Le serpent

🙏 Projet original par Aurélien Noce (@ushu).

Introduction

Ce TP vous propose de développer un petit jeu en Python. Il constitue une introduction à la conception et à la réalisation d’un programme complet.

Son sujet est un standard du jeu vidéo, le 🐍 snake.

De nombreuses variantes de ce jeu existent ; slither.io est un bon exemple de snake modernisé (et notamment, massivement multijoueur !).

Rassurez-vous, notre objectif sera modeste et donc proche de la version classique du jeu : nous réaliserons plusieurs versions d’un programme qui marche (et pas un programme parfait) dont les fonctionnalités s’enrichiront à chaque nouvelle étape.

Prérequis

Commencez par créer un environnement nommé snake, dédié au TP et contenant Python 3.10

(base) $ conda create -n snake python=3.10

Puis activez-le

(base) $ conda activate snake

Vous devriez alors avoir une nouvelle invite de commande :

(snake) $

Installez ensuite le module pygame avec pip dans cet environnement :

(snake) $ pip install pygame

Pour tester votre installation, lancez le programme d’exemple :

(snake) $ python -m pygame.examples.aliens

Avec Visual Studio Code

Suggestion #1.  Installez l’extension de VS Code pour Python.

Suggestion #2. Indiquez à VS Code (et pas uniquement au terminal) qu’on souhaite travailler dans l’environnement conda snake : cliquez dans la bannière du bas la zone qui indique le Python courant.

Code de démarrage

Notre point de départ : un arrière-plan dont la couleur varie aléatoirement.

import random
import pygame

pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode([300, 300])
clock = pygame.time.Clock()

while True:
    red = random.randint(0, 255)
    green = random.randint(0, 255)
    blue = random.randint(0, 255)
    color = [red, green, blue]
    screen.fill(color)
    pygame.display.update()
    clock.tick(1)

Copiez ce code dans un fichier snake.py et exécutez-le :

(snake) $ python snake.py

Exercices

• 🗔 Fenêtre. Agrandissez la fenêtre du jeu – initialement 300x300 – pour adopter une taille de votre choix.

• ⏲️ Horloge. Dans l’appel à la fonction clock.tick,

  • remplacez l’argument 1 par 2 (puis exécutez le programme),

  • procédez de même avec 5,

  • puis supprimez (ou commentez) l’appel à clock.tick.

  Que se passe-t’il dans chaque cas ? A votre avis, quel est le rôle de la fonction clock.tick et de son argument ?

• 🖌️ Affichage. Que se passe-t’il si l’on commente la ligne pygame.display.update() ? Savez-vous expliquer ce phénomène ?

• 🎨 Couleurs. Faites en sorte que les couleurs qui s’affichent soient toujours aléatoires, mais uniquement parmi des nuances de bleu.

  🗝️ On pourra consulter l’annexe “Codes RGB”.

Événements

Pygame permet de spécifier comment réagir aux actions de l’utilisateur, par exemple son utilisation du clavier ou de la souris.

Nous pouvons ainsi faire en sorte de forcer l’arrêt du programme lorsque l’utilisateur clique sur le bouton de fermeture de la fenêtre ou appuie sur la touche Q :

import random
import sys
import pygame

pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode([300, 300])
clock = pygame.time.Clock()

while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            sys.exit()
        elif event.type == pygame.KEYDOWN:
            if event.key == pygame.K_q:
                pygame.quit()
                sys.exit()
    red = random.randint(0, 255)
    green = random.randint(0, 255)
    blue = random.randint(0, 255)
    color = [red, green, blue]
    screen.fill(color)
    pygame.display.update()
    clock.tick(1)

Modifier ce programme pour que lorsque l’utilisateur presse les flêches de son clavier, le programme affiche (avec la fonction print) les caractères ←, ↑, → ou ↓ dans le terminal.

🗝️ Le code renvoyé par la flêche vers le haut est pygame.K_UP par exemple.

Le damier

Nous allons commencer par construire notre plateau de jeu ainsi :

• le plateau de jeu est découpé en 30x30 cases,

• chaque case fait 20 pixels de côté.

Pour vérifier la validité de ce plateau de jeu, écrivez un programme qui dessine un damier :

🗝️ Vous pouvez utiliser la méthode pygame.draw.rect :

x = 100
y = 100
width = 30
height = 30
rect = [x, y, width, height]
red = 255
green = 0
blue = 0
color = [red, green, blue]
pygame.draw.rect(screen, color, rect)

Un serpent fixe

L’étape suivante est de dessiner le serpent, comme une suite de segments représentés par des rectangles colorés. On veut dessiner le serpent aux coordonnées suivantes :

snake = [
    [10, 15],
    [11, 15],
    [12, 15],
]

pour obtenir un schéma comme suit ; disons pour fixer les idées que dans ce cas de figure [10, 15] est la queue et [12, 15] est la tête :

import sys
import pygame

white = [255, 255, 255]
black = [0, 0, 0]
snake = [
[10, 15],
[11, 15],
[12, 15],
]

pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode([20*30, 20*30])
clock = pygame.time.Clock()
while True:
for event in pygame.event.get():
if event.type == pygame.QUIT:
pygame.quit()
sys.exit()
elif event.type == pygame.KEYDOWN:
if event.key == pygame.K_q:
pygame.quit()
sys.exit()
screen.fill(white)
for x, y in snake:
rect = [x*20, y*20, 20, 20]
pygame.draw.rect(screen, black, rect)  
 pygame.display.update()
clock.tick(1)

Un serpent qui bouge

Ensuite, nous allons faire bouger le serpent :

• nous créons un vecteur de “direction”, par exemple

  direction = [1, 0]

• à chaque itération de la boucle, nous pouvons déplacer le serpent dans cette direction en “ajoutant” ce vecteur à la position de la tête du serpent

Une fois que le serpent bouge, ajouter les commandes pour se déplacer dans les 4 directions, en appuyant sur les touches de direction du clavier.

Aussi on peut commencer à envisager d’accélérer un peu le jeu à ce stade …

Bonus. Faites en sorte que le serpent ne puisse pas faire demi-tour.

import sys
import pygame

white = [255, 255, 255]
black = [0, 0, 0]
snake = [
    [10, 15],
    [11, 15],
    [12, 15],
]
direction = [1, 0]

pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode([20*30, 20*30])
clock = pygame.time.Clock()
while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            sys.exit()
        elif event.type == pygame.KEYDOWN:
            if event.key == pygame.K_q:
                pygame.quit()
                sys.exit()
            if event.key == pygame.K_UP:
                direction = [0.0, -1.0]
            elif event.key == pygame.K_LEFT:
                direction = [-1.0, 0.0]
            elif event.key == pygame.K_DOWN:
                direction = [0.0, 1.0]
            elif event.key == pygame.K_RIGHT:
                direction = [1.0, 0.0]
    head = snake[-1]
    new_head = [
      head[0] + direction[0],
      head[1] + direction[1]
    ]
    snake = snake[1:] + [new_head]
    screen.fill(white)
    for x, y in snake:
        rect = [x*20, y*20, 20, 20]
        pygame.draw.rect(screen, black, rect)
    pygame.display.update()
    clock.tick(1)

Le fruit

Il faut maintenant faire manger notre serpent. On va procéder comme suit:

• on a toujours la position du serpent dans une variable snake :

• on génère un “fruit”, dans une position aléatoire

  fruit = [10, 10]

• quand la tête du serpent mange le fruit, on place un nouveau fruit à une position aléatoire et on allonge le serpent d’une case

  

import random
import sys
import pygame

white = [255, 255, 255]
black = [0, 0, 0]
red = [255, 0, 0]
snake = [
    [10, 15],
    [11, 15],
    [12, 15],
]
direction = [1, 0]
fruit = [10, 10]

pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode([20*30, 20*30])
clock = pygame.time.Clock()
while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            sys.exit()
        elif event.type == pygame.KEYDOWN:
            if event.key == pygame.K_q:
                pygame.quit()
                sys.exit()
            if event.key == pygame.K_UP:
                direction = [0, -1]
            elif event.key == pygame.K_LEFT:
                direction = [-1, 0]
            elif event.key == pygame.K_DOWN:
                direction = [0, 1]
            elif event.key == pygame.K_RIGHT:
                direction = [1, 0]
    head = snake[-1]
    new_head = [
      head[0] + direction[0],
      head[1] + direction[1]
    ]
    if new_head == fruit:
        snake = snake + [new_head]
        fruit = [
            random.randint(0, 29),
            random.randint(0, 29)
        ]
    else:
        snake = snake[1:] + [new_head]
    screen.fill(white)
    for x, y in snake:
        rect = [x*20, y*20, 20, 20]
        pygame.draw.rect(screen, black, rect)
    rect = [fruit[0]*20, fruit[1]*20, 20, 20]
    pygame.draw.rect(screen, red, rect)
    pygame.display.update()
    clock.tick(1)

Épilogue

Il nous reste deux petits changements pour avoir un serpent complètement fonctionnel :

• Il faut détecter si le serpent se mord la queue, ou touche un des murs, ce qui est une condition d’échec.

• Enfin on peut afficher le score. La façon la plus simple de procéder est de changer le titre de la fenêtre, avec la fonction set_caption :

  score = 0
  pygame.display.set_caption(f"🐍 Score: {score}")

import random
import sys
import pygame

white = [255, 255, 255]
black = [0, 0, 0]
red = [255, 0, 0]
snake = [
    [10, 15],
    [11, 15],
    [12, 15],
]
direction = [1, 0]
fruit = [10, 10]
score = 0

pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode([20*30, 20*30])
clock = pygame.time.Clock()
while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            sys.exit()
        elif event.type == pygame.KEYDOWN:
            if event.key == pygame.K_q:
                pygame.quit()
                sys.exit()
            if event.key == pygame.K_UP:
                direction = [0, -1]
            elif event.key == pygame.K_LEFT:
                direction = [-1, 0]
            elif event.key == pygame.K_DOWN:
                direction = [0, 1]
            elif event.key == pygame.K_RIGHT:
                direction = [1, 0]
    head = snake[-1]
    new_head = [
      head[0] + direction[0],
      head[1] + direction[1]
    ]
    if (
        new_head in snake
        or new_head[0] < 0
        or new_head[0] >= 30
        or new_head[1] < 0
        or new_head[1] >= 30
    ):
        pygame.quit()
        sys.exit()
    if new_head == fruit:
        score = score + 1
        snake = snake + [new_head]
        fruit = [
            random.randint(0, 29),
            random.randint(0, 29)
        ]
    else:
        snake = snake[1:] + [new_head]
    screen.fill(white)
    for x, y in snake:
        rect = [x*20, y*20, 20, 20]
        pygame.draw.rect(screen, black, rect)
    rect = [fruit[0]*20, fruit[1]*20, 20, 20]
    pygame.draw.rect(screen, red, rect)
    pygame.display.update()
    pygame.display.set_caption(f"🐍 Score: {score}")
    clock.tick(1)

Annexe – Codes RGB

La couleur d’un pixel est décrite par son code RGB : un triplet d’entiers compris entre 0 et 255 qui déterminent l’intensité de ses composantes rouge, verte et bleue. On a par exemple :

R G B Couleur

   255           0           0      🟥
     0         255           0      🟩
     0           0         255      🟦
   255         255         255      ⬜
     0           0           0      ⬛
   128          64           0      🟫
   255         128           0      🟧
   255         255           0      🟨
   106          13         173      🟪