Создание игры «Тетрис» на C++ с использованием OpenGL.
Создание классической игры «Тетрис» — это отличный проект для изучения программирования графики, работы с окнами и ввода с клавиатуры. В нашей статье мы подробно рассмотрим, как реализовать «Тетрис» на языке C++ с применением библиотеки OpenGL для визуализации. OpenGL предоставляет мощный и гибкий инструмент для отрисовки двумерной и трёхмерной графики, что позволит нам создать плавную и привлекательную игру.
Мы рассмотрим основные этапы разработки: от создания окна приложения и отображения игровой сетки до обработки управления и логики падающих фигур. Благодаря подробному разбору кода и архитектуры вы сможете самостоятельно воспроизвести и модифицировать игру под свои нужды.
Подготовка окружения и выбор инструментов
Для начала разработки «Тетриса» на C++ с использованием OpenGL, необходимо подготовить рабочую среду и выбрать подходящие библиотеки. Ядро визуализации будет опираться на OpenGL, но стоит использовать дополнительную библиотеку для удобного создания окон и обработки событий — чаще всего это GLFW или SDL.
Мы рекомендуем использовать GLFW из-за простоты в настройке и широкого распространения в проектах OpenGL. Кроме того, потребуется библиотека GLAD или GLEW для загрузки функций OpenGL, а также базовые инструменты компиляции — GCC, Clang или MSVC в зависимости от платформы.
Основные библиотеки и инструменты
- GLFW — создает окно, обрабатывает ввод и события.
- GLAD/GLEW — загрузка расширений OpenGL.
- OpenGL — собственно графический API для отрисовки фигур.
- C++17 или новее — для современного синтаксиса и удобств языка.
Для работы установите пакеты GLFW и GLAD (с помощью менеджеров пакетов или вручную), настройте проект в вашей IDE или через CMake, подключите заголовочные файлы и библиотеки.
Структура и базовая архитектура игры
«Тетрис» состоит из нескольких ключевых компонентов: игрового поля, падающих фигур (тетромино), логики управления фигурой и обработки столкновений, а также системы подсчёта очков и уровней. В нашей реализации все эти части будут реализованы в отдельных классах и модулях для удобства понимания и масштабирования.
Основные классы:
- Game — основной класс, отвечающий за цикл игры и связь между компонентами.
- Board — игровое поле, представляющее собой сетку ячеек с проверкой заполнения.
- Piece — фигура тетромино, со своими позициями и типами.
- Renderer — класс, отвечающий за отрисовку сетки и фигур с использованием OpenGL.
Игровая сетка
Игровая сетка у «Тетриса» обычно имеет размеры 10 по ширине и 20 по высоте. Каждая ячейка сетки может быть пустой или заполненной цветной частью фигуры. Эта сетка хранится в виде двумерного массива целых чисел или перечисления, чтобы быстро проверять столкновения и удалять заполненные линии.
Важно обеспечить эффективное обновление состояния сетки при падении фигур и удалении линий, а также корректно проверять окончания игры, если новая фигура не может появиться.
Реализация фигур Тетромино
В классической версии «Тетриса» используются 7 типов фигур, состоящих из 4 блоков: I, O, T, S, Z, J и L. Каждая фигура имеет фиксированную форму, которую можно поворачивать на 90 градусов по часовой или против часовой стрелки.
Для удобства реализации фигуры обычно задаются в виде двумерных матриц 4×4 или списков координат четырёх точек внутри их локальной системы координат. Повороты реализуются либо по формуле вращения координат, либо через заранее подготовленные массивы всех 4 ориентаций фигур.
Пример представления фигуры в коде
| Тип фигуры | Обозначение | Описание формы |
|---|---|---|
| «I» | Изогнутая линия из 4 блоков | Вертикальная или горизонтальная линия из 4 ячеек |
| «O» | Квадрат 2×2 | Стабильная фигура без поворотов |
| «T» | Т-образная фигура | Три блока в ряд с центральным блоком под ними |
| «S» | Зигзагообразная | Две строки по две блоки, смещённые по горизонтали |
| «Z» | Обратный S | Аналогична S, зеркальная форма |
| «J» | Г-образная | Три блока в ряд с одним ниже слева |
| «L» | Обратный J | Три блока в ряд с одним нже справа |
При реализации логики поворота важно исключать выход фигуры за пределы игрового поля и учесть коллизии с уже размещёнными блоками.
Отрисовка игры с помощью OpenGL
Основной задачей визуализации в «Тетрисе» является отображение игрового поля и падающих фигур. В OpenGL мы будем использовать двумерные квадраты (квадрис или прямоугольники), раскрашенные в разные цвета, чтобы реально представить каждую ячейку.
Для упрощения визуализации можно работать с ортографической проекцией и заранее определить размер клетки в пикселях или условных единицах координат. При отрисовке начнем с очистки буфера цвета, затем отрисуем сетку и последовательно все активные и уже закрепленные фигуры.
Пошаговая отрисовка
- Настроить камеру на ортографию и размер окна.
- Очистить экран перед кадром.
- Отрисовать игровое поле — сетку клеток (можно пунктиром).
- Пройтись по массиву игрового поля и отрисовать заполненные ячейки с нужным цветом.
- Отрисовать текущую падающую фигуру поверх сетки.
- Обновить экран (swap buffers).
Для заполнения цветом в OpenGL можно использовать простые шейдеры или даже фиксированную функцию для старых версий OpenGL, если задача стоит максимально просто. Главное — поддерживать постоянную частоту обновления и отзывчивость интерфейса.
Обработка ввода и управление игрой
Управление фигурой «Тетриса» происходит с клавиатуры: игрок может сдвигать фигуру влево и вправо, поворачивать её и ускорять падение. Для этого через GLFW (или другую библиотеку) обабатываются события клавиш.
Основные действия:
- Левая и правая стрелки — сдвиг фигуры горизонтально.
- Стрелка вверх — поворот фигуры.
- Стрелка вниз — ускоренное падение.
Важно сделать задержку между повторами нажатия клавиш, чтобы фигура не двигалась слишком быстро, и обеспечивать плавное падение с фиксированной скоростью, увеличивающейся с уровнем сложности.
Логика игры: столкновения, удаление линий, подсчёт очков
Ключевая часть «Тетриса» — проверка столкновений текущей фигуры с границами игрового поля и уже размещёнными блоками. Если столкновение происходит при попытке сдвинуть или повернуть фигуру, действие отменяется.
При «приземлении» фигуры (когда она больше не может опуститься вниз) её блоки записываются в игровое поле, затем проверяется заполненность линий. Полностью заполненные линии удаляются, а строки сверху сдвигаются вниз.
Подсчёт очков
Подсчёт очков в «Тетрисе» зависит от количества удалённых линий за ход:
| Количество удалённых линий | Очки |
|---|---|
| 1 | 100 |
| 2 | 300 |
| 3 | 500 |
| 4 (Тетрис) | 800 |
С увеличением уровня повышается скорость падения фигур, усложняя игру.
Пример кода ключевых компонентов
Ниже представлен упрощённый пример инициализации игрового поля и движения фигуры:
class Board {
public:
static constexpr int width = 10;
static constexpr int height = 20;
int grid[height][width] = {{0}};
bool isCellEmpty(int x, int y) const {
if (x < 0 || x >= width || y < 0 || y >= height) return false;
return grid[y][x] == 0;
}
};
struct Point {
int x, y;
};
class Piece {
public:
std::vector<Point> blocks;
Point position;
void move(int dx, int dy) {
position.x += dx;
position.y += dy;
}
bool canMove(const Board& board, int dx, int dy) {
for(auto& b : blocks) {
int nx = position.x + b.x + dx;
int ny = position.y + b.y + dy;
if (!board.isCellEmpty(nx, ny)) return false;
}
return true;
}
};
Далее можно расширять этот скелет вращением, отрисовкой и событиями управления.
Заключение
Создание игры «Тетрис» на C++ с использованием OpenGL — это увлекательный и познавательный проект, который позволяет закрепить знания в программировании, работе с системами ввода/вывода и визуальными библиотеками. Мы подробно рассмотрели ключевые этапы разработки: подготовку окружения, структуру игры, создание фигур и игровой логики, визуализацию и обработку управления.
Разумеется, реализованный код можно улучшать и расширять: добавить анимации, звуковые эффекты, меню, таблицы рекордов, адаптировать под разные платформы и даже развивать в более сложную игру. Главное — понять основную модель и взаимодействие компонентов, что позволит вам смело двигаться дальше в мире игрового программирования.