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사례 연구: 객체 지향 프로그래밍

16. 사례 연구: 객체 지향 프로그래밍#

감사의 글

아래 내용은 (유튜브) Python Game Coding: Introduction to Collision Detection의 내용을 참고합니다. 자료의 공유를 허가한 TokyoEdtech에게 감사드립니다.

준비사항

여기서 사용하는 코드는 두 객체의 충돌을 감지하는 다양한 방법을 보여주며, TokyoEdtech의 깃허브에서 제공하는 코드를 활용한다. turtle 모듈을 사용하기에 구글 코랩에서는 실행되지 않는다. 대신 레플릿 이용을 권장한다. 여기서 사용하는 코드 또한 (레플릿) 충돌 감지에서 확인하고 직접 실행할 수 있다.

주의사항: 레플릿 사이트의 특성상 주 실행파일의 이름은 main.py 이어야 한다.

오프라인 환경에서 실행하려면 먼저 아래 코드의 실행에 필요한 이미지 파일과 소스코드를 다운로드 한다. 다운로드한 파일의 압축을 푼 다음에 collision_dection.py 파일을 VS Code 편집기 등에서 적절한 실행 명령문을 이용하여 실행한다. 터미널 창에서는 아래와 같이 실행하면 된다.

$ python collision_detection.py

달러 기호는 터미널에서 명령문을 입력하는 곳을 가리킨다. 따라서 타이핑하지 않음에 주의한다.

16.1. OOP 정의#

객체 지향 프로그래밍Object-Oriented Programming은 객체들 사이의 유기적인 관계를 묘사하는 프로그래밍 기법이며, 줄여서 보통 OOP라고 부른다. OOP를 지원하는 객체 지향 언어로 파이썬, 자바, C++, C#, 루비, 자바스크립트 등 많은 컴퓨터 프로그래밍 언어가 사용된다.

OOP와 대비되는 개념으로 절차 지향 프로그래밍이 주로 언급된다. 절차 지향 프로그래밍은 수행해야 할 일을 순차적으로 처리하는 과정을 묘사하는 것을 가장 중요하게 여기며 프로그램 전체가 유기적으로 연결되도록 만드는 프로그래밍 기법이다. C, HTML 등이 대표적인 절차 지향 프로그래밍언어다.

“해야 할 일을 순차적으로 처리한다”는 표현은 가장 기초적인 프로그래밍 기법이며, 모든 프로그램은 원하는 결과를 얻기 위한 과정을 논리적이며 순차적으로 처리하도록 구현되어야 한다. OOP 역시 예외가 아니다. 하지만 OOP는 구현해야 할 객체들을 선택하고 객체들 사이의 유기적인 관계를 이용하는 과정을 논리적으로 묘사하는 데에 보다 많은 방점을 둔다. 즉, 프로그램 전체를 하나로 묶어서 구현하는 방식이 아니라 프로그램을 구성하는 객체들을 중심으로 해서 구현해야 할 프로그램을 완성시키는 방식으로 프로그래밍을 진행한다.

16.2. OOP와 객체#

OOP에 대한 이해는 아래 두 가지 질문과 관련되어 있다.

  1. 객체(object)란 무엇인가?

  2. “객체를 중심으로 프로그래밍한다” 라는 말의 의미는 무엇인가?

위 질문들에 대한 직접적인 설명 대신에 객체가 어떻게 활용되는가를 실전 예제를 통해 소개한다.

16.3. OOP 예제: 객체 충돌 감지#

<그림 출처: terresquall blog >

여기서는 두 객체가 충돌하는 것을 서로 어떻게 감지하는가를 이용하여 객체 지향 프로그래밍의 기초 아이디어를 전달한다.

기본 설정

캔버스(wn)와 펜(pen)을 준비한다. 또한 스프라이트에 사용될 7개의 이미지를 이미지 라이브러리에 추가한다.

import turtle
import math

wn = turtle.Screen()
wn.bgcolor("black")
wn.title("Collision Detection by @TokyoEdtech")
wn.tracer(0)

pen = turtle.Turtle()
pen.speed(0)
pen.hideturtle()

shapes = ["wizard.gif", "goblin.gif", "pacman.gif", "cherry.gif", "bar.gif", "ball.gif", "x.gif"]

for shape in shapes:
    wn.register_shape(shape)

스프라이트 클래스 선언

아래 그림에 있는 스프라이트 객체 생성에 사용될 클래스를 선언한다.

각 스프라이트 객체는 지정된 위치로의 이동 및 자신의 이미지를 보여주는 기능을 수행하는 render() 메서드와 함께 다른 스프라이트와의 충돌을 감지하는 기능을 갖는 세 종류의 메서드를 갖는다.

class Sprite():
    
    ## 생성자: 스프라이트의 위치, 가로/세로 크기, 이미지 지정
    
    def __init__(self, x, y, width, height, image):
        self.x = x
        self.y = y
        self.width = width
        self.height = height
        self.image = image

    ## 스프라이트 메서드
    
    # 지정된 위치로 스프라이트 이동 후 도장 찍기
    def render(self, pen):
        pen.goto(self.x, self.y)
        pen.shape(self.image)
        pen.stamp()
            
    # 충돌 감지 방법 1: 두 스프라이트의 중심이 일치할 때 충돌 발생
    def is_overlapping_collision(self, other):
        if self.x == other.x and self.y == other.y:
            return True
        else:
            return False
            
    # 충돌 감지 방법 2: 두 스프라이트 사이의 거리가 두 객체의 너비의 평균값 보다 작을 때 충돌 발생
    def is_distance_collision(self, other):
        distance = (((self.x-other.x) ** 2) + ((self.y-other.y) ** 2)) ** 0.5
        if distance < (self.width + other.width)/2.0:
            return True
        else:
            return False
        
    # 충돌 감지 방법 3: 각각의 스프라이트를 둘러썬 경계상자가 겹칠 때 충돌 발생
    # aabb: Axis Aligned Bounding Box
    def is_aabb_collision(self, other):
        x_collision = (math.fabs(self.x - other.x) * 2) < (self.width + other.width)
        y_collision = (math.fabs(self.y - other.y) * 2) < (self.height + other.height)
        return (x_collision and y_collision)

스프라이트 객체 생성

위 그림에 포함된 6 종류의 스프라이트 객체를 생성한다. 스프라이트 중심의 x, y 좌표, 길이와 너비, 이미지 등이 지정된다.

wizard = Sprite(-128, 200, 128, 128, "wizard.gif")
goblin = Sprite(128, 200, 108, 128, "goblin.gif")

pacman = Sprite(-128, 0, 128, 128, "pacman.gif")
cherry = Sprite(128, 0, 128, 128, "cherry.gif")

bar = Sprite(0, -400, 128, 24, "bar.gif")
ball = Sprite(0,-200, 32, 32, "ball.gif")

# 스프라이트 모음 리스트
sprites = [wizard, goblin, pacman, cherry, bar, ball]

이벤트와 콜백 함수

마우스 클릭, 버튼 누루기, 키 입력 등을 사용하여 영향을 미치는 사건을 이벤트event라 부르며, 이벤트에 반응하도록 프로그램을 작성하는 것이 이벤트 처리다. 여기서는 goblin, pacman, ball 객체를 각각 왼쪽, 오른쪽, 아래 방향으로 움직이도록 하는 이벤트를 설정한다.

이벤트 처리에 사용되는 함수를 콜백callback라 부르는데 사용하는 패키지, 모듈 등에 따라 콜백 함수가 사용되는 방식이 달라진다. turtle 모듈의 경우 Screen.listen() 메서드를 이용한다.

# 고블린 이동
def move_goblin():
    goblin.x -= 64

# 팩맨 이동
def move_pacman():
    pacman.x += 30
    
# 야구공 이동
def move_ball():
    ball.y -= 24

# 이벤트 처리
wn.listen()
wn.onkeypress(move_goblin, "Left")  # 왼쪽 방향 화살표 입력
wn.onkeypress(move_pacman, "Right") # 오른쪽 방향 화살표 입력
wn.onkeypress(move_ball, "Down")    # 아래방향 화살표 입력

게임 실행

게임 실행 중에 화살표 키가 입력될 때마다 지정된 콜백 함수가 실행되어 의도된 스프라이트가 이동한다. 이동하다가 다른 스프라이트와 충돌하면 해당 스프라이트가 X 모양의 이미지로 변경된다.

while True:
    
    # 각 스프라이트 위치 이동 및 도장 찍기
    for sprite in sprites:
        sprite.render(pen)
        
    # 충돌 여부 확인
    if wizard.is_overlapping_collision(goblin):
        wizard.image = "x.gif"
        
    if pacman.is_overlapping_collision(cherry):
        cherry.image = "x.gif"
        
    if bar.is_overlapping_collision(ball):
        ball.image = "x.gif"
        
    wn.update() # 화면 업데이트
    pen.clear() # 스프라이트 이동흔적 삭제

프레임

앞선 코드의 while 반복문이 한 번 실행되는 과정을 프레임frame이라 부른다. 1초 길이의 동영상에 사용된 사진의 수로 동영상의 프레임을 지정하는 방식과 유사한 개념이다. 컴퓨터의 경우 초당 훨씬 많은 수의 프레임이 돌아갈 수 있지만 ‘ 프레임에 포함된 코드의 실행 시간에 따라 다르다.

16.4. OOP의 핵심#

매 프레임마다 아래 코드가 반복적으로 실행된다.

if wizard.is_overlapping_collision(goblin):
        wizard.image = "x.gif"

즉, wizard 가 goblin 과 충돌하면 마법사의 이미지를 X 모양으로 변경한다. 그런데 마법사가 고블린과 충돌하는지를 어떻게 감지하는가? wizard 객체의 is_overlapping_collision() 메서드가 자신과 goblin 객체의 위치, 길이, 너비 정보를 이용하여 알아낸다. 즉, 두 객체 사이에 정보를 주고 받는다.

이처럼 객체들 사이에 주고 받을 수 있는 정보를 이용하여 객체의 상태와 행동을 결정하는 프로그래밍 기법이 바로 객체 지향 프로그래밍이다.

16.5. 연습문제#

참고: (실습) 사례 연구: 객체 지향 프로그래밍

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