match(defend_card, card):
                return True
        return False

    def card_match(self, card1, card2):
        if card1 is None or card2 is None:
            return False
        n1, _ = card1
        n2, _ = card2
        return n1 == n2   # равны ли достоинства карт?

Переходим к защите:

    def defend(self, attacking_card, defending_card):
        """
        Защита
        :param attacking_card: какую карту отбиваем 
        :param defending_card: какой картой защищаемя
        :return: bool - успех или нет
        """
        assert not self.winner  # игра не должна быть окончена!

        if self.field[attacking_card] is not None:
            # если эта карта уже отбита - уходим
            return False
        if self.can_beat(attacking_card, defending_card):
            # еслии можем побить, то кладем ее на поле 
            self.field[attacking_card] = defending_card
            # и изымаем из руки защищающегося
            self.opponent_player.take_card(defending_card)
            return True
        return False

Метод, который определяет бьет ли первая карта вторую выглядит так. Обратите внимание, что предварительно надо преобразовать название достоинства карты в числовую характеристику – индекс в массиве достоинств по возрастанию (индекс шестерки – 0, семерки – 1, а у туза – 8).

    def can_beat(self, card1, card2):
        """
        Бьет ли card1 карту card2
        """
        nom1, suit1 = card1
        nom2, suit2 = card2

        # преобразуем строку-достоинство в численные характеристики
        nom1 = NAME_TO_VALUE[nom1]
        nom2 = NAME_TO_VALUE[nom2]

        if suit2 == self.trump:
            # если козырь, то бьет любой не козырь или козырь младше
            return suit1 != self.trump or nom2 > nom1
        elif suit1 == suit2:
            # иначе должны совпадать масти и номинал второй карты старше первой
            return nom2 > nom1
        else:
            return False

Метод завершающий ход finish_turn возвращает результат хода. В зависимости от ситуации на столе могут быть такие варианты. 1) Отбиты все карты. Тогда ход переходит к игроку, который защищался. Оба добирают из колоды недостающее число карт. 2) Не отбил что-то, тогда право хода не меняется, атакующий добирает карты, а защищающийся собирает со стола все карты к себе в руку. 3) Игра завешена, так как карт в колоде больше нет, и один из соперников тоже избавился от всех карт. Тот, кто остался с картами на руках в конце игры – ДУРАК 😉

    # константы результатов хода
    NORMAL = 'normal'
    TOOK_CARDS = 'took_cards'
    GAME_OVER = 'game_over'
    
    @property
    def attack_succeed(self):
        return any(def_card is None for def_card in self.field.values())

    def finish_turn(self):
        assert not self.winner

        took_cards = False
        if self.attack_succeed:
            # забрать все карты, если игрок не отбился в момент завершения хода
            self._take_all_field()
            took_cards = True
        else:
            # бито! очищаем поле (отдельного списка для бито нет, просто удаляем карты)
            self.field = {}

        # очередность взятия карт из колоды определяется индексом атакующего (можно сдвигать на 1, или нет)
        for p in rotate(self.players, self.attacker_index): 
            p.take_cards_from_deck(self.deck)

        # колода опустела?
        if not self.deck:
            for p in self.players:
                if not p.cards:  # если у кого-то кончились карты, он победил!
                    self.winner = p.index
                    return self.GAME_OVER

        if took_cards:
            return self.TOOK_CARDS
        else:
            # переход хода, если не отбился
            self.attacker_index = self.opponent_player.index
            return self.NORMAL

    def _take_all_field(self):
        """
        Соперник берет все катры со стола себе.  
        """
        cards = self.attacking_cards + self.defending_cards
        self.opponent_player.add_cards(cards)
        self.field = {}

Вот и вся логика. Один атакует attack, другой отбивается defend. В любой момент может быть вызван finish_turn, чтобы завершить ход. Смотрим на результат хода, и если игра окончена, то в поле winner будет индекс игрока-победителя.

Теперь реализуем локальную игру в консоли, как будто бы оба играют за одним компьютером. Функции по отрисовке состояния игры в консоль собраны в файле render.py. Не буду их разбирать подробно, так как они не так важны, а в будущем мы прикрутим графическую оболочку и консольные функции потеряют актуальность.

Сам же игровой интерфейс реализован в файле local_game.py:

from render import ConsoleRenderer
from durak import Durak
import random

def local_game():
    # rng = random.Random(42)  # игра с фиксированным рандомом (для отладки)
    rng = random.Random()  # случайная игра

    g = Durak(rng=rng)
    renderer = ConsoleRenderer()

    renderer.help()

    while not g.winner:
        renderer.render_game(g, my_index=0)

        renderer.sep()
        choice = input('Ваш выбор: ')
        # разбиваем на части: команда - пробел - номер карты
        parts = choice.lower().split(' ')
        if not parts:
            break

        command = parts[0]

        try:
            if command == 'f':
                r = g.finish_turn()
                print(f'Ход окончен: {r}')
            elif command == 'a':
                index = int(parts[1]) - 1
                card = g.current_player[index]
                if not g.attack(card):
                    print('Вы не можете ходить с этой карты!')
            elif command == 'd':
                index = int(parts[1]) - 1
                new_card = g.opponent_player[index]

                # варианты защиты выбранной картой
                variants = g.defend_variants(new_card)

                if len(variants) == 1:
                    def_index = variants[0]
                else:
                    def_index = int(input(f'Какую позицию отбить {new_card}? ')) - 1

                old_card = list(g.field.keys())[def_index]
                if not g.defend(old_card, new_card):
                    print('Не можете так отбиться')
            elif command == 'q':
                print('QUIT!')
                break
        except IndexError:
            print('Неправильный выбор карты')
        except ValueError:
            print('Введите число через пробел после команды')

        if g.winner:
            print(f'Игра окончена, победитель игрок: #{g.winner + 1}')
            break

if __name__ == '__main__':
    local_game()

Команды (a #номер карты – атака, d #номер карты – защита, просто f – завершить ход, q – выход). Номера карт задаются с 1 (там будет нумерация возле карт).

Локальную версию игры можно пощупать в браузере через replit.

Пример игры:

Козырь – [♦], 24 карт в колоде осталось.
1: 1. [7♥], 2. [10♠], 3. [J♥], 4. [K♥], 5. [A♥], 6. [A♦] <-- ходит (это я) 
2: 1. [6♠], 2. [7♠], 3. [8♣], 4. [8♦], 5. [9♦], 6. [K♣]
--------------------------------------------------------------------------------
Ваш выбор: a 1
--------------------------------------------------------------------------------
Козырь – [♦], 24 карт в колоде осталось.
1: 1. [10♠], 2. [J♥], 3. [K♥], 4. [A♥], 5. [A♦] <-- ходит (это я) 
2: 1. [6♠], 2. [7♠], 3. [8♣], 4. [8♦], 5. [9♦], 6. [K♣]

1. Ходит: [7♥] - отбиться: [  ]
--------------------------------------------------------------------------------
Ваш выбор: d 5
--------------------------------------------------------------------------------
Козырь – [♦], 24 карт в колоде осталось.
1: 1. [10♠], 2. [J♥], 3. [K♥], 4. [A♥], 5. [A♦] <-- ходит (это я) 
2: 1. [6♠], 2. [7♠], 3. [8♣], 4. [8♦], 5. [K♣]

1. Ходит: [7♥] - отбиться: [9♦]
--------------------------------------------------------------------------------
Ваш выбор: f
Ход окончен: normal
--------------------------------------------------------------------------------
Козырь – [♦], 22 карт в колоде осталось.
1: 1. [10♠], 2. [J♥], 3. [K♥], 4. [K♦], 5. [A♥], 6. [A♦] (это я) 
2: 1. [6♠], 2. [7♠], 3. [7♦], 4. [8♣], 5. [8♦], 6. [K♣] <-- ходит
--------------------------------------------------------------------------------
Ваш выбор: 

Весь код будет доступен в репозитории. О сетевой подсистеме игры я расскажу в следующих частях очень скоро!

Специально для канала @pyway. Подписывайтесь на мой канал в Телеграм @pyway 👈 

Балда iMessage

Вышла первая версия моей Балды для iMessage (можно играть в сообщениях только на устройствах Apple с операционной системой iOS 10 и выше). Игра написана в рамках изучения языка Swift.

Ссылка: https://itunes.apple.com/ru/app/balda-s-druz-ami/id980303614?l=en&mt=8

simulator-screen-shot-10-nov-2016-16-19-11simulator-screen-shot-10-nov-2016-16-19-19 simulator-screen-shot-10-nov-2016-16-19-30