Anexo III Simulador e Simulação

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1 Anexo III Simulador e Simulação A implementação do simulador está dividida em quatro classes principais: Auxiliares, onde são armazenadas algumas constantes e variáveis úteis durante a execução; Controle, que envia os comandos que o robô deve executar, normalmente estas informações vem da classe Estratégia, porém podem ser inseridas diretamente no código, caso deseje recriar uma situação específica; Estratégia, calcula a posição que cada robô do seu time deve assumir a partir da suas posições atuais, da posição dos adversários e da bola; Simulador, é a parte da interface com o usuário, onde é exibido o jogo, frame a frame; também é nesta classe onde são inseridos os dados iniciais da execução, como posicionamento de todos os jogadores e da bola, além de suas orientações e velocidades iniciais. 1. Controle Nesta parte da implementação está envolvida grande parte do sistema de movimentação dos robôs. O controle trabalha com três estados: o estado anterior, que contêm a última posição em que o robô se encontrava; o estado atual, que é a posição no frame atual; e o estado previsto que mostra o local onde os robôs deveriam estar posicionados no próximo frame, tanto atacando quanto defendendo. O sistema verifica quando o robô está parado, o objetivo é fazer com que o robô acelere até chegar na velocidade máxima e quando ele estiver próximo a atingir a bola ou o local em que ele deve se posicionar, ele diminua a velocidade para não atropelar o objetivo e parar exatamente na posição alvo. Como é infração atropelar outros jogadores, o sistema deve estar apto a desviar caso haja necessidade, recalculando sua rota para chegar a bola e consequentemente ao gol. Este exemplo de código foi retirado da classe controle, da função calculavelmotores e serve para calcular a velocidade atual dos motores, para descobrir qual será o próximo objetivo a ser executado. A velocidade do robô é calculada em cm/s. Quando o robô recebe a próxima posição que deve seguir, saber a velocidade atual interfere em como ele chega no destino. Se estiver no estado parado, ele acelera até atingir a velocidade máxima e permanece constante até pouco antes de atingir o objetivo. Código 1: Calcula a velocidade atual do robô v_cm = sqrt(dx * dx + dy * dy); v_unid = v_cm * FATOR_VEL_ROBO_UNID_POR_CM; Código 2: Faz o robô andar para trás if (abs(difangmenos180a180(atang2(dy, dx), ang)) > 90) v_unid = -v_unid; Podemos encontrar outras funcionalidades, como exemplo, movimentação para a esquerda e direita e possíveis falhas de cálculo se o robô estiver rápido de mais, entre as linhas do código 32 e 81 da classe controle, na função calculavelmotores.

2 2. O Jogo O lado em que o time está posicionado não difere na implementação, então não importa o lado que o seu time esteja, o código utilizado será o mesmo. Na implementação do simulador foram definidas posições fixas para cada jogador e para as jogadas com a bola parada, tendo como exemplo o posicionamento inicial, o tiro de meta e a penalidade máxima. A estratégia utiliza o posicionamento do próprio time, do time adversário e da bola, do estado anterior e do atual para calcular a próxima movimentação. A estratégia trabalha com previsões, tanto de velocidade das rodas (pode ser visto no Código 3, mas encontra-se detalhado na classe estrategia, procedimento calculaprevisao entre as linhas 123 e 130), quanto do deslocamento previsto para o robô (pode ser visto no Código 4, mas encontra-se detalhado na classe estrategia, procedimento calculaprevisao entre as linhas 146 e 178); Código 3: Previsão de velocidade das rodas if (de) // Se não está em velocidade constante if (de > 0) // Velocidade aumentando ve += 1;// Velocidade prevista maior que a observada else ve -= 1;// Velocidade prevista menor que a observada. Código 4: Previsão do deslocamento para o robô v_unid = (ve + vd) / 2; v_cm = v_unid / FATOR_VEL_ROBO_UNID_POR_CM; dx = v_cm * coss(ang); dy = v_cm * seno(ang); x += dx; y += dy; if (x > TAM_X_CAMPO - TAM_X_DO_GOL) // Verifica limite do campo x = TAM_X_CAMPO - TAM_X_DO_GOL; else if (x < TAM_X_DO_GOL) // verifica limites do nosso gol if (y < TAM_Y_DO_GOL && y > TAM_Y_CAMPO - TAM_Y_DO_GOL) //se y < 40 && y > 90 x = TAM_X_DO_GOL; else //está ao lado do nosso gol if (x < TAM_Y_DO_GOL) //está dentro do nosso gol // para evitar que fique batendo nas laterais, usa as coordenadas atuais observadas na imagem x = estado[i].x; y = estado[i].y; if (y > TAM_Y_CAMPO - TAM_ROBO / 2) y = TAM_Y_CAMPO - TAM_ROBO / 2;

3 else if (y < TAM_ROBO / 2) y = TAM_ROBO / 2; A estratégia cuida também para evitar choque entre os jogadores, este tipo de situação está descrita na classe estrategia, procedimento calculachoque entre as linhas 285 e 363. Uma maneira de se evitar previamente o choque com outros jogadores é acompanhando se o adversário está próximo (pode ser vista no Código 5, mas encontra-se detalhada na classe estrategia, função existeadversarioproximo, entre as linhas 365 e 377). Código 5: Função que avisa se um adversário está próximo ao jogador bool existeadversarioproximo(float x, float y, float dist) float quaddist = dist * dist; for(int i = IND_BOLA + 1; i < NUM_ROBOS_TIME * 2 + 1; i++) float dx = x - estadoprev[i].x; float dobrodx = dx * dx; float dy = y - estadoprev[i].y; float dobrody = dy * dy; if (dobrodx + dobrody < quaddist) return true; return false; 2.1. Estratégia No jogo encontramos duas situações, ataque, onde o time está com a bola e defesa, onde o adversário está com a bola. A organização do time, em ambas as situações é semelhante a mostrada na Figura 1. O goleiro fica parado na maior parte do tempo, ele se move para cima e para baixo, no eixo y, dentro da área para bloquear a bola caso ela esteja próxima ao gol. O volante se move o tempo todo, acompanhando a bola e tentando evitar que o atacante adversário consiga chutar, se move geralmente apenas no eixo y também. O atacante é o único que se move em todas as direções, sempre tentando se posicionar na frente da bola para empurrá-la até o gol adversário. Figura 1: Posicionamento do Time: G: goleiro; V: volante; A: atacante.

4 Se o volante estiver próximo a bola e em posição favorável de marcar o gol ele assume a posição de atacante e o atacante passa a ser o volante (pode ser visto no Código 6, mas encontra-se detalhado na classe estrategia, procedimento estrategia, entre as linhas 925 e 330). Código 6: Troca Volante por Atacante if (trocarvolanteatacante) int tmp = indatacante; indatacante = indvolante; indvolante = tmp; trocarvolanteatacante = 0; Na Figura 2, mostramos a estratégia do volante com o atacante: Figura 2: Funções do Atacante e do Volante Goleiro A Figura 3 mostra o posicionamento do goleiro para defender uma bola, este posicionamento vem da posição inicial dele e da bola, e também de suas velocidades, calculando assim a posição exata que o goleiro deve estar para realizar sua função, sendo esta posição o ponto de interseção. O aproveitamento de espaço do robô referente à diagonal é utilizado para a defesa, permitindo sem mudanças bruscas na posição em que ele se encontre para proteger o gol com maior facilidade. O Ygmin e Ygmax são os limites de onde o goleiro pode ir, não podendo abandonar esta posição, o goleiro sempre se locomove na linha defensiva.

5 Figura 3: Posicionamento do goleiro para defender A estratégia do goleiro encontra-se detalhada na classe estrategia, procedimento EstrGoleiro, entre as linhas 380 e Volante O volante joga da linha do meio do campo para trás, seu objetivo é defender a bola do atacante do outro time e permitir a passagem do atacante aliado. Em certas condições o volante pode trocar de posição com o atacante, isto, normalmente, acontece quando ele consegue bloquear a bola, estando então, a princípio, em uma posição privilegiada para empurrá-la até o gol adversário. A implementação do volante faz com que ele fique o tempo todo se movimentando de um lado para o outro do campo (encontra-se detalhada na classe estrategia, procedimento estrvolante, entre as linhas 473 e 679) Atacante O atacante tem como objetivo fazer o gol. Nesta implementação o atacante pega a bola defendida pelos outros jogadores, ou sem dono no campo e a empurra até o gol adversário. O atacante sempre está correndo atrás da bola, podendo trocar de posição com o volante caso ele esteja melhor posicionado para pegar a bola e leva-la até o gol (encontra-se detalhada na classe estrategia, procedimento estratacante, entre as linhas 681 e 916). 3. A Simulação Para a simulação foi escolhida a situação da cobrança de pênalti. Aperta-se a tecla P para posicionar os jogadores como na Figura 4. Dentro da área do time que cometeu a penalidade ficam apenas o goleiro, no centro do gol, e o atacante, situado atrás da bola, os demais jogadores devem se posicionar em qualquer área do campo

6 do time atacante, sendo que os robôs do time que cometeu o pênalti devem se posicionar primeiro. Figura 4: Exemplo de posição de pênalti Na Figura 4, os quadrados representam os jogadores e as flechas no interior deles representam sua direção. Os círculos azuis representam onde os robôs do seu time devem estar segundo a estratégia e a linha verde mostra a orientação. O número em anexo aos robôs identificam suas funções no campo, sendo: 0G o robô número 0 com a função de goleiro; 1V o robô número 1 com a função de volante; 2A o robô número 2, com a função de atacante; e os demais jogadores (4A, 5A e 6A) são os adversários. A bola é o pequeno círculo rosado e o pequeno círculo branco é a previsão, segundo a estratégia, de onde a bola estará no próximo frame. Para colocar os jogadores nesta posição, apenas foi modificado suas posições iniciais, ângulo e velocidade que se movem, entre as linhas 701 e 762 do arquivo simulador.cpp. Código 7: Posição, orientação e velocidade inicial dos robôs e da bola. c = cvwaitkey(); switch (c) case 'p': case 'P': emjogo = 0; // goleiro estadoreal[0].x = 15; estadoreal[0].y = 63; estadoreal[0].angulo = 90; // volante estadoreal[1].x = 60; estadoreal[1].y = 120; estadoreal[1].angulo = 184; // atacante estadoreal[2].x = 120; estadoreal[2].y = 63; estadoreal[2].angulo = 90; // bola

7 estadoreal[3].x = 135; estadoreal[3].y = 63; estadoreal[3].angulo = 0; // adversario 1 estadoreal[4].x = 50; estadoreal[4].y = 110; estadoreal[4].angulo = 90; // adversario 2 estadoreal[5].x = 70; estadoreal[5].y = 35; estadoreal[5].angulo = 90; // adversario 3 estadoreal[6].x = 155; estadoreal[6].y = 65; estadoreal[6].angulo = 90; // VELOCIDADES DOS ROBOS/BOLA estadoreal[0].dx = 0; estadoreal[0].dy = 0; estadoreal[1].dx = 0; estadoreal[1].dy = 0; estadoreal[2].dx = 0; estadoreal[2].dy = 0; estadoreal[3].dx = 0; estadoreal[3].dy = 0; estadoreal[4].dx = 0; estadoreal[4].dy = 0; estadoreal[5].dx = 0; estadoreal[5].dy = 0; estadoreal[6].dx = 0; estadoreal[6].dy = 0; Em seguida, é usada a tecla J para iniciar o jogo. Cada frame é atualizado quando qualquer tecla é pressionada. A cobrança de pênalti é feita através do módulo de estratégia, assim, o atacante que já está em posição, corre com a bola em direção ao gol. Como o simulador apenas utiliza a estratégia no próprio time, os adversários ficam sempre parados na posição inicial. Para finalizar o simulador é usada a tecla ESC Exemplo de cobrança de pênalti no simulador Na Figura 5, encontramos os jogadores em posição de cobrança. Os jogadores 0, 1 e 2 são do time que está cobrando a penalidade; os jogadores 4, 5 e 6 são os defensores. A bola é posicionada entre o atacante e o goleiro adversário, e os outros jogadores ficam na outra metade do campo.

8 Figura 5: Posicionamento inicial para cobrança de pênalti Na Figura 6, inicia-se a cobrança, os jogadores seguem a estratégia definida no código, o atacante (2A) corre em direção a bola, o volante (1V) vai para sua posição padrão, no centro do campo e o goleiro (0G) vai para sua posição padrão, no centro do gol. Como a movimentação dos jogadores adversários não está implementada no simulador, eles ficam parados. Figura 6: Início da jogada Na Figura 7 o atacante dribla o goleiro adversário; o volante e o goleiro continuam atrás de suas posições.

9 Figura 7: Atacante driblando o goleiro Na Figura 8, a bola atravessa inteira a linha do gol, completando o objetivo. Figura 8: Balançou a rede no fundo do gol