快速设置像素

Question

我一直在寻找一个好的答案，快要因为沮丧而哭出来了。我是个业余程序员，做事情不是因为它们有道理或者是正确的做法，而是为了学习怎么做，现在我遇到了瓶颈。

我想在屏幕上设置单独的像素。这听起来很简单，但我的其他条件让事情变得复杂。我需要快速完成，使用CPU，达到每秒20帧或更高（当然还有其他程序元素在运行），在一个400乘300的屏幕上（或者全屏？）。

我用Python写了一些程序，使用Pygame渲染了一些很酷的图像，但填充一个100像素乘100像素的屏幕仅仅用随机像素就需要50毫秒（这就占用了我的20帧，其他程序部分让它变得更慢）。理想情况下，我非常想做一个（糟糕的）3D游戏，只用CPU，设置屏幕上的像素（也许是那种体素八叉树的图形）。

有没有办法（用任何语言，但最好是Python）让我在内存中创建一个像素值的二维数组（更像是一个包含RGB的三维数组）（这叫位图吗？），然后把它显示出来？这样不是会很快吗？？？怎么才能直接与窗口上的像素交互呢。啊！我真是一头雾水。我是/不是编程新手。给我任何你能想到的建议，我都能消化。我只需要一些正确方向的指引（哈哈）。

Answer 1

如果你想在PyGame中处理图像，最好的方法是使用pygame.surfarray或者pygame.pixelarray。你可以先在数组中设置好所有的值，然后一次性把它们复制过去。如果你查看一下surface.set_at(...)的文档，这个方法是用来单独设置每个像素的，你会发现它只适合处理非常小的任务，不推荐用在大多数情况下。

pygame.surfarray和pygame.pixelarray通常是基于NumPy或Numeric（建议使用NumPy）。你可以在网上搜索一下，找到这个链接 http://pygame.org/docs/tut/surfarray/SurfarrayIntro.html，它会给你一个关于你可以做的一些很酷的事情的基本介绍。

Answer 2

我在使用pygame时，能够在分辨率为(1920,1080)的情况下达到超过20帧每秒的速度。

正如Mallett所提到的，你应该使用pygame.surfarray.blit_array()这个函数来把像素数据复制到pygame中，然后通过调用pygame.display.flip()来更新屏幕。

>>> import timeit
>>> timeit.timeit('pygame.surfarray.blit_array(screen, pixels);pygame.display.flip()', setup='import pygame;import numpy as np;size=(1920,1080);screen=pygame.display.set_mode(size);pixels=np.random.randint(np.iinfo(np.uint32).max,size=size).astype(np.uint32)', number=20)
0.6346819400787354
>>> timeit.timeit("""
... pygame.surfarray.blit_array(screen, pixels)
... pygame.display.flip()
... """,setup="""
... import pygame
... import numpy as np
... size=(1920,1080)
... screen=pygame.display.set_mode(size)
... pixels=np.random.randint(np.iinfo(np.uint32).max,size=size).astype(np.uint32)
... """, number=20)
0.4848361015319824

Answer 3

如果你想自己做一些“逐个像素”的数学运算（而不是仅仅移动圆圈和位图），那么你需要用C（或者C++）来实现，这样才能接近机器的运行速度。

不过，如果你想做一个完整的游戏，全部用像C这样的底层语言来写会很麻烦。你需要把快速的C代码和一些高级脚本语言结合起来。比如，你可以通过numpy把Python和C扩展模块连接起来，或者把像Lua这样的语言嵌入到C代码中，或者（天哪）尝试学习C++中的高级编程。不管怎样，事情都会变得复杂。

如果你只是想玩玩快速的像素渲染，我建议你使用SDL（pygame内部就是用这个），但只限于C或C++。可以跟着像这样的教程来玩玩。

如果你想在Python的舒适环境中待着，我建议你先尝试做一个2D游戏（加载和移动位图），或者试试cairo（渲染几何图形）。