指定屏幕中的所有像素

Question

我正在尝试 Pygame 逐个像素地更改我的屏幕。我知道我不应该这样做，因为它效率不高，但我只是想构建我自己的 3D 引擎版本以用于（有趣的）学习目的。

在下面的代码中我注意到 Pygame 可以非常快速地改变整个屏幕 (METHOD=1)，像素改变方法明显更慢。我尝试直接使用 Surface.fill (METHOD=2) 但这很慢。然后我尝试了 (METHOD=3) pygame.surfarray.blit_array 并且 blit 非常快但是我在 python 中的双循环非常慢。这对我来说感觉很奇怪，因为它是一个简单的双循环，用整数填充一个 numpy 数组，我认为它不会成为瓶颈。

编辑：根据@BlackJack 的建议，我使用 METHOD=4 基本上将循环发送到 Cython 模块中。我按照以下安装方式进行操作：我遵循了 http://docs.cython.org/src/userguide/numpy_tutorial.html

中显示的优化技术

循环时间得到了根本改善！快 100 倍！如果我查看我可以管理多少 FPS，我会看到：

方法 2：01.89 fps
方法 3：04.83 fps
方法 4：444.4 fps

下面是我的工作示例（假设 Cython 已正确安装并正常工作，这不是一件小事）。不需要预编译模块，因为我使用的是 pyximport

PyGameTest.py

from __future__ import division
import pygame, random, time
import numpy as np
import pyximport
pyximport.install(setup_args={'include_dirs': np.get_include()})
import FastLoops

#n = r*256^2 + g*256 + b
IRED=256*256*150
IGRN=256*150
IBLU=150
arr=[IRED,IGRN,IBLU]

BLK=0

RESX=600
RESY=600

TARGFPS=60

# initialize game engine
pygame.init()
# set screen width/height and caption
Surface = pygame.display.set_mode([RESX, RESY])
pygame.display.set_caption('My Game')
# initialize clock. used later in the loop.
clock = pygame.time.Clock()
 
METHOD=4

i0=0
t0=time.time()
nl=0
# Loop until the user clicks close button
done = False
while done == False:
    # write event handlers here
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            done = True

    if METHOD==1:   
        col=arr[random.randint(0,2)]
        Surface.fill(col)
        Surface.fill(BLK,pygame.Rect(i0,i0,10,10))
    
    elif METHOD==2:
        for i in range(RESX):
            if i<i0:
                col=IBLU
            else:
                col=IGRN
            for j in range(RESY):
                Surface.fill(col,pygame.Rect(i,j,1,1))
      
    elif METHOD==3:
        myarray = np.zeros([RESX, RESY], dtype=np.int32)
        for i in range(RESX):
            if i<i0:
                col=IBLU
            else:
                col=IGRN
            for j in range(RESY):
                myarray[i,j]=col
        pygame.surfarray.blit_array(Surface,myarray)

        
    elif METHOD==4:
        myarray = FastLoops.Loop(RESX,RESY,IBLU,IRED,i0)
        pygame.surfarray.blit_array(Surface,myarray)

    nl+=1     
    i0+=RESX/TARGFPS
    if i0>=RESX:
        t1=time.time()
        fps=round(nl/(t1-t0),2)
        print 'METHOD '+str(METHOD)+':'
        print '    Time = ' + str(round(t1-t0,2)) + 's for ' + str(nl) + ' frames'
        print '    FPS  = '+str(fps)
        i0=0
        t0=time.time()
        nl=0
        
    # display what’s drawn. this might change.
    pygame.display.update()
    # run at 20 fps
    clock.tick(TARGFPS)
 
# close the window and quit
pygame.quit()

FastLoops.pyx

from __future__ import division
import numpy as np
cimport numpy as np
cimport cython

DTYPE = np.int32
ctypedef np.int32_t DTYPE_t

@cython.boundscheck(False) # turn of bounds-checking for entire function
def Loop(int RESX, int RESY, long IBLU, long IGRN, int i0):
    cdef int i, j
    cdef np.ndarray[DTYPE_t, ndim=2] myarray = np.zeros([RESX, RESY], dtype=DTYPE)
    for i in range(RESX):
        if i<i0:
            col=IBLU
        else:
            col=IGRN
        for j in range(RESY):
            myarray[i,j]=col
            
            
    return myarray

Answer 1

预计纯 python 循环比调用用 C 实现的函数或方法慢得多，甚至可能通过图形硬件加速。

尽可能尝试使用 Numpy 方法，因为这些方法是用 C 实现的，或者使用用 C 或 Fortran 实现的库。

如果您确实需要单像素级访问，您可以尝试在 Cython 中编写慢速部分并将该代码编译为 Python 的扩展模块。

Answer 2

免责声明：我是 Pythran 项目的开发人员之一。

如果Cython性能不够，可以试试Pythran。在您的特定测试用例中，以下代码：

import numpy as np

#pythran export Loop(int, int, int, int, int)
def Loop(RESX, RESY, IBLU, IGRN, i0):
    myarray = np.empty((RESX, RESY), dtype=np.int32)
    for i in range(RESX):
        if i < i0:
            col = IBLU
        else:
            col = IGRN
        myarray[i, :] = IBLU if i < i0 else IGRN

    return myarray

使我在 Cython 上的速度提高了 2 倍。

使用numpy风格（还有待改进）

import numpy as np

#pythran export Loop(int, int, int, int, int)
def Loop(RESX, RESY, IBLU, IGRN, i0):
    myarray = np.empty((RESX, RESY), dtype=np.int32)
    for i in range(RESX):
        myarray[:, :] = IBLU if i < i0 else IGRN

    return myarray

给我 x3 加速。

指定屏幕中的所有像素

Specifying all pixels in screen

python

pygame

numpy

PyGameTest.py

FastLoops.pyx