Перекрытие между маской и стреляющими лучами в Pygame [видение модели автомобиля AI] - PullRequest
6 голосов
/ 25 мая 2020

Я пытаюсь реализовать обнаружение столкновений лучей с предопределенной маской трека в Pygame. Моя конечная цель - дать модели автомобиля ИИ видение трассы, по которой он едет:

AI car model vision

Это мой текущий код, в котором я стреляю маска и попробуйте найти перекрытие:

import math
import sys

import pygame as pg

RED = (255, 0, 0)
GREEN = (0, 255, 0)
BLUE = (0, 0, 255)

pg.init()
beam_surface = pg.Surface((500, 500), pg.SRCALPHA)


def draw_beam(surface, angle, pos):
    # compute beam final point
    x_dest = 250 + 500 * math.cos(math.radians(angle))
    y_dest = 250 + 500 * math.sin(math.radians(angle))

    beam_surface.fill((0, 0, 0, 0))

    # draw a single beam to the beam surface based on computed final point
    pg.draw.line(beam_surface, BLUE, (250, 250), (x_dest, y_dest))
    beam_mask = pg.mask.from_surface(beam_surface)

    # find overlap between "global mask" and current beam mask
    hit = mask.overlap(beam_mask, (pos[0] - 250, pos[1] - 250))
    if hit is not None:
        pg.draw.line(surface, BLUE, mouse_pos, hit)
        pg.draw.circle(surface, GREEN, hit, 3)


surface = pg.display.set_mode((500, 500))
mask_surface = pg.image.load("../assets/mask.png")
mask = pg.mask.from_surface(mask_surface)
clock = pg.time.Clock()

while True:
    for e in pg.event.get():
        if e.type == pg.QUIT:
            pg.quit()
            sys.exit()

    mouse_pos = pg.mouse.get_pos()

    surface.fill((0, 0, 0))
    surface.blit(mask_surface, mask_surface.get_rect())

    for angle in range(0, 120, 30):
        draw_beam(surface, angle, mouse_pos)

    pg.display.update()
    clock.tick(30)

Давайте опишем, что происходит в фрагменте кода. Один за другим я рисую лучи на beam_surface, делаю из них маски и нахожу перекрытие с фоновой маской, определяемой одним прямоугольником и кругом (черный цвет в гифках). Если есть «точка попадания» (точка перекрытия между обеими масками), я рисую ее линией, соединяющей точку попадания и положение мыши.

Это отлично работает для углов <0,90>:

collision angles smaller than 90

Но это не работает для углов в диапазоне <90,360>:

all collision angles

Документация Pygame overlap() сообщает следующее:

Начиная с верхнего левого угла, он проверяет биты от 0 до W - 1 первого row ((0, 0) до (W - 1, 0)) затем переходит к следующей строке ((0, 1) до (W - 1, 1)). После проверки всего этого блока столбца он переходит к следующему (от W до 2 * W - 1).

Это означает, что этот подход будет работать, только если луч попадет в маску примерно со стороны верхний левый угол. У вас есть какие-нибудь советы, как заставить его работать во всех ситуациях? Это вообще хороший подход для решения этой проблемы?

1 Ответ

6 голосов
/ 29 мая 2020

Ваш подход работает нормально, если компоненты x и y оси луча указывают в положительном направлении, но не работает, если он указывает в отрицательном направлении. Как вы отметили, это вызвано тем, как работает pygame.mask.Mask.overlap :

Начиная с верхнего левого угла, он проверяет биты от 0 до W - 1 из первая строка (от (0, 0) до (W - 1, 0)) затем продолжается до следующей строки (от (0, 1) до (W - 1, 1)). После проверки всего этого блока столбца он переходит к следующему (от W до 2 * W - 1).

Чтобы алгоритм работал, вы должны убедиться, что лучи всегда указывают на положительное направление. Следовательно, если луч указывает в отрицательном направлении x, то переверните маску и луч по вертикали, а если луч указывает в отрицательном направлении y, чем переверните луч по горизонтали.

Используйте pygame.transform.flip() Сверху создать 4 маски. Не перевернуто, перевернуто по горизонтали, перевернуто по вертикали и перевернуто по вертикали и горизонтали:

mask = pg.mask.from_surface(mask_surface)
mask_fx = pg.mask.from_surface(pg.transform.flip(mask_surface, True, False))
mask_fy = pg.mask.from_surface(pg.transform.flip(mask_surface, False, True))
mask_fx_fy = pg.mask.from_surface(pg.transform.flip(mask_surface, True, True))
flipped_masks = [[mask, mask_fy], [mask_fx, mask_fx_fy]]

Определить, если направление луча:

c = math.cos(math.radians(angle))
s = math.sin(math.radians(angle))

Получить маску перевернутая в зависимости от направления луча:

flip_x = c < 0
flip_y = s < 0
filpped_mask = flipped_masks[flip_x][flip_y]

Вычислить перевернутую целевую точку:

x_dest = 250 + 500 * abs(c)
y_dest = 250 + 500 * abs(s)

Вычислить перевернутый смещение:

offset_x = 250 - pos[0] if flip_x else pos[0] - 250
offset_y = 250 - pos[1] if flip_y else pos[1] - 250

Получить ближайшую точку пересечения перевернутого луча и маски и отменить точку пересечения:

hit = filpped_mask.overlap(beam_mask, (offset_x, offset_y))
if hit is not None and (hit[0] != pos[0] or hit[1] != pos[1]):
    hx = 500 - hit[0] if flip_x else hit[0]
    hy = 500 - hit[1] if flip_y else hit[1]
    hit_pos = (hx, hy)

    pg.draw.line(surface, BLUE, mouse_pos, hit_pos)
    pg.draw.circle(surface, GREEN, hit_pos, 3)

См. Пример:

import math
import sys
import pygame as pg

RED = (255, 0, 0)
GREEN = (0, 255, 0)
BLUE = (0, 0, 255)

pg.init()
beam_surface = pg.Surface((500, 500), pg.SRCALPHA)


def draw_beam(surface, angle, pos):
    c = math.cos(math.radians(angle))
    s = math.sin(math.radians(angle))

    flip_x = c < 0
    flip_y = s < 0
    filpped_mask = flipped_masks[flip_x][flip_y]

    # compute beam final point
    x_dest = 250 + 500 * abs(c)
    y_dest = 250 + 500 * abs(s)

    beam_surface.fill((0, 0, 0, 0))

    # draw a single beam to the beam surface based on computed final point
    pg.draw.line(beam_surface, BLUE, (250, 250), (x_dest, y_dest))
    beam_mask = pg.mask.from_surface(beam_surface)

    # find overlap between "global mask" and current beam mask
    offset_x = 250 - pos[0] if flip_x else pos[0] - 250
    offset_y = 250 - pos[1] if flip_y else pos[1] - 250
    hit = filpped_mask.overlap(beam_mask, (offset_x, offset_y))
    if hit is not None and (hit[0] != pos[0] or hit[1] != pos[1]):
        hx = 499 - hit[0] if flip_x else hit[0]
        hy = 499 - hit[1] if flip_y else hit[1]
        hit_pos = (hx, hy)

        pg.draw.line(surface, BLUE, pos, hit_pos)
        pg.draw.circle(surface, GREEN, hit_pos, 3)
        #pg.draw.circle(surface, (255, 255, 0), mouse_pos, 3)


surface = pg.display.set_mode((500, 500))
#mask_surface = pg.image.load("../assets/mask.png")
mask_surface = pg.Surface((500, 500), pg.SRCALPHA)
mask_surface.fill((255, 0, 0))
pg.draw.circle(mask_surface, (0, 0, 0, 0), (250, 250), 100)
pg.draw.rect(mask_surface, (0, 0, 0, 0), (170, 170, 160, 160))

mask = pg.mask.from_surface(mask_surface)
mask_fx = pg.mask.from_surface(pg.transform.flip(mask_surface, True, False))
mask_fy = pg.mask.from_surface(pg.transform.flip(mask_surface, False, True))
mask_fx_fy = pg.mask.from_surface(pg.transform.flip(mask_surface, True, True))
flipped_masks = [[mask, mask_fy], [mask_fx, mask_fx_fy]]

clock = pg.time.Clock()

while True:
    for e in pg.event.get():
        if e.type == pg.QUIT:
            pg.quit()
            sys.exit()

    mouse_pos = pg.mouse.get_pos()

    surface.fill((0, 0, 0))
    surface.blit(mask_surface, mask_surface.get_rect())

    for angle in range(0, 359, 30):
        draw_beam(surface, angle, mouse_pos)

    pg.display.update()
    clock.tick(30)

Нет, алгоритм можно улучшить. Луч всегда рисуется в правом нижнем квадранте beam_surface. Следовательно, остальные 3 квадранта больше не нужны, и размер beam_surface можно уменьшить до 250x250. Начало луча находится в (0, 0), а не в (250, 250), и вычисление смещений должно быть немного адаптировано:

beam_surface = pg.Surface((250, 250), pg.SRCALPHA)

def draw_beam(surface, angle, pos):
    c = math.cos(math.radians(angle))
    s = math.sin(math.radians(angle))

    flip_x = c < 0
    flip_y = s < 0
    filpped_mask = flipped_masks[flip_x][flip_y]

    # compute beam final point
    x_dest = 500 * abs(c)
    y_dest = 500 * abs(s)

    beam_surface.fill((0, 0, 0, 0))

    # draw a single beam to the beam surface based on computed final point
    pg.draw.line(beam_surface, BLUE, (0, 0), (x_dest, y_dest))
    beam_mask = pg.mask.from_surface(beam_surface)

    # find overlap between "global mask" and current beam mask
    offset_x = 499-pos[0] if flip_x else pos[0]
    offset_y = 499-pos[1] if flip_y else pos[1]
    hit = filpped_mask.overlap(beam_mask, (offset_x, offset_y))
    if hit is not None and (hit[0] != pos[0] or hit[1] != pos[1]):
        hx = 499 - hit[0] if flip_x else hit[0]
        hy = 499 - hit[1] if flip_y else hit[1]
        hit_pos = (hx, hy)

        pg.draw.line(surface, BLUE, pos, hit_pos)
        pg.draw.circle(surface, GREEN, hit_pos, 3)
...