马尔默持续瞄准目标

Question

Malmo是微软针对Minecraft开发的AI框架，包括游戏本身的mod和一个多平台框架，用于发送输入和接收有关世界的数据。

Minecraft的瞄准是圆柱形的。它存储在偏航（左右）和俯仰（上下）中，而不是完整的旋转四元数中。偏航从最左边的-180度开始，并在最右边包装到180度。俯仰从-90度直接朝上（天顶）到90度直接朝下（天底）。在我的代码中，我将它们存储为Vector2（重新创建以类似于XNA），其中X表示偏航，Y表示俯仰。

我正在努力创建一个连续瞄准目标算法，使得AI能够将其相机瞄准到给定的目标偏航和俯仰。因为唯一的方法是通过连续瞄准（设置偏航和俯仰速度，而不是值）来实现连续运动，所以我需要反复逐步增加偏航和俯仰方向。

我通过将目标方向存储在可空属性中来实现这一点。如果该属性为空，则表示不更改瞄准。否则，每次调用更新方法时，减去存储值（目标瞄准）和当前瞄准（通过参数提供）之间的距离。然后它将差异缩放，以便偏航或俯仰为1（最大速度），而另一个则正确地比例分配。这个比例化的Vector2速度被分为其偏航和俯仰，然后通过turn和pitch命令发送到客户端。一旦与目标方向相差10度以内，目标就设置为空。

在纸上，这似乎会使相机的瞄准直接朝向目标方向（不包括偏航包装）。然而，客户端的俯仰通常会直接超过目标方向，尽管更新方法发送了一个说要往相反方向走的pitch命令。这意味着俯仰在天顶和天底处某种程度上被“卡住”，但会自行修复并“转向”，并在几秒钟后在相反的极点处被“卡住”。在转向前卡住的时间似乎呈指数（或者可能是二次函数）增加。

这是我的瞄准更新方法的源代码：

public void UpdateAim(Observations obs)
{
    // AimTarget is a Vector2? property
    if (AimTarget == null || obs == null)
    {
        return;
    }

    if (AimTarget.Value.Distance(obs.Aim) < AIM_CLOSE_ENOUGH) // < 10
    {
        Logger.LogInfo("Reached {0}", AimTarget.Value);
        Look(Vector2.Zero);
        AimTarget = null;
        return;
    }

    double deltaYaw = AimTarget.Value.X - obs.Aim.X;
    double deltaPitch = AimTarget.Value.Y - obs.Aim.Y;

    // These two are stored as private Vector2 fields
    deltaAim = new Vector2(deltaYaw, deltaPitch);
    scaledAim = deltaAim / Math.Max(Math.Abs(deltaAim.X), Math.Abs(deltaAim.Y));

    Look(scaledAim); // sets continuous aim velocity
}

以下是Look(Vector2)的（简化版）源代码：

public void Look(Vector2 direction)
{
    // Agent is an AgentHost property
    Agent.sendCommand("turn " + velocity);
    Agent.sendCommand("pitch " + velocity);
}

UpdateAim() 在主游戏循环期间被调用20次（我已经尝试过高达50次和低至5次）。

在上一次运行AI时（它被卡在最低点），我的瞄准调试数据如下：

// Format: (yaw, pitch)
Target Aim: (134.75, 27.90)
Actual In-Game Aim: (-6.50, 90.00) // Lines up with MC's debug screen
Delta Aim :  (145.17, -62.10) // Total degrees needed to go in yaw and pitch
Scaled Aim Velocity: (1.00, -0.43)

缩放后的目标速度是提供给Look()的。如您所见，俯仰速度为负值，这正是预期的，但实际的游戏瞄准仍保持在90度，原因不明。我的计算是否正确？

- tageta72

Answer 1

从我所看到的一切，数学优美且正确。如果在最低点处俯冲速度为负且不下降，则对我而言似乎是 Agent.sendCommand 没有正常执行其工作。

设置速度时，它是否保持在您设置的速度直到设置另一个速度？或者速度会相互叠加吗？如果俯仰角超出范围会发生什么？

- Breina

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我已经使用从控制台接收命令的AI进行了测试，当我运行pitch -1后跟着pitch 1（以及它们之间的各种值）时，响应是即时的。也许它有一个积压。我不完全确定，因为在循环运行之间设置500毫秒延迟进行测试会导致野蛮的不准确性和过度校正，几乎无法与此问题区分开来。 - tageta72

Answer 2

你可能早就解决了这个问题，但以防万一，这里有几个想法：

1. In your Look() method, you have the following:

   Agent.sendCommand("turn " + velocity);
   Agent.sendCommand("pitch " + velocity);
   

我猜测你在简化代码以供SO使用时，重复使用velocity是一个打字错误？否则，这肯定可以解释这种行为。

2. 你的缩放代码很有趣 - 你是否有必要保持偏航速度与角度速度比率相同？也就是说，你真的需要 Math.Max(Math.Abs(deltaAim.X), Math.Abs(deltaAim.Y)) 这个参数吗？两个运动（偏航和俯仰）是完全独立的，所以没有理由将它们依赖地进行缩放，除非这种方式在某些我没有注意到的聪明方式中提高了性能。

3. 您可能需要考虑振荡/阻尼。想象一下您的偏航是正确的（deltaYaw == 0）。您的缩放意味着您的俯仰角度变化速度总是最大值（1或-1，取决于方向）。换句话说，即使俯仰角度变化只有0.0001，您仍将以最大速度进行调整，并且会显着超调。（显然，使用AIM_CLOSE_ENOUGH可以帮助解决此问题，但我认为仍然可能出现振荡 - 特别是如果您设置了高的turnSpeedDegs - 请参见http://microsoft.github.io/malmo/0.17.0/Schemas/MissionHandlers.html#element_ContinuousMovementCommands）

举个这种工作的例子，看一下cart_test.py示例-https://github.com/Microsoft/malmo/blob/master/Malmo/samples/Python_examples/cart_test.py

以下是相关代码片段。yaw_to_mob是目标偏航角，yaw是玩家当前的偏航角。

# Find shortest angular distance between the two yaws, preserving sign:
deltaYaw = yaw_to_mob - yaw
while deltaYaw < -180:
    deltaYaw += 360;
while deltaYaw > 180:
    deltaYaw -= 360;
deltaYaw /= 180.0;
# And turn:
agent_host.sendCommand("turn " + str(deltaYaw))

如果你想看到振荡问题的实际表现，可以查看MazeRunner.py示例（与cart_test.py位于同一位置），并将turnSpeedDegs增加两到三倍。 Minecraft在渲染时更新俯仰/偏航，而不是世界刻度时间，因此较慢的渲染速度会产生更大的振荡问题。

- David Bignell