Osmo内核实现

————若只需AI接口部分信息，请直接跳到Player部分
但了解更多实现细节，应该有助于理解规则———-

综述

此游戏的工作机制为：通过Python处理两个AI函数，然后将对局结果保存为文件；通过JavaScript读取文件，然后使用HTML Canvas进行绘制，实现对局回放。
更进一步，为了现场效果和观看体验，回放时可以选定上帝视角，或跟随任意星体的视角；可以自由缩放；可以方便的进行直播或导出为视频。

文件

此项目的相关文件

文件 描述
camera.py 控制摄像机视角
cell.py 星体基本单元
consts.py 定义常数
database.py 定义数据库
gui.py 图形界面（用于人机对战和复盘）
kernel.py 内核（用于AI对战）
player.py 用于编写AI函数
settings.py 用于存储自定义设置
world.py 游戏的世界

游戏的后台过程：在settings.py中设置ENABLE_DATABASE为True，并运行gui.py或kernel.py，对战完成后，数据文件（db格式）会保存在src/data目录下。为了高效地保存游戏数据，以便进行复盘，我们使用了sqlite来保存每一帧的状态。

内核

内核需要定义数个类。玩家需要一个Player类。

常数和定义

坐标原点为左上角。x轴向右，y轴向下。所有坐标、速度均用list表示，先x后y。

Cell

每个星体数据为一个Cell，包含形如pos，veloc等参数。其中pos=[x, y]，veloc=[v_x, v_y]。
x, y, v_x, v_y, radius分别代表星体的x坐标，y坐标，x速度分量，y速度分量，半径，均为浮点数。

属性名称 描述
id 玩家ID（Int）
pos x、y坐标（List）
veloc x、y方向速度（List）
radius 半径（Float）
collide_group 在处理碰撞时，相接触的两个或更多星体具有相同的collide_group
（Int）
dead 标记死亡状态（Bool）
方法名称 描述 输入 输出
distance_from 计算与另一个星体的最小距离 另一个星体（Cell） 距离（Float）
collide 判断是否碰撞 另一个星体（Cell） 是否碰撞（Bool）
area 计算面积 无 面积（Float）
stay_in_bounds 将出界的星体移回界内 无 无
limit_speed 将超速的星体制动 无 无
move 移动 时间间隔（Float） 无
copy 获得一个复制 无 这个星体的复制（Cell）

World

属性名称 描述
cells 所有星体构成的数组（List）
result 游戏状态/结果（Bool）
cells_count 存活星体数（Int）
recorders 记录比赛状态
frame_count 当前帧数（Int）
database 保存游戏的数据库
方法名称 描述 输入 输出
new_game 创建新游戏 无 无
check_point 游戏检查点 Flag 无
game_over 游戏结束 获胜方的ID（Int）和获胜原因 无
eject 计算弹射结果 星体（Cell）和角度（Float） 无
absorb 计算碰撞吸收 collide_group
（Int）		 无
update 计算新一帧 时间间隔（Float） 无
update_recorders 更新比赛状态 无 无

Player

各组需要编写类Player，其必须包含至少两个实例方法：__init__和strategy，其参数及要求返回值如下：

**def __init__(self, id, arg)**

id为星体编号（0或1）。
/这个由系统调用,用户不用担心传用的id是什么/

arg为一个字典，其中['world']项为world.py中的WorldStat类，包含三个属性：

  • total_frames：总游戏帧数
  • frame：当前帧数
  • timer：一个list，第0，1项分别为两玩家剩余思考时间（单位为秒）

arg的其余项均在每局游戏间（即两个玩家的所有对局中）保留，玩家可自行在其中添加或改变项，通过之前的战斗历史来适当改变策略。

**def strategy(self, allcells)**

allcells为一个list，其中包含所有当前存活的星体cell。编号0，1的星体为玩家星体，之后所有星体均为自由星体。

注意：星体在**allcells**中的索引可能与前述的星体编号不同，星体编号用每个**Cell**的**id**属性表示。

要求strategy方法返回一个值，即弹射角度theta，采用弧度制，可为[0, 2π)内的任意浮点数（表示弹射方向与y轴的夹角，逆时针为正）。若不弹射，返回None。初始时，向下角度为0。
注意:弹射的质量大小为玩家质量的1%，和速度（相对于玩家本身）是固定的
注意：这里涉及到换系和速度叠加的问题。**theta**是发起弹射的、运动的星体的参考系中的角度，弹射出的部分的运动速度还需要叠加上星体原先的运动速度。
玩家还可自由在其中添加辅助函数，方便进行运算。
/所以最简单的策略就是保护当前的运动方式,每次都返回None/

内核的运转方式

两个AI函数各提供一个Player。
游戏开始，初始化。根据规则的不同，初始化方式不同。

初始化视为第0帧，所有星体具有位置和速度。（此时应避免星体接触，即使接触也不做处理）
将当前状态输入给玩家，玩家决定是否弹射。若是，执行弹射过程。

【保存第0帧，进入第1帧】

所有存活的星体根据位置、速度和步长运动。
(运动后)执行碰撞检测，特别需要处理多体碰撞和穿越边缘的碰撞。（先使用O(n^2)的naive算法，未来可以通过划分单元格等方式加速检测过程）
处理所有碰撞（完全非弹性），进行质量转移和动量守恒计算。（此时可能出现新的碰撞，不做处理；玩家死亡则游戏结束）
将当前状态输入给玩家，玩家决定是否弹射。若是，执行弹射过程。

【保存第1帧，进入第2帧】

所有存活的星体根据位置、速度和步长运动。

……

已知Bug

在macOS上使用双指滑动可能会触发错误:（使用Homebrew安装的Python）
UnicodeDecodeError: ‘utf-8’ codec can’t decode byte 0xff in position 0

  1. UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0xff in position 0: invalid start byte