По дисциплине "Языки и системы программирования"

Студент Шора Р.В. Группа 08-ПРО

Тема: Разработка программы для игры "Тетрис"

Техническое задание.

Программа должна осуществлять вывод на экран случайным образом последовательное падение шести различных фигур. Входными данными являются ввод вариантов скорости движения фигур сверху вниз, сдвиг фигур по горизонтали вправо и влево, а также поворот фигур вокруг своей оси по часовой стрелки. Должно происходить добавление очков за каждую заполненную строку, а также удалять эти заполненные строки.

Программа должна обладать простым пользовательским интерфейсом. Цветовая гамма - мягкая, не несущая психической и эмоциональной нагрузки.

Руководитель к. т. н., доц. Рощин С.М.

Введение

В данном документе описывается программа, написанная в соответствии с постановкой задачи по теме "Разработка программы для игры "Тетрис"" по дисциплине "Языки и системы программирования". Данная программа осуществляет вывод на экран случайным образом падение различных фигур. Входными данными является ввод вариантов скорости движения фигур сверху вниз и управление падающими фигурами.

Назначение программы - развлечение играющих, совершенствование их координации и логического мышления. Программа может применяться в качестве игровой на разных типах персональных компьютеров.

История игры Тетрис начинается в июне 1985 года. Тетрис был изобретен Алексеем Пажитновым, а затем был интегрирован на ПК IBM Вадимом Герасимовым. После чего ига Тетрис начала распространяться по всей Москве, а затем уже и по всему миру. Сначала она была доставлена в Венгрию, где венгерские программисты интегрировали Тетрис для Apple II и Commodore 64.

Игра была замечена в мире, и несколько представителей крупных компаний, обращались к автору Тетриса, чтобы купить права на распространение игры. Алексей подписывает контракт с Mirrorsoft UK и Spectrum Holobyte, предоставляя им права на компьютерным версии Тетрис. После того, как первые копии Тетриса для домашних компьютеров были преданны, игра приобрела популярность среди населения и стала самой продаваемой компьютерной игрой в Англии и США в 1988 году.

Существует множество способов реализации данной программы. Их можно разделить по функциональности:

1) математическое описание движений фигур;

2) графическое отображение движений фигур;

В математической части рассматриваются основные принципы и законы движений фигур. Это самая важная часть программы. От неё зависит правильная работоспособность программы. Для её реализации можно использовать различные алгоритмы. Например описать движение фигуры двумя линейными функциями. Одна будет отвечать за расположение фигуры по горизонтали, другая по вертикале. Меняя за определенные промежутки времени значения переменных этих функций, будет меняться положение фигуры на плоскости. Третья функция будет отвечать за очистку полностью заполненных горизонталей. Основными недостатками этого способа является объявление большого числа переменных, отвечающих за описание уже упавших фигур, и создание большого числа дополнительных функций, отвечающих за поворот фигур вокруг своей оси.

Другой способ математического описания движения фигур и заполнения поля тетриса - создание двумерной матрицы n*k. Через определенный промежуток времени будет изменяться значения, соответствующие положению фигур на плоскости и уже упавшим фигурам. Т.е. значение матрицы расположенное на n-ой строке и в k-ом столбце, будет соответствовать части фигуры расположенной на n-ой горизонтали и k-ой вертикали.

Приведенные выше способы не являются единственными. Они лишь наиболее популярны в реализации программы "Тетрис" среди программистов.

Для графического отображения фигур и поля тетриса также существует большое количество различных способов. Например, двигать на плоскости уже готовые рисунки фигур "Тетриса". Тогда рисунки фигур будут храниться отдельными графическими файлами в памяти компьютера. Сложность данного способа реализации заключается в отображении уже упавших фигур и отображение повернутой фигуры вокруг своей оси. Для этого придется постоянно создавать новый рисунок поля из рисунков, хранимых в памяти компьютера.

Ещё один способ графического отображения фигур и поля тетриса - использование готовых элементов языка программирования. Наиболее часто для этих целей используют таблицы. Изменяя цвет ячеек таблицы через определенные промежутки времени можно отобразить на экране движение фигур и заполненные области поля. Также возможно использование таких элементов, как кнопки, области для надписей (Label). Изменяя их цвет, также можно отобразить движение фигур и заполненные области. Но у такого способа есть огромный минус - объявление большого числа таких элементов.

Так же возможно использование встроенных графических возможностей языка программирования. При рисовании фигур тетриса можно использовать простое изображение квадрата. Для его изображения необходимо знать лишь координаты верхнего левого угла, а также значение ширины квадрата.

При разработки программы для игры Тетрис был использовал объектно-ориентированный язык программирования Visual C#. Математическая часть программы была создана с помощью двумерной матрицы. Графическое отображение было реализовано с помощью графических возможностей языка Visual C#.

1. Конструкторский раздел

1.1 Обоснование необходимости разработки

В разделе "Введение" данной курсовой работы была приведена краткая история игры "Тетрис". Как видно этой компьютерной игре более 25 лет. Все изученные мной примеры этой игры написаны на довольно старых языках программирования (например Basic, Pascal). В таких играх был достаточно недружественный интерфейс пользователя, слабое графической отображение (достаточно резкие цвета, минимальная цветовая палитра) (Рис.1).

Рис. 1. Тетрис на Basic

Основываясь на выше изложенных фактах было решено создать программу игры "Тетрис".

1.2 Обоснование и описание метода алгоритма

При разработке программы игры "Тетрис" для описания математической части алгоритма был использован двумерный массив, размерностью 24*15. Для создания графической части программы использовались графические возможности языка C#.

1.2.1 Математическая часть алгоритма

Массив - это индексированный набор объектов одного типа. В языке С# массивы несколько отличаются от массивов в C++ и других языках, поскольку они являются объектами, что наделяет их полезными методами и свойствами. В С# определен синтаксис объявления объектов типа Array. Однако фактически создается объект типа System. Array. Таким образом, С# предоставляет программисту идеальные условия: за простым синтаксисом в стиле С кроется объявление класса, дающее экземплярам массива доступ к методам и свойствам класса System. Array.

В создании алгоритма использовался массив как математический аналог поля "Тетриса". Каждая ячейка массива соответствует определенной области поля игры. Каждая область поля игры может быть заполнена фигурой или быть пустой. Соответственно, каждая область поля может принимать два значения. Для этих целей можно использовать логические переменные. Каждая фигура имеет определенную форму и занимает несколько областей поля игры. Следовательно в массиве, ячейки, соответствующие заполненным областям поля, будут иметь логическое значение true . Для ячеек соответствующих пустым областям будет присвоено логическое значение false . Каждая горизонталь поля тетриса соответствует строке двумерного массива, а вертикаль - столбцу. Движение фигур производится через равные промежутки времени, т. е происходит повторение алгоритма через равные промежутки времени. Равные промежутки времени можно обеспечить с помощью обсчета ресурсоёмкого алгоритма (например вычисление ряда Фибоначчи) или использовать элемент языка С# таймер (который был использован в данной программе). Каждый тик таймера будет происходить повторение алгоритма движения фигуры. Это представлено как последовательное изменение значений в ячейках массива.

Чтобы игра была работоспособной, необходимо каждой ячейки массива каждый тик таймера присваивать значения, соответствующие областям поля. Т.к. количество ячеек велико (их 360), удобно было использовать циклические конструкции. Это позволило сократить программный код и количество ошибок в нем. Для этих целей был использован оператор for ( Листинг 1).