PDF de programación - Guerra de Robots - Juego interactivo desarrollado en Python

2013



Guerra de Robots
Juego interactivo desarrollado en Python



Cordoba Mariano
12/23/2013


La idea de este proyecto nació luego de realizar el curso de Robótica dictado
por la Facultad de Informática de Universidad Nacional de La plata.
Básicamente se trata de un juego que estaría cerca de la categoría RTS (Real
Time Strategy) en el cual el objetivo es destruir los robots enemigos y, para
esto, contaremos con nuestros robots los cuales se desplazaran en tiempo
real por la cancha, equipados con armas para vencer al resto.

El juego, en sí se divide en 4 partes, la recolección de datos, los clientes, un
Servidor y la interfaz gráfica. A continuación la explicación:

Recolección de datos

Herramientas:


 Brazo sujetador completamente ajustable de hasta 3 metros de altura,
hecho en madera de pino con un cajón para cargar peso para mantener
su estabilidad (aunque de por sí ya es muy estable) y en la punta un
fierro para sujetar la cámara.



 Video grabadora Panasonic que incluye la función de web cam y más de

3 metro de cable USB y alimentación.


 Una cancha para jugar (un cubo de 120 x 120)


Funcionamiento:

Los robots serán introducidos dentro de la cancha que será su límite de
desplazamiento. Arriba de la cancha con ayuda del brazo tendremos nuestra
cámara justo en el centro, la cual captará en todo momento los movimientos
de los robots, sus posiciones y sus ángulos de inclinación. Obtendremos
todos estos datos con la ayuda de la librería libre Opencv para Python.

Estos datos serán indispensables a la hora de controlar las acciones de los
robots y garantizar que estas sean efectivas. Por ejemplo, ¿cómo un robot
podría matar a otro si no supiéramos su posición exacta?



Cliente


Herramientas:


 Netbook conectar igualdad Marca EXO con procesador Atom, gráficos

integrados y 1 GB de RAM. Sistema operativo Ubuntu 32 bits.



 Xbee s1 utilizado para trasmitir comandos al robot en tiempo real


Funcionamiento:

Básicamente el cliente son los jugadores. Este cliente está programado en
Python en conjunto con la librería Pygame para los gráficos, pero más
adelante hablaremos de eso. Lo importante es tener en cuenta que el
jugador simplemente tendrá que conectarse al servidor a través de una
dirección de IP, el jugador tendrá completo control de su robot y podrá
chatear con los demás jugadores y el servidor.


Servidor

Herramientas:


 Pc con procesador amd fx-6100, 8 GB de RAM, placa de video nvidia gtx

560 ti, sistema operativo w7 64 bits.


Funcionamiento:

El servidor se encargara de hacer casi todo. Para empezar creará una partida
en la cual los clientes, a través de la dirección IP y un puerto abierto, podrán
conectarse a la partida. Una vez que todos los clientes deseados estén
conectados al servidor se iniciará la parte de control en la cual el servidor
comenzará a recibir todos los datos de la cámara que serán analizados con
la librería Opencv.

Opencv es un gran herramienta a la hora de la edición y el análisis de
imagen. Tiene un librería muy amplia y hoy en día se utiliza en muchas
aplicaciones muy variadas (desde cámaras de seguridad, reconocimiento
facial, control de navegación en robots, juegos interactivos e incluso
imágenes 3D para analizar distancias y crear mapas 3D con ejes x, y, z).




Comenzaremos recibiendo el video en vivo de la cámara y analizaremos
fotograma por fotograma. El trabajo realizado en cada foto comienza
transfiriendo sus colores de la escalar BGR (BLUE,GREEN,RED) a HSV
(HUE,SATURATION,LEVEL) de esta forma es mucho más simple filtrar un
color deseado de una imagen.

Cada robot tendrá arriba una etiqueta con un color que lo identificará. En
este caso el Robot 1 está identificado con el color verde, para encontrar los
valores correctos de HSV mínimo y HSV máximo para el color verde
utilizaremos las barras a los costados para ir moviendo cada valor
respectivamente.

En la última ventana vemos la imagen filtrada en blanco y negro, lo que aquí
está haciendo el programa es convertir la imagen HSV a una imagen binaria
(blanco (1), negro (0)) con el rango de HSV correspondiente al color verde.
Notaremos que en la ventana sólo se verá en blanco la etiqueta verde.
Luego de realizado esto se procede a analizar la figura, con algunas
funciones que nos facilita Opencv, empezaremos encontrando el contorno
de la figura, obtendremos un array de puntos en los cuales se encontrarán
todos los puntos q conforman el contorno de la figura (para manipular
arrays utilizaremos la librería gratuita numpy).

Luego obtendremos los "momentos" del array de puntos, los "momentos"
se obtienen con un algoritmo matemático bastante complicado del cual, con
algunas cuentas sencillas, podremos descubrir puntos de muncho interés
dentro del contorno como su centro exacto, sus extremos, su ángulo de
inclinación etc.

Para finalizar almacenaremos todos los datos dentro del servidor para su
posterior análisis, envío y, además, mostraremos la imagen en vivo de los
robots con indicaciones textuales de su eje X e Y además de su ángulo
actual.



realizar esto al mismo



Gracias a los thread o hilos que corren concurrentemente con nuestro
programa principal, podemos
tiempo que
continuamos con nuestro servidor.

El servidor ahora comenzará una trasmisión continua con el cliente de datos
respecto a la posición de los robots, sus ángulos, el estado del servidor, etc.
Además de los nombres de los otros jugadores, del servidor y el max de
jugadores. Todo esto es muy importante a la hora de realizar la interfaz
gráfica para el cliente, así como algunas mecánicas del juego.

El servidor además tendrá control total sobre todos los robots si alguna
ocasión lo amerita, en caso de alguna falla el servidor podrá reiniciar sus
instancias por separado. Por ejemplo, si hubiera una falla con la cámara, el
servidor puede reiniciarla sin necesidad de reiniciar el juego, como también
la interfaz gráfica o la trasmisión de datos.

Por último, el servidor también se encargará de analizar todas las mecánicas
del juego. Por ejemplo, si el disparo de un robot acertó o si un robot no se
tendría que mover más por que se encuentra destruido.






Es importante destacar que para el servidor se necesita una máquina
medianamente buena para poder manejar todas estas cuestiones al mismo
tiempo. Pero, por otro lado, tiene la ventaja de que cualquier máquina podría
correr el cliente sin problemas.


Interfaz grafica

Herramientas:


 Librería Pygames


Funcionamiento:

La librería grafica Pygames se ajusta muy bien a las necesidades de nuestro
programa. Tiene todo lo que necesitamos y muchísimo más.

Para este programa hice un boceto de la interfaz gráfica a partir de la cual
empecé a construirla.



Boceto Graficas de Servidor:





Boceto Graficas Cliente:



Progreso de los Gráficos hasta ahora:





En la interfaz gráfica tendremos una vista de la gráfica de los robots, el
nombre del servidor, el tiempo transcurrido, los jugadores, sus posiciones y



ángulos y la ventana de chat (la cual todavía no he desarrollado y he
reemplazado por una guía simple de como se controla el robot).


Mecánica del juego:

Esta sección del informe estará abocada a muchos de los obstáculos que
tuve a la hora de desarrollar el juego, ya que el mismo mutó mucho de su
idea original.

La idea original del juego era hacer un mapeo de la cancha con los sensores
de distancia del robot, pero debido a que los motores del robot no son paso
a paso es imposible determinar el ángulo y desfasaje del robot al avanzar
(tendencia a inclinarse a la derecha o izquierda al acelerar), debido a esto el
mapeo era muy impreciso y fue imposible llevar a cabo el proyecto de esa
manera.

Luego mi profesor y su hijo (también profesor) me sugirieron utilizar la
librería Opencv que, junto con una cámara, lograría lograr lo que quería e
incluso más.

Empecé a investigar la librería hace aproximadamente dos meses y resultó
ser algo difícil ya que la comunidad de Opencv programa casi en su totalidad
en C++ y no encontraba en ningún lado ejemplos de cómo implementar
algunas cuestiones en Python.

Después de lograr crear algunos resúmenes de la documentación que había
en la web de Opencv sobre sus funciones en Python, decidí intentar traducir
algunos ejemplos de C++ a Python. Con algo de esfuerzo logré traducir
algunos programas con éxito y comenzar a entender mejor el
funcionamiento de la librería y desarrollar mis propios programas.

A su vez, la idea del juego también cambió mucho y todavía no es un idea
completamente definida, ya que cuanto más cerca estoy de terminarlo
nuevas ideas surgen y hay que seguir añadiendo cosas.

El propósito inicial era que los robots tengan movimientos pre definidos
como avanzar 50 cm y detenerse, rotar 90 grados, y disparar. Luego la idea
cambió, ya que con una cámara podía darle muchísimas más libertades a los
jugadores y a los robots. Ahora los movimientos son libres, uno puede
avanzar, rotar, y retroceder a voluntad.


La opción de “disparar el cañón" todavía está