2007.08_Robocode–walki robotów_[Programowanie].pdf

programowanie

Walki robotów

– walki robotów

Marek Sawerwain

Jeśli ktoś zapyta, czym jest Robocode, to odpowiedź jest bardzo prosta. Robocode to zintegrowane

środowisko, którego zadaniem jest przeprowadzanie symulacji walk wirtualnych robotów bądź też botów,

a dokładniej czołgów. Wolno potraktować Robocode jako grę komputerową, choć bardzo specyiczną.

Bowiem naszym zadaniem jest stworzenie programu, który będzie sterował wirtualnym czołgiem

i walczył z wirtualnymi przeciwnikami sterowanymi przez inne programy.

cyjne, ponieważ poprzez zabawę uczy

programować. Język używany do pro-

gramowania robotów to Java. I jest to

pełna wersja tego języka – bez żadnych uproszczeń. Ma-

my dostępne API, za pomocą którego możemy sterować

naszym robotem. Występują zdarzenia, jak choćby traie-

nie naszego pojazdu, na które możemy reagować. Wydaje

się, że prosto jest napisać program do sterowania robotem.

To po części prawda – korzystanie z klas, metod i zdarzeń

sterujących robotem jest dość łatwe, ale opracowanie stra-

tegii na tyle dobrej, aby nasz czołg wygrywał pojedynki, to

już inny problem.

Jednak zaprojektowanie nawet najprostszych robo-

tów daje wielką frajdę, toteż w tym artykule postaram się

przedstawić wszystkie niezbędne wiadomości, jakie przy-

dadzą się na początku przygody z Robocode.

ostatnia nosi numer 1.3. Aplikacja została opracowana

w całości w Javie, co oznacza, że niestety musimy mieć za-

instalowaną Javę w systemie. Ramka pt. Instalacja Javy i Ro-

bocode podpowiada jak samodzielnie zainstalować Javę

i sam program Robocode. Niektóre dystrybucje, przykła-

dowo Debian, oferują gotowe pakiety, więc warto spraw-

dzić czy nie mamy gotowych pakietów np. z Javą.

Po uruchomieniu programu warto po obejrzeniu po-

czątkowej demonstracyjnej potyczki wybrać z menu opcję

File , a następnie New , aby przeprowadzić testową bitwę. Po

wybraniu opcji New zobaczymy okno dialogowe podobne

do okna z Rysunku 1. Na początku interesująca jest tylko

zakładka Robots . Z listy dostępnych robotów za pomocą

kliknięcia przyciskiem myszy bądź przyciskiem o nazwie

Add dodajemy wybrane roboty do listy Selected Robots .

Po wybraniu kilku robotów naciskamy przycisk Start

Battle i zobaczymy arenę, gdzie nasze czołgi będą to-

czyć bój na śmierć i życie, co widać również na Rysunku 3.

Warto także dopasować wielkość areny, jeśli korzystamy

z wysokiej rozdzielczości, to początkowa arena o rozmia-

rach 800x600 jest po prostu za mała i warto ją powiększyć,

co możemy zrobić w zakładce BattleField .

Wirtualna maszyna wojenna

Program Robocode to sprawdzony i dojrzały projekt roz-

wijany od roku 2001, czyli już niemal siedem lat. Jednak

mimo to nadal pojawiają się nowe wersje tego programu,

sierpień 2007

Robocode

W ielką zaletą Robocode są walory eduka-

programowanie

Walki robotów

Listing 1. Najmniej skomplikowany czołg – sam

się nie rusza, ale czasem strzela

Rysunek 1. Początek walki, dodawanie robotów, które będą walczyć na arenie

package myrobots;

import robocode.*;

import java.awt.Color;

public class MyRobot_V1 extends

Robot {

public void run () {

setColors ( Color . blue , Color . re

d , Color . yellow ) ;

setScanColor ( Color . WHITE ) ;

while ( true ) {

doNothing () ;

}

public void onScannedRobot ( Scan

nedRobotEvent e ) {

ire ( 1 ) ;

}

public void onHitByBullet ( HitBy

BulletEvent e ) {

turnRight ( e . getBearing ()) ;

ire ( 1 ) ;

}

Rysunek 2 pokazuje, w jaki sposób zbu-

dowany jest nasz czołg. A składa się on z kil-

ku głównych części: podwozia, wieżyczki, na

której znajduje się działo oraz radaru. Natu-

ralnie za poruszanie się pojazdu odpowiada

podwozie, natomiast sama wieżyczka z dzia-

łem, identycznie jak w prawdziwym czołgu,

jest niezależna i możemy ją obracać w dowol-

nym kierunku. Podobnie radar – jest on rów-

nież niezależny i możemy nim obracać nieza-

leżnie od podwozia i działka. Ponieważ po-

ruszamy się po dwuwymiarowej arenie, to

zmiana nachylenia działa nie jest nam po-

trzebna, ale i tak opracowanie bardzo dobrej

strategii jest dużym wyzwaniem. Dość łatwo

steruje się czołgiem – np. przesunięcie się do

przodu o 100 pikseli realizujemy, pisząc po

prostu ahead(100); . Obrócenie radaru o 90

stopni w prawo sprowadza się do wywołania

metody turnRadarRight(90); . Natomiast

obrócenie samego pojazdu to zadanie dla me-

tod turnRight oraz turnLeft .

Pierwszy program

Listing 1. przedstawia najprostszy program

sterujący czołgiem na arenie. Możliwości na-

szego programu nie są naturalnie zbyt duże.

Nasz czołg zawsze stoi w miejscu, ale gdy

w jego polu rażenia znajdzie się inny czołg,

to oddajemy strzał w kierunku przeciwnika.

Reagujemy także na traienie. Jeśli ktoś strzeli

do naszego pojazdu i trai, to obrócimy czołg

w kierunku przeciwnika, a następnie odda-

my strzał w jego kierunku. Od razu trzeba

powiedzieć, iż taka bierna taktyka, powodu-

je, że w większości przypadków przegramy

pojedynki z innymi robotami.

Mimo tej uwagi warto zobaczyć jak jest

skonstruowany program, który realizuje tę

prostą strategię. Pierwsze trzy linie kodu

z Listingu 1. są typowe dla programów w Ja-

vie. Deklarujemy nowy pakiet, bowiem nasz

program sterujący to w rzeczywistości klasa.

Następnie włączamy dodatkowe klasy sło-

wem kluczowym import . Pierwszy z pakie-

tów, a dokładniej cały zestaw robocode.* , to

zbiór wszystkich przydatnych klas niezbęd-

nych do sterowania naszym robotem. Na-

stępnie włączamy deinicje kolorów, ponie-

waż nasz czołg możemy „pomalować” we-

dług własnego uznania.

W programie musi się znajdować przy-

najmniej jedna klasa, która dziedziczy z kla-

sy Robot . Klasa ta w naszym programie no-

si nazwę MyRobot_V1 i jest konieczne, aby to

była klasa publiczna. Nie ma przeszkód, aby

tworzyć inne pomocnicze klasy do wykorzy-

stania w naszym programie sterującym. Cen-

tralnym elementem każdej klasy sterującej

Tabela 1. Najważniejsze wydarzenia z życia robota-czołgu

Zdarzenie Krótki opis

onBulletHit(BulletHitEvent event); pocisk wystrzelony przez nasz czołg traił w przeciwnika

onHitByBullet(HitByBulletEvent event); przeciwnik traił w naszą maszynę

onDeath(DeathEvent event); zdarzenie pojawia się w momencie zniszczenia naszego robota

onWin(WinEvent event); zdarzenia wywoływane w momencie zwycięstwa rundy

onRobotDeath(RobotDeathEvent event); zdarzenie oznaczające zniszczenie innego robota

onScannedRobot(ScannedRobotE-

vent event);

onPaint(Graphics2D g);

używając tego zdarzenia, możemy zmienić graikę naszego

pojazdu

Rysunek 2. Schemat budowy czołgu, którym

sterujemy

www.lpmagazine.org

pojawienie się tego zdarzenia oznacza, że radar „zauważył”

przeciwnika

onHitRobot(HitRobotEvent event); zdarzenie występuje w momencie, gdy zderzymy się z innym

robotem

onHitWall(HitWallEvent event); pojawienie się tego zdarzenia oznacza, iż nasz czołg zderzył

się ze ścianą okalającą arenę

programowanie

Walki robotów

robotem jest metoda publiczna run() . W tej

metodzie znajduje się pętla sterująca zacho-

waniem robota. W naszym przypadku w tre-

ści pętli while znajduje się tylko wywołanie

metody doNothing , która, zgodnie ze swo-

ją nazwą, nie wykonuje żadnych czynności.

Głównym zadaniem tej pętli jest sterowanie

naszym robotem, np. przesunięcie robota w kie-

runku przeciwnika lub wykonanie uniku.

Listing 1. zawiera także dwie inne meto-

dy. Pierwsza z nich o nazwie onScannedRobot

jest wywoływana w momencie, gdy nasz ro-

bot wykryje innego robota. Argumentem tej

metody jest obiekt o typie ScannedRobotE-

vent . Otrzymany obiekt dostarcza kilku cen-

nych informacji jak np. odległość od przeciw-

nika. My jednak w naszym pierwszym robocie

tylko strzelamy w kierunku przeciwnika. Od-

danie strzału jest wykonywane w momencie

wywołania metody ire . Jej argumentem jest

siła ognia. Jednak trzeba pamiętać, że odda-

nie strzału powoduje nagrzewanie się działa,

jakim dysponuje nasz czołg. Dlatego nie może-

my ciągle strzelać z maksymalną siłą.

Druga metoda o nazwie onHitByBullet

jest wywoływana w momencie, gdy nasz po-

jazd jest traiony przez przeciwnika, a jej treść

jest następująca:

turnRight(e.getBearing());

ire(1);

Metoda turnRight powoduje obrócenie na-

szej maszyny w kierunku, z którego otrzyma-

liśmy traienie. Informacja o tym, o ile stopni

należy się obrócić jest dostarczona w obiekcie

o typie HitByBulletEvent . Wartość kąta (w

przedziale od -180 do 180 stopni) jest zwra-

cana przez funkcję getBearing . Obracając się

w prawo (albo w lewo, jeśli kąt będzie miał

ujemną wartość), obrócimy się dokładnie w

kierunku, z którego otrzymaliśmy traienie.

Po wykonaniu obrotu oddamy strzał (meto-

da ire ) w kierunku przeciwnika.

Instalacja Javy oraz Robocode

Niewielkie innowacje

Zamiast bezczynnie stać w miejscu, lepiej,

aby nasz pojazd znajdował się w ciągłym ru-

chu. Listing 2. pokazuje, w jaki sposób zre-

alizować poruszanie się naszego robota na

ścieżce przypominającej ósemkę. Nie zwa-

żając na wymiary areny i położenie naszego

robota, możemy za pomocą ciągu wywołań

turnLeft , ahead i turnRight poruszać pojaz-

dem. Taka zmiana taktyki powoduje, że nasz

robot staje się trudniejszym przeciwnikiem.

Możemy zaproponować również taki sposób

poruszania się:

Jeśli system przez nas używany nie zawie-

ra Javy, to warto sprawdzić czy w dystry-

bucji której używamy, istnieją odpowiednie

pakiety. Interesuje nas Java w jak najnow-

szej wersji, np. wersja 1.5.09, może to być

zarówno pakiet uruchomieniowy JRE bądź

całe kompletne środowisko JDK. Jeśli na-

sza ulubiona dystrybucja nie zawiera od-

powiednich pakietów, to musimy zainstalo-

wać środowisko Javy, np. JDK, samodziel-

nie, co wbrew pozorom jest dość łatwe. Ze

strony java.sun.com ściągamy odpowied-

ni pakiet dla Linuksa. Dobrym wyborem jest

środowisko JDK wraz z programem Netbe-

ans. Odpowiedni plik może nosić następu-

jącą nazwę:

pu do Javy, jeśli w zmiennej PATH nie został

dopisany katalog z Javą):

/opt/jdk/bin/java -jar robocode.jar

Zostaniemy zapytani tylko o katalog docelo-

wy i po wyrażeniu zgody na jego utworzenie

po krótkiej chwili zostaną przegrane wszyst-

kie potrzebne pliki. Jeśli do zmiennej PATH

nie dopisaliśmy ścieżki do Javy, trzeba do-

datkowo poprawić skrypt startujący Robo-

code o nazwie robocode.sh . Zmieniamy

następującą linię:

java -Xmx512M -Dsun.io.useCanonCache

s=false -jar robocode.jar,

ahead(100);

turnGunRight(360);

back(100);

turnGunRight(360);

dopisując pełną ścieżkę do Javy:

jdk-1_5_0_09-nb-5_5-linux.bin

Jeśli mamy już ten plik, nadajemy mu atry-

but „wykonywalny”, np. z konsoli będzie to

przedstawiać się następująco:

/opt/jdk150_09/bin/java -Xmx512M

-Dsun.io.useCanonCaches=false -jar

robocode.jar.

Nasz pojazd jedzie sto pikseli do przodu, na-

stępnie obraca wieżyczkę o 360 stopni, cofa

się o 100 pikseli i ponownie obraca wieżycz-

kę. Taka zmiana również spowoduje, że nasz

czołg stanie się bardziej wymagającym prze-

ciwnikiem.

Jednak nie zawsze należy sterować ro-

botem w metodzie run() . Bardzo często le-

piej zmieniać położenie maszyny w zależno-

ści od wydarzeń, np. jeśli zostaliśmy traieni,

warto przesunąć naszego robota o kilka pik-

seli w prawo bądź w lewo, aby uniknąć na-

stępnego traienia. Jak to zrobić? Nie jest to

trudne, bo następujące trzy linie kodu reali-

zują to zadanie:

chmod +x jdk-1_5_0_09-nb-5_5-

linux.bin

Pozostaje jeszcze problem kompilatora jikes

stosowanego przez Robocode do kompila-

cji programów sterujących. Jednakże nie

musimy się martwić czy posiadamy ten

kompilator w systemie, ponieważ Roboco-

de zawiera kod źródłowy kompilatora jikes

i przy próbie kompilacji programu sterują-

cego następuje sprawdzenie czy posiada-

my wspomniany kompilator. Jeśli nie, to

Robocode samodzielnie dokona kompila-

cji, a to oznacza, że musimy mieć zainsta-

lowany kompilator C++, czyli pakiet GCC.

Jest on obecny we wszystkich dystrybu-

cjach, więc przy jego braku wystarczy tyl-

ko doinstalować potrzebny pakiet zwiera-

jący gcc , a dokładnie rzecz ujmując – pa-

kiet z programem g++ , czyli kompilator dla

języka C++.

Po uruchomieniu programu instalacyjnego

– koniecznie w środowisku X – zobaczymy

graiczny instalator, gdzie klikając przyciski

Next oraz wybierając nazwy katalogów, za-

instalujemy Javę oraz graiczne środowisko

pracy Netbeans.

Po instalacji Javy możemy przystąpić

do instalacji Robocode, choć warto spraw-

dzić czy nasza ulubiona dystrybucja nie ofe-

ruje takiego pakietu. Jeśli nie, to ściągamy

ze strony domowej wersję instalacyjną – jest

to plik o nazwie robocode.jar . Warto, by to

była jak najnowsza wersja stabilna. Sama in-

stalacja programu sprowadza się do urucho-

mienia procesu instalacji np. w następujący

sposób (musimy podać pełną ścieżkę dostę-

turnRight(relative_angle(90 -

(getHeading() - e.getHeading())));

ahead(dist);

dist *= -1;

Wywołanie metody turnRight powoduje ob-

rót o 90 stopni względem kierunku, z jakie-

go uzyskaliśmy traienie. A zadaniem funk-

sierpień 2007

programowanie

Walki robotów

Listing 2. Modyikacja metody Run . Nasz czołg

będzie się poruszał po trasie przypominającej

ósemkę

public void run () {

setColors ( Color . red , Color . blue , C

olor . green ) ;

turnLeft ( 45 ) ;

while ( true ) {

ahead ( 100 ) ; turnRight ( 90 ) ;

ahead ( 200 ) ; turnLeft ( 90 ) ;

ahead ( 100 ) ; turnLeft ( 90 ) ;

ahead ( 100 ) ;

}

Rysunek 3. Arena, na której toczy się walka

pełną siłą ognia, ponieważ możemy nie tra-

ić i stracimy niepotrzebnie sporo energii.

Dlatego będziemy strzelać standardową si-

łą ognia ire(1) , jeśli przeciwnik jest dale-

ko, powiedzmy ponad 200 pikseli, lub nasz

poziom energii jest mniejszy niż 15 jedno-

stek. Następnie – jeśli przeciwnik jest bliżej,

to strzelamy dwukrotną siłą ognia oraz osta-

tecznie – jeśli przeciwnik znajduje się bliżej

niż 50 pikseli, strzelamy potrójną siłą ognia.

Ostatecznie zapiszemy to w następujący

sposób:

cji relative_angle (Listing 3) jest konwersja

wartości kąta do wartości z przedziału -180

do 180 stopni.

Inaczej mówiąc, zadaniem pierwszej linii

kodu jest wykonanie obrotu w prawo bądź

w lewo, pomimo nazwy metody turnRight ,

ponieważ wartość kąta może być dodatnia al-

bo ujemna. Następnie przesuwamy czołg do

przodu albo w tył, co też zależy od wartości

dist . Wartość ta na przemian jest dodatnia

i ujemna, co zapewnia trzecia linijka, gdzie

mnożymy dist przez -1 . W ten sposób, jeśli

przeciwnik strzela do nas serią, mamy dużą

pewność, że zostaniemy traieni tylko raz na

początku, a pozostałe traienia nas ominą.

Inną modyikacją jest zmiana siły ognia

w zależności od tego, jak daleko znajduje

się przeciwnik. Jeśli zostanie on wykryty

przez radar, to następuje wywołanie meto-

dy onScannedRobot , a jej argumentem jest

obiekt o typie ScannedRobotEvent . Odczy-

tanie odległości do przeciwnika jest dość

proste:

enemyDist = e.getDistance( );

Każdy strzał zabiera określoną ilość energii

(i jeszcze nagrzewa działo, więc nie możemy

strzelać zawsze pełną siłą ognia), toteż jeśli

przeciwnik jest daleko, to nie warto strzelać

if ( enemyDist > 200 || getEnergy( )

< 15 ) {

ire ( 1 );

} else if ( enemyDist > 50 ) {

ire ( 2 );

} else {

ire ( 3 );

}

Listing 3. Pomocnicza funkcja do korekcji warto-

ści kąta względnego

public double relative_

angle ( double angle ) {

double good_angle = angle ;

if ( angle > - 180 && angle <=

180 ) {

return angle ;

}

while ( good_angle <= - 180 ) {

good_angle += 360 ;

}

while ( good_angle > 180 ) {

good_angle -= 360 ;

}

return good_angle ;

}

Rysunek 4. Edycja programu sterującego naszym wirtualnym wojownikiem

www.lpmagazine.org

programowanie

Walki robotów

W powyższym kodzie milcząco zakładamy

też, że radar oraz działo obracają się razem

z całą wieżyczką. Możemy to zmienić, wy-

korzystując metodę setAdjustRadarForGun-

Turn . Jeśli podamy wartość true albo false ,

pozwalamy na niezależne sterowanie rada-

rem bądź blokujemy tę możliwość. Podobnie

jest w przypadku działa – sposób funkcjono-

wania ustala się za pomocą metody setAdju-

stGunForRobotTurn .

Łatwo też sprawdzić temperaturę działa

i, jeśli wynosi ona zero, możemy strzelać ca-

łą dostępną mocą, co realizujemy za pomocą

następującego kodu:

if (getGunHeat() == 0) {

ire(Rules.MAX_BULLET_POWER);

}

Śledzenie przeciwnika

Zwiększenie mobilności naszego robota to na-

turalnie krok w dobrą stronę, jednak oprócz

tego naszego robota należy też nauczyć zna-

cznie lepiej strzelać. Dobrą taktyką będzie śle-

dzenie przeciwnika i strzelanie w jego kie-

runku tak długo, aż zostanie zniszczony. Do-

datkowo z każdą turą będziemy się przybli-

żać do śledzonego przeciwnika, w ten sposób

polepszając skuteczność ognia.

Łatwo jest przedstawić taką taktykę, ale

znacznie trudniej napisać odpowiedni kod.

Listing 4. przedstawia wszystkie najważniej-

sze fragmenty implementacji przedstawio-

nej strategii. Implementacja, jak widać, zosta-

ła dokonana tylko w metodach run oraz on-

ScannedRobot .

Na początku musimy zadeklarować trzy

dodatkowe zmienne. Pierwsza z nich, GunAn-

gleToEnemy , to kąt, pod jakim należy obrócić

działo, aby strzelać do przeciwnika. Nasz pro-

gram sterujący w trakcie pracy będzie ciągle

uaktualniał tę wartość, aby zawsze celować

w śledzony czołg. W drugiej zmiennej Ene-

myTrackingName znajduje się nazwa śledzo-

nego robota. Ostatnia trzecia zmienna turns

służy nam do swoistego odliczania, np. po

piętnastu turach do zmiennej EnemyTracking

Name wpisujemy null , co oznacza, że będzie-

my szukać innego przeciwnika. Wymienione

piętnaście tur wystarczy do zniszczenia na-

mierzonego robota.

W metodzie run nie wykonujemy zbyt

wielu czynności, jednak każda z nich jest bar-

dzo ważna. Po pierwsze – przed wejściem do

pętli while wpisujemy do EnemyTrackingNa-

me wartość null . Zezwalamy na niezależ-

ne sterowanie działem od podwozia, ustala-

my początkową wartość kąta oraz zerujemy

zmienną turns .

Natomiast w samej pętli while zawsze

za pomocą metody turnGunRight staramy

się mieć działo obrócone w kierunku prze-

ciwnika. Zmieniamy także kąt o 10 stopni,

co się przydaje w momencie, gdy aktualnie

nasz czołg nie ma namierzonego przeciwni-

ka. Następnie zwiększamy wartość zmiennej

turns i jeśli przekroczyła ona wartość piętna-

stu, usuwamy nazwę śledzonego robota.

W metodzie onScannedRobot wykonuje-

my najważniejszą „robotę” związaną ze śle-

dzeniem. Na samym początku pierwsza in-

strukcja warunkowa sprawdza czy nazwa śle-

dzonego robota jest różna od null oraz czy ak-

tualnie przekazany obiekt typu ScannedRobo-

Listing 4. Śledzenie przeciwnika

private double GunAngleToEnemy = 0 ;

private String EnemyTrackingName ;

private int turns ;

public void run () {

EnemyTrackingName = null ;

setAdjustGunForRobotTurn ( true ) ;

GunAngleToEnemy = 15 ;

turns = 0 ;

while ( true ) {

turnGunRight ( GunAngleToEnemy ) ;

GunAngleToEnemy += 10 ;

turns ++;

if ( turns > 15 ) {

EnemyTrackingName = null ;

}

public void onScannedRobot ( ScannedRobotEvent e ) {

if ( EnemyTrackingName != null && ! e . getName () . equals ( EnemyTrackingName

)) {

return ;

}

if ( EnemyTrackingName == null ) {

EnemyTrackingName = e . getName () ;

turns = 0 ;

}

if ( e . getDistance () > 150 ) {

GunAngleToEnemy = relative_angle ( e . getBearing () + ( getHeading () -

getRadarHeading ())) ;

turnGunRight ( GunAngleToEnemy ) ;

turnRight ( e . getBearing ()) ;

ahead ( e . getDistance () - 140 ) ;

return ;

}

GunAngleToEnemy = relative_angle ( e . getBearing () + ( getHeading () -

getRadarHeading ())) ;

turnGunRight ( GunAngleToEnemy ) ;

ire ( 3 ) ;

if ( e . getDistance () < 100 ) {

if ( e . getBearing () > - 90 && e . getBearing () <= 90 ) {

back ( 40 ) ;

}

else {

ahead ( 40 ) ;

}

scan () ;

}

sierpień 2007

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: