Использование PyGame для визуализации сигналов звукового диапазона с частотой дискретизации 44100 Гц в реальном времени

PyGame — это популярная библиотека для разработки 2D игр на Python. Первоначальная версия PyGame была представлена Питом Шиннерсом в октябре 2000 года, и с тех пор библиотека постепенно завоевала популярность благодаря простоте в использовании, хорошей документации и активному сообществу. Изначально PyGame создавался для работы с ранними версиями Python (в том числе Python 2) и основывался на библиотеке SDL 1. SDL – это кроссплатформенная библиотека на языке C, предоставляющая низкоуровневый доступ к аудиоустройствам, клавиатуре, мыши и графическим функциям через OpenGL, DirectX и др.

Актуальными являются версия 2.x, которые полностью поддерживают Python 3 (начиная с 3.7 и выше) и имеет ряд обновлений, включая улучшенную поддержку OpenGL, аппаратное ускорение, а также возможность работы с вертикальной синхронизацией на мониторах (VSync).

В данной статье рассмотрено необычное применение PyGame – это быстрый вывод графиков, например, потоков данных с частотой дискретизации 44100 Гц со звуковой карты, что может быть необходимо для визуализации звуковых сигналов.

Для такой задачи хорошо подходят следующие функции и возможности PyGame:

• pygame.display.flip() очень быстро обновляет содержимое экрана после произведённых изменений.

• С помощью pygame.time.Clock() можно контролировать FPS, что позволяет требовать от системы обновление до 60 кадров и более в секунду, что важно при отображении сигналов в реальном времени.

•  Новый флаг vsync (например, передаваемый в set_mode с параметром pygame.RESIZABLE или pygame.OPENGL) может использоваться для синхронизации обновления экрана с вертикальной разверткой дисплея.

Основной цикл (обычный в PyGame):

running = True while running:     # Обработка событий     # Генерация шума и обновление данных графика     # Очистка экрана     # Отрисовка сетки и графика     # Подсчет и отображение FPS     # Обновление экрана     pygame.display.flip()     clock.tick(FPS)  pygame.quit()

Исходные коды для PyGame и других графических пакетов можно посмотреть в моей статье: Визуализация данных в реальном времени. Matplotlib, PyQTGraph, pyOpenGL, VisPy, Bokeh и др.

import pygame, sys  # pygame app for figure to run pygame.init() screen = pygame.display.set_mode((800,600))  # Figure instance on screen with position and size figure = pyc.Figure(screen, 50, 50, 700, 500)  while True:     events = pygame.event.get()     for event in events:         if event.type == pygame.QUIT:             pygame.quit()             sys.exit()      # add a line chart. First argument "name" should be unique for every chart     figure.line('Chart1', [1,2,3,4,6,20,24],[3,5,7,2,7,9,1])     # draw figure with specified properties     figure.draw()         pygame.display.update()

Ниже несколько популярных игр, разработанных с использованием PyGame:

1. «The Battle for Wesnoth»

• Год выпуска: 2005 (первая версия на PyGame)

• Игровая аудитория: Стратегия, пошаговая

• Число установок: Несколько миллионов (включая версии на других языках)

• Описание: Пошаговая стратегическая игра с элементами фэнтези. Игра имеет открытый исходный код и активно развивается сообществом.

• Скриншоты: Страница игры на SourceForge

2. «Freedoom»

• Год выпуска: 2009 (первая версия на PyGame)

• Игровая аудитория: Экшен, шутер от первого лица

• Число установок: Несколько сотен тысяч

• Описание: Свободная версия классического шутера от первого лица Doom. Использует движок, написанный на PyGame.

• Скриншоты: Официальный сайт Freedoom

3. «PySolFC»

• Год выпуска: 2003 (первая версия на PyGame)

• Игровая аудитория: Логические, карточные игры

• Число установок: Несколько сотен тысяч

• Описание: Коллекция карточных пасьянсов. Игра имеет множество режимов и уровней сложности.

• Скриншоты: PySolFC на GitHub

4. «Save the Date»

• Год выпуска: 2013

• Игровая аудитория: Инди, визуальная новелла

• Число установок: Несколько десятков тысяч

• Описание: Интерактивная визуальная новелла с элементами головоломки. Игра получила положительные отзывы за оригинальный сюжет и стиль.

• Скриншоты: IndieDB

5. «Dino Run»

• Год выпуска: 2008

• Игровая аудитория: Экшен, бесконечный раннер

• Число установок: Несколько сотен тысяч

• Описание: Игра в жанре бесконечного раннера, где игрок управляет динозавром, убегающим от катаклизма. Игра получила популярность благодаря своей простой механике и высокой реиграбельности.

• Скриншоты: Официальный сайт Dino Run

6. «Tux Racer»

• Год выпуска: 2000 (первая версия на PyGame)

• Игровая аудитория: Гонки, экшен

• Число установок: Несколько сотен тысяч

• Описание: Аркадная игра, где игрок управляет пингвином, катающимся на лыжах. Игра была популярна среди пользователей Linux.

• Скриншоты: Tux Racer на SourceForge