7.4 GITTER-GAMES, SOLITAIRE BRETTSPIEL

 

 

EINFÜHRUNG

 

Bei einer bestimmten Klasse von Computergames können sich die Spielfiguren nur in Zellen einer Gitterstruktur aufhalten, wobei die Zellen meist gleiche Grösse haben und matrixartig angeordnet sind. Die Berücksichtigung der Ortsbeschränkung auf eine Gitterstruktur vereinfacht die Implementierung des Spiels ganz wesentlich. Wie schon der Name sagt, ist die Gamelibrary JGameGrid für gitterartige Games besonders optimiert.

In diesem Kapitel entwickelst du schrittweise das Brett-Solitaire mit dem englischen Brettlayout. Dabei lernst du wichtige Lösungsverfahren kennen, die du auf alle Gitterspiele anwenden kannst.

PROGRAMMIERKONZEPTE: Spielbrett, Spielregeln, Pflichtenheft, Game-Over

 

 

BRETTINITIALISIERUNG, MAUSSTEUERUNG

 

Auf einem Spielbrett befinden sich in einer regelmässigen Anordnung Löcher oder Vertiefungen, in die du Stifte stecken bzw. Murmeln legen kannst. Das bekannteste Board-Solitaire verwendet ein Brett mit einer kreuzartigen Anordnung von 33 Vertiefungen und wird englisches Brett genannt. Am Anfang sind alle Löcher ausser dem Zentrumsloch mit Murmeln belegt. Wie der Name Solitaire sagt, wird es meistens von einer einzigen Person gespielt.

Es gelten folgende Spielregeln: Ein Zug besteht darin, eine Murmel auf ein freies Loch zu verschieben, wobei dabei genau eine Murmel in horizontaler oder vertikaler Richtung übersprungen werden muss. Die übersprungene Murmel wird vom Spielbrett entfernt.

 

Ein englisches Board-Solitaire aus Indien, 1830
(2003 puzzlemuseum.com )

Das Ziel besteht darin, alle Murmeln bis auf eine letzte vom Brett "abzuräumen". Das Spiel gilt als besonders gut gelöst, falls sich die letzte Murmel im Zentrum befindet. In der Implementierung als Computergame sollst du eine bestimmte Murmel durch Drücken der Maustaste "packen" und bei gedrückter Maustaste verschieben können. Beim Loslassen der Maustaste wird geprüft, ob der Zug den Spielregeln entspricht. Falls er regelwidrig ist, soll die Murmel wieder an den Anfangsort zurückspringen; ist er legal, so wird die Murmel am neuen Ort angezeigt und die übersprungene Murmel vom Brett entfernt.

Damit ist das Pflichtenheft klar und du kannst hinter die Implementierung gehen. Diese erfolgt wie immer schrittweise, wobei bei jedem Schritt ein lauffähiges Programm vorliegen muss. Es liegt auf der Hand, eine GameGrid mit 7x7 Zellen zu verwenden, wobei die Eckzellen nicht verwendet werden. Zuerst zeichnest du in der Funktion initBoard() mit dem Hintergrundbild solitaire_board.png, die sich in der Distribution von TigerJython befindet, das Brett und realisierst die Maussteuerung mit den Maus-Callbacks mousePressed, mouseDragged und mouseReleased.

Beim Press-Event merkst du dir die aktuelle Location und die aktuelle Murmel in dieser Zelle. Diese wird dir mit getOneActorAt() zurückgeben, wobei du None erhältst, wenn die Zelle leer ist. Der Entwicklungsprozess ist leichter zu beherrschen und Fehler besser aufzufinden, wenn du in einer Statusbar (oder in der Konsole) wichtige Ergebnisse ausschreibst.

Beim Drag-Event verschiebst du das sichtbare Bild der Murmel mit setLocationOffset() an die aktuelle Cursorposition. Diese kann auch neben der Zellenmitten liegen, sodass sich eine kontinuierlich sichtbare Verschiebung ergibt. Dabei ist es wichtig, dass du den Murmelactor selbst nicht verschiebst, sondern nur sein Spritebild (darum die Bezeichnung Offset). Damit umgehst du alle Schwierigkeiten mit übereinander liegenden Actors.

Beim Release-Event soll in dieser ersten Version die Kugel wieder an ihre Startlocation zurückspringen. Dies erreichst du mit dem Aufruf von setLocationOffset(0, 0).

   


from gamegrid import *

def isMarbleLocation(loc):
    if loc.x < 0 or loc.x > 6 or loc.y < 0 or loc.y > 6:
        return False
    if loc.x in [0, 1, 5, 6] and loc.y in [0, 1, 5, 6]:
        return False
    return True

def initBoard():
    for x in range(7):
        for y in range(7):
            loc = Location(x, y)
            if isMarbleLocation(loc):
                marble = Actor("sprites/marble.png")
                addActor(marble, loc)
    removeActorsAt(Location(3, 3)) # Remove marble in center

def pressEvent(e):
    global startLoc, movingMarble
    startLoc = toLocationInGrid(e.getX(), e.getY())
    movingMarble = getOneActorAt(startLoc)
    if movingMarble == None:
       setStatusText("Pressed at " + str(startLoc) + ". No marble found")
    else:
       setStatusText("Pressed at " + str(startLoc) + ". Marble found")

def dragEvent(e):
    if movingMarble == None:
        return
    startPoint = toPoint(startLoc)
    movingMarble.setLocationOffset(e.getX() - startPoint.x, 
                                   e.getY() - startPoint.y) 

def releaseEvent(e):
    if movingMarble == None:
        return
    movingMarble.setLocationOffset(0, 0)

makeGameGrid(7, 7, 70, None, "sprites/solitaire_board.png", False,
    mousePressed = pressEvent, mouseDragged = dragEvent, 
    mouseReleased = releaseEvent)
setBgColor(Color(255, 166, 0))
setSimulationPeriod(20)
addStatusBar(30)
setStatusText("Press-drag-release to make a move.")
initBoard()
show()
doRun()
Programmcode markieren (Ctrl+C kopieren, Ctrl+V einfügen)

 

 

MEMO

 

Statt beim Draggen den Actor selbst zu verschieben, kannst du auch nur sein Spritebild bewegen. Dazu verwendest du setLocationOffset(x, y), wobei x und y relative Koordinaten in Bezug auf den aktuellen Mittelpunkt des Actors sind.

Im Zusammenhang mit Mausbewegungen musst du zwischen den Koordinaten der Maus und Zellenkoordinaten sorgfältig unterscheiden. Dabei sind die Konversionsfunktionen toLocationInGrid(pixel_coord) bzw. toPoint(location_coord) wichtig.

Gehst du von einer leeren Zelle aus, so führen der Drag- und Release-Event zu einem berüchtigten Programm-Absturz, da movingMarble den Wert None hat und du damit eine Methode aufrufst.

Um den Fehler zu vermeiden, verlässt du die Callbacks gerade zu Beginn mit einem sofortigen return.

 

 

IMPLEMENTIERUNG DER SPIELREGELN

 

Wie würdest du beim wirklichen Spiel die Spielregeln überprüfen? Du müsstest wissen, mit welcher Murmel du gestartet bist, also deren Startlocation start kennen. Dann müsstest du wissen, wohin du die Murmel verschieben möchtest, also deren Ziellocation dest kennen. Für einen legalen Zug müssen folgenden Bedingungen zutreffen:

1. Bei start gibt es eine Murmel
2. Bei dest gibt es keine Murmel
3. dest ist eine Zelle, die zum Board gehört
4. start und dest sind entweder horizontal oder vertikal zwei Zellen auseinander
5. An der Zwischenzelle befindet sich eine Murmel

Es ist elegant, diese Bedingungen in einer Funktion getRemoveMarble(start, dest) zu implementieren, welche bei einem legalen Zug die zu entfernende Murmel und bei einem illegalen Zug None zurückgibt.

Es ist klar, dass du diese Funktion im Release-Event aufrufst und bei einem legalen Zug den zurückgegebenen Actor mit removeActor() vom Board nimmst.

from gamegrid import *

def getRemoveMarble(start, dest):
    if getOneActorAt(start) == None:
        return None
    if getOneActorAt(dest) != None:
        return None
    if not isMarbleLocation(dest):
        return None
    if dest.x - start.x == 2 and dest.y == start.y:
        return getOneActorAt(Location(start.x + 1, start.y))
    if start.x - dest.x == 2 and dest.y == start.y:
        return getOneActorAt(Location(start.x - 1, start.y))
    if dest.y - start.y == 2 and dest.x == start.x:
        return getOneActorAt(Location(start.x, start.y + 1))
    if start.y - dest.y == 2 and dest.x == start.x:
        return getOneActorAt(Location(start.x, start.y - 1))

def isMarbleLocation(loc):
    if loc.x < 0 or loc.x > 6 or loc.y < 0 or loc.y > 6:
        return False
    if loc.x in [0, 1, 5, 6] and loc.y in [0, 1, 5, 6]:
        return False
    return True

def initBoard():
    for x in range(7):
        for y in range(7):
            loc = Location(x, y)
            if isMarbleLocation(loc):
                marble = Actor("sprites/marble.png")
                addActor(marble, loc)
    removeActorsAt(Location(3, 3)) # Remove marble in center

def pressEvent(e):
    global startLoc, movingMarble
    startLoc = toLocationInGrid(e.getX(), e.getY())
    movingMarble = getOneActorAt(startLoc)
    if movingMarble == None:
       setStatusText("Pressed at " + str(startLoc) + ". No marble found")
    else:
       setStatusText("Pressed at " + str(startLoc) + ". Marble found")

def dragEvent(e):
    if movingMarble == None:
        return
    startPoint = toPoint(startLoc)
    movingMarble.setLocationOffset(e.getX() - startPoint.x, 
                                   e.getY() - startPoint.y) 

def releaseEvent(e):
    if movingMarble == None:
        return
    destLoc = toLocationInGrid(e.getX(), e.getY())
    movingMarble.setLocationOffset(0, 0)
    removeMarble = getRemoveMarble(startLoc, destLoc)
    if removeMarble == None:
        setStatusText("Released at " + str(destLoc) + ". Not a valid move.")
    else:
        removeActor(removeMarble)
        movingMarble.setLocation(destLoc)    
        setStatusText("Released at " + str(destLoc)+ ". Marble removed.")
    

startLoc = None
movingMarble = None

makeGameGrid(7, 7, 70, None, "sprites/solitaire_board.png", False,
    mousePressed = pressEvent, mouseDragged = dragEvent, 
    mouseReleased = releaseEvent)
setBgColor(Color(255, 166, 0))
setSimulationPeriod(20)
addStatusBar(30)
setStatusText("Press-drag-release to make a move.")
initBoard()
show()
doRun()
Programmcode markieren (Ctrl+C kopieren, Ctrl+V einfügen)

 

 

MEMO

 

Statt mit mehreren vorzeitigen return die Funktion getRemoveMarble() zu verlassen, könnte man die Bedingungen auch mit booleschen Operation verknüpfen. Es ist Ansichtssache, welche Programmiertechnik man als geeigneter betrachtet.

 

 

PRÜFUNG AUF GAME-OVER

 

Es bleibt dir jetzt nur noch die Aufgabe, bei jedem legalen Zug zu prüfen, ob das Spiel beendet ist. Dies ist sicher dann der Fall, falls sich nur noch eine einzige Murmel auf dem Spielfeld befindet und du damit das Spielziel erreicht hast.

Dabei vergisst du aber, dass es noch andere Spielkonstellationen geben könnte, bei denen das Spiel als beendet betrachtet werden muss, nämlich wenn sich noch mehr als eine Murmel auf dem Brett befindet, du aber mit keiner davon einen legalen Zug machen kannst. Es ist zwar nicht ganz sicher, ob man mit legalen Zügen überhaupt einmal in diese Situation kommt, aber du musst defensiv programmieren, also immer auf der sicheren Seite bleiben, denn du kannst damit rechnen, dass auch beim Programmieren der Murphy-Spruch gilt: "Wenn etwas schief gehen kann, geht es schief".

  

Um diese Situation in den Griff zu bekommen, kannst du in der Funktion isMovePossible() alle noch vorhandenen Murmeln einzeln darauf zu testen, ob man mit ihnen einen legalen Zug machen kann. Dazu prüfst du für jede Murmel, ob es mit irgendeinem Loch eine zu entfernende Zwischenmurmel gibt [mehr... Du müsstest zwar nur für Löcher in der näheren Umgebung danach suchen]. 

from gamegrid import *

def checkGameOver():
    global isGameOver
    marbles = getActors() # get remaining marbles
    if len(marbles) == 1:
        setStatusText("Game over. You won.")
        isGameOver = True
    else:
        # check if there are any valid moves left
        if not isMovePossible():
           setStatusText("Game over. You lost. (No valid moves available)")
           isGameOver = True

def isMovePossible():
   for a in getActors():  # run over all remaining marbles
        for x in range(7): # run over all holes
            for y in range(7):
                loc = Location(x, y)
                if getOneActorAt(loc) == None and \
                  getRemoveMarble(a.getLocation(), Location(x, y)) != None:
                    return True
   return False
    
def getRemoveMarble(start, dest):
    if getOneActorAt(start) == None:
        return None
    if getOneActorAt(dest) != None:
        return None
    if not isMarbleLocation(dest):
        return None
    if dest.x - start.x == 2 and dest.y == start.y:
        return getOneActorAt(Location(start.x + 1, start.y))
    if start.x - dest.x == 2 and dest.y == start.y:
        return getOneActorAt(Location(start.x - 1, start.y))
    if dest.y - start.y == 2 and dest.x == start.x:
        return getOneActorAt(Location(start.x, start.y + 1))
    if start.y - dest.y == 2 and dest.x == start.x:
        return getOneActorAt(Location(start.x, start.y - 1))
    return None

def isMarbleLocation(loc):
    if loc.x < 0 or loc.x > 6 or loc.y < 0 or loc.y > 6:
        return False
    if loc.x in [0, 1, 5, 6] and loc.y in [0, 1, 5, 6]:
        return False
    return True

def initBoard():
    for x in range(7):
        for y in range(7):
            loc = Location(x, y)
            if isMarbleLocation(loc):
                marble = Actor("sprites/marble.png")
                addActor(marble, loc)
    removeActorsAt(Location(3, 3)) # Remove marble in center

def pressEvent(e):
    global startLoc, movingMarble
    if isGameOver:
        return
    startLoc = toLocationInGrid(e.getX(), e.getY())
    movingMarble = getOneActorAt(startLoc)
    if movingMarble == None:
       setStatusText("Pressed at " + str(startLoc) + ".No marble found")
    else:
       setStatusText("Pressed at " + str(startLoc) + ".Marble found")

def dragEvent(e):
    if isGameOver:
        return
    if movingMarble == None:
        return
    startPoint = toPoint(startLoc)
    movingMarble.setLocationOffset(e.getX() - startPoint.x, 
                                   e.getY() - startPoint.y) 

def releaseEvent(e):
    if isGameOver:
        return
    if movingMarble == None:
        return
    destLoc = toLocationInGrid(e.getX(), e.getY())
    movingMarble.setLocationOffset(0, 0)
    removeMarble = getRemoveMarble(startLoc, destLoc)
    if removeMarble == None:
        setStatusText("Released at " + str(destLoc) 
                       + ". Not a valid move.")
    else:
        removeActor(removeMarble)
        movingMarble.setLocation(destLoc)    
        setStatusText("Released at " + str(destLoc)+
                      ". Valid move - Marble removed.")
        checkGameOver()


startLoc = None
movingMarble = None
isGameOver = False

makeGameGrid(7, 7, 70, None, "sprites/solitaire_board.png", False,
   mousePressed = pressEvent, mouseDragged = dragEvent, 
   mouseReleased = releaseEvent)
setBgColor(Color(255, 166, 0))
setSimulationPeriod(20)
addStatusBar(30)
setStatusText("Press-drag-release to make a move.")
initBoard()
show()
doRun()
Programmcode markieren (Ctrl+C kopieren, Ctrl+V einfügen)

 

 

MEMO

 

Nach jedem Zug testest du mit checkGameOver(), ob das Spiel beendet ist. Ist dies der Fall, befindet sich das Spiel in einem ganz speziellen Zustand, den du mit der booleschen Variable (ein Flag)  isGameOver = True kennzeichnest.

Insbesondere musst du bei Game-Over auch alle Maus-Aktionen unterbinden. Du erreichst dies mit einem sofortigen return aus den Maus-Callbacks.

 

 

AUFGABEN

 

1.

Erstelle ein Brett-Solitaire mit einem französischen Brett.

  

 
2.

Erweitere das Brett-Solitaire mit einem Score, der die Anzahl Züge zählt und ausschreibt. Auch soll das Spiel mit der Space-Taste wieder neu gestartet werden können.
3.

Orientiere dich bei einer Lehrperson oder im Internet über Lösungsstrategien des Brett-Solitaire [mehr... Buchempfehlung: John Beasley, The Ins and Outs of Peg Solitaire].

 
4.

Erstelle ein Brett-Solitaire nach deinen eigenen Ideen.