Dokumentation für das Spiel Pong

Transkript

1 Dokumentation für das Spiel Pong BwInf - Turnierserver Didaktik der nformatik BWINF KI Wettbewerbs-Plattform Stand:

2 Grundlagen In diesem KI-Turnier programmiert ihr einen Schläger für das Retro-Spiel Pong. Pong war das weltweit erste Computerspiel, das einen wahren Hype auslöste. Schon 1972 wurde es veröffentlicht. Und erfreut sich noch heute größter Beliebtheit (auch außerhalb des BwInf). Während der Zufallsbereich im Beispiel im oberen Bereich eher klein ist, ist er im unteren Beispiel wesentlich größer. Bedenkt das, bei der Programmierung eurer KI, um dem Gegner eine (ungewünschte) Überraschung zu bereiten. Aktuell besteht ein Spiel aus zwei Halbzeiten, zu je 500 Schritten. In einem Schritt habt ihr die Möglichkeit euren Schläger um eine Position nach oben oder unten zu bewegen. Die Geschwindigkeit des Balls pro Schritt liegt zu Beginn bei 1.5 Pixel, erhöht sich jedoch mit jedem Abpraller (von Bande oder Schläger) um 5 %. Bei einem Einwurf wird die Geschwindigkeit des Balls auf die Anfangsgeschwindigkeit zurückgesetzt. Um euch das Spielen zu erleichtern, müsst ihr nur eine KI für den linken Schläger programmieren. Unsere Spiellogik rechnet eure Aktionen in einem Match so um, dass ihr genauso den rechten Schläger steuern könnt. Das Spielfeld von Pong ist 65 Felder breit und 60 Felder hoch. Eure Schläger befinden sich an der Position 0 bzw. 64. Der Ball wird durch ein Pixel dargestellt. Oben und unten am Spielfeldrand befindet sich einen Bande, von der der Ball nach der Regel Einfallswinkel = Ausfallwinkel abprallt. Euer Schläger ist 6 Pixel breit. Je nachdem, wo der Ball auf den Schläger trifft, wird er unterschiedlich abprallen. Im oberen Drittel wird der Ball zufällig zwischen dem regulären Abprallwinkel und 70 abprallen. Im unteren Drittel entsprechend umgekehrt. Im mittleren Drittel gilt die gleiche Regel wie für die Banden. In der Zeichnung ist der mögliche Abprallwinkel blau dargestellt.

3 Programmierung der KI Ablauf Jede KI beinhaltet eine Methode, die den Namen zug trägt. Wenn diese Methode aufgerufen wird, wird von der jeweiligen KI eine Aktion erwartet. Der Zug wird abgeschlossen mit einer Methode, die aufgerufen werden muss. Im Falle von Pong sind dies zwei Methoden: nachoben() bzw. nachunten(). Damit bewegt ihr euren Schläger einen Pixel nach oben bzw. unten. Für die Berechnung hat jede KI eine bestimmte Anzahl an sogenannten Rechenpunkten. Je länger die Zeitspanne zwischen dem Aufruf der zug-methode und dem Abschluss ist, desto mehr Rechenpunkte werden abgezogen. Hat eine KI keine Rechenpunkte mehr übrig, kann sie keine Aktionen mehr ausführen. Eine effiziente Berechnungen ist der Schlüssel zum Erfolg. Der Spielzustand Um zu wissen, wie eine KI reagieren sollte, muss der Spielzustand ausgelesen werden. Dieser enthält alle Informationen zum Zustand des Spieles zum Zeitpunkt des Aufrufes. Die Informationen sind zu Objekten gekapselt. Bei Pong gibt es zwei verschiedene Arten: Ball und Schläger. Während es von Ball nur ein Objekt gibt, gibt es zwei Intanzen der Klasse Schläger. Welche Informationen in diesen Objekten versteckt sind, zeigen die folgenden Grafiken: Ball xkoordinate ykoordinate Schlaeger identifikation ykoordinate punktzahl Dem Objekt Ball können wir über die Methode xkoordinate() und ykoordinate() die aktuelle Position entnehmen. Das Schläger-Objekt speichert die aktuelle ykoordinate (der oberste Punkt des Schlägers), eine ID zur Identifkation sowie die aktuelle Punktzahl des Spielers. Im folgenden Abschnitt zeigen wir, wie man daraus ein passables Template für Java und Python schreiben kann.

4 Templates schreiben - Java Wer bin ich? Und jetzt? Eine erste wichtige Information ist herauszufinden, welches Schlaeger-Objekt im Spielzustand die eigene KI darstellt. Eine Auflistung aller Schlaeger-Objekte erhält man, indem man die Methode listeschlaeger() auf dem Spielzustand ausführt. Die KI-eigene Methode muss also nur diese Liste durchsuchen und den Schlager mit der richtigen identifikation zurückgeben. Woher weiß die KI ihre eigene ID? Diese wird in der Zug-Methode mit übergeben. Entsprechend muss dieser Wert genauso wie der Spielzustand an diese Methode weitergegeben werden. public Spiel.Zustand.Schlaeger getme( id, Spiel.Zustand zustand){ if (zustand.listeschlaeger().get(0).identifikation() == id) return zustand.listeschlaeger().get(0); return zustand.listeschlaeger().get(1); Jetzt kann die KI auf den Schlaeger- bzw. Ball-Objekten die Methoden aus dem vorherigen Abschnitt aufrufen, um die Koordinaten etc. zu erhalten. Die KI sollte dann berechnen, wo sich der Schläger hinbewegen sollte. Am Ende des Zuges wird über zug.nachoben() bzw. zug.nachunten() die gewünschte Richtung angegeben. Es muss keine Aktion folgen. Der Schläger kann auch einfach an der Position verbleben. Nun kennt die KI ihre eigene Schlaeger-Repräsentation. Wer ist der Gegner? Eine weitere wichtige Frage ist, welches Schlaeger-Objekt den Gegner repräsentiert. Diese Methode funktioniert ähnliche zu der Funktion getme(), die wir oben geschrieben haben. Da wir nur zwei Schlaeger-Objekte haben, müssen wir die Liste nicht durchsuchen. public Spiel.Zustand.Schlaeger getenemy( id, Spiel.Zustand zustand){ if (zustand.listeschlaeger().get(0).identifikation() == id) return zustand.listeschlaeger().get(1); return zustand.listeschlaeger().get(0); Wo ist der Ball? Den Ball finden wir in zustand.listeball(). Da nur ein Ball im Spiel ist, können wir den Ball über folgende Methdode leicht erhalten. public Spiel.Zustand.Ball getball(spiel.zustand zustand){ return zustand.listeball().get(0);

5 Templates schreiben - Python Wer bin ich? Und jetzt? Eine erste wichtige Information ist herauszufinden, welches Schlaeger-Objekt im Spielzustand die eigene KI darstellt. Eine Auflistung aller Schlaeger-Objekte erhält man, indem man die Methode listeschlaeger() auf dem Spielzustand ausführt. Die KI-eigene Methode muss also nur diese Liste durchsuchen und den Schlager mit der richtigen identifikation zurückgeben. Woher weiß die KI ihre eigene ID? Diese wird in der Zug-Methode mit übergeben. Entsprechend muss dieser Wert genauso wie der Spielzustand an diese Methode weitergegeben werden. Jetzt kann die KI auf den Schlaeger- bzw. Ball-Objekten die Methoden aus dem vorherigen Abschnitt aufrufen, um die Koordinaten etc. zu erhalten. Die KI sollte dann berechnen, wo sich der Schläger hinbewegen sollte. Am Ende des Zuges wird über zug.nachoben() bzw. zug.nachunten() die gewünschte Richtung angegeben. Es muss keine Aktion folgen. Der Schläger kann auch einfach an der Position verbleben. def getme(id, zustand): if zustand.listeschlaeger()[0].identifikation() == id: return zustand.listeschlaeger()[0] return zustand.listeschlaeger()[1] Nun kennt die KI ihre eigene Schlaeger-Repräsentation. Wer ist der Gegner? Eine weitere wichtige Frage ist, welches Schlaeger-Objekt den Gegner repräsentiert. Diese Methode funktioniert ähnliche zu der Funktion getme(), die wir oben geschrieben haben. Da wir nur zwei Schlaeger-Objekte haben, müssen wir die Liste nicht durchsuchen. def getenemy(id, zustand): if zustand.listeschlaeger()[0].identifikation() == id: return zustand.listeschlaeger()[1] return zustand.listeschlaeger()[0] Wo ist der Ball? Den Ball finden wir in zustand.listeball(). Da nur ein Ball im Spiel ist, können wir den Ball über folgende Methdode leicht erhalten. def getball(zustand): return zustand.listeball()[0]