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送书 10 本丨敢跟我 PK 接球游戏吗？让你两只手！

OSC开源社区 2020-09-11

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嘿，兄弟，下面这个小游戏熟悉吧。

（游戏截图）

这个小游戏你是不是自打会走路开始就在玩了呢？但是不是也还是会输给游戏系统得不到高分？不用怀疑自己手残，让我们走进AI的世界，尝试使用飞桨PaddleX开发一款“莫得感情”的自动接球程序，实现一顿让朋友们目瞪口呆、让游戏系统"自我怀疑"的操作吧！


项目效果






项目使用工具简介




飞桨PaddleX是自动接球项目关键算法的生产工具。PaddleX是飞桨推出的全流程、低代码开发工具，集飞桨飞桨智能视觉领域图像分类、目标检测、语义分割、实例分割任务能力，将深度学习开发全流程从数据准备、模型训练与优化到多端部署端到端打通，并提供统一任务API接口及图形化开发界面Demo。开发者无需分别安装不同套件，以低代码的形式即可快速完成飞桨全流程开发。


PaddleX 还沉淀了质检、安防、巡检、遥感、零售、医疗等十多个行业实际经验，并提供丰富的案例实践教程，全程助力开发者产业实践落地。开发者可以依照案例教程来『按图索骥』，快速端到端的实现产业实际项目落地。

案例集详情请参考：
https://paddlex.readthedocs.io/zh_CN/develop/examples/index.html


项目开发过程介绍




本项目代码和文件已全部放在AI Studio，项目链接：
https://aistudio.baidu.com/aistudio/projectdetail/628547

01

安装PaddleX




pip install paddlex -i https://mirror.baidu.com/pypi/simple

02

准备训练数据集




数据集为作者自己录的一段游戏视频，对视频切帧后使用labelImg对每帧图像进行标注，得到训练所需的数据集。这里主要标注两种类别：board（接球的板子）和ball（球）。

（使用labelImg对图片进行标注）

根据官方文档定义的数据集格式：
https://paddlex.readthedocs.io/zh_CN/develop/data/format/detection.html

准备好train_list.txt、val_list.txt、labels.txt。批量生成train_list.txt、val_list.txt的代码：

import os
path1 = 'jpg/'
path2 = 'xml/'

# 获取dir
dir1 = os.listdir(path1)

f_train = open('train_list.txt', 'w')
f_val = open('val_list.txt', 'w')

for i in dir1:
    if int(i.split('.')[0])%30 == 0:
        f_val.write(path1+i.split('.')[0]+'.jpg '+path2+i.split('.')[0]+'.xml'+'\n')
    else:
        f_train.write(path1+i.split('.')[0]+'.jpg '+path2+i.split('.')[0]+'.xml'+'\n')

f_train.close()
f_val.close()

03

导入PaddleX并指定0号GPU卡




import os
os.environ['CUDA_VISIBLE_DEVICES'] = '0'
import paddlex as pdx

04

数据预处理




4.1、数据预处理和数据增强

在PaddleX中，transforms用于定义模型训练和验证过程中，输入图像的处理流程。在训练过程中，使用MixupImage、RandomDistort、RandomExpand等图像增强策略，使得模型的泛化能力更强。

PaddleX中transforms模块参考文档：
https://paddlex.readthedocs.io/zh_CN/develop/apis/transforms/det_transforms.html

from paddlex.det import transforms
train_transforms = transforms.Compose([
    transforms.MixupImage(mixup_epoch=250),
    transforms.RandomDistort(),
    transforms.RandomExpand(),
    transforms.RandomCrop(),
    transforms.Resize(target_size=608, interp='RANDOM'),
    transforms.RandomHorizontalFlip(),
    transforms.Normalize(),
])
eval_transforms = transforms.Compose([
    transforms.Resize(target_size=608, interp='CUBIC'),
    transforms.Normalize(),
])


4.2、数据集的定义

PaddleX中数据集读取模块参考文档：
https://paddlex.readthedocs.io/zh_CN/develop/apis/datasets.html#

由于labelImg标注的数据采用VOC格式保存，因此我们使用paddlex.datasets.VOCDetection接口加载数据集。

train_dataset=pdx.datasets.VOCDetection(
    data_dir='dataset',
    file_list='dataset/train_list.txt',
    label_list='dataset/labels.txt',
    transforms=train_transforms,
    shuffle=True)
eval_dataset = pdx.datasets.VOCDetection(
    data_dir='dataset',
    file_list='dataset/val_list.txt',
    label_list='dataset/labels.txt',
    transforms=eval_transforms)

05

定义YOLOv3网络并开始炼丹




我们使用效果更优的Darknet53作为YOLOv3的Backbone，设定训练过程中的批大小为8，初始学习率为0.0001并采取warmup策略，学习率在第50轮，和90轮时进行衰减，一共训练100轮。

网络结构如下图：
（YOLOv3网络结构）

YOLOv3论文地址：
https://arxiv.org/abs/1804.02767

PaddleX中关于目标检测模型的参考文档：
https://paddlex.readthedocs.io/zh_CN/develop/apis/models/detection.html

num_classes=len(train_dataset.labels)
model=pdx.det.YOLOv3(num_classes=num_classes, backbone='DarkNet53')
model.train(
    num_epochs=100,
    train_dataset=train_dataset,
    train_batch_size=8,
    eval_dataset=eval_dataset,
    learning_rate=0.0001,
    warmup_steps=500,
    lr_decay_epochs=[50,90],
    save_interval_epochs=20,
    save_dir='output/yolov3_darknet53')

06

对模型进行测试



    
image_name = '0.jpg'
result = model.predict(image_name)
pdx.det.visualize(image_name,result, threshold=0.5, save_dir='PrePicture')

测试结果可视化如下：


07

对游戏进行控制




对截屏得到的游戏画面进行实时推理，预测出board（接球的板子）和ball（球）的位置后，通过python操控鼠标移动board，使得board和ball的中心点在同一条竖线上，这样就能保证board永远能接到ball了。

可视化说明如下：


控制代码：

if __name__ == '__main__':

    # 定义参数
    distance = 1      # 鼠标移动distance距离，可以调整
    image_name = '0.jpg'          # 截屏得到的图片

    # 启动火狐浏览器
    driver = selenium.webdriver.Firefox()

    while True:
        window_capture(image_name)
        result = model.predict(image_name)

        # 计算球的中心和板子的中心
        center_x1 = result[0]['bbox'][0]+result[0]['bbox'][2]/2
        center_y1 = result[0]['bbox'][1]+result[0]['bbox'][3]/2
        center_x2 = result[1]['bbox'][0]+result[1]['bbox'][2]/2
        center_y2 = result[1]['bbox'][1]+result[1]['bbox'][3]/2

        # 实现控制
        if(center_x1>center_x2):
            driver.execute(Command.MOVE_TO,{'xoffset':distance,'yoffset':0})
        else:
            driver.execute(Command.MOVE_TO,{'xoffset':-distance,'yoffset':0})


项目小结




感谢飞桨平台提供丰富的深度学习资源，让AI替代我与朋友玩游戏的愿望得以实现。大家也可以尝试使用飞桨PaddleX实现更多好玩的游戏，例如下面这些：


期待大家更多更精彩的作品呦。

如果觉得PaddleX为你带来一些启发、真实好用的话，还请不要吝啬，给他点亮Star哦！

·飞桨PaddleX 项目地址·GitHub: https://github.com/PaddlePaddle/PaddleX Gitee: https://gitee.com/paddlepaddle/PaddleX
·PaddleX官方文档·
https://paddlex.readthedocs.io/zh_CN/develop/index.html
·PaddleX官网地址·
https://www.paddlepaddle.org.cn/paddle/paddlex

END



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