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人工知能に関する断創録

人工知能、認知科学、心理学、ロボティクス、生物学などに興味を持っています。このブログでは人工知能のさまざまな分野について調査したことをまとめています。最近は、機械学習・Deep Learningに関する記事が多いです。



1945

Pygame

縦スクロールのシューティングゲームです。このゲームは、Game Programming at scriptedfunさんのページを参考にしています。カテゴリの1945に作り方のチュートリアルがあります。素材は、FLYING YOGI(リンク切れ)さん、効果音はザ・マッチメイカァズさんからお借りしています。ソースコードの解説は特にしませんが、インベーダー編を理解できれば読めるレベルだと思います。

1945.zip
f:id:aidiary:20100814095251p:plain
f:id:aidiary:20100814095252p:plain

遊び方

  • タイトル画面では上下矢印でメニューを選択し、スペースキーでスタートします。
  • ゲームが始まったらマウス操作で自機を操作して左クリックで弾を発射します。
  • ゲームオーバー画面でスペースキーを押すとタイトル画面に戻ります。

ソースコード

#!/usr/bin/env python
#coding: utf-8
import pygame
from pygame.locals import *
import os
import math
import random
import sys

# 参考:http://scriptedfun.com
# 画像:http://www.flyingyogi.com/fun/spritelib.html
# 効果音:http://osabisi.sakura.ne.jp/m2/
# MIT License

SCR_RECT = Rect(0, 0, 640, 480)
PLAY_MENU, QUIT_MENU = (0, 1)      # メニュー項目
TITLE, PLAY, GAMEOVER = (0, 1, 2)  # ゲーム状態

class Main:
    def __init__(self):
        pygame.init()
        screen = pygame.display.set_mode(SCR_RECT.size)
        pygame.display.set_caption("1945")
        # 素材のロード
        self.load_images()
        self.load_sounds()
        # ゲームの初期化
        self.init_game()
        clock = pygame.time.Clock()
        while True:
            clock.tick(60)
            screen.fill((255,0,0))
            self.update()
            self.draw(screen)
            pygame.display.update()
            self.key_handler()
    def init_game(self):
        """ゲームの初期化"""
        self.game_state = TITLE
        self.cur_menu = PLAY_MENU
        # スプライトグループの作成
        self.all = pygame.sprite.RenderUpdates()
        self.shots = pygame.sprite.Group()
        self.enemies = pygame.sprite.Group()
        self.bombs = pygame.sprite.Group()
        self.obstacles = pygame.sprite.Group()
        self.explosion = pygame.sprite.Group()
        # デフォルトスプライトグループの登録
        Plane.containers = self.all
        Shot.containers = self.shots, self.all
        Enemy.containers = self.enemies, self.obstacles, self.all
        Bomb.containers = self.bombs, self.obstacles, self.all
        Explosion.containers = self.all
        PlaneExplosion.containers = self.all
        # オブジェクトの作成
        self.battlefield = Battlefield()
        self.plane = Plane()
        Bomb.plane = self.plane  # 発射角度を計算するのに必要
        self.score_board = ScoreBoard()
    def update(self):
        if self.game_state == TITLE:
            # タイトル画面は戦場と敵機のみ更新
            self.battlefield.update()
            self.enemies.update()
        elif self.game_state == PLAY:
            self.battlefield.update()
            self.all.update()
            self.collide_detection()
        elif self.game_state == GAMEOVER:
            self.battlefield.update()
            self.enemies.update()
    def draw(self, screen):
        if self.game_state == TITLE:
            # タイトル画面は戦場と敵機のみ描画
            screen.blit(self.battlefield.ocean, (0,0), self.battlefield.offset())
            self.enemies.draw(screen)
            # タイトルを描画
            screen.blit(self.title_image, (182,80))
            # メニューを描画
            screen.blit(self.play_game_image, (280,300))
            screen.blit(self.quit_image, (280,350))
            if self.cur_menu == PLAY_MENU:    # PLAY GAME
                screen.blit(self.cursor_image, (270,300))
            elif self.cur_menu == QUIT_MENU:  # QUIT
                screen.blit(self.cursor_image, (270,350))
        elif self.game_state == PLAY:
            screen.blit(self.battlefield.ocean, (0,0), self.battlefield.offset())
            self.all.draw(screen)
            # スコア表示
            self.score_board.draw(screen)
            # 残機表示
            for i in range(self.plane.power):
                screen.blit(self.plane.power_image, (10+i*self.plane.power_image.get_width(),440))
        elif self.game_state == GAMEOVER:
            screen.blit(self.battlefield.ocean, (0,0), self.battlefield.offset())
            self.enemies.draw(screen)
            # スコア表示
            self.score_board.draw(screen)
            # ゲームオーバー表示
            screen.blit(self.gameover_image, (272,150))
    def key_handler(self):
        for event in pygame.event.get():
            if event.type == QUIT:
                pygame.quit()
                sys.exit()
            elif event.type == KEYDOWN:
                if event.key == K_ESCAPE:
                    pygame.quit()
                    sys.exit()
                elif event.key == K_UP:
                    # メニューカーソル移動
                    self.cursor_sound.play()
                    self.cur_menu -= 1
                    if self.cur_menu < 0:
                        self.cur_menu = 0
                elif event.key == K_DOWN:
                    # メニューカーソル移動
                    self.cursor_sound.play()
                    self.cur_menu += 1
                    if self.cur_menu > 1:
                        self.cur_menu = 1
                elif event.key == K_SPACE:
                    if self.game_state == TITLE:
                        # メニュー選択
                        self.select_sound.play()
                        if self.cur_menu == PLAY_MENU:
                            # ゲーム開始!
                            self.init_game()
                            self.game_state = PLAY
                        elif self.cur_menu == QUIT_MENU:
                            pygame.quit()
                            sys.exit()
                    elif self.game_state == GAMEOVER:
                        self.game_state = TITLE
    def collide_detection(self):
        """衝突判定"""
        # 弾と敵機
        for enemy in pygame.sprite.groupcollide(self.enemies, self.shots, 1, 1).keys():
            Explosion(enemy)
            Enemy.bomb_sound.play()
            self.score_board.add_score(10)  # 敵機を撃墜すると+10点
        # 自機と敵機、敵機の弾
        if not self.plane.invincible:
            if pygame.sprite.spritecollide(self.plane, self.obstacles, 1):
                self.plane.on_invincible()  # 接触後は無敵状態へ
                # 自機の爆発エフェクト
                PlaneExplosion(self.plane)
                Plane.bomb_sound.play()
                self.plane.power -= 1
                if self.plane.power == 0:
                    self.game_state = GAMEOVER  # ゲームオーバー!
    def load_images(self):
        """一枚絵から画像をロード"""
        sprite_sheet = SpriteSheet("1945.png")
        # 海タイルの画像
        Battlefield.ocean_tile = sprite_sheet.image_at((268,367,32,32))
        # 自機の画像
        Plane.opaque_images = sprite_sheet.images_at([(305,113,61,49), (305,179,61,49), (305,245,61,49)], -1)
        # 自機の透明画像(一時無敵状態)
        Plane.transparent_images = sprite_sheet.images_at([(305,113,61,49), (305,179,61,49), (305,245,61,49)], -1)
        for image in Plane.transparent_images:
            image.set_alpha(80)
        # 弾の画像
        Shot.image = sprite_sheet.image_at((48,176,9,20), -1)
        # 敵機の画像
        Enemy.image_sets = [
            sprite_sheet.images_at([(4,466,32,32), (37,466,32,32), (70,466,32,32)], -1),     # 濃緑
            sprite_sheet.images_at([(103,466,32,32), (136,466,32,32), (169,466,32,32)], -1), # 白
            sprite_sheet.images_at([(202,466,32,32), (235,466,32,32), (268,466,32,32)], -1), # 薄緑
            sprite_sheet.images_at([(301,466,32,32), (334,466,32,32), (367,466,32,32)], -1), # 青
            sprite_sheet.images_at([(4,499,32,32), (37,499,32,32), (70,499,32,32)], -1)]     # オレンジ
        # 敵機の弾の画像
        Bomb.image = sprite_sheet.image_at((278,113,13,13), -1)
        # 敵機の爆発エフェクトの画像
        Explosion.images = sprite_sheet.images_at([(70,169,32,32), (103,169,32,32),
            (136,169,32,32), (169,169,32,32), (202,169,32,32), (235,169,32,32)], -1)
        # 自機の爆発エフェクトの画像
        PlaneExplosion.images = sprite_sheet.images_at([(4,301,65,65), (70,301,65,65),
            (136,301,65,65), (202,301,65,65), (268,301,65,65), (334,301,65,65), (400,301,65,65)], -1)
        # 数字(0-9)
        ScoreBoard.number_images = sprite_sheet.images_at([(580,107,9,12), (590,107,9,12),
            (601,107,9,12), (611,107,9,12), (621,107,9,12), (632,107,9,12),
            (642,107,9,12), (652,107,9,12), (662,107,9,12), (672,107,9,12)], -1)
        # SCORE:
        ScoreBoard.score_label = sprite_sheet.image_at((574,161,59,12), -1)
        # 残機表示
        Plane.power_image = sprite_sheet.image_at((202,268,31,31), -1)
        # タイトル画像
        self.title_image = sprite_sheet.image_at((104,578,275,138), -1)
        # メニュー画像
        self.play_game_image = sprite_sheet.image_at((580,389,95,14), -1)
        self.quit_image = sprite_sheet.image_at((580,461,42,14), -1)
        self.cursor_image = sprite_sheet.image_at((569,389,7,12), -1)
        # ゲームオーバー画像
        self.gameover_image = sprite_sheet.image_at((303,520,96,12), -1)
    def load_sounds(self):
        """サウンドのロード"""
        Plane.bomb_sound = load_sound("bom28_a.wav")
        Enemy.bomb_sound = load_sound("bom24.wav")
        self.cursor_sound = load_sound("cursor07.wav")
        self.select_sound = load_sound("cursor02.wav")

class SpriteSheet:
    """スプライトの一枚絵を管理するクラス"""
    def __init__(self, filename):
        self.sheet = load_image(filename)
    def image_at(self, rect, colorkey=None):
        """一枚絵からrectで指定した部分を切り取った画像を返す"""
        rect = Rect(rect)
        image = pygame.Surface(rect.size).convert()
        image.blit(self.sheet, (0, 0), rect)
        return image_colorkey(image, colorkey)
    def images_at(self, rects, colorkey=None):
        """一枚絵からrectsで指定した部分を切り取った画像リストを返す"""
        images = []
        for rect in rects:
            images.append(self.image_at(rect, colorkey))
        return images

class Battlefield:
    """戦場クラス"""
    speed = 1         # スクロール速度
    enemy_prob = 12   # 敵機の出現頻度
    def __init__(self):
        w = SCR_RECT.width
        h = SCR_RECT.height
        self.tileside = self.ocean_tile.get_height()
        self.counter = 0
        # Y方向はスクロールする1マス分大きく確保
        self.ocean = pygame.Surface((w, h+self.tileside)).convert()
        for y in range(h/self.tileside+1):
            for x in range(w/self.tileside):
                self.ocean.blit(self.ocean_tile, (x*self.tileside, y*self.tileside))
    def offset(self):
        self.counter = (self.counter - self.speed) % self.tileside
        return (0, self.counter, SCR_RECT.width, SCR_RECT.height)
    def update(self):
        # 0からenemy_probまでの乱数を出して0が出たら敵機が出現
        # enemy_probが大きいと出にくくなる
        if not random.randrange(self.enemy_prob):
            Enemy()

class Plane(pygame.sprite.Sprite):
    """自機クラス"""
    guns = [(17,19), (39,19)]  # 銃口の位置
    animcycle = 1              # アニメーション速度
    reload_time = 15           # リロード時間
    def __init__(self):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self, self.containers)
        self.on_invincible()
        self.image = self.images[0]
        self.rect = self.image.get_rect()
        self.reload_timer = 0
        self.frame = 0
        self.max_frame = len(self.images) * self.animcycle
        self.power = 3
    def on_invincible(self):
        """無敵状態(透明)"""
        self.images = self.transparent_images
        self.invincible = True
    def off_invincible(self):
        """無敵状態解除"""
        self.images = self.opaque_images
        self.invincible = False
    def update(self):
        self.rect.center = pygame.mouse.get_pos()
        self.rect = self.rect.clamp(SCR_RECT)
        # アニメション
        self.frame = (self.frame + 1) % self.max_frame
        self.image = self.images[self.frame/self.animcycle]
        # 装填中
        if self.reload_timer > 0:
            self.reload_timer -= 1
        # 弾を発射する
        firing = pygame.mouse.get_pressed()[0]
        if firing and self.reload_timer == 0:
            if self.invincible:
                self.off_invincible()
            self.reload_timer = self.reload_time
            # 各銃口から弾を発射
            for gun in self.guns:
                Shot((self.rect.left+gun[0], self.rect.top+gun[1]))

class Enemy(pygame.sprite.Sprite):
    """敵機クラス"""
    gun = (16, 19)   # 銃口の位置
    animcycle = 2    # アニメーション速度
    speed = 3        # 移動速度
    shot_prob = 350  # 爆弾発射の頻度
    def __init__(self):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self, self.containers)
        self.images = random.choice(self.image_sets)
        self.image = self.images[0]
        self.frame = 0
        self.max_frame = len(self.images) * self.animcycle
        # 出現位置はランダム
        self.rect = self.image.get_rect()
        self.rect.left = random.randrange(SCR_RECT.width - self.rect.width)
        self.rect.bottom = SCR_RECT.top
    def update(self):
        # まっすぐ下へ移動
        self.rect.move_ip(0, self.speed)
        # アニメーション
        self.frame = (self.frame + 1) % self.max_frame
        self.image = self.images[self.frame/self.animcycle]
        # 下端へ達したら消滅
        if self.rect.top > SCR_RECT.bottom:
            self.kill()
        # 爆弾を発射
        if not random.randrange(self.shot_prob):
            Bomb((self.rect.left+self.gun[0], self.rect.top+self.gun[1]))

class Shot(pygame.sprite.Sprite):
    """自機が発射する弾クラス"""
    speed = 9
    def __init__(self, pos):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self, self.containers)
        self.rect = self.image.get_rect()
        self.rect.center = pos
    def update(self):
        # 上に飛んでいき、画面外に出たら消滅
        self.rect.move_ip(0, -self.speed)
        if self.rect.top < 0:
            self.kill()

class Bomb(pygame.sprite.Sprite):
    """敵機が発射する弾クラス"""
    speed = 5
    def __init__(self, gun):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self, self.containers)
        self.rect = self.image.get_rect()
        # 引数で与えた銃口から発射
        self.rect.centerx, self.rect.centery = gun[0], gun[1]
        # 浮動小数点数の座標
        self.fpx = float(self.rect.centerx)
        self.fpy = float(self.rect.centery)
        # 銃口と自機の角度を計算(self.planeはMainで要セット)
        angle = math.atan2(self.plane.rect.centery-gun[1], self.plane.rect.centerx-gun[0])
        # 移動速度を計算(浮動小数点数)
        self.fpdx = self.speed * math.cos(angle)
        self.fpdy = self.speed * math.sin(angle)
    def update(self):
        # 移動は浮動小数点数で計算(座標が正確)
        self.fpx = self.fpx + self.fpdx
        self.fpy = self.fpy + self.fpdy
        # 描画は整数で(self.rectはスプライトの描画時に使われる)
        self.rect.centerx = int(self.fpx)
        self.rect.centery = int(self.fpy)
        # 画面外だったら消滅
        if not SCR_RECT.contains(self.rect):
            self.kill()

class Explosion(pygame.sprite.Sprite):
    """敵機の爆発エフェクトクラス"""
    animcycle = 4
    def __init__(self, enemy):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self, self.containers)
        self.image = self.images[0]
        self.frame = 0
        self.max_frame = len(self.images) * self.animcycle
        self.rect = self.image.get_rect()
        self.rect.center = enemy.rect.center  # 敵機の中心で爆発
    def update(self):
        self.image = self.images[self.frame/self.animcycle]
        self.frame += 1
        # アニメーションを最後まで再生したら消滅
        if self.frame == self.max_frame:
            self.kill()

class PlaneExplosion(pygame.sprite.Sprite):
    """自機の爆発エフェクトクラス"""
    animcycle = 4
    def __init__(self, plane):
        pygame.sprite.Sprite.__init__(self, self.containers)
        self.image = self.images[0]
        self.frame = 0
        self.max_frame = len(self.images) * self.animcycle
        self.rect = self.image.get_rect()
        self.rect.center = plane.rect.center  # 自機の中心で爆発
    def update(self):
        self.image = self.images[self.frame/self.animcycle]
        self.frame += 1
        # アニメーションを最後まで再生したら消滅
        if self.frame == self.max_frame:
            self.kill()

class ScoreBoard():
    """スコアボード"""
    def __init__(self):
        self.score = 0
        # self.number_imagesはMainでセット
        self.number_width = self.number_images[0].get_width()
        self.number_height = self.number_images[1].get_height()
    def draw(self, screen):
        # スコアは左0詰めの5桁
        score_string = "%05d" % self.score
        # スコアを画像で組み立て
        score_image = pygame.Surface((self.number_width*5,self.number_height)).convert()
        score_image = image_colorkey(score_image, -1)
        for i in range(5):
            score_image.blit(self.number_images[int(score_string[i])], (i*self.number_width,0))
        # self.score_labelはMainでセット
        screen.blit(self.score_label, (10,10))
        screen.blit(score_image, (80, 10))
    def add_score(self, x):
        self.score += x

def image_colorkey(image, colorkey):
    """画像にカラーキーを設定"""
    if colorkey is not None:
        if colorkey is -1:
            colorkey = image.get_at((0,0))
        image.set_colorkey(colorkey, RLEACCEL)
    return image

def load_image(filename, colorkey=None):
    """画像をロード"""
    filename = os.path.join("data", filename)
    try:
        image = pygame.image.load(filename).convert()
    except pygame.error, message:
        print "Cannot load image:", filename
        raise SystemExit, message
    return image_colorkey(image, colorkey)

def load_sound(filename):
    """サウンドをロード"""
    filename = os.path.join("data", filename)
    return pygame.mixer.Sound(filename)

if __name__ == "__main__":
    Main()