دليلك للغة برمجة بروسيسينج Processing | الجزء الأول: الأساسيات - صناعة الألعاب

يٌعدَ إنشاء النماذج الأولية بسرعة وإنتاج نتائج بصرية سريعة من الميزات المهمة في العديد من لغات وأطر البرمجة. ومع ذلك، تتميز بعض اللغات بجعل هذه الإمكانيات من أهدافها الأساسية، مثل لغة البرمجة بروسيسنج Processing المبنية على جافا.

تُتيح لغة Processing للمستخدمين كتابة الشيفرات ضمن بيئة تصميم رسومية، حيث تم تطويرها خصيصًا لتقديم نتائج بصرية فورية. في هذه المقالة، نقدم مقدمة بسيطة عن لغة البرمجة بروسيسنج وتقنياتها الفريدة." فإذا كنت تشعر بالملل وتريد أن تفرغ إبداعك في بناء مشروع مبهر بصريًا أو شيء فني، أو لربما تريد تعلم البرمجة وعمل شيء جميل بأسرع وقت؟ عليك بلغة برمجة بروسيسنج Processing، ويمكن القول أن هذه اللغة واحدة من أكثر اللغات متعة، فهي لغة مباشرة وسهلة التعلم والاستخدام بالإضافة لكونها أداة قوية، فاستخدامها يمنحك الشعور بأنك ترسم على لوحة بيضاء بأسطر برمجية، ولا يوجد قوانين صارمة تحد إبداعك، الحد الوحيد هنا هو خيالك.

ما سنتعلمه في هذه السلسلة من المقالات هو التعرف على لغة البرمجة بروسيسنج Processing وتصميم ألعاب بسيطة باستخدامها. تتكون هذه المقالات من ثلاثة أقسام:

ماذا يجب أن تعرفه أولًا

يجب عليك أن تعرف مبادئ البرمجة الأساسية لفهم ومتابعة هذه المقالة بسهولة، لأننا لن نتحدث عنها، ولن نتحدث عن مفاهيم برمجية معقدة أيضًا لذا يجب أن يكون لديك معرفة بأساسيات البرمجة. وسنتطرق في بعض الأجزاء عن مفاهيم برمجية ذات مستوى منخفض low-level مثل مفهوم البرمجة كائنية التوجه Object Oriented Programming أو OOP اختصارًا، ولكن هذه المفاهيم ليست أساسية للعمل على برمجة اللعبة، إنما هي موجهة للقراء المهتمين ببنية اللغة البرمجية وبالتالي يمكنك تخطي هذه الأجزاء إذا لا ترغب بمعرفتها. عدا ذلك ستحتاج إلى حافز تعلم اللغة والشغف لبرمجة لعبة إلكترونية خاصة بك.

كيفية المتابعة

من الجيد دومًا التعلم عن طريق التجريب، فكلما تعمقت في لعبتك كلما تمكنت من إتقان لغة بروسيسنج Processing. لذا نقترح بداية بأن تعمل على تجريب كل خطوة في البيئة الخاصة بك. لدى لغة بروسيسنج Processing بيئة تطوير متكاملة (أي محرر شيفرة) سهل الاستخدام، إنه الشيء الوحيد الذي تحتاج لتنزيله وتثبيته للمتابعة. ويمكن تنزيله من هنا
بعدها ستكون جاهزًا لتبدأ!

ما هي لغة برمجة بروسيسنج Processing؟

يضم هذا القسم مقدمة تقنية مختصرة عن لغة البرمجة Processing وهيكليتها وبعض الملاحظات على عملية التصريف compiling والتنفيذ. ستتحدث التفاصيل عن معلومات متقدمة عن البرمجة وبيئة جافا. يمكنك تخطي قسم "أساسيات Processing" إذا كنت لا تريد معرفة التفاصيل البرمجية النظرية وترغب في البدء بشكل عملي في برمجة اللعبة الخاصة بك. إن لغة بروسيسنج Processing هي لغة برمجة بصرية تسمح لك بالرسم عن طريق الشيفرة، ولكنها ليست لغة برمجة بحد ذاتها، فهي تدعى "شبيهة جافا Java-esque" أي أنها مبنية على منصة جافا ولكنها ليست لغة جافا، وهي تُعالج الشيفرة وتحوَّل بكاملها إلى شيفرة جافا عند التنفيذ. إن صنف جافا PApplet هو الصنف الأساسي لكل رسومات بروسيسنج Processing. لنأخذ كتلتي شيفرة بروسيسنج Processing كمثال.

public void setup() {
  // توضع شيفرات التهيئة هنا
}
public void draw() {
  // توضع شيفرات الرسم هنا
}

سوف تتحول كل من كتلتي الشيفرة في الأعلى إلى شيء يشبه التالي:

public class ExampleFrame extends Frame {

     public ExampleFrame() {
         super("Embedded PApplet");

         setLayout(new BorderLayout());
         PApplet embed = new Embedded();
         add(embed, BorderLayout.CENTER);

         embed.init();
     }
}

public class Embedded extends PApplet {

    public void setup() {
      // توضع شيفرات التهيئة هنا
    }
    public void draw() {
      // توضع شيفرات الرسم هنا
    }

}

سترى أنه تم تغليف كتلة شيفرة بروسيسنج Processing بصنف ممتد extended class من PApplet الخاص بلغة جافا. لذا يجري التعامل مع كل الأصناف المعرفة في شيفرة بروسيسنج كأنها أصناف داخلية inner classes.

إن معرفة أن بروسيسنج Processing مبنية من لغة جافا له العديد من الميزات خصوصًا إذا كنت مطور جافا، ليس فقط لكون الصياغة مألوفة، ولكن هذه المعرفة تمنحنا القدرة على تضمين شيفرة جافا والمكاتب وملفات JAR في رسوماتك واستخدام تطبيقات بروسيسنج Processing مباشرة من Eclipse إذا أردت أخذ بعض الوقت لتهيئته. شيء واحد لا تستطيع عمله هو استخدام مكونات AWT و Swing في رسومات بروسيسنج لأنها تتضارب مع طبيعة لغة بروسيسنج ولكن لا تقلق لن نتطرق لذلك في هذه المقالة.

أساسيات بروسيسنج Processing

تتألف شيفرة لغة بروسيسنج Processing من قسمين أساسيين، هما كتلتَي التهيئة والرسم. تُنفذ كتل التهيئة عندما تُنفَّذ الشيفرة وتستمر كتل الرسم بالتنفيذ دومًا. إن الفكرة الأساسية خلف بروسيسنج Processing هي تنفيذ ما يتم كتابته في كتلة الرسم 60 مرة في الثانية من الأعلى إلى الأسفل لحين إغلاق البرنامج. سنبني كل شيء اعتمادًا على هذه الفكرة، وسنحرك الكائنات ونعرف النتيجة ونتوقع الاصطدامات ونطبق الجاذبية ونعمل أي شيء باستخدام هذه الخاصية. حلقة التحديث هذه هي نبض المشروع. سنشرح كيفية الاستفادة من ذلك لجعل الشيفرة تنبض بالحياة في الأقسام اللاحقة، ولكن أولًا لنتحدث عن بيئة التطوير المتكاملة لبروسيسنج Processing.

بيئة التطوير المتكاملة لبروسيسنج Processing IDE

نزّل بيئة التطوير المتكاملة لبروسيسنج Processing إذا لم تفعل ذلك لحد الآن. سنحدد بعض المهام السهلة لتنفذها لوحدك خلال المقالة ويمكنك أن تجربها فقط إذا كانت لديك بيئة التطوير المتكاملة.القسم التالي هو مقدمة عن بيئة التطوير المتكاملة لبروسيسنج Processing وهي بسيطة ومفهومة لذا سنختصر الشرح حولها.

يقوم زرَّا "إيقاف Stop" و"تنفيذ Run" بما تتوقعه، فعند نقر زر "تنفيذ Run" تُصرَّف الشيفرة وتُنفَّذ. وتعمل برامج بروسيسنج Processing دون توقف إذا لم تُقاطِع تنفيذها. ويمكنك إنهاء التنفيذ برمجيًا أو يمكنك استخدام زر "إيقاف Stop".

الزر الذي يشبه الفراشة علي يمين زر "إيقاف Stop" و "تنفيذ Run" هو المُنقّح Debugger، واستخدام المُنقِّح يحتاج لمقالة خاصة وهو خارج نطاق هذه المقالة ويمكن تجاهله الآن. أما اللائحة المنسدلة بجانب زر المُنقح فهي تستخدم عند إضافة وتهيئة الأنماط، إذ تقدم الأنماط Mods بعض الوظائف وتسمح لك بكتابة شيفرة لأندرويد وبايثون وما إلى ذلك. إن الأنماط هي أيضًا خارج نطاق المقالة ويمكنك تجاهلها أيضًا. النافذة في محرر الشيفرة هي مكان تنفيذ الرسوم، وهي سوداء في الصورة السابقة لأننا لم نحدد بعد خاصية مثل الحجم أو لون الخلفية ولم نرسم أي شيء. لا يوجد شيء آخر للتحدث عنه في محرر الشيفرة إنه ببساطة مكان لكتابة الشيفرة. وهناك عدد أسطر -لم تحوي إصدارات بروسيسنج Processing السابقة عليه-

الصندوق الأسود السفلي هو الطرفية Console، سنستخدمها لطباعة الأشياء لتنقيح الأخطاء بسرعة. تظهر تبويبة الأخطاء Errors بجانب الطرفية الأخطاء عند ظهورها. هذه ميزة مفيدة تأتي مع إصدار بروسيسنج Processing 3.0. فقد كانت تُطبع الأخطاء في الإصدارت السابقة إلى الطرفية وكانت هناك صعوبة في تتبعها.

كتلة التهيئة Setup Block

تُنفَّذ كتلة التهيئة كما تحدثنا سابقًا عند تنفيذ البرنامج، ويمكن استخدامها للضبط ولأشياء تريد تنفيذها مرة واحدة مثل تحميل الصور والأصوات. فيما يلي مثال يوضح كتلة تهيئة، نفذ الشيفرة في البيئة الخاصة بك وشاهد النتائج بنفسك:

public void setup() {
  // حجم المشروع هو‪ 600x800
  // واستخدم محرك التصيير‪ P2D
  size(800, 600, P2D);

  // يمكن استخدام هذه الدالة بدلًا من‪ size()‎
  // fullScreen(P2D);

  // سيكون لون خلفية المشروع هو الأسود
  //افتراضيًا، إذا لم يحدد غير ذلك
  background(0);

  // يمكن استخدام هذه لضبط صورة الخلفية
  //يجب أن يكون حجم المشروع بحجم الصورة 
  // background(loadImage("test.jpg"));

  // يتم تعبئة الأشكال والكائنات باللون الأحمر افتراضيًا
  // مالم يُشار عكس ذلك
  fill(255,0,0);

  // يكون للأشكال والكائنات حد أبيض افتراضيًا 
  // مالم يُشار عكس ذلك
  stroke(255);
}

سنشرح التوابع المتعلقة بالتصميم (مثل الخلفية والتعبئة وثخانة الخط) في المقال التالي ما تحتاج معرفته الآن هو كيفية تأثير الضبط والإعدادات على المشروع بأكمله بالإضافة لفهم التوابع التالية.

تستخدم الدالةsize()‎ -كما يشير اسمها- لضبط حجم الرسم. يجب أن تكون في أول كتلة شيفرة التهيئة، ويمكن استخدامها بالطرق التالية:

size(width,height);
size(width, height, renderer);

يمكن تحديد عرض وارتفاع القيم بالبيكسل. وتقبل دوال الحجم معامل أو وسيط ثالث هو المُصيّر أو العارض renderer المستخدم لتحديد أي محرك تصيير سيتم استخدامه. والمصير الافتراضي هو P2D. والمُصيّرات المتوافرة هي P2D (للمعالجة ثنائية البعد) و P3D (للمعالجة ثلاثية البعد، ويجب استخدامه إذا تضمنت الرسومات رسوميات ثلاثية البعد) و PDF (حيث ترسم الرسوميات ثنائية البعد مباشرة في ملف PDF). لمزيد من المعلومات انقر هنا . ستستخدم كل من P2D و P3D العتاد الرسومي المتوافق مع OpenGL.

يمكن استخدام دالة الشاشة الكاملة ()fullScreen بدلًا من دالة size()‎ من إصدار بروسيسنج Processing 3.0 ، وكما في دالة size()‎ يجب أن تكون في أول سطر من كتلة التهيئة أيضًا ويكون استخدامها كالتالي:

fullScreen();
fullScreen(display);
fullScreen(renderer);
fullScreen(display, renderer);

إذا استخدمتها بدون أي معامل سيكون رسم بروسيسنج Processing على الشاشة كاملة وسيُنفذ على شاشتك الأساسية. يشير معامل display للإشارة إلى الشاشة التي سيُنفذ الرسم عليها. مثلًا إذا وصلت شاشات خارجية لحاسوبك يمكنك ضبط متغير الإظهار إلى 2 (أو 3 أو 4 إلخ.) وسيُنفذ الرسم هناك. تم شرح معامل renderer في قسم size()‎ في الأعلى.

كتلة الإعدادات Settings Block

أضيفت هذه الميزة في إصدارات بروسيسنج Processing الجديدة، وهي كتلة شيفرة مثل التهيئة والرسم وتفيد عند تعريف توابع size()‎ و fullScreen()‎ بمعاملات متغايرة. من الضروري أيضًا تعريف size()‎ وخصائص التصميم الأخرى مثل smooth()‎ في كتلة الشيفرة هذه إذا كنت تستخدم بيئات غير بيئة التطوير المتكاملة الخاصة ببروسيسنج Processing مثل Eclipse، ولكن لن تحتاجه في معظم الحالات وبالتأكيد ليس في هذه المقالة.

كتلة الرسم Draw Block

لا يوجد شيء مميز للتحدث عن كتلة الرسم إلا أنها نبض المشروع، فكل شيء يحصل فيها، فهي قلب البرنامج الذي ينبض 60 مرة في الثانية. تحوي كتلة الشيفرة هذه كل منطق الشيفرة فكافة الأشكال والكائنات..إلخ مكتوبة هنا.

إن كل الشيفرة التي سنتحدث عنها في المقالة ستكون في كتلة الرسم لذا من الضروري أن تفهم كيفية عمل هذه الكتلة. لنقدم عرض عن ذلك. جرب التالي: لاحظ أننا يمكن أن نطبع أي شيء في الطرفية باستخدام التابعَين print()‎ أو println()‎. تطبع دوال الطباعة إلى الطرفية لكن println تطبع وتبدأ بسطر جديد في النهاية لذا تُطبع كل println()‎ في سطر مختلف.

شاهد كتلة الشيفرة التالية وحاول أن تعرف ما سيُطبع في الطرفية:

void setup(){
}
void draw(){
  int x = 0;
  x += 1;
  print(x+" ");
}

إذا قلت "1234…."، فهذا جواب متوقع، ولكنه للأسف جوال خاطئ! هذه واحدة من أوجه سوء الفهم في بروسيسنج processing. تذكر أن الكتلة تُنفَّذ بشكل متكرر. فعندما عرّفت المتغير هنا فسيُعرَّف في كل حلقة مرة تلو مرة. وفي كل تكرار قيمة x هي 0 وتزداد بمقدار 1 ويتم طباعتها في الطرفية لذا ستكون النتيجة "111…" هذا المثال واضح نوعًا ما، ولكن قد يكون أكثر صعوبة عندما تتعقد الأمور. لا نريد أن يُعاد تعريف x لذا كيف يمكننا تحقيق ذلك وأن نحصل على النتيجة "1234…"؟ الجواب هو عن طريق استخدام المتغيرات العامة global variables. لذا نعرف المتغير خارج كتلة الرسم كي لا يُعاد تعريفه في كل تكرار، أيضًا سيكون نطاق المتغير قابل للوصول داخل مشروعك. لاحظ الشيفرة التالية:

int x = 0;

void setup(){
}
void draw(){
  x += 1;
  print(x+" ");
}

ربما تتساءل كيف يمكن أن يعمل متغير معرف خارج النطاق؟ ولماذا لم نستخدم كتلة setup()‎ طالما تُنفَّذ مرة في البداية؟ إن الجواب متعلق بالبرمجة كائنية التوجه والنطاق scope. تذكر كيف شرحنا أن شيفرة بروسيسنج processing تتحول إلى جافا وكيف تُغلف بصنف جافا؟ إن المتغيرات المكتوبة خارج كتل setup()‎ و draw()‎ تُغلَّف أيضًا. واستخدام x+=1 هو نفس استخدام this.x+=1، ويؤدي الغرض ذاته في حالتنا، لا يُعرَّف متغير باسم x في نطاق draw()‎ ويتم البحث في النطاق الخارجي الذي هو نطاق this. وسبب عدم تعريفنا المتغير x في قسم setup()‎ هو: إذا فعلنا بذلك سيُعرف نطاق x في نطاق دالة setup ولن تستطيع كتلة draw()‎ الوصول إليه.

الخلاصة

تعرّفنا في الجزء الأول من هذه السلسلة على لغة بروسيسنج وميزاتها، ومن ثم بيئة التطوير وهيكل البرنامج فيها. سنتعرّف في الجزء القادم من السلسلة على التوابع المُستخدمة في الرسم وعلى معاملاتها المختلفة.

ترجمة -بتصرف- لمقال Guide to the Processing Language Part I: Fundamentals لكاتبه Oguz Gelal.