虛擬人足球比賽決策系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用
虛擬人足球比賽模擬就是主要依據(jù)現(xiàn)實(shí)足球比賽的場景進(jìn)行的模擬活動(dòng)，下面是小編搜集整理的一篇探究虛擬人足球比賽決策系統(tǒng)開發(fā)的論文范文，供大家閱讀參考。
引言
虛擬人足球比賽模擬就是主要依據(jù)現(xiàn)實(shí)足球比賽的場景進(jìn)行的模擬活動(dòng)，需要考慮的就是整個(gè)球隊(duì)的戰(zhàn)略思想和球員個(gè)體的思想活動(dòng)。作為虛擬人足球比賽的“大腦”的決策系統(tǒng)的根本任務(wù)就是根據(jù)比賽場上的實(shí)際情況，對虛擬人的下一步的行為作出決策，而虛擬人就是按照該決策作出動(dòng)作，以此達(dá)到最終的防守或者進(jìn)攻得分的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對真實(shí)球員活動(dòng)的模擬和仿真。很大程度上決定了對現(xiàn)實(shí)足球比賽所進(jìn)行的模擬和仿真的可靠程度。國內(nèi)外對虛擬人足球比賽的研究相對較少，對虛擬人足球比賽決策系統(tǒng)研究更是少之又少，而與此對比的就是對機(jī)器人足球比賽仿真的研究相對較多，可以通過借鑒對機(jī)器人足球比賽研究中比較成熟的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出較為成熟的模型。
為了解決機(jī)器人足球比賽中決策系統(tǒng)在虛擬人足球比賽決策系統(tǒng)中所存在的缺陷，本文提出了一系列的全新決策的生產(chǎn)方法，通過該決策最終指導(dǎo)虛擬人的動(dòng)作。
為了簡化決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以此降低球員之間的耦合度，本文中的決策系統(tǒng)不考慮守門員的角色，只對其他的10名球員做出決策，并且這10名球員的角色都是固定不變的，每名球員擁有三種任意的角色供自己選擇，即后衛(wèi)、中場、前鋒三種角色，而且對于確定陣型下的球員之間所形成的協(xié)作關(guān)系也是固定不變的。
1策略庫
虛擬人足球比賽決策系統(tǒng)的決策庫主要包括兩種，即全局策略庫和個(gè)體策略庫。
1.1全局策略庫
全局策略作為球隊(duì)的“大腦”，對整個(gè)球隊(duì)的陣型和戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)能夠起到協(xié)調(diào)的作用。在全局策略庫中所存在的一些信息，都可以成為決策系統(tǒng)做出決策時(shí)所參考的依據(jù)。其中，防守本位點(diǎn)主要是在某一陣型下每個(gè)球員的防守區(qū)域的重心下進(jìn)行。
1.2個(gè)體策略庫
個(gè)體決策庫是根據(jù)角色制定的，不同的角色應(yīng)該有著不同的個(gè)體策略庫。因?yàn)楦鱾�(gè)角色之間的戰(zhàn)術(shù)分配對象也是不一樣的，例如在4-4-2陣型中，球員之間的協(xié)作關(guān)系如圖1所示。
根據(jù)上述分析，不難看出，對不同的球員采取不同的個(gè)體策略庫是很有必要的。每個(gè)個(gè)體決策庫中存儲了與球員角色相關(guān)的個(gè)體信息。本文中的決策系統(tǒng)對球隊(duì)的10明球員(不包括守門員)，分別有10個(gè)不同的個(gè)體策略庫。
由于每個(gè)球員都是一個(gè)獨(dú)立的智能體(Agent)，具有自主學(xué)習(xí)能力，其個(gè)體決策庫是隨著時(shí)間的推移而變化的。球員個(gè)體的學(xué)習(xí)過程如圖2所示。
虛擬人足球比賽如同現(xiàn)實(shí)足球比賽一樣，場上的情況瞬息萬變，錯(cuò)綜復(fù)雜。為了能在這種復(fù)雜環(huán)境中做出對虛擬人球員的動(dòng)作決策，可以結(jié)合虛擬人足球比賽的特點(diǎn)加以改進(jìn)，如圖3所示。
在該決策系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)模型中，整個(gè)決策過程分為兩層，分別是推理層和動(dòng)作層。在做出決策之前，先獲取比賽場上的態(tài)勢數(shù)據(jù)。其中，在選擇攻防的時(shí)候，要根據(jù)全局策略庫和態(tài)勢數(shù)據(jù)的實(shí)際情況對防守或者進(jìn)攻做出選擇。
2虛擬人足球比賽決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
基于以上所提出的分層結(jié)構(gòu)模型，對該決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如下：
2.1攻防選擇
攻防選擇主要是為了確定球隊(duì)的整體策略是進(jìn)攻還是防守。每一位球員個(gè)體都是球隊(duì)整體中的一份子，他們必須遵守球隊(duì)的整體戰(zhàn)略，因?yàn)槊恳粋�(gè)球隊(duì)中所有球員的進(jìn)攻策略都是相同的。因此，在選擇攻防的時(shí)候，要根據(jù)全局策略庫進(jìn)行當(dāng)前形式的分析，是易守還是易攻，進(jìn)而產(chǎn)生出后續(xù)的指導(dǎo)決策。
攻防選擇的過程設(shè)計(jì)如下：IF己方控球THEN選擇進(jìn)攻策略ELSEIF對方控球THEN選擇防守策略ELSE球處于無人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)IF最近一次的控球方是己方THEN選擇進(jìn)攻策略ELSE最近一次的控球方是對方THEN選擇防守策略
2.2行為選擇
在攻防選擇確定了防守進(jìn)攻策略之后，可以根據(jù)具體的攻防策略選擇具體的行為。首先說明一下區(qū)域劃分的概念。
在全局策略庫中存儲有某一陣型下的區(qū)域劃分圖，如圖4所示為4-4-2陣型下的區(qū)域劃分圖。通過這種分區(qū)的方法，可以確定每個(gè)球員負(fù)責(zé)的區(qū)域范圍(稱為自治域)，自治域有重疊(重疊部分區(qū)域稱為協(xié)防區(qū)域)的兩個(gè)球員之間存在合作關(guān)系，防守的時(shí)候他們可以根據(jù)場上態(tài)勢進(jìn)行協(xié)防，進(jìn)攻的時(shí)候他們可以根據(jù)場上態(tài)勢進(jìn)行傳接球配合。
2.2.1防守策略
對于防守策略，主要的目的就是阻擋和斷球。因此選擇跑位目標(biāo)，即策略點(diǎn)和跑位速度，就顯得尤為重要了。
根據(jù)場上態(tài)勢數(shù)據(jù)和全局策略庫中的區(qū)域劃分，并根據(jù)球員的具體角色，從其中個(gè)體策略庫中計(jì)算出球員的防守跑位決策。該計(jì)算過程設(shè)計(jì)如下：IF球在個(gè)體的自治域中IF對方球員帶球THEN局部跑位盯人防守ELSE對方球員傳球或者射門THEN向著球的運(yùn)動(dòng)軌跡跑位斷球ELSE球不在個(gè)體的自治域中IF個(gè)體的自治域中無對方球員IF相鄰隊(duì)友需要協(xié)防THEN選擇一個(gè)相鄰隊(duì)友進(jìn)行協(xié)防跑位(向他們共同的協(xié)防區(qū)域跑位)ELSE相鄰隊(duì)友不需要協(xié)防THEN防守策略跑位(向自治域中防守本位點(diǎn)跑位)ELSEIF個(gè)體自治域中有1個(gè)對方球員THEN局部跑位盯人防守ELSE個(gè)體自治域中有多個(gè)對方球員THEN選擇威脅度最大(離己方球門最近)的對方球員做局部。
2.2.2進(jìn)攻策略
對于進(jìn)攻策略而言，其主要的目的就是球員如何帶球到對方門下進(jìn)行射門得分，因此選擇帶球的方向和速度是十分有必要的。還可以根據(jù)場上的具體形式和全局的策略庫數(shù)據(jù)中的區(qū)域劃分，對場上每位球員的.具體角色進(jìn)行進(jìn)攻決策分析。例如個(gè)體的角色是前鋒，則該計(jì)算過程設(shè)計(jì)如下：IF個(gè)體不是持球球員THEN進(jìn)攻策略跑位(向自治域中離對方球門近、球員分布稀疏位置跑位)LESE個(gè)體是持球球員IF射門系數(shù)等于或大于閾值(閾值作為判斷是否進(jìn)行射門的標(biāo)準(zhǔn))THEN選擇射門ELSE射門系數(shù)小于閾值IF丟球危險(xiǎn)程度高(危險(xiǎn)程度由球員個(gè)體周圍某一范圍的對方球員數(shù)量決定)THEN選擇一個(gè)相鄰隊(duì)友傳球ELSE丟球危險(xiǎn)程度低THEN向進(jìn)攻本位點(diǎn)帶球
2.3動(dòng)作規(guī)劃
為了確定球員之間的具體行為，就主要根據(jù)球員的角色從其中對應(yīng)的個(gè)體策略庫中選擇合適的策略，在動(dòng)作規(guī)劃階段為球員的具體行為選擇合適的行為規(guī)范。對于防守策略中的跑位，就需要先確定跑位方向、跑位速度;對于進(jìn)攻策略中的射門，則需要確定射門方向、踢出球的初速度;對于進(jìn)攻中的帶球，則需要確定跑位目標(biāo)(策略點(diǎn))、到達(dá)策略點(diǎn)時(shí)的速度等等。而對于進(jìn)攻中的傳球，需要確定傳球方向、傳球初速度，因?yàn)樾枰c隊(duì)友共同配合以完成傳接球的目的，因此確定傳球方向和傳球初速度比較復(fù)雜。在這里使用一種較為簡潔的傳球動(dòng)作規(guī)劃策略，對于如圖5所示的一種的典型的傳球場景，計(jì)算過程如下：
2.4路徑規(guī)劃
基于弗格森參數(shù)三次曲線[5]的計(jì)算量較小的特性，這里所使用的是弗格森參數(shù)三次曲線作為路徑曲線的，其中計(jì)算弗格森參數(shù)三次曲線所需的參數(shù)(兩個(gè)端點(diǎn)及其切矢，分別用p(0)，p(1)，-p(0)，-p(1)表示)。這種避障路徑分割方法如圖6所示。
3結(jié)束語
為了滿足虛擬人足球比賽特殊性的要求，本文在機(jī)器人足球決策系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了全局策略庫與個(gè)體策略庫相結(jié)合使用的決策生成方法，以此建立虛擬人足球比賽的決策系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)4-4-2陣型給出了各層次的設(shè)計(jì)過程。決策系統(tǒng)的個(gè)體自主學(xué)習(xí)的過程設(shè)計(jì)還有待完善，這將是下一步的工作重點(diǎn)。
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