智能足球攻防战(二).doc

智能足球攻防战
— AI-RCJ使用浅例（2）
四川广安华蓥禄市初中（638602） 卢林飞

课题：我的小小守门员
教学目标：
1．知识目标：理解球和球员的半径的运用，思考守门员的基本守门策略，感受数学中在某条线上的“射影”的概念，运用探测函数和设置函数将我们的守门策略实现，写出一个智能比较高的守门员机器人。
2．技能目标：熟练运用图形化编程环境。能初步对问题算法分析并画出流程图。
3．情感目标：培养学生对程序编写的兴趣。
重点难点：
重点：对机器人快车的图形化编程环境操作加深理解。
难点：算法的流程表示和实现过程
教学过程：
一、新课引入
前面的学习和下来的练习中，我们编写并完善了一个射手球员。在这一节课里，我们将分析并完成一个守门机器人的程序。
二、新课讲授
⑴、任务分析
组织学生合作讨论：
问题一：现实足球赛中的守门员是如何完成扑球和防守动作的？
（可能出现的答案：防止足球入网、抱住足球、破坏足球的运动轨迹、用身体挡住足球……）
问题二：上面提到的解决方法中，你认为在AI-RCJ中制作一个简单的足球守门员可以借用的策略有哪些？
（可能出现的答案：破坏足球的运动轨迹；用身体挡住足球……）
（根据出现的答案，作出方案简图，如图1）

图 1
问题总结：AI-RCJ中守门员在球门附近，主要靠自己的身体去撞击朝向球门区域运动的足球。它的运动策略是多种多样的，例如它沿图中a方向运动，它可以提前破坏足球的运动轨迹；如果它沿b方向运动，它体现了在最后的关键时刻“飞身扑救”的解围动作。在这本节课中，我们将分析沿b方向运动策略的守门方式，并编程完成它。
⑵、变量分析、画出流程图
①深入分析、完成变量表
在图1中细化分析沿b方向扑球的过程，如图2：

图2
图中画出了扑救球的过程，在这个过程中球的运动和守门员的运动用虚线圆表示。不难看出，大多情况整个过程中守门员和足球都在同一水平线上，如果一直保持这样，他们就会在K点相遇，这样，球就被守门员撞开了。因此，守门员运动的目标点y坐标始终要保持和足球的y坐标一致。守门员的x坐标，在这种运动方向下比较简单，通常守门员都在BK这样竖直的轨迹上运动，因此x坐标一直保持在球门靠前一点不变就行。x,y坐标都确定了，我们就可以使用“向某点移动”函数时时刻刻让机器人往当前计算所得的目标运动，守门员就一直保持扑救球的状态了。
小启示，在这种运动模式下，BK连线方向始终与球场坐标的Y轴方向平行，因此，才会出现在这种守门策略下，球员的坐标始终和球的坐标一致。在数学上，我们把“B叫作A到BK线上的射影”，同样“B’叫作A’到BK线上的射影”。
讨论：（强调上述标记着重号的两处。）
Q：为什么要保持在球门靠前一点的距离？
A：（因为球员其实是一个半径为30的圆，因此把这个距离设为略大于30，是为了守门员能够在球门附近灵活运动。）
Q：从“时时刻刻”这个词的表述中，你能判断这个控制程序我们可能会使用到什么结构？
A：（循环结构）
Q：如何让自己的守门员能够守在自己的球门外，通过以前的学习，你能想到需要运用什么吗？
A：（运用“自己进攻方向”来进行判断）

根据自己的分析，这个程序会运用到哪些变量，把你觉得要使用的变量记录到变量表中，画出流程图。
变量名
变量类型
变量作用
attackHeading
int
记录守门员球队进攻的方向
gap
double
记录守门员距离球门线的距离

myX
double
记录守门员的X坐标
myY
double
记录守门员的Y坐标
courtWidth
double
记录球员射门位置的X坐标
②完成流程图。
第一步：根据你所想到的过程画出简易流程图。
开始
获取attackHeading和courtWidth；设置gap
根据attackHeading判断，设置myX
不断获取足球的Y坐标给myY并控制守门员向（myX,myY）移动

第二步：逐步细化、小组合作完成详细流程图。
开始
获取attackHeading
获取courtWidth
attackHeading>0
(是否向右进攻？)
设置gap

gap => myX

courtWidth-gap => myX

是
否
条件始终为真
获取足球Y坐标，赋值给myY

朝向（myX,myY）运动

⑶、让学生动手操作，在“机器人快车”中完成并编译该守门机器人程序，在AIROBOT中新建一个该程序的比赛。
①打开图形化编程环境“机器人快车”，新建一个名叫“goalKeeper”的机器人保存在包“MyRobot”中。

图3 新建机器人窗口
②完成变量定义、在编程区逐步细化程序。

图4 变量定义窗口
按照详细的流程图拖动图标、设置参数，连接流程。（下面三个截图按照简易流程图的对应功能绘制）

图5 获取attackHeading和courtWidth、设置gap（这里使用的35，其他的也可以）

图6根据attackHeading判断，设置myX

图7 不断获取足球的Y坐标给myY并控制守门员向（myX,myY）移动

把以上三个部分整理连接，完成全部程序，截图如下：

③编译程序、在AIROBOT中同上节课所写的shooter 举行一场比赛。
比赛截图如下：

⑷、课堂练习
①在自己机器上用本课机器人同以前的机器人进行比赛，观察运行情况，总结是哪些语句起的作用。
②小组合作：观察本课机器人在比赛过程中还有哪些不足？分析引起这些不足问题的原因？怎样改进控制程序？（在对方进攻球员猛力推球时防守并不是都很成功，在球以很快的速度“飞”向球门时守门员会出现追不上球的情况；防守策略较为简单；多种策略的综合运用，提高守门员的智能化程度。）

⑸、课堂小结
在这节课里，我们通过编写一个具有简单防守功能的足球机器人，进一步加深理解了AI-RCJ中虚拟机器人的运行方式，通过对防守问题的理解和细化，选取了一个简单的防守策略尝试实现，在实现过程中，我们通过作图，感性的认识了“某个点在某条线上射影”的概念；通过分析，我们用流程形式逐步实现算法，并用图形化编程方式把算法表示出来。但是在比赛中，我们观察发现这个守门员的防守能力还不是很强，原因在于策略单一、智能化程度不高，希望同学们在下来的时间里通过小组合作的方式，把这个“小小守门员”完善成“身手不凡的守门员”。