浅谈RoboCup3D防守策略

王淯

(安徽理工大学计算机科学与工程学院，安徽 淮南 232001)

绪论

RoboCup，机器人世界杯赛会，1996年在日本正式成立，首届RoboCup比赛在日本的名古屋举办，并先后举办过5届机器人足球世界杯赛。RoboCup的使命是促进分布式人工智能与智能机器人技术的研究与教育。通过提供一个标准任务，使得研究人员利用各种技术，获得更好的解决方案，从而有效促进相关领域的发展。从1997年起，RoboCup开始迅速发展，现在每届机器人足球比赛都有很多球队参加，到2009年更是增加到了180多支参赛队伍。经过十年的发展，足球机器人技术取得了显著的成绩。

机器人足球比赛的防守策略

防守策略现状

在现阶段，大多数球队采用的防守仍是全民防守，因为，机器人不同于人类，其计算速度快，不会因为体力的下降影响到球队的进攻，换句话说，球队的攻防转换快。在某种意义上，每个机器人都可以防守，这也就增加了机器人的防守效率。换言之，若都参加了进攻，自己后方的防守也就变的薄弱，使自己的防守陷入被动。因此，采取一定的分工去防守和进攻将会取得更好的效果。

由于现在足球比赛中添加了新规则，特别是仿真组3D足球比赛，这使研究球队的防守策略更加迫切，不然，在新规则的制约下，往往会使没有防守策略的球队在比赛中处于劣势。

2 在当代的防守策略中主要存在了这么几种防守方式：基于阵形变换的防守模型、后卫防守策略、可变防线守门员防守策略。

2.1 RoboCup新规则

RoboCup新规则如下：

（1）守门员及所有球员倒地30m内必须爬起来，否则会被罚出场。

（2）在球的半径0.5m范围内，双方各只能出现一人，否则会被弹出场外，1.5m范围内，双方可以各出现两人，因此尽量不要将队员一字排开很近，否则有可能在球前进的过程中会逐步将球员都弹出场，因此跟队友的距离要注意。

2.2 目前常用的防守策略

（1）基于阵形变换的防守策略

显然，该策略是让自己的球队始终保持一定的队形，并根据实际情况做出相应的变化以便使自己达到预设攻防目的。这样，便可以有效的使自己球队的阵形不再因种种规则而变得漏洞百出，能有效达到防守的目的。但是这种策略往往用在进攻上，在防守上体现的效率并不是很理想，其实用性也不是很好。

（2）后卫防守策略

第一，心理测评软件显弊端。一方面，采用软件测评覆盖面窄，想要全覆盖需要大量人力物力，耗费时间精力，从目前社区矫正工作力量上看，不容易实现；另一方面，心理测评作为发现心理问题的第一道关口，其结果准确性依赖于社区服刑人员主观的高度配合和客观的真实表达，但往往新入矫的社区服刑人员抵触意识强烈，在刑一段时间的社区服刑人员对心理测评存在偏见，他们多数认为自己“心里没病，不用测试”，存在敷衍了事的情况，这就造成测验数据不真实、测评结果没意义，心理测评结果陷入失真泥潭，虚实难辨，收效甚微。

在国内外已有的后卫防守策略，应用比较多的是:盯人防守、角色防守、区域防守三种。这三种防守策略有一个共同的特点，那就是，他们采取的策略都是基于传统意义上的防守，研究的是，球在对方球员脚下时本方球员该如何行动、跑位的问题。被动性比较高。

（3）可变防线守门员防守策略

这个防守策略所讲述的是守门员基于防线的跑位模式。此种方法，可以使球始终落在守门员的视野中，能够很好的通知本方球员球的位置，并能够很好的封堵对方球员的射门角度。

3 守门员站位

3.1 守门员站位的意义

守门员是防守的最后一道门槛，因此，守门员的站位是极为重要的。守门员有一个好的站位，会使球队的防守变得更加灵活，更加有效。现阶段出现的守门员主要防守站位有：垂足站位法，角平分线站位法，中点站位法，比例站位法，预测站位法，区域站位法等等。

3.2 守门员的站位方法

在论述守门员的站位方法之前，我们首先来描述一个三角形，我们称那个三角形为射门三角区域，它是把球门的两个门柱所在的点作为三角形的两个顶点，再加上移动的球所在的实时位置为另外的顶点，连接这三个点变形成了一个三角形，我们称其为射门三角区域。以门柱所在的点为顶点的角为底角，若这两个底角不相等，那么较大的那个底角我们称其为近角，那个较小点的角则为远角。根据进攻和防守，我们把这个三角区域分成我方射门三角区域和敌方射门三角区域。这个射门三角区域包含了对方所有可能的射门角度。有个射门三角区域，对于守门员的站位有至关重要的帮助。它使其不再盲目的在防守底线徘徊。下面就来简述守门员的站位。

（1）垂足站位法：球在守门员防守底线上的投影将成为守门员的位置。也就是说，从球这一点向防守底线作垂线，其垂足作为守门员的目标位置。优点：易实现，其横坐标就是球的横坐标；纵坐标可以通过计算求到垂足的距离，即所求投影线段的长度，用球的纵坐标减去该长度就是守门员所站位置的纵坐标。缺点：不是最优站位，若机器人推射远角，守门员移动的距离将非常大，几乎接近整个球门的宽度，不能合理的防守所有可能的射门角度。

（2）角平分线站位法：做出当前的射门三角区，把球所在点的角称作顶角，顶角的角平分线和守门员的防守底线相交，这个交点就可以作为守门员的站位位置。守门员的这种站位方法就是角平分线站位法。优点：为守门员选择了防守线路的最优路线，避免了垂足站位法中守门员防守的射门角度太少的缺点，它选择了射门三角区最优线路的最短路线，并为其规划为直线，兼顾了所有可能的射门轨迹。缺点：这种站法会让机器人频繁转身，每次转动的角度都大不相同，机器人的转动本就是一个很复杂的过程，而且，转动速度比之跑动的速度要慢很多；另外，当球处于比较低的位置时，守门员就会忽略对方对两边的射门，因此，其仍没达到最优效果。

（3）中点站位法：射门三角区的两边与守门员的防守底线相交得到的两个交点，这两个交点的中点即为守门员的目标位置。这一方法，虽然牺牲了最短路径的选择，但是，目标位置必然会出现在守门员所在的防守底线上，因此机器人无需转身便可通过直线运动到达目标位置。但是这样的站位难以有效的把球处理出门区的危险区域。

（4）比例站位法：比例站位法的目标位置与以上几种方法完全不同，它并不涉及射门三角区，它是通过计算球到两门柱的距离比，然后，利用这个比值，在球门线上再通过计算目标位置到两门柱的距离比与该比值相等，来取得目标位置。这个将是在不考虑球运动的前提下，守门员的理想站位点。这种方法的缺点是，完全没有考虑对方的射门角度。

（5）预测站位法：在比例站位法的基础上通过对对方可能的射门路线进行预测，从而得出守门员的最终站位位置。预测站位又分为单机器人射门位置预测和双机器人射门位置预测。虽然还可以继续扩展为多机器人射门位置预测，但实际上预测的越多，将使守门员的灵活性变得越低，进而得到的收益越小。

（6）区域站位法：区域站位法是一种相对比较简单的站位方法，它是将球场分为若干个区域，每个区域的危险等级不一样，越靠近球门的区域危险等级越高然后根据球位置所在危险区域进行站位。该种站位方法只是静态的比较简单的给出守门员的站位结果，并没有考虑球运动所造成的危险变化。也不能精确的对球所在危险区域进行判断，因此该站位并不是理想的站位方法，通过它，得不到良好的防守效果。

总之上面对守门员的站位做了一个简单的描述，每一支球队要根据自己的需要来选择，因为每一个球队都有自己的需求，不要盲目的去选择实现不了的站位，那样反而让自己的球队处于劣势。

[1]Hiroki Kitano,Minoru Asada,Yasuo Kuniyoshi，ItsukiNoda，EiichiOsawa,.HitoshiMatsubara RoboCup:A Challenge Problem for AI and Robotics[J],RoboCup-97:Robot Soccer World Cup I,1-19,Springer,1998.

[2]Peter Stone,Layered Learning in Multi-agent System[D].PHD dissertation,school of computer science,CMU,1998.

[3]徐香玉.仿真机器人足球赛防守策略的研究与实现[J].沈阳工业大学,2007.

[4]彭晓君，黄伟，刘超英等.足球机器人分层决策系统的参数驱动研究[N].佛山科学技术学院学报（自然科学版）,2005，23（2）：37—39.