RoboCup Simulation 2D Server

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音杭
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1 陈荣亚 ( 基于 rcssserver 编写 )

2 一场仿真 2D 的比赛过程球员可以通过视觉听觉感知等获取赛场信息, 并且在每个模拟周期结束前发送符合规定语法的字符串表示本周期决策的最终命令 Server 将这些命令汇总, 通过一定规则的运算, 得到下一个周期的世界模型然后,Server 再根据每个球员的视角听力等发送相应的信息, 球员收到信息后, 更新自身的世界模型, 随即进行下一个周期的决策过程这些工作都要求在 100ms 之内完成比赛上下半场默认各为 3000 周期

3 Server-The World of Player Stadium Referee

4 Stadium-The Stage of Player 2D 离散化运动模型感知模型动作模型球员异构模型

5 2D 环境及其描述整个球场只是一个平面球是不能飞起来的 2D 中采用的坐标系有 2 种 : 平面直角坐标系用于全局信息球场中心指向右侧球门中心为 x 轴正方向 X 轴顺时针旋转 90 度为 y 轴正方向平面极坐标系用于个人信息身体的朝向为极轴顺时针为正, 逆时针为负角度大小 [-180,180]

6 离散化时间的离散化每 100ms 为一个周期, 工作按照周期循环空间的离散化 Server 发过来的信息, 精度都只有 0.01 动作的离散化比如 Dash, 仅能够向 8 个方向 Dash 而且 Dash 和 Turn 不相容, 不可能在一周期内又 Dash, 又 Turn

7 运动模型速度公式 u(t+1) = v(t) + a(t) + r(t)+w(t) u 为有效速度 v 为衰减之后的上周期速度 v(t) =v(t-1)*decay 其中 :ball_decay(0.94),player_rand( 异构参数 ) a 为本周期其得到的加速度, 如果没有, 则其为 0 球员的加速度由 dash 产生球的加速度由 kick 或 tackle 产生多人踢球进行矢量叠加 r 为随机矢量大小 : 和 ball_rand(0.1),player_rand(0.05) 有关方向 : 随机 w(t) 为风速, 目前为 0

8 运动模型位置 P(t+1)=P(t)+u(t+1) 碰撞球是一个半径为 0.085m 的实心圆球员是一个半径为 0.3m 的实心圆如果某周期球员和球或者和另一个球员有部分重合, 视为发生一次碰撞碰撞后,u(t+1)=v(t)*(-0.1) 注 : 仅当重合才发生碰撞若仅仅是轨迹交叉则不发生!

9 视觉相对坐标系通过地标定位自身信息的不完整性首先丢失号码信息, 然后是所属球队信息, 最后完全看不见注意 : 不论多么近, 我是看不见对方做了什么动作的信息噪声得到的各种位置都有误差, 距离越远误差越大刷新周期和视野范围 1 周期 (60 ) 2 周期 (120 ) 3 周期 (180 ) 视觉信息会在更新周期结束后发送给球员

10 听觉单通道我不知道他听没听见低带宽只有 10 字节信息公开敌人也能听见 ( 如果他听 ) 信息不可靠我说了他不一定能听见听力有限我一次只能注意两个人, 一个对手的, 一个队友的

11 听觉但是 : 裁判通知比赛状态的改变用的方式就是哨音对配合的影响, 是视觉的重要辅助 : 11 号, 我要给你传球啦! 执行 B 计划! 所以重要性不言而喻

12 感知感知自身视角范围体力身体速度头部位置发出各种命令的次数感知周围能够知道周围特定距离内的物体的位置, 不过不知道速度这个感知信息是和视觉信息一起发出的

13 信息的获取 Turn neck Change view Point to Attention to Say Score 以上动作在一个周期之内可以各发出一次 ( 只要在最大信息长度的限制之内 )

14 Turn neck 参数 :angle 作用 : 转动头部 angle <90, 取相对坐标这是唯一一个不会产生误差的动作, 转多少就是多少!

15 Change view 参数,width 作用 : 改变视角大小 width 包括 narrow normal wide 三种在同步视觉模型中, 上述视角和刷新周期分别为度和周期视觉信息总是在满足更新条件后才发送到球员譬如之前 2 个周期是 wide, 本周期变成了 narrow/normal, 也需要再过一个周期才能接到视觉

16 Point to 参数 :dist,angle 作用 : 指向某个点不管自己转身还是别的, 仅仅指向那一个点 angle 取相对坐标,dist 是到自己的距离可以发出 off 指令让自己不指不管是队友还是对手都只能够看到手臂方向

17 Attention to 参数 :team num team 是哪一支球队 num 是哪个队员还可以单独使用 off, 然后终止关注关注的效果是 : 将会听到该队员说的一句话, 如果该队员没有说话, 将会听到那个队伍里随机的一句话

18 Say 参数 :msg 实际上就是喊话如果有人注意你 (Attention to) 他下一周期就能够听到如果没人注意, 也有一定概率被听到

19 Score 无参数 Score 会返回 ( Score time our their ) time 为时间,our:their 为比分

20 动作模型 Dash Turn Kick Tackle Catch Move

21 Dash 参数 :power,angle 在本周期给自己在某个特定方向上一个加速度 power 为发力的大小, power power 的值可正可负当为负值的时候, 即为倒跑 angle 为加速的方向, 取相对自身坐标系的值注意, 这个 angle 仅有 8 个方向 :0,±90,±45, ±135,180 显然,90 正跑和 - 90 倒跑效果是一样的其余的类似

22 Dash dash_power =effort * power * dir_rate * dash_power_rate power 是参数 dash_power_rate 是异构参数 dir_rate 是 angle 的函数 angle = 0,dir_rate 为 1 angle = 90 时, dir_rate 为 0.4 angle = 45 或者 135 时,dir_rate 为 0.7 和 angle = 180 时,dir_rate 为 0.6

23 Dash effort 是和球员状态以及其异构参数相关的一个数加速度 accel =( dash_power, angle + anglebody ) anglebody 是身体方向

24 Stamina The Power of Dash RoboCup2D 最新体力模型 ( 电池模型 ) 如下 : 每个球员在每个半场和加时赛开始前将补充满他们的体力池, 总计点每个球员即时体力还有 8000 点 ( 上限值 ) 每个 dash 执行后, 消耗的体力为 power 的值, 如果 power<0, 则消耗 -2.0*power, 这就是倒跑的代价每个周期, 球员通过自身属性中的 stamina_inc 从体力池中补充相应数值的即时体力, 补充到上限 8000 为止

25 Stamina The Power of Dash 一些动作体力消耗巨大, 如长时间高速带球长距离的全力冲刺倒退跑 (power<0) 等体力下降到 2400 点, 将导致 effort 的下降, 从异构参数的 effort_max 逐渐降到 effort_min, 同时 stamina_inc 也会逐渐下降体力回升到 4800 点,effort 将会随之逐渐回升, stamina_inc 则不会随之回升, 只是在半场开球时恢复为默认的最大值当体力池内的体力耗尽后, 每次 Dash 仅能使用 extra_stamina 的体力 extra_stamina 是异构参数, 参考值为 50

26 Turn 在本周期让自己转过一定角度参数 :angle angle 是转身的角度, angle 180.0, 取相对坐标转身时候的实际角度由球员速度和 inertia_moment 这个参数一起决定球员速度越快, 实际转动的角度越小球员静止时实际转动的角度最大

27 Turn new_body_angle =body_angle + angle / ( inertia_moment * vel ) 可以看出, 转身的角速度和异构参数 inertia_moment 与速度大小 vel 的乘积成反比关系 vel = 0 时, 最多可以转 180 度 vel 的极限是 1.05, 若取 inertia_moment = 5, 可知在极限速度下, 每个周期的转动角度小于 30 度! turn 的执行过程中将会产生随机误差, 相对误差为 10%

28 Kick 在本周期给球在某个特定方向上一个加速度参数 :power,angle power 为发力的大小, power angle 是发力的方向,angle 取相对坐标球和球员的边界距离小于 kickable_margin 时可以踢到球, 此时的 kick 命令有效踢球的有效加速度随着球的距离和相对角度的增加而减少

29 Kick eff_power = power * kick_power_rate* ( *dir_diff/ *dist_ball/kickable_margin) power 为参数,kick_power_rate 是常数 (0.027) dir_diff 是球和身体方向的夹角 ( 绝对值 ) dist_ball 是球和人的边界距离 Kickable_margin 是异构参数球的加速度 accel = ( eff_power, angle + body_angle ) angle 是参数,body_angle 是身体方向 accel 在产生过程中有随机误差!

30 Tackle 在本周期以一定概率, 给球在某个特定方向上一个加速度参数 :angle,foul angle 是发力的方向, 取相对坐标 power 的值由 angle 唯一确定, 不可更改球处于球员正前方左右 2.5 米向前 2 米的区域内时可以得到非零的铲球概率, 铲球概率的值由球相对球员的位置唯一确定 tackle 完成后, 球员有 10 个周期不能移动 ( 倒地 )

31 Tackle 参数 foul 决定是否犯规, 取字符串 true/false foul = true 时, 铲球后没有 10 个周期的屏蔽时间, 相反, 在危险情况下会导致对方的倒地 ( 如果铲球成功 ) 若被发现 ( 取决于概率, 目前为 0.5), 则会被判黄牌两张黄牌下场危险情况定义 : 持球者 ( 可以踢球的人 ) 位于铲球者和球之间 ( 二者连线会穿过持球者 ) 持球者背对铲球者 ( 其身体角度跟自己与球连线方向夹角小于 90 度 ) 持球者在铲球者 Tackle 前发出了 Dash 命令

32 Kick 和 Tackle 的随机误差 Kick 和 tackle 的加速度误差算法相同误差为极坐标形式的矢量误差的方向随机误差的大小和 kick_rand 这个异构参数有关误差的大小也和球相对球员的位置和速度大小有关

33 Catch 在本周期内扑到球参数 :angle angle 是扑球的方向, 取相对坐标, 可以是任意方向球处于相对球员 angle 方向的横向 2.0 米纵向 0~UnrelCatch 最小值的区域内时可以扑到球, 概率为 1 球处于相对球员 angle 方向的横向 2.0 米纵向 UnrelCatch 区间的区域内时可以扑到球, 概率为由内向外, 从 1 开始, 沿径向线性衰减到 0 UnrelCatch 是球员的异构信息, 其区间中心是 1.3 米守门员相邻两次扑球的最短间隔为 5 个周期, 以模拟真实世界中的扑救动作

34 Move 在己方半场的自由移动参数 :x,y (x,y) 为全局坐标上下半场开场前用以避免无谓的体力消耗任意一方进球后守门员扑到球后可以在己方禁区内使用两次 move 命令以避开对方球员的紧逼围堵

35 球员异构模型总共有 18 人, 编号 id 0 ~ id 17 异构参数 : (player_type (id 0)(player_speed_max 1.05) (stamina_inc_max 45)(player_decay 0.4) (inertia_moment 5) (dash_power_rate 0.006) (player_size 0.3)(kickable_margin0.7) (kick_rand 0.1)(extra_stamina 50)(effort_max 1) (effort_min 0.6)(kick_power_rate 0.027) (foul_detect_probability 0.5)(catchable_area_l_stretch 1)) 以上为各个异构的参考值, 也就是说, 这些异构参数的设置不会与这些值相差太大 player_speed_max == 1.05 常数 player_size == 0.3 常数

36 教练指定上场的球员的类型教练选择 id0~id17 中的 10 个上场比赛中途还可以在死球状态 ( 非 play_on) 下换人, 一场比赛最多 3 个获取无噪声的全局信息包括一些球员无法得到的信息, 如手臂指的距离即使是教练也不知道球场上球员做了什么动作用 say 指令和全局交互 PlayOn 下有 50 周期的延迟 SetPlay 下没有延迟消息的总量大小类型 (info,advice 等等 ) 都有限制离线教练 : 用于训练和调试, 场景重现等

37 Referee-The Rule of Game Play on 正常比赛 Kick off 开球 ( 为节省体力, 可以 Move) Kick in 发界外球 ( 只能用踢 ) Corner kick 角球 Goal kick 球门球 Goalie free kick 守门员开球 Free kick 任意球 Indirect free kick 间接任意球

38 Foul Tackle( 铲球 ) 时, 进入危险情况, 则有 0.5 的概率被判定为犯规如果是危险情况下的故意铲球 ( 参数 foul 为 true), 则会判定为犯规, 有 0.5 的概率吃到黄牌满两张黄牌则转为红牌, 直接被清理下场而铲球也有一定几率直接被判红牌, 不过当前该值被设置为 0

39 Offside 传球时, 接球队员的 x 坐标大于对方倒数第二个防守球员和球的最大 x 坐标, 则接球队员越位越位线最少不超过中线, 最大不超过底线接球队员的判定, 是接触球 ( 和球相撞 ) 或者对球发出 Kick 或者 Tackle 指令即算作接球

40 Back pass 守门员在禁区内用 Catch 指令接住了之前最后一次触球人为队友的球, 即判定为回传球违例如果最后一次踢球时, 本方球员和对方球员同时踢到球, 则不算回传球违例 30 周期后, 自动转换成间接任意球

41 Kick fault 一般特殊模式只要踢球即完成开球门球要求球被传出禁区才完成开球球在禁区内被对方踢到则重发若球被本方队员带球 ( 踢 - 跑 - 踢 ), 则违例, 应坠球若是在进行 Freekick 或者 Kickin 的时候违例, 则球权交给对方, 由对方发球

42 发球超时发球超时及处理 : 一方发球, 在 100 周期后没有进入 play_on, 即球没有发出, 则判发球违例 (free_kick_fault) 此时在发球位置坠球 (drop_ball), 重新开始比赛如果坠球点在禁区内, 则改为在禁区的左右上角坠球

43 Forbidden area 真人足球的人墙距离是 9.15 米因此, 一般在特殊模式时,server 会把对手的人直接扔出以球为圆心 9.15 米为半径的圆外, 并将阻止对手进入门球模式下, 这个区域是开球方的整个禁区越位时,server 会将越位方所有球员扔回越位线以后开球时,server 会将滞留在对方半场的球员扔回本方半场

44 平局的处理比赛有两场加时赛, 每场 1000 周期采用传统赛制, 当两场加时赛全部结束时比赛才结束若加时赛结束, 双方比分仍然相同, 则采用点球

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