第2章 server manual.docx

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第2章servermanual

第二章SoccerServer

机器人足球世界杯比赛（Robocup）仿真组比赛是在一个标准的计算机环境内进行的。

比赛规则基本上与国际足球联合会的比赛规则一致，对于某些特殊的部分，在手册第二章会有详细论述。

比赛的方式是由Robocup委员会提供标准的Soccerserver系统，各参赛队编写各自的CLIENT程序，模拟实际足球队员参加比赛。

Soccerserver是一个允许竞赛者使用各种程序语言进行仿真足球比赛的系统。

比赛以Client/Server方式进行。

Server，即Soccerserver，提供了一个虚拟场地，并对比赛双方的全部队员和足球的移动进行仿真。

Client，相当于球员的大脑，指挥球员的运动。

Server和Client之间的通信是通过UDP/IP协议进行的。

所以，竞赛者可以使用支持UDP/IP的任何程序系统。

Soccerserver包含两个程序：

Soccerserver和Soccermonitor。

Soccerserver的工作是仿真足球和队员的移动、与Client进行通信、按照一定的规则控制游戏的进程。

Soccermonitor则负责利用Xwindow（或windows95）系统在server中显示虚拟场地。

server可以同时与多个Soccermonitor相连。

因此，我们可以在多个显示器上同时显示比赛的情况。

Client与Server之间都是通过UDP/IP协议进行信息交互的。

通过这种方式，Client发送指令去控制相应的队员，同时从Server端接受队员的传感器传回的信息。

每个Client模块只允许控制一名球员。

故竞赛者必须同时运行与比赛球员数目相等的client。

Client之间的通讯必须通过Soccerserver来进行。

Soccerserver的一个目标就是对多智能体系统进行评价，而智能体之间的通讯效率是一个重要标准。

竞赛者必须在此要求下实现对多个智能体的控制。

2.1比赛过程及规则

2.1.1Server的获取和安装

Soccerserver的源文件可以从如下地址中获得：

目前，在网上可以找到Soccerserver的UNIX和Windows95两个版本，都是源码，分别需要利用GCC和VC++5.0编译成可执行代码。

有关编译过程可参考Soccerserver的Readme文件。

本组委会提供全部有关的文件，包括源代码和编译好的可执行代码。

2.1.2整场比赛的过程

由Soccerserver控制的比赛过程可分为如下步骤：

1两队的全部队员通过init命令与Soccerserver一一连接。

2当全部队员都准备好时，比赛裁判（commissary）用鼠标点取Soccerserver的kick-off按钮，上半场比赛开始。

3上半场比赛为5分钟。

当上半场比赛结束时，Soccerserver暂停比赛。

4中场休息为5分钟。

在此期间，竞赛者可以修改Client程序。

5在下半场比赛开始之前，每个Client需要使用reconnect命令与Soccerserver重新进行连接。

6当全部Client准备就绪时，裁判（commissary）点取kick-off按钮，开始下半场比赛。

7下半场结束时，server自动停止比赛。

8如果比赛结果为平局，加时赛开始。

加时赛采用金球法，即任一方球队进球，比赛立即结束，进球方获胜。

2.1.3Soccerserver控制的比赛规则：

1进球（Goal）

当进球时，裁判（referee）通过向全部Client发送广播式消息宣布进球。

同时它登记比分、暂停比赛5秒钟、将球移回中点、并且将比赛模式切换为开球模式（kick-off）。

当裁判暂停比赛时，球员必须回到自己半场，可以使用move命令。

如果某个球员仍在对方半场，裁判（referee）会自动将此球员移回到自己半场，放置在随机位置。

2开球（kick-off）

开球时全部球员必须在自己半场。

如果某个球员仍在对方半场，裁判（referee）会将此球员移回到自己半场，放置在随机位置。

3出界（OutofField）

当球出界时，裁判（referee）将球移到一个合适位置（边线、角球区或罚球区），并将比赛模式相应的切换为：

边界球（kick_in）、角球（corner_kick）或球门球（goal_kick）。

发角球时，裁判（referee）将球放置在角内（1m，1m）处。

4清场（Clearance）

当守门员扑球后，或当前模式为：

开球（kick_off），边线发球（throw_in），角球（corner_kick），球门球（goal_kick），或越位（offside）时，裁判（referee）将防守队员移出以球为圆心，半径为9.15的圆形区域，被移出的队员随机放置在圆形区域的周围。

5比赛模式控制（Play_modeControl）

当比赛模式为开球（kick_off）、边线发球（throw_in）、角球（corner_kick）、球门球（goal_kick）时，在球接收到kick命令开始移动之后，裁判（referee）将模式切换到正常进行模式（play_on）。

6中场休息时间和终场时间（HalftimeandTimeUp）

当上半场和下半场结束时，裁判（referee）自动终止比赛。

每半场缺省的比赛时间为3000个仿真周期，大约5分钟。

如果下半场结束时为平局，会进行加时赛，直到一方进球为止。

2.1.4需要人判断的规则

某些故意犯规动作，如故意阻挡等，很难由裁判（referee）自动判断，因为它与球员的意图有关。

因此，Soccerserver为通过人来判断这些犯规动作提供了一种方式。

下面简单介绍一下此类犯规动作：

1故意包围足球（Surroudingtheball）

2故意用多名队员阻挡球（Blockingthegoalwithtoomanyplayers）

3故意持球（Notputtingtheballintoplay）

4故意阻挡其他队员的移动（Intentionallyblockingthemovementofotherplayers）

5守门员滥用“catch”命令，守门员不允许在罚球区内重复使用kick和catch命令

6不允许向server发送过多命令，每个Client在一个仿真周期内不能发送超过3或4个命令。

过多的命令会使server阻塞。

2.2Soccerserver

主要介绍了SoccerServer的各个组成部分（对象），包括场地以及球场上面的对象以及球员相关的各种模型。

2.2.1球场上的对象

图2.1是用UML实例图表示了robocup仿真组中的对象。

Figure2.1:

UMLdiagramoftheobjectsinthesimulation

2.2.2场地和球员

仿真环境中足球场和其中的全部对象都是二维的。

任何对象都没有高度的概念。

比赛场地的尺寸为field_length

field_width，球门的宽度为goal_width，缺省值为105（m）

68（m）（单位是没有意义的），球门宽度为14.64（m），是实际的两倍。

实验证明，对于正常的宽度是很难进球的。

球员和球都使用圆圈来表示。

动作模型是离散的（在一个仿真周期结束时全部的动作被执行一次）。

每个仿真周期时间的长短是由参数simulator_step决定的。

在每个仿真周期结束前，Soccerserver接收所有client的命令，并执行命令，并利用当前场上对象（球员和球）的位置和速度信息计算出全部对象新的位置和速度信息。

2.2.3对象的运动模型

在仿真周期内，对象的移动按如下公式进行计算：

（

）=（

）+（

）：

加速

（

）=（

）+（

）：

移动

（

）=

：

衰减速率

（

）=（

）：

复位加速度

其中，（

）和（

）分别表示t时刻物体的位置和速度。

Decay是一个参数，分别由ball-decay和player-decay控制。

（

）表示对象在t时刻的加速度，可以通过dash（针对队员）和kick（针对足球）的Power参数计算得到：

（

）=Power

其中

表示对象在t时刻的前进方向。

如果对象为球员，他的方向通过由下式计算：

Moment是turn命令的参数。

对于足球，其方向的计算方法是：

其中

和

表示球和踢球队员当前的方向，而Direction是kick命令中第二个参数。

（

）表示是在t+1时刻的加速度，在现在的Server版本中复位为0。

另外加入以下2种因素：

2.2.3.1碰撞

如果在某个仿真周期结束时，两个对象发生重叠，则server自动将他们向后移动，直到不再重叠为止，然后将各自速度乘以-0.1。

需要说明的是，只要在仿真周期结束时球和某队员不发生重叠，那么球就可以直接穿过该队员。

2.2.3.2风和环境干扰

为了反映出实际比赛中球以及球员运动的不确定性，Soccerserver在球与球员的移动及命令的参数中加入了干扰。

首先考虑移动，干扰是以如下方式加入的：

（

）=（

）+（

）+（

）

为属于

的随机数。

rmax的定义为：

rmax

rand是player-rand和ball-rand的参数。

turn命令中Power参数的干扰加入方式为：

2.2.4球员的感知信息

球员可以从server接受三种不同的感知信息：

听觉、视觉和身体状态信息。

听觉感知检测裁判，教练和其他球员发送的消息。

视觉感知检测场上的可视信息，如球员当前可视范围内的对象的距离和方向。

视觉信息很象一个传感器，可以“见到”在球员身后的附近对象。

身体状态信息检测球员的当前物理状态，如球员自身的体力stamina，速度speed和头颈角度neckangle。

2.4.4.1听觉模型

当某球员或裁判（referee）“说”消息（sayMessage）时，附近的其他球员包括对方球员可以立即听到消息，没有延迟。

他们以（hearTimeSender"Message"）的形式听到消息。

其中：

Time：

前的仿真周期。

Sender：

如果是其他球员发送的消息，那么是发送者的相当方向（Direction），否则就是下面的选项：

●self：

发送者是自己本人。

●referee：

裁判是发送者。

●online_coach_left或者online_coach_ringt：

发送者是在线教练。

Message：

消息内容。

最长可以是say_msg_size个字节。

裁判发送的消息可以是：

before_kick_off、kick_off_l、kick_off_r、kick_in_l、kick_in_r、corner_kick_l、corner_kick_r、goal_kick_l、goal_kick_r、free_kick_l、free_kik_r、offside_l、offside_r、play_on、half_time、time_up、extend、foul_Side_Unum、goal_Side_Point。

注意关于是哪个队员发的消息和他的距离是不知道的。

队员只有有限的通讯能力，只能听到一定距离之内的声音，此距离由soccerserver参数audio_cut_off_dist决定。

同时队员在hear_decay个循环周期内只能听到hear_inc条消息。

一般情况下，在2个循环周期内，当有多个队员说某消息时，一名队员只能接收一条，而失去了其他的消息。

裁判（referee）所发的消息具有高的优先级，可以被全部队员接收到。

2.4.4.2视觉模型

从server得到的听觉信息按如下格式：

（seeTimeObjInfoObjInfo…）

Time：

当前时间。

ObjInfo表示了可视对象的信息。

其格式为：

（ObjNameDistanceDirectionDistChngDirChngBodyDirHeadDir）

ObjName=（playerTeamnameUnum）

|（golaSide）

|（ball）

|（flagc）

|（flag[l|c|r][t|b]）

|（flagp[l|r][t|c|b]）

|（flag[t|b][l|r][10|20|30|40|50]）

|（flag[l|r][t|b][10|20|30]）

|（flag[l|r|t|b]0）

|（line[l|r|t|b]）

Distance，Direction表示目标的相对距离和相对方向。

DistChng和DirChng分别表示目标距离和方向的相对变化，DistChng和DirChng不是精确值，只是一个粗略值。

字母：

“l、r、c、t、b”分别表示了左、右、中心、上、下。

“p”表示罚球区。

详见图2.2。

图2.2球场标志

Distance，Direction，DistChng和DirChng按如下方式计算出来的：

Distance=

Direction=

/Distance

/Distance

Distance

其中

是目标的绝对位置坐标，

是接收视觉信息的队员自己本身的绝对坐标，

是目标的绝对速度，

队员自己的绝对速度。

是队员所面向的绝对方向。

另外

和

表示目标的相对位置和相对速度。

表示平行于相对位置向量的单位向量。

如果被观察者是球员的话，才会有BodyDir和HeadDir，分别是被观察球员相对观察者的身体和头部的相对角度。

如果两个球员的身体都是相同的角度，那么BodyDir就等于零。

HeadDir也一样。

视野范围

球员的可视部分依赖于几个因素。

首先是server上的参数sense_step和visible_angle，决定了视觉信息的时间间隔，以及球员正常视角时的角度。

现在使用的是150ms和90°。

球员通过改变ViewWidth和ViewQuality也可以改变视觉信息的频率和质量。

view_frequency和view_angle由以下公式2.1和2.2计算得出：

（2.1）

1当ViewQuality=high

0.5当ViewQuality=low

2当ViewWidth=narrow

1当ViewWidth=normal

0.5当ViewWidth=wide

也就是说，视觉质量要求越高，视角要求越小，则发送时间间隔越大。

（2.2）

2当ViewWidth=wide

1当ViewWidth=normal

0.5当ViewWidth=narrow

球员能够“看到”在他领域内的对象（以visible_distance为半径的圆周）。

如果某一对象在此范围内，但是不在球员的视野范围内，那么球员只知道对象的类型（足球，球员，球门或者是标记），而不知道对象的确切名字。

就是说使用“B”,“P”,“G”和“F”来作为对象的名字，而不是使用“b”,“p”,“g”和“f”。

图2.3球员的视野

图4.3表示了view_angle的意思。

图中的观察球员由两个半圆组成，空心的半圆表示球员的前部。

全黑的圆周代表场上的对象。

只有在view_angle/2的角度范围内，而且在visible_distance的距离范围内的对象才能被看到。

因此，对象b和g是不可见的，其他的对象都是可见的。

对象f在观察者的正前方，它的角度被认为是0°。

对象e会被认为是－40°，而对象d则会被认为是大约20°。

请参考图2.3的标志，球员所获得的视觉信息和距离的相关程度很大。

对于近距离球员，它既可以看到它所属的球队同时也可以看到他的球员号码。

然而，随着距离的增加，首先消失的是球员的号码。

然后距离的增加还会导致球员的队别也分不清楚了。

在服务器端假定这些距离是：

这里假定dist是球员和自己的距离，那么：

◆如果

那么球员号码和球队名称都可见。

◆如果

，那么队名是可见的，但是队员号码有一定的概率看不到。

这个概率根据dist是线性的从1到0减少的。

◆如果

，那么球员号码是不可见的。

◆如果

，那么队名也存在一定的概率不可见，概率是随着dist的减少从1到0线性的递减的。

◆如果

，那么队名是不可见的。

视觉感知噪声模型

为了在视觉感知数据中引入噪声，server发送的信息被进行了量化处理。

如：

无论远处的目标是球还是球员，目标的距离值按如下方式进行量化：

其中

分别表示精确距离和相应的量化距离。

且：

ceiling（V/Q）*Q

这表示队员是不能知道远处物体的精确位置的。

例如：

当距离为100.0时，最大噪声可达到10.0，但当距离在10.0之内时，噪声小于1.0。

对于远处目标是旗或线的情况，距离值按如下公式量化：

其中，

=0.1，

=0.01

2.4.4.3自身感知模型

自身感知返回球员当前的物理状态。

每隔sense_body_step（目前使用100ms），就会自动的向球员发送自身感知信息。

自身感知消息的格式如下：

（sense_bodyTime

（view_modeViewQualityViewWidth）

（staminaStaminaEffort）

（speedAmountOfSpeedDirectionOfSpeed）

（head_angleHeadDirection）

（kickKickCount）

（dashDashCount）

（turnTurnCount）

（saySayCount）

（turn_neckTurnNeckCount）

（catchCatchCount）

（moveMoveCount）

（change_viewChangeViewCount））

ViewQuality的取值是high或low。

ViewWidth取值是narrow，normal，wide。

AmountOfSpeed是球员速度的近似值。

DirectionOfSpeed是球员速度的近似方向。

HeadDirection是球员头部的相对方向。

变量Count是由server执行的对应命令的总量。

如：

DashCount＝134说明球员其时已经执行

了134次dash命令

2.2.5球员的动作模型

下面介绍一些球员可以发送给sever的各种动作，并且指出了那些动作是可以同时发送给Server，那些是不能同时发送的。

表2.1中列出了全部表示动作的命令。

（catchDirection）

向Direction方向扑球。

当球落入宽为goalie_catchable_w，长为goalie_catchable_l的矩形内时，并且方向为Direction，守门员可以扑到球。

（turnMoment）

控制球员转身的角度。

Moment应在-180~180之间。

球员身体可以转过的角度随着球员的快速运动而减少。

（Moment的范围会改变。

）

（turn_neckAngel）

控制球员转脖子。

其中Angel转过的角度。

Angel

[minneckmoment，maxneckmomnet]

（moveXY）

移动球员到（XY）。

X

[-52.5，52.5]，Y

[-34,34]

（dashPower）

在球员所面对的方向上增加球员的速度。

Power应在-100~100之间（范围可变）。

（kickPowerDirection）

以Power的力量向Direction方向踢球。

条件是球要在kickable_area范围内。

Power

[-100，100]，Direction

[-180，180]。

（sayMessage）

向所有球员广播Message。

Message会迅速被其他球员（包括对方球员）以听的方式接收。

Message是串长小于10个字节的字符串。

可以包含字母，阿拉伯数字和符号“+-*/_.（）”。

球员的听力受距离限制。

（tacklepower）

在可tackle的范围内，可以使用power

[-100,100]进行tackle

（score）

询问在Time时刻我们和对手的得分。

（change_viewANGLE_WIDTHQUALITY）

改变球员的视角宽度和视觉能力。

ANGLE_WIDTH可以是wide、normal、narrow。

QUALITY为high或low。

（sense_body）

{sense_bodyTIME

（view_modeQUALITYWIDTH）

（staminaSTAMINAEFFORT）

（speedAMOUNT_OF_SPEED）

（kickKICK_COUNT）

（dashDASH_COUNT）

（turnTURN_COUNT）

（saySAY_COUNT）

}

表2.1表示动作的命令

●catch

球员抓球动作。

守门员是唯一能执行catch命令的球员。

守门员可以从任何方向抓到足球，只要足球在可抓范围内，守门员在罚球区内，且比赛模式是“play_on”。

如果守门员以δ角度去catch足球，那么可抓范围是长宽分别是catchable_area_l和catchable_area_w的矩形区域。

如果足球在这个矩形区域内，能够被抓到的可能性是catch_probability，在外面则不能被抓到。

●turn

球员的转身动作，其参数moment属于minmoment和maxmoment（缺省为

到

）组成的区间。

在球员运动的过程中，由于惯性的存在，转身更为困难。

一般地，球员的实际角度由下式计算：

inertia_moment是一个参数，缺省值为5.0。

由上式可知，当一个球员以最大速度前进时，他最大可以转过的角度是

。

●turn_neck

球员转脖子动作。

使用turn_neck命令，从某种角度上，是在独立于球员身体的转动头颈。

球员的头部角度是他的视野角度。

命令turn改变球员的身体角度，而命令turn_neck则改变了球员相对他的身体的颈部角度。

球员颈部的相对角度介于minmoment和maxmoment之间（在文件serever.conf中定义）。

切记头颈角度是相对于球员身体的相对角度，如果球员执行了turn命令，而没有执行turn_neck命令，球员的视野角度也是会改变的。

●move

命令move可以把球员移动到场上的任何一个地方。

只有在设置整个球队时，move命令有效，在正常比赛期间是没有效果的。

在上下半场开始前（比赛模式是‘before_kick_off’）以及进球后（比赛模式是‘goal_r_n’和‘goal_l_n’）才可以使用move命令。

在这种情况下，只要比赛模式没有改变，球员可以被移动到自己半场的任何地点（就是说x<0），而且可以被移动任意多次。

如果球员还在对方半场的话，那么将会被server移动到己方半场的随机位置。

●dash

dash